Sektion C: Chemie; Hüttenwesen

Erfindung des Monats Oktober

In unserer Internet-Präsentation "Das Auto und die IPC" zeigen wir bahnbrechende und auch vergessene Erfindungen aus den Gebieten Kraftfahrzeugbau und Verkehrswesen. Außerdem stellen wir mit der "Erfindung des Monats" aktuelle oder auch historische Innovationen vor, die bei heutigen Autos und im Straßenverkehr nicht mehr wegzudenken sind.

Ganzjahresreifen

C08L 9/00

Zwar stellen Ganzjahresreifen im Automobilbereich wohl immer einen Kompromiss dar, da ihre Performance auf Schnee und Eis nicht an jene von Winterreifen heranreicht, während man im Sommer mit einem erhöhten Abrieb und Kraftstoffverbrauch zu rechnen hat. Insbesondere in Ländern bzw. Regionen, in denen nur geringe Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten bestehen, ist die Verwendung von Ganzjahresreifen dennoch eine echte Alternative, da man keine Reifenwechsel vornehmen muss und die Kosten für einen weiteren Satz Reifen spart. Daher findet man sie häufig auch im Zusammenhang mit gewerblich genutzten PKW und leichten Nutzfahrzeugen (beispielsweise Taxis, Krankenwagen, Zustellungsdienste und Pflegedienste), deren Betreiber diesen ökonomischen Vorteil nutzen.

Figur 1: Schnittansicht eines Fahrzeugreifens nach DE 692 09 732 T2.

DE 692 09 732 T2 widmet sich einer grundlegenden Herausforderung bei der Herstellung von Ganzjahresreifen, welche in der Bereitstellung geeigneter Ausgangsgemische liegt. Denn die Laufflächen der Reifen sollen gleichzeitig teilweise konträren Erfordernissen wie einer guten Bodenhaftung unter allen Witterungsbedingungen (Schnee, Eis, Nässe, Trockenheit), guten Fahreigenschaften sowie einem geringen Rollwiderstand bei nicht zu starkem Abrieb genügen. Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Reifen, aufgebaut aus einer Karkasse, die eine oder mehrere Lagen von Textilfäden 50 umfasst. Zwischen der Karkasse und der darauf aufsitzenden Laufflächenplatte 20 befindet sich eine Gürtelschicht 30 aus Textil- und/oder Metallverstärkungsfäden. Eine geeignete Laufflächenmischung mit einer Glasumwandlungstemperatur von -5 °C bis -20 °C - bis zu welcher das Material seine Elastizität beibehält - enthält beispielsweise 40 % durch Lösungsmittelpolymerisation hergestelltes Butadien-Kautschuk (ein Elastomer), 40 % Natur-Kautschuk und 20 % Styrol-Butadien-Kautschuk. Hierdurch lassen sich akzeptable Parameter für die Gesamtheit der geforderten Eigenschaften erreichen.

Neben der substanziellen Beschaffenheit der Lauffläche ist auch deren Profilgebung von großer Bedeutung, um den breiten witterungsbedingten Anforderungen gerecht zu werden. Die Figur 2 aus DE 698 17 096 T2 zeigt das Laufflächenmuster eines Ganzjahresreifens mit einer Vielzahl von Blöcken 4, 5. Zwei Hauptumfangsrillen 1 definieren ein mittleres Gebiet TC, welches durch steile schräge Rillen 2 unterteilt wird sowie zwei Seitengebiete TS, die durch flache schräge Rillen 3 unterteilt werden. Die Laufrichtung des Reifens ist hierbei insoweit vorgegeben, als dass Bereiche der Blöcke 5, welche näher am mittleren Gebiet gelegen sind, den Boden früher berühren als weiter fernab gelegene. In Verbindung mit einer kontinuierlichen Zunahme des Neigungswinkels der Rillen 3 zum Laufflächenrand hin, ist hierdurch eine gleichmäßige Wasserableitung begünstigt, während insbesondere die flachen äußeren Rillensegmente zudem die Traktionseigenschaft auf Schnee verbessern. Des Weiteren sind die zentralen Blöcke 4 derart ausgebildet, dass sie von ihren spitz zulaufenden Endbereichen zu einer breiteren Zone hin allmählich flacher werden, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegen Aquaplaning weiter erhöht wird.

Figur 2: Laufflächenmuster eines Ganzjahresreifens nach DE 698 17 096 T2.

Eine weitere Variante von Ganzjahresreifen-Laufflächen, bei denen einzelne Gruppen von Profilblöcken in Materialien ausgeführt sind, welche sich in ihrer Steifigkeit unterscheiden, ist beispielsweise aus DE 690 13 894 T2 bekannt.

Figur 3: Mehrschichtiger Ganzjahresreifen nach DE 197 31 525 A1.

Einen abweichenden Weg, um insbesondere Vielfahrern mit einer jährlichen Fahrleistung ab etwa 50000 km wie beispielsweise Taxis die Kosten für den zweiten Satz Reifen und die entsprechende Umrüstung zu ersparen, schlägt DE 197 31 525 A1 vor. Die Lauffläche 2 des Reifens 1 besteht aus zwei Schichten 2a, 2b, deren Grenzfläche 3ab sich oberhalb der Mindestprofiltiefe Tmin befindet. Die äußere Schicht 2a besteht aus einer Winterlaufflächenmischung, während die darunter liegende Schicht 2b aus einer Sommerlaufflächenmischung besteht. Die für den Winter ausgelegte Schicht 2a gelangt also nach der Reifenmontage (im Herbst) als erste in Bodenkontakt und stellt den vollen Griff eines Winterreifens zur Verfügung. Im späten Frühjahr ist die Winterlaufstreifenschicht abgerieben, wonach automatisch die dann erforderliche Sommerlaufflächenmischung in Bodenkontakt gerät. Ist die Mindestprofiltiefe - die hohen Fahrleistungen vorausgesetzt - erreicht, wird im Herbst ein neuer Reifen montiert, wobei auch Varianten mit mehreren, alternierenden Winter- und Sommerschichten denkbar sind. Nachteilig besteht jedoch die Notwendigkeit einer Anpassung der Schichtendicken auf die voraussichtliche Fahrleistung des Fahrzeugs verbunden mit einer Abstimmung der jeweiligen Glasübergangstemperaturen der unterschiedlichen Schichten auf das Klima der Verkaufsregion.

Für eine Recherche relevante IPC-Gruppen
IPC	Technischer Aspekt
C08L 9/00	Massen auf Basis von Polymerisation von konjugierten Dienkohlenwasserstoffen
C08L 7/00	Massen auf Basis von natürlichem Kautschuk
B60C 11/00	Reifenlaufstreifen; Laufflächenprofile

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE 698 17 096 T2	1998	PKW-Luftreifen für das ganze Jahr
DE 197 31 525 A1	1997	Fahrzeugreifen mit mehrschichtigem Laufstreifen
DE 692 09 732 T2	1992	Kautschuk für Reifenlauffläche
DE 690 13 894 T2	1990	Lauffläche für Luftreifen

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