Theorie und Praxis – CTI-Konferenz schlägt Brücke

Mitte Juli hatte das Car Training Institute (CTI) – ein Geschäftsbereich des Kongress- und Seminaranbieters IIR Deutschland GmbH – erstmals zum Forum „Neue Reifentechnologien im Automobil“ eingeladen. Knapp 30 Teilnehmer sind dem Ruf gefolgt, um sich vor Ort über die neuesten Entwicklungen in Sachen Reifendruckkontrollsysteme, Möglichkeiten zur Rollwiderstandsreduzierung durch Füllstoffe, aktuelle Trends in der Entwicklung von Nutzfahrzeugreifen oder Praxiserkenntnisse bezüglich Reifenpannenhilfsmitteln und Montageschäden an Notlaufreifen auszutauschen. Am ersten Konferenztag wurde zudem ein eher theorielastiger Workshop unter dem Titel „Mess- und Parametermitteilungsprozess für die Modellierung eines dynamischen Reifens“ angeboten, wobei dies durch die Vorstellung neuester Entwicklungen bei der Reifenmodellierung und die Beleuchtung des Standes der Technik bezüglich der Finite-Elemente-Berechnung rollender Reifen am zweiten Tag der Veranstaltung eine Fortsetzung fand. Insofern ist es den Veranstaltern der Tagung gelungen, für ihre erste Konferenz „Reifentechnologien im Automobil“ ein hinsichtlich Theorie und Praxis mehr oder weniger ausgewogenes Paket rund um die schwarzen runden Gummis zu schnüren.

Philipp Mauser, bei Audi für die Entwicklung von Reifendruckkontrollsystemen verantwortlich, legte im Detail die Anforderungen bzw. Erwartungen des Fahrzeugherstellers an entsprechenden Überwachungseinrichtungen dar. Dabei ging er auf die am Markt existierenden unterschiedlichen Ansätze ein, die einen Druckabfall in den Reifen einerseits indirekt über mittels der ABS-Sensoren messbare Änderungen der Raddrehzahl detektieren können oder andererseits den Fülldruck in den Pneus direkt per kombiniertem Druck-/Temperatursensor im Reifeninneren messen, und erläuterte deren Vor- und Nachteile aus Audi-Sicht. Dies vor allem vor dem Hintergrund, dass entsprechende Systeme, die ab spätestens 1. September dieses Jahres in allen in den USA verkauften Neufahrzeugen mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis 4,5 Tonnen installiert sein müssen, laut dem amerikanischen Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) 138 bestimmte Voraussetzungen zu erfüllen haben.

Die verwendeten Systeme – die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) schreibt nicht vor, ob direkt oder indirekt – müssen einen Luftverlust von 25 Prozent in Bezug auf den vom Hersteller empfohlenen Solldruck in ein, zwei, drei oder allen vier Reifen erkennen können. Dafür sei – so Mauser – eine Nachweisprüfung vorgesehen, bei der das verbaute System den Fahrzeuglenker nach einer Anlernzeit von maximal 20 Minuten und einer Fahrzeit von höchstens weiteren 20 Minuten vor dem Minderdruck in einem seiner Pneus oder gleich allen warne. „Nach derzeitigem Stand erfüllen nur direkte Systeme die Anforderungen der FMVSS 138“, fasst Mauser die bisherigen Erkenntnisse des Herstellers zusammen, der seit 1999 direkt messender Reifendruckwarnsysteme in seinen Fahrzeugen verbaut. Den Anfang machte ein analoges System im damaligen A8 (Baureihe D2) und A6 (Baureihe C5), das 2002 von einem digitalen im A8 der Baureihe D3 abgelöst wurde. Nur ein Jahr später hielt ein so genanntes „modulares System“ im Q7, dem neuen A6 (Baureihe C6) sowie im A4 der Baureihen B6 bzw. B7 Einzug. Seit 2006 ist die vierte Generationen im Einsatz: beim A5, A4 (Baureihe B8), A3 und TT.

Das soll jedoch nicht heißen, dass Audi nicht auch Erfahrungen mit indirekten Reifendruckkontrollsystemen hätte. Und das, obgleich sowohl die Kosten – in diesem Bereich haben die auf ABS basierenden Lösungen einen prinzipiellen Vorteil, da keine zusätzliche Hardware oder Verkabelung des Fahrzeugs nötig ist – als auch der Applikationsaufwand für direkte Systeme im Vergleich zur ersten Generation Mauser zufolge bis heute in etwa um die Hälfte gesunken sei. Getrieben offensichtlich von dem Kostenargument will man bei Audi nichtsdestotrotz versuchen, zukünftig die FMVSS-138-Anforderungen mit einem auf dem Prinzip der Raddrehzahländerung basierenden System zu erfüllen. Da bei der ersten, seit 2004 beim A3 eingesetzten Generation einer indirekten Warnlösung jedoch lediglich die Reifenpanne an einem Rad erkannt werden kann, kommt dafür eigentlich nur eine andere Variante infrage, die Audi seit 2006 in dem TT verbaut. Hierbei wird nämlich neben der Messung der Raddrehzahlen via ABS-Sensoren zusätzlich noch die eine Reifenschwingungsanalyse vorgenommen, die dann selbst einen Fülldruckverlust in allen vier Reifen gleichzeitig detektieren kann.

Den niedrigeren Kosten indirekter Systeme steht momentan allerdings noch ein höherer Applikationsaufwand im Vergleich zu der auf Druck-/Temperatursensoren basierenden Lösung gegenüber. Denn während Mauser die dafür benötigte Zeit mit etwa sechs bis neun Monaten beziffert, in denen man sich im Wesentlichen darum kümmert, dass unter allen denkbaren Einsatzbedingungen (bei hohen Geschwindigkeiten, bei Kälte etc.) immer ausreichend qualitativ gute und damit verwertbare Signale von den Sensoren im analysierenden Steuergerät ankommen, veranschlagt er für die Applikation eines indirekten Systems mit rund anderthalb Jahren in etwa die doppelte Dauer. Was den Aufwand da so in die Höhe treibt, sind die zahlreichen Tests, die im Vorfeld mit allen möglichen für ein Fahrzeug freigegeben Reifentypen und -größen durchgeführt werden müssen. „Der Reifen hat bei indirekten Reifendruckkontrollsystemen nämlich einen entscheidenden Einfluss auf die Performance des Systems. Als wichtige Einflussgrößen sind hierbei zu nennen: Querschnittsverhältnis (Ballon- oder Niederquerschnittsreifen), Gürtellagen (Anzahl der Lagen, Winkel, Profil, Material), tangentiale Steifheit des Reifenprofils, Gummimischung, Gürtelsteifigkeit“, erklärt Mauser.

„Beim A6 haben wir beispielsweise 50 Reifensätze getestet“, verdeutlicht er den Aufwand, den es folglich zu minimieren gelte. Deshalb sollen die Reifen zukünftig durch ein geeignetes Testverfahren in verschiedene Klassen hinsichtlich ihrer Verträglichkeit für indirekte Reifendruckkontrollsysteme eingeordnet werden. Zu diesem Zweck habe man sich mit Bridgestone, Dunlop, BMW sowie dem Unternehmen Nira Dynamics, das Mausers Worten zufolge das indirekte Reifendruckkontrollsystem für Audi entwickelt, gemeinsam in einem so genannten „Tire Classification Project“ zusammengefunden. Diese Maßnahme soll in ein geeignetes Prüfstandstestverfahren münden, um bei der Applikation von indirekten Systemen alsbald Zeit und Kosten sparen zu können. „Unser Ziel ist es, die Anforderungen FMVSS 138 auch mit indirekten Systemen zu erfüllenden“, bestätigt Mauser auf Nachfrage. Aktuell arbeite man daran und sei optimistisch, dieses Ziel erreichen zu können. Was genau darunter zu verstehen ist, wird anhand der von ihm gewagten Prognose deutlich. „FMVSS 138 schaffen wir 2008 mit einem indirekten Reifendruckkontrollsystem“, meint Mauser.

Passend zu dieser Thematik stellte Dr. Gregor Kuchler, Innovationsmanager bei Siemens VDO, im Rahmen der CTI-Konferenz das Intelligent Tire System (ITS) des Unternehmens vor, das in Zusammenarbeit mit Goodyear entwickelt wird. Bei diesem System soll der Druck-/Temperatursensor als Chip ins Reifengummi eingebettet werden. Dabei ist es das Ziel, dass es zukünftig wesentlich mehr leisten kann als den Reifendruck zu überwachen. Vielmehr – so die Vision – könne der Chip als Datenspeicher für Informationen wie Reifentyp, Reifengröße usw., aber auch eines eindeutigen Identifikationskennzeichens dienen sowie darüber hinaus irgendwann sogar einmal als Reibwertsensor dem Fahrer die Fahrbahnbeschaffenheit melden. Die Roadmap der weiteren Entwicklung reicht derzeit bis ins Jahr 2020 hinein (vgl. bereits NEUE REIFENZEITUNG 11/2006). Dabei sieht Kuchler in der Verheiratung der Reifendrucküberwachung mit der Speichermöglichkeit von Daten auf einem Chip im Reifen bzw. deren Übertragung nach außen per RFID-Technologie (RFID = Radio Frequency and Identification) einen „natürlichen Mehrwert“ im Vergleich zu heutigen Systemen.

Denn mithilfe eines solchen Chips ließen sich Managementfunktionen realisieren, die ein einfaches Reifendruckkontrollsystem nicht leisten könne. Beispielsweise könnte dadurch jeder Reifen durch die im Speicher abgelegten Daten eindeutig identifiziert werden, was Vereinfachungen in der Logistikkette oder bei etwaigen Rückrufen mit sich bringt. ITS-Chips späterer Generationen sollen – so die Vision von Siemens VDO und Entwicklungspartner Goodyear – beispielsweise darüber hinaus in der Lage sein zu dokumentieren, welche Wegstrecke ein Notlaufreifen nach einer Panne im drucklosen Zustand bereits hinter sich gebracht hat. Damit ein solches System herstellerübergreifend funktioniert, muss laut Kuchler allerdings eines sichergestellt werden. „Standardisierung ist ein Muss. Darin unterscheidet sich der so genannte ‚intelligente Reifen’ der Zukunft von heutigen Reifendruckkontrollsystemen“, sagt er.

Seinen Worten zufolge liegt die Herausforderung bei ITS neben der Entwicklung auf der technischen Seite insofern vor allem in einem „sanften Übergang“ zwischen heutigen und zukünftigen „intelligenten“ Systemen. Denn was nutzt es dem Verbraucher, wenn die Reifen der einen Marke das Steuergerät seines Fahrzeugs mit einer Fülle an (Reifen-)Daten versorgt, mit denen sich etwa die ABS- oder ESP-Regelstrategien des Autos optimieren lassen, die Pneus einer anderen Marke sich bezüglich der gesendeten Daten jedoch eher zugeknöpft geben, da sie zu deren Übertragung ein anderes Protokoll verwenden? „Mit ITS soll keinesfalls jemand bevormundet werden, welche Reifen er zu montieren hat“, unterstreicht Kuchler nochmals die Notwendigkeit zur Einigung auf einen gemeinsamen Standard.

Genau solch ein etablierter Standard kann sich umgekehrt aber auch als Hemmschuh für die Einführung einer neuen Technologie erweisen. Man denke nur an solche Rad-Reifen-Systeme wie TRX von Michelin oder CTS von Conti, die spezielle Felgenkonstruktionen erforderlich machten. Daher muss die Frage erlaubt sein, ob der von Markus Rudolf, Leiter Projektmanagement Chassisentwicklung bei der Magna Steyr Fahrzeugtechnik AG & Co KG, im Rahmen der CTI-Tagung vorgestellten Reifendruckregelanlage je ein breiter Einsatz in der Serienfertigung beschieden sein wird. So unbestreitbar wie die Vorteile eines ständig anpassbaren Reifendruckes auch sein mögen, so gravierend ist der Nachteil der Anlage, dass sie – wie TRX oder CTS – eine besondere Radkonstruktion nach sich zieht. Denn irgendwie muss die von einem kombinierten Kompressor-/Druckspeichersystem gelieferte Luft ja schließlich in den Reifen kommen. Konventionelle Räder sind für solche Zwecke jedenfalls bislang noch nicht ausgelegt.

Vielversprechender in Sachen Vorbeugen vor einem Liegenbleiben nach einer Reifenpanne erscheinen da schon die verbreiteten Ansätze in Form der Notlaufreifentechnologie der etablierten Hersteller oder der im Markt verfügbaren Pannenkits. Aber auch da ist nicht alles eitel Sonnenschein, wie Franz Nowakowski, Dekra-Beauftragter für Sondergutachten, anhand der Ergebnisse einer Studie bezüglich der an seitenwandverstärkten Runflats offenbar verstärkt auftretenden Montageschäden darlegte. Demnach wurden zu Testzwecken alles in allem rund 2.000 Montagen bzw. Demontagen von Notlaufreifen vorgenommen, und etwa 70 Prozent der Reifen sollen hinterher mehr oder weniger deutliche Markierungen aufgewiesen haben. Dies sei eine sehr hohe kritisch zu sehende Quote. „So löblich die Entwicklung in Bezug auf die Pannensicherung ist, so muss dennoch etwas in dieser Sache getan werden“, sagt Nowakowski. Als Ursache für die Schädigungen, die im schlimmsten Fall zum Komplettausfall des Reifens führen könnten, nennt er mehrere Faktoren.

„Die Defektauffälligkeit bei kühlen Temperaturen nimmt deutlich zu. Fast alle Reifen, die bei Temperaturen unterhalb 15 Grad Celsius montiert wurden, wiesen bei der anschließenden Untersuchung Markierungen auf“, so eines der Ergebnisse der Untersuchung, die teilweise auch schon im Rahmen des Stahlgruber Round Table Reifentechnik im Frühjahr dieses Jahres veröffentlicht wurden (vgl. NEUE REIFENZEITUNG 5/2007). Demnach wurde außerdem bei Stahlfelgen eine höhere Fehlerquote beobachtet als bei Alurädern. Einen Einfluss hat laut Nowakowski zudem die Wahl der Montagemaschine, deren Ausstattung in Bezug etwa auf die Ausformung des Wulstniederhalters sowie die eingesetzten Hilfsmaterialien (Montagepasten u.Ä.). Alle diese im Rahmen der Studie gesammelten Erfahrungen sollen jedenfalls in den Montageleitfaden einfließen, der derzeit von allen Beteiligten Interessengruppen (Reifenhersteller, Werkstattausrüster, Reifenhandel etc.) unter Federführung des Wirtschaftsverbandes der deutschen Kautschukindustrie e.V. (WdK) erarbeitet wird.

Ziel dessen ist es, unnötigen Pannen durch fehlerhafte Montage von Notlaufreifen vorzubeugen. „Die Schädigungen durch eine falsche Montage sind dem Reifen im aufgezogenen Zustand von außen nicht anzusehen. Daraus können fahrende Zeitbomben werden“, warnt Nowakowski, der im Rahmen der Konferenz in Stuttgart darüber hinaus die Ergebnisse einer Untersuchung von Pannenhilfsmitteln im Form von Spraydosen wie auch von Kompressor-Kits präsentierte. „Von dem Reservereifen wegzukommen ist ein seit Jahren in der Automobilindustrie zu beobachtender Trend“, beleuchtet er die Motivation für den Test. Herausgekommen ist dabei, dass die im Markt erhältlichen Lösungen allenfalls als kurzfristige Hilfsmittel nach einer Reifenpanne taugen. Beschädigte Reifen sollten schnellstmöglich nach einer mit ihrer Hilfe vorgenommenen „Behelfsreparatur“ von einem Fachmann in Augenschein genommen bzw. fachgerecht repariert oder ausgetauscht werden.

Dabei bemängelt Nowakowski, dass auf den meisten Spraydosen ein solch klarer Hinweis ebenso fehlt (Ausnahme Nigrin Reifendicht, Reifenpilot) wie genaue Angaben zum Anwendungsbereich (Ausnahme Reifenpilot) oder zur Handhabung bzw. dem Verhalten nach der „Reparatur“ (Ausnahme Sonax Reifenfix). Diesbezüglich haben die Kompressorkits – ContiComfortKit und Terra-S Reifendichtgel – zwar nicht perfekt, aber zumindest doch deutlich besser abgeschnitten. Außerdem war mit ihnen bei den Tests ein Reifenluftdruck von um die zwei bar nach der Behelfsreparatur erreichbar, bei den Sprays war in der Regel bei 1,4 bar Schluss. Und ein Produkt schaffte gerade einmal bedenkliche 0,9 bar. Als problematisch bei allen getesteten Varianten bezeichnet Nowakowski, dass das die Durchstichverletzungen abdichtende Mittel nur sehr schwer wieder aus dem Reifen entfernt werden kann.

„Wer einmal gesehen hat, wie diese auf Latex basierenden Mittel eine Montagemaschine verschmutzen und wie schwer sich diese Verschmutzungen wieder reinigen lassen, wird verstehen, warum so mancher Reifenservicebetrieb die Reparatur damit behandelter Reifen ablehnt,“ berichtet er von seinen Erfahrungen. Doch im Gegensatz dazu existierten auch Lösungen auf dem Markt, deren Dichtmittel nicht auf Latex basieren. Explizit erwähnt hat Nowakowski in diesem Kontext „Premium Seal AIO“, wobei das Akronym für All In One steht. Das hierbei zum Einsatz kommende Dichtmittel soll dank Mikrofasertechnologie die Nachteile von Latexprodukten vermeiden, und das darauf basierend Pannenkit wurde jüngst erst von der Dekra bezüglich seines Temperaturverhaltens bzw. seiner Funktionalität überprüft (wir berichteten).

Um einen ganz anderen Teilaspekte rund um den Reifen ging es in den beiden Vorträgen von Bernd Korte und Dr. Werner Niedermayer. Korte, Direktor Produktentwicklung und Industrialisierung Nutzfahrzeugreifen bei der Continental AG, beleuchtete die Herausforderungen, die es im Zusammenhang mit der Entwicklung von Lkw-Reifen zu bewältigen gilt. Auch wenn Dr. Niedermayer, Direktor Produktentwicklung bei der Degussa GmbH, über Füllstoffkonzepte von Reifen referierte, hatten beide Beiträge dennoch einen gemeinsamen Nenner: Hier und da ging es nämlich vornehmlich um den Aspekt Rollwiderstand. Bekanntermaßen dreht sich im Transportgewerbe mehr oder weniger alles nur um möglichst niedrige Kosten pro Kilometer, wobei insbesondere der Kraftstoffverbrauch und damit eben auch der Reifen eine gewichtige Rolle spielt. Während Korte aufzeigte, an welchen Stellschrauben (Laufflächenmischung, Reifenunterbau, Profildesign etc.) ein Reifenhersteller im Allgemeinen drehen kann, um die bestmögliche Lösung für die zwischen den Anforderungen beispielsweise in Sachen Rollwiderstand, Laufleistung oder Nassgrip bestehenden Zielkonflikte zu finden, konzentrierte sich Niedermayer allein darauf, wie innovative Füllstoffe in den verschiedensten Mischungen eines Reifens den Rollwiderstand des fertigen Reifens reduzieren helfen.

„Als Richtwert kann man sagen, dass etwa ein Drittel des Mischungsgewichtes eines kompletten Reifens von den Füllstoffen stammt. Und die jeweils verwendeten Füllstoffe haben dabei einen maßgeblichen Einfluss auf den so genannten Energieverlustfaktor der Mischung und damit auf letztendlich auf den Rollwiderstand eines Reifens“, so Dr. Niedermayer. Seinen Worten zufolge hat Degussa jüngst beispielsweise ein neues Silan namens „VP Si 363“ entwickelt, das sich im Vergleich zu „Si 69“ durch einen knapp 50 Prozent geringeren Energieverlustfaktor auszeichnen soll. Damit lasse sich der Rollwiderstand eines Reifens um etwa 13 Prozent reduzieren, bei nur geringen Abstrichen bezüglich Abrieb oder Nassbremsen. Diese liegen ersten Tests zufolge in der Größenordnung von drei bis vier Prozent, während sich das Trockenbremsverhalten bei Einsatz des neuen Silans nicht verschlechtere. „Diese geringen Einbußen in puncto Nassgrip und Abrieb lassen sich aber durch andere Maßnahmen in den Griff kriegen. Das haben uns zumindest die Reifenhersteller gesagt, denen wir das Füllstoffkonzept vorgestellt haben“, sagt Niedermayer.

„Die mit dem neuen Silan erzielbare Reduzierung des Energieverlustfaktors ist vergleichbar mit dem Fortschritt, den Michelin mit der Einführung des so genannten Grünen Reifens bzw. der Einführung von Silicamischungen Anfang der 90er-Jahre erreicht hat“, ergänzt er. Aber auch anderer Füllstoffe wie Silica und Ruß beeinflussen den Energieverlustfaktor einer Gummimischung bzw. den Rollwiderstand eines Reifens. Daher hat Degussa seinen Worten dort ebenfalls angesetzt. Allerdings seien die darüber erzielbaren Effekte nicht ganz so groß wie bei „VP Si 363“. Er spricht in diesem Zusammenhang von maximal 20 bzw. 15 Prozent geringeren Energieverlustfaktoren, sodass die damit erreichbaren Rollwiderstandsverringerungen irgendwo zwischen fünf und zehn Prozent lägen. „Leider sind die einzelnen über Silan, Silica oder Ruß realisierbaren Einzeleffekte nicht additiv. Warum nicht, ist noch ungeklärt“, berichtet der promovierte Physiker.

Anhand der durch Korte und Niedermayer gewährten Einblicke bezüglich mehr oder weniger der selben Problemstellung wird einerseits deutlich, dass der Reifen trotz seines mittlerweile hohen Alters immer noch ein spannendes Forschungsobjekt ist. Denn auch die Vorträge aller anderer Referenten haben gezeigt, welches Optimierungspotenzial bezüglich so manchen Details noch in dieser Automobilkomponente steckt, die wesentlich zur Fahrsicherheit beiträgt. Den Organisatoren der CTI-Konferenz „Neue Reifentechnologien im Automobil“ ist es dabei andererseits gelungen, der sich dadurch bietenden Vielfalt an interessanten Themen rund um das Bauteil Reifen Rechnung zu tragen. Insofern kann man sich also schon auf die nächste Tagung freuen. Denn es steht nicht zu erwarten, dass den Entwicklungsabteilungen der Reifenhersteller, Forschungseinrichtungen, Zulieferern oder Automobilproduzenten so schnell die Fragestellungen rund um die schwarzen runden Gummis ausgehen werden. Und Fragen wollen schließlich beantwortet werden.