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Fahrwerk Smarte Reifen: Vernetzt, robust und umweltfreundlich

| Autor: Thomas Günnel

Es sind nur wenige Quadratzentimeter Aufstandsfläche, mit denen sich Fahrzeuge mit ihren Reifen auf der Straße halten. Äußerlich haben sich die Pneus über die Jahre kaum verändert – das könnte sich künftig ändern.

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Smarte Reifen sind vernetzt – und kommen teilweise ohne Luftfüllung aus.
Smarte Reifen sind vernetzt – und kommen teilweise ohne Luftfüllung aus.
(Bild: Michelin)

Abgasgrenzwerte, Elektroantriebe, vernetzte Innenräume und autonomes Fahren: Es ist viel Bewegung in der Automobilindustrie. Eine Komponente kommt dabei meist nur am Rande vor oder wenn einer der Hersteller gerade wieder ein ausgeflipptes Konzept vorstellt: Reifen. Bei aller Entwicklung halten sie das Fahrzeug auf der Straße, ob das nun ein Fahrer lenkt oder Steuergeräte.

Continental und das Forsa-Institut haben deshalb rund 1.000 Autofahrer befragt, welche Anforderungen sie an den Pkw-Reifen der Zukunft haben. Das Ergebnis: Knapp 40 Prozent ist ein geringerer Rollwiderstand wichtig, gefolgt von Pannensicherheit. Nachhaltige Materialien und Produktion waren immerhin 19 Prozent wichtig. Interessant: 13 Prozent wünschen sich einen „intelligenten“ Reifen, der zum Beispiel den Luftdruck selbst reguliert oder eigenständig die Profiltiefe misst.

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Klingt nach Zukunftsmusik? Ist es auch – noch. Goodyear zum Beispiel hat einen Konzeptreifen vorgestellt, der nur dem Namen nach ein Reifen im klassischen Sinn ist: Der „Recharge“ kann sich selbst erneuern und an die Anforderungen seines Nutzers anpassen.

Kern des Konzepts ist eine biologisch abbaubare Laufflächenmischung, die sich mittels individueller Kapseln wieder selbst aufbauen kann. Die Kapseln sind mit einer flüssigen Gummimischung gefüllt, mithilfe derer sich die Lauffläche immer wieder regenerieren kann.

Je nach Mischung kann sich der Reifen so anpassen: an Wetterbedingungen, Straßenverhältnisse und die individuellen Mobilitätswünsche des Nutzers. „Es könnte Mischungen geben für den Betrieb im Winter und im Sommer“, überlegt man bei Goodyear. Zudem ließe sich ein Fahrerprofil hinterlegen, anhand dessen die Mischung auf den jeweiligen Fahrer zugeschnitten wird.

Mit biologischen Werkstoffen

„Die Gummimischung“, formuliert es der Hersteller ebenfalls hypothetisch, „würde aus einem biologischen Material bestehen. Sie wäre mit Fasern verstärkt, die der extrem widerstandsfähigen Spinnenseide nachempfunden sind. So würde die Mischung sehr haltbar und biologisch abbaubar.“ Könnte, würde – hier wird klar, wie weit das Konzept von einem realen Einsatz entfernt ist.

Dennoch ist der Gedanke interessant: Wiederbefüllbare Kapseln sind leichter zu wechseln als ein ganzer Reifen oder ein Komplettrad. Außerdem soll der Reifen ohne Luftfüllung auskommen. Stattdessen nutzt er eine dünne, robuste und wartungsarme Gesamtstruktur: Diese könne, so der Hersteller, Reifenschäden verhindern und die Reifendruckkontrolle obsolet machen.

5-G im Reifen

Apropos Reifendruckkontrolle. Bis es ohne sie funktioniert, fahren die kleinen Sensoren in den Reifen mit. Bei Pirelli neuerdings auch als 5-G-fähige Chips. Die „intelligenten“ Reifen des Herstellers übertragen mittels Funkstandard Daten schneller, zum Beispiel an ein folgendes Fahrzeug, um dessen Assistenzsysteme auf die vor dem Fahrzeug liegende Aquaplaning-Gefahr vorzubereiten. Und natürlich an die eigenen Bordsysteme.

Mit im Boot, um beim Bild des Aquaplaning zu bleiben, sind Pirelli, Ericsson, Audi, Tim, Italdesign und KTH. Das zugrundeliegende System „Cyber Reifen“ hat der Hersteller seit zwei Jahren im Programm. Es kann außerdem das Reifenmodell übertragen, die gefahrenen Kilometer und die dynamische Belastung – dies logischerweise nur an die Systeme des eigenen Fahrzeugs.

Die Bordsysteme können entsprechend darauf reagieren und zum Beispiel die Fahrdynamik-Regelsysteme darauf anpassen oder bei Winterreifen die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs begrenzen. Im Motorsport sind solche Systeme bereits etabliert: Per App können Fahrer sich zum Beispiel Informationen zum Über- oder Untersteuerverhalten ihres Fahrzeugs anzeigen lassen, je nach Luftdruck an den Vorder- oder Hinterrädern. In die Berechnungen fließen dabei auch die Werte der Rennstrecke oder Straßen- und Witterungsverhältnisse ein.

Lieferketten besser auslasten

Michelin will ab dem Jahr 2023 alle seine Pkw-Reifen mit RFID-Chips bestücken. In Lkw-Reifen des Herstellers stecken die Chips bereits seit einigen Jahren. Einen Schritt weitergedacht lassen sich so Lieferketten besser organisieren – wenn zum Beispiel der präferierte Reifenhändler schon Wochen vorher weiß, dass neue Reifen notwendig sind, und welche das sein werden.

Auch ein wichtiges Thema: Reifenbeschädigung, beziehungsweise wie sich Schäden möglichst wenig auf den Einsatz des Reifens auswirken. Der „Uptis“, den Michelin im vergangenen Jahr auf der IAA vorstellte, kommt ganz ohne Luftdruck aus – und erhielt im Februar auf der Fachmesse „Tire Technology Expo“ den Preis für die „Reifentechnologie des Jahres“. Eine spezielle Struktur im Reifeninneren ermöglicht die luftlose Funktion. Laut Hersteller ist er belastbar wie ein Luftreifen und soll Anprall- und Stichverletzungen widerstehen.

Neue Reifen simulieren

Ob es nun ein Reifen für die mittelfristige Zukunft sein soll oder einer für den heutigen Handel: In der Entwicklung steckt viel Aufwand. Um ihn zu reduzieren, hat Pirelli im Februar einen Simulator für Straßenreifen in Betrieb genommen; eine Technik, die bei der Konstruktion und Entwicklung von Formel-1- und anderen Motorsportreifen bereits seit zehn Jahren eingesetzt wird.

Der Simulator besteht aus einem umlaufenden 210-Grad-Panoramaschirm mit einem Durchmesser von 7,5 Metern, der viele unterschiedliche Fahrbedingungen, Straßen und Rennstrecken visuell darstellen kann. Kern des Systems ist ein statisches Auto. Ausgestattet mit aktiven Technologien, reproduziert es die Empfindungen, die ein Fahrer eines physischen Fahrzeugs erleben würde: durch den Sitz, das Lenkrad, die Sicherheitsgurte und verschiedene Shaker-Systeme, die die Bewegungen des Fahrwerks und des Motors präzise nachbilden.

Deutlich kürzere Entwicklungszeit

„Der Simulator kann dabei jeden beliebigen Reifen und jedes beliebige Auto anhand virtueller Modelle nachbilden“, so Pirelli. Die durchschnittliche Entwicklungszeit für neue Reifen verkürzt sich so um 30 Prozent – vor allem, weil sich virtuelle Prototypen schneller bewerten lassen; Entwicklungsparameter lassen sich einfacher verändern. Insgesamt beschleunigt das den Datenaustausch zwischen Reifen- und Automobilhersteller.

Für die physischen Reifen ist nach wie vor Kautschuk erforderlich – natürlicher oder synthetischer. An Letzterem forschen diverse Fraunhofer-Institute, und Continental entwickelt mit dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME Kautschuk aus Löwenzahn.

Elastischer und haltbarer

Das Spezialchemie-Unternehmen Kuraray hat ebenfalls auf der Tire Expo einen biobasierten Flüssigkautschuk vorgestellt. Er basiert auf der Stoffgruppe der sogenannten Farnesene und wird aus Zuckerrohr hergestellt. Der Kautschuk „verleiht Gummimischungen als Additiv eine niedrige Viskosität und bleibt nach der Vulkanisation auch bei tieferen Temperaturen elastisch“, sagt der Hersteller. Das sorge für bessere Haftung auf verschneiten oder vereisten Straßen.

Außerdem reduziere sich „das Ausbluten niedermolekularer Bestandteile an die Oberfläche, wie es bei herkömmlichen Weichmachern vorkommt, stark. Dies führt zu einer dauerhaft hohen Elastizität und konstanten Eigenschaften über die gesamte Nutzungsdauer“. Soll heißen: Der Reifen kann länger im Einsatz bleiben – ausreichend Profil vorausgesetzt.

Mit Material von SP-X

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE