Freitag , 15. Oktober 2021

Sicherheit durch Reifenhaftung – der Reifen macht die Fahrt!

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Situationen, in denen man als Autofahrer schnell reagieren muss, gibt es überall und deswegen ist es wichtig, dass man sich im Notfall auf sein Fahrzeug verlassen kann. Dabei ist es unerheblich, ob es sich dabei um eine Vollbremsung, oder um eine Serpentine handelt, der die Reifen standhalten müssen. Ausschlaggebend ist der Punkt, dass eine gute Reifenhaftung/Grip vorhanden sein muss. Gerade im Zusammenhang mit sportlich getunten Autos wird die Sicherheit durch eine gute Reifenhaftung oft außer Acht gelassen. Dabei sind es weder die Federn noch die Stoßdämpfer, die in einer solchen Situation ausschlaggebend sind, sondern in erster Linie die Reifen. Die Optimierung der zuerst genannten, ist zwar sehr beliebt bei Sportwagenfahrern, aber, fliegt man zum Beispiel bei einem Überholmanöver aus der Kurve, liegt es in den meisten Fällen daran, dass der Grip nicht oder nur ungenügend vorhanden war. Beim Fahren wirkende Kräfte, sei es durch die Beschleunigung, das Bremsen oder das Einwirken von Zentrifugalkräften, werden durch die Reifen auf das Fahrzeug übertragen. Sie machen alles andere erst möglich und garantieren die sichere Haftung auf der Straße.

Kleine Fläche-große Wirkung

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Die Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn ist in Relation zum Fahrzeug selbst, winzig. Umso wichtiger ist es die Wirksamkeit und die physikalischen Abläufe, genau zu kennen und optimal zu nutzen. Oder um es bildlich zu sagen: der Abrieb (Bremsstreifen bei einer scharfen Bremsung), passiert eben nicht nur bei besagter Bremsung, sondern, auch wenn man mit normaler Geschwindigkeit unterwegs ist. Das Maß ist zwar weitaus geringer, doch auf Dauer gesehen, nutzen sich die Reifen ab. Im schlimmsten Fall führt die dabei entstehende, zunehmend fehlende Kontrolle, zu einem Unfall. Daher ist es existenziell, die Physik, welche bei der Reifenhaftung mit der Straße wirkt, praktisch zu handhaben.

Was passiert bei der Reifenhaftung.

Beim Fahren entsteht Reibung zwischen dem Gummi des Reifens und der Straße. Diese Reibung ist von mehreren Faktoren abhängig und kann nicht als Konstante betrachtet werden. So ist etwa die Temperatur genauso ausschlaggebend wie der Druck und die Beschaffenheit des Bodens. Ist der Boden glatt und das Fahrzeug kommt leicht ins Rutschen, wird etwa das höchste Haftungsniveau erreicht. Seltsam, ist aber so! Diese Belastbarkeitsgrenze zeigt auf, wie gut oder wie schlecht die Sicherheit in einem solchen Fall gewährleistet wird. Im Sommer erwärmt sich der Gummi der Reifen und das Risiko einer Abnutzung/von Abrieb erhöht sich. Ist der Luftdruck in den Reifen zu gering, kann es zur Beschädigung kommen. Auch beim Aquaplaning spielt der Reifendruck im Hinblick auf die Haftung auf der Straße, eine große Rolle. Ein weiterer relevanter Druck ist übrigens der, der das Auto durch die Zentrifugalkraft auf der Straße hält, doch dazu kommen wir später.

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In erster Linie liegt das Niveau der Haftung vom Reifen an der Reaktion der unterschiedlichen Materialien (Gummi und Boden) miteinander. Dieser Vorgang wird Adhäsion genannt und bedeutet im Prinzip nichts anderes, als dass, die entstehende Energie beim Kontakt von Gummi und Asphalt sich durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zueinander stetig verändert. Durch Reibung entsteht bekanntlich Wärme und diese wiederum verformt die Moleküle des Gummis, während Asphalt eine kristallene Struktur aufweist, die wesentlich härter als Gummi ist, und sich somit bei Kontakt beider Materialien, nicht verformt. Der Abrieb des Reifens erhöht sich also zunehmend mit steigender Geschwindigkeit. Der maximale Wert ist erreicht, wenn die Geschwindigkeitsdifferenz bei etwa 0.03-0.06 Meter pro Sekunde liegt.

Von der Theorie zur Praxis!

Das weiter oben im Text schon mal erwähnte Überholmanöver in der Kurve, kann nur dann erfolgreich funktionieren, wenn mehrere Faktoren gegeben sind. Thema: Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft. Je mehr Geschwindigkeit entwickelt wird, umso höher wird auch die Zentrifugalkraft, die auf das Auto einwirkt. Federn und Stoßdämpfer fangen harte Bewegungen auf, aber das gesamte Gewicht liegt auf den Reifen. Dadurch wird der Druck auf den Boden gesteigert.

Das heißt, in der Kurve wird der Druck am höchsten. Um hier ein maximales Ergebnis zu gewährleisten, muss die Reibung zwischen dem Reifen und dem Asphalt, also quasi die Zentripetalkraft, genauso hoch sein. Anders kann ein Ausgleich der beiden Kräfte nicht gewährleistet sein. Dabei muss man sich immer vor Augen halten, wie gering bzw. klein, die Reibungsfläche zwischen Straße und Autoreifen eigentlich ist.

Die Bedeutung der Haftung für Rennwagen

Wenn man sich die großen Autorennen wie etwa das am Hockenheimring ansieht, fällt eins ins Auge. Rennfahrer wissen, wie groß die Bedeutung ist, denn für sie ist die Bodenhaftung gleichzeitig die Minimierung des Sicherheitsrisikos und ein Garant für die Kurvengeschwindigkeit. Etwa 75 % der Vorbereitung des Autos für die Rennfahrt, machen die Reifen aus. Erst danach folgen in der Regel die anderen Faktoren wie Einstellungen der Aufhängung, Bremsbalance oder Schaltgetriebeübersetzungenund Spoiler. Leistung und Geschwindigkeit, die sich nicht in den Kurven umsetzen lassen, nutzen dem Rennfahrer nichts. Dass bei Reifen, die solche Höchstleistungen bringen müssen, andere Gummigemische verwendet werden als am normalen Pkw, dürfte natürlich auf der Hand liegen.

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Doch andere oder bessere Gummigemische, bedeuten nicht automatisch, dass die Reifen auch länger halten. Je härter die Reifen sind, umso schlechter ist die Haftung auf der Straße. Dafür halten sie länger als Reifen mit weicheren Mischungen. Sind die Reifen weich, ist die Haftung zwar besser, aber der Abrieb ist größer, was ihre Lebensdauer wiederum erheblich verkürzt. Das optimale Gemisch darf also weder zu hart noch zu weich sein, sondern muss das perfekte Mittelmaß aus beidem haben. Da die Arbeitsbedingungen bei einem solchen Reifen genau bestimmt sind, und die Reifen genormt werden, erleichtert es dem Hersteller die Produktion. Dazu gehört auch ein optimaler Temperaturbereich, in dem sich ein möglicher Verschleiß des Reifens bewegt. Deshalb gibt es auch unterschiedliche Bereifung. Regenreifen für Regenwetter und Intermediate für Tage an denen es nur leicht regnet, sowie normale Rennreifen.

Strenge Regelungen für Reifen von Straßenfahrzeugen!

Logischerweise müssen die Reifen für normale, im täglichen Verkehr genutzte Pkw, jedes Wetter mitmachen. Da es schnell passiert, dass das Wetter umschlägt, oder man in ein Gebiet fährt, in dem andere meteorologische Gegebenheiten herrschen, muss eine gute Tauglichkeit der Reifen gewährleistet sein. Deshalb sind die Auflagen nicht nur strenger, sondern auch universell abgestimmt auf den täglichen Gebrauch. Die hierfür entwickelten Gummigemische werden jedes Jahr verbessert und müssen eine ganze Palette an Verhaltensmustern aufweisen. So wird unter anderem ein ebenso großer Wert auf die Haftung bei Regen, wie die Erwärmung und den Abrieb bei Sommertemperaturen geachtet und das Gemisch angeglichen und immer weiter optimiert. Die Sicherheit hat bei der Herstellung stets äußerste Priorität. Das Gleiche gilt auch für die Bereifung im Winter. Spezielle Winterreifen sind an die Witterung mit Eis und Schnee angepasst und verringern das Unfallrisiko erheblich. In der Praxis gibt es aber keinen idealen universellen Reifen, der für alle Bedingungen passt. Die Entwicklung eines Reifens, der in einem Temperaturbereich von +60 °C bis -20 °C perfekt funktioniert, ist (noch) nicht möglich.

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Das war es natürlich längst noch nicht gewesen!

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