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Reifenkennzeichnung:
150 / 70 R 17 69 H sl
150 Reifenbreite (hier in mm)
70 Querschnittsverhältnis (Höhe zu Breite)
R Kennzeichnung für die Reifenbauart (R = Radial / - = Diagonal / B = Bias Belted, Diagonalgürtelreifen)
17 Felgendurchmesser (in Zoll)
69 Tragfähigkeitsindex
H Geschwindigkeitsindex
sl schlauchlos [auch tl (= tubeless)]
Geschwindigkeitsindex (in km/h):
B | 50 |
C | 60 |
D | 65 |
E | 70 |
F | 80 |
G | 90 |
J | 100 |
K | 110 |
L | 120 |
M | 130 |
N | 140 |
P | 150 |
Q | 160 |
R | 170 |
S | 180 |
T | 190 |
H | 210 |
V | über 210 |
VR | über 210 |
V240 | 240 |
ZR | über 240 |
Theorie rund um die Reifenhaftung
Die Coulombsche Festkörperreibung
Sie unterscheidet zwei Zustände: Haftreibung und Gleitreibung, wobei die
Haftreibung immer größer als die Gleitreibung ist. Die Reibungszahl µ ist als
Proportionalitätskonstante zwischen der Reibungskraft und der Normalkraft
definiert, also: FR=µFN
Auf einer schiefen Ebene stellt das µ der Haftreibung daher grade den Tangens
des Winkels dar, bei dem ein Klotz zu rutschen beginnt. Verringert man darauf
hin den Winkel so ergibt sich das µ der Gleitreibung grade aus dem Tangens des
Winkels, bei dem der Klotz wieder stehen bleibt. Der Tangens kann mathematisch
Werte zwischen -unendlich und +unendlich annehmen, wobei physikalisch nur
positive Werte sinnvoll sind (sonst wäre die Energieerhaltung verletzt). Daher
kann der Reibwert µ Werte zwischen 0 und +unendlich annehmen. Eine Grenze bei 1
(Winkel 45°) ist unsinnig und wird von vielen Materialen überschritten (z.B.
Alu/Alu 1.05, Nickel/Nickel 5.0, etc.). Bei Alu/Alu liegt sogar die Gleitreibung
bei 1.04.
Die Festkörperreibung hat folgende Eigenschaften:
Haftreibung > Gleitreibung
Die Reibkraft ist nur von der Normalkraft abhängig, nicht von der Auflagefläche
Die Gleitreibung ist unabhängig von der Geschwindigkeit.
Gummireibung
Gummi ist kein Festkörper, sondern eher eine sehr viskose (zähe) Flüssigkeit.
Daher gilt die Festkörperreibung nicht. Trotzdem kann man natürlich einen
Proportionalitätswert definieren, der auch als Reibbeiwert bezeichnet wird.
Dieser ist aber nicht mehr konstant, sondern hängt von sehr vielen Faktoren ab.
Z.B. gehen Normaldruck, Auflagefläche, Temperatur, Geschwindigkeit und einiges
mehr in die Reibung ein. Die Gummireibung setzt sich aus vier Einzelkomponenten
zusammen:
Adhäsionsreibung beschreibt die molekularen Anziehungskraft zwischen
Reibpartnern. Sie stellt auf trockener Fahrbahn den dominierenden Teil dar und
ist vor allem von der Auflagefläche und den Materialeigenschaften abhängig.
Hysteresereibung beschreibt die Dämpfungsverluste durch Deformation auf rauen
Fahrbahnen. Sie ist von den visko-elastischen Eigenschaften des Gummis, der
Oberflächenbeschaffenheit und der Geschwindigkeit abhängig.
Der viskose Reibkraftanteil beschreibt die Scherung eines Zwischenmediums, wie
z.B. einem Wasserfilm auf nasser Fahrbahn.
Der Kohäsionsreibverlust stellt den Energieaufwand zur Erzeugung neuer Oberflächen
(Abrieb) dar.
Die Adhäsionskomponente ist direkt proportional zu effektiven Berührungsfläche,
die durch die Hysterese des Reifengummis jedoch verringert wird. Der
Hystereseanteil hat noch einen weiteren Effekt, er bestimmt nämlich über die
visko-elastischen Eigenschaften des Gummis die Kontakttiefe des Reifens und
damit wiederum die Kontaktoberfläche:
Aufgrund der Federungs- und Dämpfungseigenschaften des Gummis nimmt die
Kontakttiefe mit steigender Geschwindigkeit nichtlinear ab. Daher nimmt auch die
Reibung mit der Geschwindigkeit ab!
Der steile Anstieg bei wenig Schlupf ist durch die Längssteifigkeit des Reifens
bedingt. Man bezeichnet es als Deformationsschlupf. Noch vor Erreichen des
Maximums kommen bereits Gleitanteile dazu, die dann die rückwärtige Flanke maßgeblich
bestimmen. Bei 100% Schlupf ist dann der komplette Reifen im Gleiten.
Eine Untersuchung der Interaktionen im Prozess der Reibung zwischen Reifen
und Fahrbahn liefert folgende Ergebnisse:
Nur mit Hilfe der Kontaktverhältnisse zwischen Reifen und Fahrbahn lässt sich
der Prozess der Reibung als Resultat der Überlagerung der beiden Effekte Adhäsion
und Hysterese interpretieren. Für die Adhäsion ist die tatsächliche Kontaktfläche
A zwischen Reifengummi und Oberfläche entscheidend; für die Hysterese das
durch die Fahrbahnrauhigkeiten verformte Gummivolumen Q.
Der Traganteil zwischen Reifengummi und Oberfläche beträgt meist zwischen 10
und 25%. Der Kontakt ist dabei nicht flächig, sondern nur punktuell
ausgebildet, was zu lokalen Drucküberhöhungen mit Drücken an den
Kontaktstellen zwischen 100 und 700 N/cm² führt.
Die Kontakttiefen als Maß für das Eindringen der Rauhigkeitsspitzen in den
Reifen bewegen sich zwischen 0,4 und 1,6mm auf realen Fahrbahnen unter
Standardbedingungen.
Sowohl die tatsächliche Kontaktfläche A als auch das verformte Gummivolumen Q
hängen über die Kontaktmechanismen von der Fahrgeschwindigkeit ab und
beeinflussen so die Höhe des Reibwerts über der Geschwindigkeit.
Der Steilaufstieg der Reibwert-Schlupf-Kurve wird ausschließlich bestimmt durch
Reifeneigenschaften wie die Längssteife und die visko-elastischen
Materialeigenschaften der Laufstreifenmischung. Er repräsentiert die
Kraft-Verformungskennlinie des Reifens.
In diesem Bereich dominiert der Deformationsschlupfanteil am Gesamtschlupf. Mit
weiter ansteigender Kraft kommen Gleitanteile am Gesamtschlupf hinzu. Im
Reibwertmaximum befinden sich etwa 3/4 aller Anteile des Reifenlatsches lokal
schon im Gleiten.
Ein Absinken des Reibwertmaximums durch Reduktion der zwischen Reifen und
Fahrbahn übertragbaren Kräfte bedingt auch ein Absinken des Schlupfwerts, bei
dem das Reibwertmaximum auftritt.
Ein Zwischenmedium hat den mit Abstand größten Einfluss und betont andere
Parameter in ihrer Auswirkung auf den Reibwert. Reifen- und Fahrbahnparameter
haben geringeren Einfluss und überlagern sich gegenseitig.
Das Verhältnis von Reibwertmaxima zu Blockierreibwert bleibt für einen Reifen
und eine Oberfläche z.B. bei einer Variation der Profiltiefe gleich.
Eine Veränderung der visko-elastischen Materialeigenschaften der
Laufstreifentmischung durch Variation von Füllstoff, Füllgrad und Art der
Polymerisation verändert zwar die absolute Höhe der Reibwert-Schlupf-Kurve,
nicht aber deren Lage auf der Schlupfachse.
Die Kombination eines hohen Anteils des Füllstoffs Silica mit durch Lösungspolymerisation
hergestellten SBR-Kautschuken verspricht generell ein hohes Reibwertniveau.
Oberflächen mit niedrigem Reibwertniveau bewerten Mischungsunterschiede von
Reifen eher weniger als Fahrbahnen mit hohem Reibwertniveau.
Das Gleitreibverhalten von Gummiproben verschiedener Mischungen wird auf rauen
Oberflächen stärker differenziert als auf glatten, Dagegen ist der Abfall der
Gleitreibwerte mit wachsender Geschwindigkeit auf einer glatten Oberfläche stärker
als auf einer rauen.
Zwischen den visko-elastischen Kenngrößen verschiedener Laufstreifenmischungen
(Verlusttangens tan d und Verlustmodul M Scherbeanspruchung G) und dem
Gleitverhalten einer Gummiprobe auf einer rauen Oberfläche bei niedriger
Geschwindigkeit besteht eine eindeutige Korrelation.
Auch zwischen den auf trockener Fahrbahn gemessenen Reibwertmaxima von Reifen
derselben Mischung und der visko-elastischen Kenngröße tan d lässt sich eine
klare Beziehung herstellen. Daraus kann geschlossen werden, dass wie in der
vereinheitlichten Gummireibungstheorie postuliert die Höhe von Adhäsions- und
Hysteresekomponente von derselben visko-elastischen Eigenschaft des Reifengummis
abhängt.
Profiltiefe und Reifeninnendruck haben bei niedrigen Geschwindigkeiten eher
geringen Einfluss auf den Reibwert. Auf aus Glaskugeln gebildeten Modelloberflächen
hängt der mit einem Reifen gemessene Maximalreibwert bei Nässe vom verdrängten
Gummivolumen und der tatsächlichen Kontaktfläche ab.
Für einzelne Typen von Oberflächen lässt sich das Reibverhalten auf nasser
Fahrbahn mit einfachen Mechanismen zur Kraftübertragung erklären. Für alle in
der Realität gemessenen Fahrbahntexturen lassen sich keine klaren Abhängigkeiten
angeben, doch ist für verschiedene Fahrbahnbeläge die Angabe von Streubändern
möglich.
Während die Variation von Reifenparametern keine Auswirkung auf die Form der
Reibwert-Schlupf-Kurve hat, verändern Fahrbahnparameter das Aussehen der
Reibwert-Schlupf-Kurve.
Der Abfall der Reibwerte mit steigender Geschwindigkeit lässt sich mit dem
negativen Gradienten des Verlustmodul-Frequenz-Verlaufs erklären.
Für drei Oberflächen wurden Geschwindigkeits-Schlupf-Kennfelder des Reibwerts
für die trockene und nasse Fahrbahn erstellt, deren Verlauf sich mit der
vereinheitlichten Gummireibungstheorie begründen lässt. Der Verlauf der
dreidimensionalen Diagramme ist das Ergebnis der Überlagerung der Parameter im
Prozess der Reibung.
Die Interaktion der vier Parametergruppen kann nur über die am Kraftübertragungsprozess
beteiligten Mechanismen interpretiert werden.
Wie sieht das nun in der Praxis aus ?
Eine Interpretation des Verhaltens:
Während der normalen Fahrt bewegt man sich immer im steilen Anstieg der
Schlupfkurve. Der Reifen baut genau soviel Schlupf auf, wie er für die Kraftübertragung
an Reibung benötigt. Möchte man z.B. in 4 Sekunden von 0 auf 100km/h
beschleunigen, so benötigt der Reifen eine Reibung von 0,7. Er wird daher auf
trockenem Asphalt etwa 4% Schlupf haben, auf Kopfsteinpflaster jedoch rund 12%.
Obwohl in beiden Fällen das Reibmaximum noch nicht überschritten ist, wird man
als Fahrer auf dem Kopfsteinpflaster ein schmierigeres Gefühl bekommen.
Möchte man nun stärker beschleunigen, bremsen oder schräger um die Kurve
fahren, nähert man sich immer weiter dem Maximum der Kurve. Wenn man dieses überschreitet,
schmiert der Reifen weg und "rutscht" auf der Kurve in Richtung des
100% Schlupfes. Je steiler die Kurve in diesem Bereich abfällt, desto plötzlicher
und unkontrollierbarer schmiert der Reifen weg. Auf nassem Kopfsteinpflaster
lassen sich die Drifts daher leichter beherrschen und die Haftgrenze erfahren,
als auf nassem Asphalt. Allerdings rät die insgesamt niedrigere Haftung zu
einen entsprechend vorsichtigem Umgang mit dem Gas.
und zuletzt unser Stoßgebet zum Himmel kurz vor dem Verlassen der Piste:
GRIP UNSER IM HIMMEL
geheiligt werde Deine Auflagefläche,
Dein Grenzbereich komme,
Dein Wheelie geschehe
in den Kurven als auch auf den Geraden.
Unseren täglichen Drift gib uns heute
und vergib uns unsere Fahrfehler,
wie auch wir vergeben unserem Fahrwerk.
Führe uns nicht in ungesunde Schräglagen,
erlöse uns von unseren Verfolgern.
Denn Dein ist der Windschatten,
das Überholen und die Zielflagge
in Ewigkeit
A M E N