Der Autoreifen wird von speziellen Reifenherstellern und nicht von Automobilherstellern gefertigt. Dennoch beschäftigen sich die Ingenieure, Techniker und Werkstätten der Automobilhersteller mit dem Thema Reifen sowie deren Herkunft und Herstellung. Ein Autoreifen ist ein sehr wichtiger Bestandteil eines Fahrwerks der Automobile. Aus der Sicht des Gesetzgeber ist der Reifen ein Normteil. Trotzdem kommunizieren die Automobilhersteller mit den Reifenherstellern ausgiebig über die Reifenherstellung und das Fertigungsverfahren, damit eine hohe Qualität und somit eine hohe Sicherheit für die Insassen des Fahrzeugs gewährleistet ist.
In den letzten Jahren hat sich die Herstellung von Autoreifen schnell weiterentwickelt. Vor allem sind die Reifen immer größer geworden. Ein Autoreifen besteht heute aus mehr als 20 verschiedenen Komponenten. Die Herstellung und die Mischung der Bestandteile läuft vollautomatisch ab. Über eine Computersteuerung wird die Zusammensetzung der Materialien bestimmt und verschiedene Reifen für unterschiedliche Zwecke, wie z. B. Sommerreifen, Winterreifen, etc. werden somit produziert.
An einen Autoreifen werden viele Anforderungen gestellt. Er muss die Radlasten aushalten, um Fahrzeuge zu tragen und Längs- und Seitenkräfte aufbringen, um das Auto sicher durch Kurven zu leiten. Zusätzlich sollen Reifen bei allen Witterungsbedingungen eine große Straßenhaftung sowie einen geringen Rollwiderstand und eine geringe Geräuschentwicklung haben. Dies sind noch lange nicht alle Herausforderungen, die bei der Herstellung eines Reifens überwunden werden müssen. Ein Reifen muss ebenso formstabil, luftdicht und innerhalb seiner Lebensdauer strukturfest bleiben. Daher werden vor der Auslieferung der Reifen strenge Qualitätskontrollen durchgeführt.
Um den perfekten Reifen herzustellen, muss die Summe aller Eigenschaften eines Reifens ein stimmiges Resultat ergeben. Wenn in der Entwicklung und Herstellung vermehrt auf eine einzige Anforderung geachtet wird, leiden andere Anforderungen darunter. Ein Zielkonflikt ist beispielsweise einen geringen Rollwiderstand und dennoch gute Eigenschaften beim Nassbremsen vorzuweisen. Zusätzlich müssen die Reifenhersteller für eine dauerhafte Versorgung mit Rohstoffen für die Produktion der Autoreifen sorgen.
Dies stellt die Reifenhersteller immer wieder vor neue Herausforderungen, die zur ständigen Verbesserungen in der Entwicklung und Fertigung eines Autoreifens führen.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Vorgehensweise
2 Aufbau, Bestandteile und Rohstoffe eines Reifens
3 Fertigungsschritte eines Autoreifens
3.1 Die richtige Gummimischung
3.2 Den Reifen in Form bringen - Halbzeugherstellung
3.2.1 Gürtel aus Stahlcordlage
3.2.2 Laufstreifen
3.2.3 Textilcord-Einlage - Karkassgewebeherstellung
3.2.4 Stahlkern und Apex
3.2.5 Seitenstreifen und Innenschicht
3.3 Entstehung des Rohlings
3.4 Vulkanisation - Der letzte Produktionsschritt
3.5 Qualitätskontrollen - Die Endkontrollen
4 Fazit
Anhang
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Reifenbeschriftung und deren Bedeutung
Abbildung 2: Reifenbauteile
Abbildung 3: Einzeldrähte in der Spulenkammer
Abbildung 4: Kalandrierter Stahlcord
Abbildung 5: Laufstreifenextrudierung
Abbildung 6: Karkassgewebeherstellung
Abbildung 7: Gummierte Wulstkabel
Abbildung 8: Innenschicht nach der Extrudierung
Abbildung 9: Reifenrohling
Abbildung 10: Reifenheizform
Abkürzungsverzeichnis
DOT Department of Transportation
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
Der Autoreifen wird von speziellen Reifenherstellern und nicht von Automobilherstellern gefertigt. Dennoch beschäftigen sich die Ingenieure, Techniker und Werkstätten der Automobilhersteller mit dem Thema Reifen sowie deren Herkunft und Herstellung. Ein Autoreifen ist ein sehr wichtiger Bestandteil eines Fahrwerks der Automobile. Aus der Sicht des Gesetzgeber ist der Reifen ein Normteil. Trotzdem kommunizieren die Automobilhersteller mit den Reifenherstellern ausgiebig über die Reifenherstellung und das Fertigungsverfahren, damit eine hohe Qualität und somit eine hohe Sicherheit für die Insassen des Fahrzeugs gewährleistet ist.1
In den letzten Jahren hat sich die Herstellung von Autoreifen schnell weiterentwickelt. Vor allem sind die Reifen immer größer geworden. Ein Autoreifen besteht heute aus mehr als 20 verschiedenen Komponenten. Die Herstellung und die Mischung der Bestandteile läuft vollautomatisch ab. Über eine Computersteuerung wird die Zusammensetzung der Materialien bestimmt und verschiedene Reifen für unterschiedliche Zwecke, wie z. B. Sommerreifen, Winterreifen, etc. werden somit produziert.2
An einen Autoreifen werden viele Anforderungen gestellt. Er muss die Radlasten aushalten, um Fahrzeuge zu tragen und Längs- und Seitenkräfte aufbringen, um das Auto sicher durch Kurven zu leiten. Zusätzlich sollen Reifen bei allen Witterungsbedingungen eine große Straßenhaftung sowie einen geringen Rollwiderstand und eine geringe Geräuschentwicklung haben. Dies sind noch lange nicht alle Herausforderungen, die bei der Herstellung eines Reifens überwunden werden müssen. Ein Reifen muss ebenso formstabil, luftdicht und innerhalb seiner Lebensdauer strukturfest bleiben.3 Daher werden vor der Auslieferung der Reifen strenge Qualitätskontrollen durchgeführt.
Um den perfekten Reifen herzustellen, muss die Summe aller Eigenschaften eines Reifens ein stimmiges Resultat ergeben. Wenn in der Entwicklung und Herstellung vermehrt auf eine einzige Anforderung geachtet wird, leiden andere Anforderungen darunter. Ein Zielkonflikt ist beispielsweise einen geringen Rollwiderstand und dennoch gute Eigenschaften beim Nassbremsen vorzuweisen.4 Zusätzlich müssen die Reifenhersteller für eine dauerhafte Versorgung mit Rohstoffen für die Produktion der Autoreifen sorgen.
Dies stellt die Reifenhersteller immer wieder vor neue Herausforderungen, die zur ständigen Verbesserungen in der Entwicklung und Fertigung eines Autoreifens führen.
1.2 Vorgehensweise
Im Hauptteil dieses Scientific Essays wird der Aufbau, die Bestandteile und die Rohstoffe eines Reifens anhand von Beispielen von bekannten Reifenherstellern wie Goodyear Dunlop, Continental und Michelin beschrieben (Kapitel 2). Damit soll ein Grundverständnis für den Aufbau und die Bestandteile eines Reifens vermittelt werden. Anschließend folgen die Fertigungsschritte des Autoreifens am Beispiel des Markenherstellers Continental (Kapitel 3). Zunächst wird auf die Herstellung der richtigen Gummimischung (Kapitel 3.1) eingegangen. Im Kapitel 3.2 wird dann die Fertigung der Halbzeugherstellung erläutert und die wichtigsten Maschinen, die für die Fertigungsschritte benötigt werden, kurz erklärt. Die Entstehung des Rohlings, die Vulkanisation und die Qualitätskontrollen folgen daraufhin (Kapitel 3.3 - 3.5). Um im Kapitel 3 keine verschiedenen Fertigungsprozesse von unterschiedlichen Herstellern durcheinander zu bringen, wird bewusst nur auf das Fertigungsverfahren von der Firma Continental eingegangen.
2 Aufbau, Bestandteile und Rohstoffe eines Reifens
Ein Reifen besteht aus mehreren Schichten. Er ist ein aus mehreren untereinander verbundenen Gummikomponenten bestehender Verbundwerkstoff. Zusätzlich ist der Reifen durch Stahl-Verstärkungsmaterialien ausgestattet. Für moderne PKW werden ausschließlich Stahlgürtelreifen verwendet. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal bei unterschiedlichen Herstellern von Stahlgürtelreifen besteht nicht.5
Die Informationen, die auf der Seite des Reifens zu finden sind, sind wie folgt zu interpretieren (s. Abbildung 1).
Abbildung 1: Reifenbeschriftung und deren Bedeutung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: LeisterG., Fahrzeugräder - Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 23
Der DOT-Code gibt Auskunft über das Herstelldatum des Reifens. Der Reifenquerschnitt beschreibt das Verhältnis der Seitenwandhöhe und der Breite der Lauffläche. Ein Reifen der Größe 225/60 R17 besitzt eine Breite von 225 mm, die Flankenhöhe beträgt 60 % der Breite, die letzten beiden Ziffern (17) bezeichnen die Zollgröße. Die Breite des Reifens wird in mm angegeben. Das „R“ steht für Radial und beschreibt die Bauweise des Reifens.6 Die Einhaltung der Reifenkennzeichnung ist in der DIN 70020 festgelegt.7 Die Cordfäden verlaufen dabei radial, also quer zur Fahrtrichtung, von Wulst zu Wulst.8 Cordfäden bestehen heutzutage hauptsächlich aus Kunstfasern und bilden die Karkasse.
Die Karkasse ist das Grundgerüst des Reifens und besteht aus hochfesten Kunstfasergewebelagen (Rayon oder Nylon). Sie sorgt für die Stabilität des Reifens. Die Karkasse wird an der Wulst jeweils Umschlägen, sodass der Reifen stabil auf der Felge hält. Der Wulst ist wie ein Ring, der einen oder mehrere Drahtkerne mit den drumgelegten Enden der Karkassenfäden enthält.9 Der Lastindex (LI) gibt die maximale Last in Kilogramm und Pfund an, die ein Reifen bei richtigem Reifendruck tragen kann.10 Die restlichen Merkmale auf dem Reifen sind durch den Namen definiert und selbsterklärend.
Ein Autoreifen besteht aus den mehreren Schichten und Bauteilen (s. Abbildung 2). Die Materialen weisen verschiedene physikalische Eigenschaften auf. Die häufigste Bauweise ist heute die Radialbauweise. Diese Reifen werden auch Gürtelreifen oder Stahlgürtelreifen genannt. Er besteht aus dem Stahlgürtel (1), der Gürtelabdecklage (2), der Lauffläche und Profilgestaltung (3), dem Verstärkerstreifen (4), der Seitenwand (5), dem Kernreiter (6), dem Wulstkern (7), dem Innerliner (8) und der Karkasse (9).11
Abbildung 2: Reifenbauteile
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: https://www.goodyear.eu/corporate/de/about-tires/produktion/reifenauf- bau.jsp, Zugriffam 14.07.2020.
Die Anzahl der verschiedenen Rohstoffe eines Autoreifens ist abhängig von den Anforderungen, die an den Reifen gestellt werden.12
Der Sommerreifen ContiPremium Contact 2 von dem Reifenhersteller Continental mit der Größe und Bauweise 205/55 R16 91 W hat z. B. folgende Bestandteile: 41% Kautschuk (Natur- und Synthesekautschuk), 30% Füllstoffe (Ruß, Silicia, Kohlenstoff, Kreide), 15% Festigkeitsträger (Stahl, Polyester, Rayon, Nylon), 6% Weichmacher (Öle und Harze), 6% Chemikalien für die Vulkanisation (Schwefel, Zinkoxid, diverse andere Chemikalien) und 2% Alterungsschutzmittel und sonstige Chemikalien.13
3 Fertigungsschritte eines Autoreifens
Bei der Herstellung eines Autoreifens folgen die nachfolgenden Fertigungsschritte. Die bekannten Reifenhersteller wie z. B. Goodyear Dunlop Tires Germany GmbH und Continental Reifen GmbH haben verschiedene Zulieferer, die die Rohstoffe zur Reifenherstellung liefern. Nach einer entsprechenden Vorbehandlung der Rohstoffe zu Verbundwerkstoffen, werden diese zu Halbzeugen weiterverarbeitet. Das geschieht wie folgt (Kapitel 3.1). Die Stahlindustrie liefert hochfesten Stahl für die Herstellung des Stahlgürtels und die chemische Industrie stellt vor allem Synthesekautschuke zur Verfügung. Der wichtige Rohstoff Naturkautschuk wird auf großen Plantagen aus Gummibäumen durch Anschneiden der Baumrinde gewonnen. Das Ausgangsmaterial für die Cordherstellung liefert die Textilindustrie.14
3.1 Die richtige Gummimischung
Als Erstes muss die richtige Gummimischung aus den einzelnen Rohstoffen hergestellt werden.15 Um ein perfektes Mischungsverhältnis zu erhalten werden spezielle Maschinen eingesetzt.16 Mit Knetmaschinen und Walzen werden die Bestandteile so lange vermengt, bis die gewünschte Kautschukmischung entstanden ist.17 Es werden die verschiedenen Rohstoffe gemischt, gespritzt, gewalzt und geschnitten. Die Grundzutaten für einen Autoreifen sind im Kapitel 2 aufgezählt worden.18 Bis die richtige Mischung hergestellt ist, hat eine mehrphasige Mischprozedur stattgefunden. Für die unterschiedlichen Reifenanforderungen (Kapitel 1.1) werden die Durchgänge und Zusätze variiert, bis die gewünschte Eigenschaft des Materials erreicht wird.19 Anschließend wird die Mischung zu einem langen Band ausgewalzt.20
3.2 Den Reifen in Form bringen - Halbzeugherstellung
Zur Fertigung der Halbzeuge eines Autoreifens werden einige Werkzeuge und Maschinen eingesetzt. Zu den wichtigsten Maschinen zählt der Kalander und der Extruder.
Ein Kalander ist eine mit beheizbaren Walzen ausgestattete Anlage zum Kalandrieren von Folien und Kunststoffen. Kalander stammt von dem französischen Begriff “calandre” und bedeutet Rolle.21 Bei einem Kalander liegen mehrere Rollen aufeinander. Das Material, wie z. B. die Textilcord oder Stahlcord-Fäden, wird durch die Spalten der Walzen geführt.22 Spezielle Reifenkalandieranlagen für eine wirtschaftliche Reifenproduktion werden z. B. von der Firma Krauss-Maffei Berstorff gefertigt. Da es in der Massenproduktion von Reifen besonders wichtig ist, kurze Umrüstzeiten bei einem Mischungs- oder Geometriewechsel zu haben, werden diese speziellen Maschinen gefertigt.23
Der Extruder, auch Schneckenpresse genannt, ist eine Maschine, das auf dem Prinzip des Schneckenförderers beruht. Das Verfahren wird Extrusion genannt. Bei der Extrusion werden unter hohem Druck und i. d. R. auch unter hohen Temperaturen feste bis dickflüssige Materialien gepresst. Aus einer formgebenden Öffnung, die als Mundstück, Düse oder Matrize bezeichnet wird, wird das Material rausgepresst. Der Extruder besteht aus einer Schneckenwelle, die in einem Schneckenzylinder liegt. Am vorderen Ende befindet sich die Auslassöffnung (Düse). Am hinteren Ende sitzt der Antrieb, der als Extrudergetriebe bezeichnet wird und für die Rotation der Schneckenwelle zuständig ist.24
Im Anhang ist eine sehr gute Übersicht der einzelnen Fertigungsschritte im Werk der Firma Continental zu finden.
3.2.1 Gürtel aus Stahlcordlage
Der Stahlcord bildet später den Gürtel des Autoreifens. Dabei werden viele Stahldrähte von Rollen in einer Spulenkammer zu einer feinen Stahlcordlage zusammengefügt (s. Abbildung 3).
Abbildung 3: Einzeldrähte in der Spulenkammer
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Leister G., Fahrzeugrader-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 15.
[...]
1 Vgl. LeisterG., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung 2015, S. V.
2 Vgl. https://www.wasistwas.de/archiv-technik-details/wie-wird-ein-autoreifen-hergestellt.html, Zu- griffam 14.07.2020.
3 Vgl. LeisterG., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 7.
4 Vgl. http://www.dgengineering.de/download/open/Studie_Continental_Reifengrundlagen_de.pdf, Zugriffam 14.07.2020.
5 Vgl. LeisterG., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 7.
6 Vgl. LeisterG., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 9.
7 Vgl. https://www.ingenieurkurse.de/fahrzeugtechnik/fahrwerk/reifen/abmessungen-kennzeichnun- gen-eines-reifen.html, Zugriffam 19.07.2020.
8 Vgl. LeisterG., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 9.
9 Vgl. https://www.reiff-reifen.de/de/content/Reifen-Lexikon.html, Zugriffam 14.07.2020.
10 Vgl. Leister G., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 9.
11 Vgl. https://www.goodyear.eu/corporate/de/about-tires/produktion/reifenaufbau.jsp, Zugriff am 14.07.2020.
12 Vgl. https://www.goodyear.eu/corporate/de/about-tires/produktion/reifenherstellung.jsp, Zugriff am 15.07.2020.
13 Vgl. http://www.dgengineering.de/download/open/Studie_Continental_Reifengrundlagen_de.pdf, Zugriffam 15.07.2020.
14 Vgl. http://www.dgengineering.de/download/open/Studie_Continental_Reifengrundlagen_de.pdf, Zugriffam 16.07.2020.
15 Vgl. https://www.goodyear.eu/corporate/de/about-tires/produktion/reifenhersteiiung.jsp, Zugriff am 15.07.2020.
16 Vgl. https://www.continental-reifen.de/autoreifen/reifenwissen/reifen-grundlagen/reifenherstellung, Zugriffam 15.07.2020.
17 Vgl. https://www.wissen-digital.de/Wie_werden_Autoreifen_hergestellt%3F, Zugriffam 15.07.2020.
18 Vgl. https://www.goodyear.eu/corporate/de/about-tires/produktion/reifenherstellung.jsp, Zugriff am 15.07.2020.
19 Vgl. LeisterG., Fahrzeugräder-Fahrzeugreifen, Entwicklung, Herstellung, Anwendung, 2015, S. 12.
20 Vgl. https://www.wissen-digital.de/Wie_werden_Autoreifen_hergestellt%3F, Zugriff am 15.07.2020.
21 Vgl. https://mav.industrie.de/allgemein/kalander-fuer-die-reifenherstellung/, Zugriffam 19.07.2020.
22 Vgl. http://www.maschinenbau-wissen.de/skript3/werkstofftechnik/kunststoffe/421-kalander, Zu- griffam 19.07.2020.
23 Vgl. https://mav.industrie.de/allgemein/kalander-fuer-die-reifenherstellung/, Zugriffam 19.07.2020.
24 Vgl. http://www.maschinenbau-wissen.de/skript3/werkstofftechnik/kunststoffe/393-extruder, Zu- griffam 19.07.2020.
- Quote paper
- Anonymous,, 2020, Fertigungstechnik. Fertigung eines Autoreifens, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1008024
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