REIFENFINDER
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technologieJeder weiß, was ein Reifen ist und wofür er benutzt wird. Für viele ist es einfach ein schwarzer Ring aus Gummi, der an einem Fahrzeug montiert ist, mit dem man sich oder zusätzliche Ladung von A nach B transportieren kann. Der Reifen muss leichtes Steuern, Bremsen und Kurvenfahren ermöglichen. Er muss für eine bequeme, sichere Fahrt sorgen, außerdem soll er möglichst lange einfach nur laufen. Und das ist auch schon alles, was die meisten von uns dazu wissen.
Wenn Sie mehr wissen möchten, wenn Sie einmal die komplexen Produktionsabläufe kennenlernen möchten und die unterschiedlichen Phasen des Herstellungsprozesses, dann werden Sie feststellen, was für ein außergewöhnliches Produkt ein Reifen ist. Und welche Rolle ein Qualitätsreifen für Ihre Sicherheit spielt.
Die wichtigsten Hauptbestandteile in einer Kautschukmischung sind das Gummi selbst und Füllstoff, die je nach gewünschten Eigenschaften miteinander kombiniert werden. Jeder Reifen erhält aufgrund seiner gewünschten Eigenschaften eine oder mehrere Arten von Gummi, zusammen mit sorgfältig abgestimmten Füllstoffen. So kann eine Leistungsoptimierung oder die Maximierung von Traktion unter nassen und trockenen Bedingungen, oder ein geringer Rollwiderstand schon in diesem Stadium gesteuert werden.
Im Allgemeinen gibt es vier Hauptarten von Kautschuk, die verwendet werden: Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polybutadienkautschuk (BR) und Butylkautschuk (zusammen mit der halogenierten Butyl-Kautschuk). Die ersten drei werden vorzugsweise als Lauffläche und Seitenwand-Mischungen verwendet, während Butylkautschuk und halogenierter Butylkautschuk hauptsächlich für die Innenbeschichtung oder den Innenabschnitt verwendet werden, der die Druckluft innerhalb des Reifens hält.
Die beliebtesten Füllstoffe sind Ruß und Silica, die in unterschiedlichen Ausführungen zu Verfügung stehen. Vor allem die neueste Generation von Nano-Silica Komponenten hat die Reifenherstellung revolutioniert. Die Auswahl und das Mischungsverhältnis sind abhängig von den Leistungsanforderungen, da es unterschiedlich Anforderungen an Lauffläche, Seitenwand und Wulst gibt. Andere Inhaltsstoffe kommen dazu, z.b. Antioxidantien, um den Herstellungsprozess des Reifens zu unterstützen und die durch Hitze, Licht-, Ozon-, Sauerstoff- und Schwermetalleinwirkung hervorgerufenen nachteiligen Alterungsvorgänge zu verzögern. Darüber hinaus wird ein "Aushärtepaket" verwendet - eine Kombination aus Härtungsmitteln und Beschleunigern, die den Reifen formbar machen und ihm seine Elastizität verleihen.
BANBURY MISCHER
Sobald die Komponenten der Mischung feststehen, muss alles zu einer homogenen Masse vermengt werden. Der Banbury Mischer ist eine speziell für diesen Bereich entwickelte Maschine, mit einer Mischkammer und innen liegenden Rotoren. Seine Hauptfunktion besteht darin, Gummiballen, Füllstoffe und Chemikalien zu zerhacken und sie mit anderen Bestandteilen zu vermischen.
Bei dieser mehrstufigen Mischung ist die Reihenfolge, in der die Bestandteile hinzugegeben werden sowie die Mischtemperatur, die bis zu 160-170 Grad Celsius betragen kann, präzise einzuhalten. Denn bei zu hohen Temperaturen können die Mischverbindungen zerstört werden. Das Aushärtepaket kommt üblicherweise erst in der letzten Phase des Mischens dazu. Hier darf die Mischtemperatur nicht über 100-110 Grad Celsius ansteigen, da ansonsten die Gefahr von Versengen besteht.
Sobald der Mischvorgang abgeschlossen ist, wird das Material an anderen Stationen zu einer durchgehenden Lage geformt. Diese Gewebelage wird zur Wulstdraht-Montagevorbereitung, zum Kalandrieren der Innenisolierung sowie der Stahl-, bzw. Gewebebänder/Kordlage, für die Extrusion der Reifenseitenwand und Reifenprofilextrusion verwendet.
Da Reifen schwere Lasten tragen müssen, werden in der Konstruktion Stahl- und Gewebefäden verwendet, um die Gummimischung zu verstärken und ihr Festigkeit zu verleihen. Geeignete Materialien für die Reifenherstellung sind: Baumwolle, Viskose, Polyester, Stahl, Glasfaser und Aramid.
Die Qualität des Kordgewebekörpers basiert auf seiner Stärke, Dehnfähigkeit, Schrumpfungs- und Elastizitätseigenschaft. Das verwendete Garn wird zunächst gedreht und dann zwei oder mehr Garnspulen zu einer Schnur verdreht. Bevor das Kordgewebe an die Reifenfabrik gesendet wird, trägt der Hersteller vorab eine Klebeschicht auf das Garn auf, um eine gute Verbindung mit dem Gummi zu ermöglichen. Die Kontrolle der Temperatur, Feuchtigkeit und Spannung sind entscheidend, bevor die Stoffschnüre mit der Gummimischung kalandriert werden. Aus diesem Grund werden die Kordgewebekörper in einem temperierten und feuchtigkeitskontrollierten Raum gelagert, sobald sie in der Fabrik angeliefert werden.
Die Qualität der Stahldraht-Kabel basiert auf Zugfestigkeit, Dehnung und Steifigkeit. Es wird aus Stahlrohr mit hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt. Während die Stahldrähte in unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden, werden alle mit messingbeschichteten Stränge miteinander zu Schnüren verdrillt. Wenn der Draht in einem Mehrlagenreifen anstelle eines Gürtelreifens verwendet wird, ist das Ermüdungsverhalten entscheidend. Wenn er in Gürtelreifen verwendet wird, dann ist die Steifigkeit von vorrangiger Bedeutung. Da der Stahldraht messingbeschichtet ist, sind die Lagerbedingungen wichtig, um die Verbindungseigenschaften zwischen Stahl und Gummi zu erhalten. Daher werden die Stahldrähte nach Anlieferung ebenfalls in einem temperatur- und feuchtigkeitskontrollierten Raum gelagert.
Um den Stahlgürtel herzustellen, müssen Gewebe- und Stahlfäden ein Kalandrierverfahren durchlaufen, einen Prozess, bei dem die Gummimischung auf und zwischen das Gewebe gepresst wird. Weil die Verbindung von Gewebe zu Gummi oder Stahl zu Gummi entscheidend für die Leistung und Widerstandsfähigkeit eines Reifens ist, gehört das Kalandrierverfahren zu einem der wichtigsten Produktionsschritte.
Der Kalander ist eine, mit drei oder mehr verchromten Stahlwalzen bestückte Maschine. Die Walzen drehen sich in entgegengesetzte Richtungen. Die Walzentemperatur wird über Dampf und Wasser gesteuert. Bei diesem Verfahren wird die Gummimischung auf das Kordgewebe aufgetragen.
Zuerst wird eine vorgegebene Anzahl von Gewebe- oder Stahlkorden unter geeigneter Spannung kontinuierlich durch zwei Stahlwalzen gedrückt und dabei die Gummimischung in den Öffnungsbereich zwischen den Rollen hinzugefügt. Dann wird die Gummimischung auf die Ober- und Unterseite des Gewebes oder der Stahlkorden gepresst. Eine Endlosbahn aus dem Kordgewebe-Gummiverbund wird für eine gute Penetration und Bindung zwischen Gummi und Gewebe durch mehrere Walzen gepresst. Die Qualität wird anhand des Bahndurchmessers, dem Gewebeabstand, der Anzahl von Korden und des Eindringverhaltens des Gummis in die Verbundbahn gemessen. Die Verbundbahn wird anschließend in geeignete Größen, Formen und Winkel geschnitten, abhängig von der gewünschten Reifenkontur.
Der Reifenwulst ist ein mit Gummi überzogener fester Stahlkern. So wird ein fester Sitz auf der Felge erzielt. Die Reifenwulst-Komponente besteht aus Stahldraht, dem Wulstkeil, einem Wulstschutzstreifenbereich, welcher die Drahtwulst-Komponenten schützt und einem Schulterstreifen, der die untere Seitenwand schützt. Die Wulst-Drahtschleife wird aus einem durchgehenden Stahldraht gemacht, der mit Gummi überzogen ist und aus mehreren Endlosschleifen besteht. Der Wulstkeil wird aus einer sehr harten Gummimischung hergestellt, die so extrudiert wird, dass sie einen Keil bildet.
Bei der Wulstherstellung ist eine perfekte Verarbeitung wichtig, damit die Reifenmontage problemlos erfolgen kann. Sitzt der Wulst zu locker, kann sich der Reifen unter Belastung und in Kurven leicht von der Felge lösen. Ein zu großer Wulst erschwert die Reifen-Montage.
Die Reifenlauffläche, der Teil des Reifens, der Kontakt mit der Fahrbahn hat, besteht aus der Lauffläche selbst, dem Schulterstreifen und der Laufflächenbasis. Drei Gummimischungen werden gleichzeitig aus verschiedenen Extrudern extrudiert und anschließend in einem gemeinsamen Extruderkopf miteinander verschmolzen. Der nächste Arbeitsschritt erfolgt in der Formplatte, wo die Formen und Abmessungen erzeugt werden und anschließend über eine lange Kühlstrecke, zwischen 30 und 60 Meter lang, stabilisiert und die Abmessungen weiter kontrolliert werden. Am Ende der Strecke wird die Lauffläche gemäß der jeweiligen Länge und des Gewichts des herzustellenden Reifens geschnitten.
Reifenkomponenten wie Lauffläche, Seitenwand und Wulstkeil werden durch Pressen von nicht gehärteter Gummimischung durch einen Extruder hergestellt, um so die Reifenlauffläche oder die Seitenwand Profile zu formen. Die Extrusion ist einer der wichtigsten Arbeitsschritte beim Reifenfertigungsprozess, da sie die meisten der im Mischvorgang hergestellten Kautschukmischungen verarbeitet und anschließend die verschiedenen Komponenten für den endgültigen Reifenaufbauprozess vorbereitet.
In einem Reifenherstellungsverfahren ist der Extruder ein Schraub-System, welches hauptsächlich aus einem Extruderzylinder und Extruderkopf besteht. Zuerst wird die Gummimischung in den Extruderzylinder zugeführt, wo sie einen Erwärmungs-, Misch- und Druckerzeugungsprozess durchläuft. Dann fließt die Gummimischung zum Extruderkopf, wo sie unter Druck geformt wird.
Die Reifenseitenwand wird in ähnlicher Weise wie die Reifenlaufflächenkomponente extrudiert, jedoch unterscheiden sich ihre Strukturen und Gummimischungen deutlich von den für die Lauffläche. Manchmal kann das Seitenwand-Extrusionsverfahren aufwändiger sein und bis zu vier Extruder beanspruchen, zum Beispiel bei der Herstellung eines Reifens mit weißen Seitenwänden oder mit Beschriftung an den Seitenwänden.
Die Innenschicht, auch Innerliner genannt, ist genau das, wonach es klingt - die innerste Schicht des Reifens. Seine wichtigsten Aufgaben bestehen darin, die Druckluft im Inneren des Reifens zu halten und den Reifendruck aufrecht zu erhalten. Aufgrund ihrer geringen Luftdurchlässigkeit besteht die verwendete Gummimischung aus einer Butylkautschuk, - oder halogenierten Butylkautschuk-Mischung. Da dies eine dünne Schicht ist, wird diese ebenfalls mit dem Kalander erzeugt. Der Kontrolle der Schichtdicke und eine fehlerfreie Oberflächengüte sind unerlässlich, um den Luftdruck zu halten. Das Kalandrieren der Innenschicht ist ebenfalls ein Endlos-Arbeitsschritt. Die Innenisolierungsbahn wird für den Herstellungsprozess mit der richtigen Länge vorgeschnitten.
Nach diesen umfangreichen Vorarbeiten kann der eigentliche Reifen herstellt werden. Hier werden in der Regel computergesteuerte Maschinenanlagen eingesetzt, um Präzision und damit kontinuierlich Qualität und Effizienz zu gewährleisten. Alle Komponenten - Wulstkomponenten, kalandrierte Lagen, Gürtel und Innenliner, Lauffläche und Seitenwandabschnitte - werden zusammengesetzt und zu dem eigentlichen Reifenprodukt zusammengebaut.
Ein typischer Radialreifen wird in einem zweistufigen Verfahren auf einer flachen Trommel hergestellt. In der ersten Stufe wird die Innenschicht um eine Trommel gewickelt und darauf die erste Körperlage gewickelt, gefolgt von der zweiten Körperlage. Anschließend werden die Wulstkomponenten positioniert und dann eine Blase auf der Trommel aufgeblasen und von beiden Enden der Trommel hineingedrückt, was die Körperlagen in eine bestimmte Position zwingt, so dass die Wulstkkomponenten abgedeckt werden. Danach werden die Seitenwandabschnitte auf beiden Seiten angedrückt.
In der zweiten Stufe des Reifenaufbauprozesses wird eine andere Maschine verwendet, um die Bänder, die Nylon Kappe sowie die Lauffläche auf der Oberseite der ersten Stufe aufzubringen. Bei diesem Arbeitsschritt muss der Reifen noch aushärten, da sich noch kein Laufflächenmuster auf ihm befindet.
In diesem letzten Schritt erfolgt durch eine Reihe von chemischen Reaktionen die Aushärtung. Zusätzlich werden die Seitenwände und Lauffläche geformt. Die Reifenaushärtung ist ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Vorgang, bei dem der unvulkanisierte Reifen bei einer bestimmten Temperatur in einer Form bearbeitet wird. Nach dem Schließen der Form, fließt die Gummimischung hinein, so wird abschließend die Form und das Profil der Lauffläche und der Seitenwände erzeugt. Die Form darf bis zum Abschluss des Aushärteprozesses nicht geöffnet werden.
Die Reifenüberprüfung ist der letzte Schritt des Reifenherstellungsprozesses, denn hier zeigt sich ob der Reifen den hohen Qualitätsanforderungen gerecht wird. Die Reifenüberprüfung besteht aus:
Nachdem der Reifen diese strengen Qualitätskontrollen durchlaufen hat, darf der Reifen auf die Straße und endlich seine Leistungsstärke beweisen.
Äußerlich immer noch ein schwarzer Gummiring, aber mit einem spannenden Innenleben.
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