Räder und Reifen

• Gewebeunterbau (Karkasse)

• Reifenfuß mit Drahtkern

• Seitenwandgummi

• Laufstreifen mit Profil

Festigkeitsträger, parallele Lagen aus Fäden, jeder Faden allseitig von Gummi umschlossen.

• Rayon (Kunstseide)

• Nylon

• Polyester

• Baumwolle

• Stahl (Nutzfahrzeuge)

  
  

Diagonalreifen:

Zenitwinkel zeta_C:

• Pkw: 30-40°

• Rennwagen: 25-30°

Kleiner zeta_C bedeutet:

• Seitenkräfte höher bei gleichem Schräglauf

• Rollwiderstand geringer

Einsatz heute:

• Noträder Pkw

• Landwirtschaftliche Fahrzeuge und Fahrzeuge in Ländern mit schlechten Straßen

Radialreifen:

besser Radial-Gürtel-Reifen, da

• Unterbau radial mit Zenitwinkeln 88-90°, darüber

• Gürtel mit Zenitwinkel 15-30°

Einsatz heute:

• Pkw-Erstausrüstung

• Motorräder

• Rennwagen

• Nfz

• Noträder

• Rollwiederstand geringer

• Verschleiß geringer

• Gleichmäßige Flächenpressung zwischen Reifen und Fahrbahn

Längskappe:

• Widerstand gegen zentrifugale Verformung

Schräg gewickelte Gürtellage:

• Basis für die Lauffläche

• Laterale und longitudinale Steifigkeit

• Widerstand gegen Durchstriche und Aufprall

Radiale Karkasse, Karkassenlagen:

• Torusstruktur unter Luftdruck

• Übertragen die Achslast auf den Boden

• Übertragen Traktion und Bremskraft

Mehrfach gewickeltes Wulstbündel:

• Basis der Karkassenstruktur

Groß:

• Schmalere Lauffläche

• günstigeres Aquaplaningverhalten, ferner Felge kleiner

• günstig für Komfort

klein:

• Breitere Lauffläche

• günstig für Verhalten auf trockener Straße, ferner Felge größer

• ermöglicht größere Bremsscheibe

Innere Reibung

Dynamische Beanspruchung: Innere Verluste im Material, Erwärmung.

E* = Komplexer E-Modul

E’ = Speichermodul

E’’ = Verlustmodul

• Erregerfrequenz

• Temperatur

• Adhäsionsbeiwert µ_Ad

• Hysteresebeiwert µ_Hy

• Viskositätsbeiwert µ_V

• Kohäsionsbeiwert µ_Co

Molekularkinetischer Prozess

Molekülketten an Oberflächen (Gummi/Fahrbahn) verbinden sich bei Relativbewegungen, Dehnungen und Stauchungen, Aufreißen der Verbindungen. Dabei bewirken Schwingungen und Gummidämpfung Energieverluste.

• Effektive Berührfläche

• Oberflächenstrukturen

• Chemische Zusammensetzungen beider Oberflächen

• Flächenpressung

• Temperatur

• Anregungsfrequenz bzw. Gleitgeschwindigkeit

Trockene Fahrbahn:

• Wichtigste Abhängigkeit: Effektive Berührfläche

• Optimal: Mikrorauhigkeit im mittleren Bereich, Makrorauhigkeit klein

• Relativ glatt, ebene Fahrbahn ist günstig, da N_B und damit µ_Ad am größten

Nasse Fahrbahn:

• Wichtigste Abhängigkeit: Effektive Berührfläche und damit zusätzlich

  • Drainagewirkung (makroskopisch, Makrorauhigkeit)

  • Verhindern des Gleitlagereffekts (mikroskopisch, Mikrorauhigkeit)

• Optimal: Mikrorauhigkeit groß, Makrorauhigkeit groß

  Einfluss Makrorauhigkeit wächst mit Wasserhöhe!

  Makrorauhigkeit und Wasserhöhe h groß: Wasserableitung verbessert, Kontaktfläche vergrößert, N_B und damit µ_Ad am größten.

• Relativ glatt, ebene Fahrbahn ist ungünstig, da N_B und damit µ_Ad am kleisten.

Deformationen des Gummis beim Gleiten über Rauhigkeitsspitzen bewirken Energieverluste

• Verformtem Gummivolumen

• Gummimischung (weich + hohe Dämpfung)

• Oberflächenstrukturen

• Flächenpressung

• Temperatur

• Anregungsfrequenz bzw. Gleigeschwindigkeit

Trockene Fahrbahn:

• Wichtigeste Abhängigkeit: Verformtes Gummivolumen

• Optimal: Makrorauheit groß, Mikrorauheit groß (wenig bedeutend)

• Relativ glatt, ebene Fahrbahn ungünstig, da verformtes Gummivolumen und damit µ_Hy klein

Nasse Fahrbahn:

• Wichtigste Abhängigkeit: Verformtes Gummivolumen und zusätzlich

  • Drainagewirkung (makroskopisch, Makrorauhigkeit)

  • Verhindern des Gleitlagereffekts (mikroskopisch, Mikrorauhigkeit)

• Optimal: Makrorauheit groß, Mikrorauheit groß

  Dünner Wasserfilm, Auswirkung auf µ_Hy gering

  Große Wasserhöhe, große Fahrgeschwindigkeit, Wirkung wie Glättung der Rauheit durch nicht verdrängtes Wasser, Verringerung von µ_Hy!

• Relativ glatte, ebene Fahrbahn ungünstig, da verformtes Gummivolumen und damit µ_Hy klein.

Tritt bei viskosem Zwischenmedium (z.B. Wasser) auf. Kräfte aus Scherspannungen bei Relativbewegungen

Sonderfall Aquaplaning: Nur noch Viskosereibung, zusätzlich reiner Schwallwiderstand

Wenn die:

• Viskosität des Zwischenmediums hoch ist

• Gleitgeschwindigkeit groß ist

• Kontaktfläche groß ist

• Schichtdicke klein ist

Resultiert aus Energie, die erforderlich ist, um Gummi stellenweise aufzureißen oder Teile aus ihm heraus zu reißen.

• Kohäsionsreibung µ_Co tritt ein, wenn µ_Co < µ_Ad + µ_Hy

• µ_Co daher nicht unabhängig von µ_Ad und µ_Hy, kann nicht einfach addiert werden.

• µ_Co in der Regel vernachlässigbar

• durch das elektrische Kraftfeld der Oberfläche und den Energieverbrauch der erregten Polymerketten in der Gummimasse —> Adhäsionsreibung

• durch die geometrische Rauheit der festen Oberfläche und den entsprechenen Energieverbrauch der bewegten Polymerketten in der Gummimasse —> Hysteresereibung

• Stehendes Rad mit Umfangskraft:

  F_xTB führt zu “Anzieheffekt” der Lauffläche gegenüber Felge, Verdrehnung der Laufdecke um ∆l_0, entsteht am gesamten Umfang der Reifenseitenwand. Einmaliger Vorgang beim Aufbringen von F_xTB, kein Schlupf!

• Drehendes Rad mit Umfangskraft

  Durch tau_Long werden beim Bremsen zusätzlich die Elemente im Latsch nach hinten deformiert. Gesamtverschiebung eines Latschteilchens nach Durchlauf durch Latsch relativ zu felgenfestem Radienstrahl besteht daher aus

  ∆l_0 = konst. Anteil aus Aufzieheffekt der Seitenwand

  +

  ∆l = zusätzliche Defomation aus Schubspannungen tau_Long im Latsch