E_1949_Zeitung_Nr.007

No7 REVTJE AUTOMOBILE - JEUDI 17 FEVRIER
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Die Beanspruchung der Reifen
bei hohen Geschwindigkeiten
Von Max Zöhrer
E* ist wohl allgemein bekannt, dass Schnellfahrer
mit einem sehr starken Reifenverschleiss
zu rechnen haben. Nicht nur die Wechselbeanspruchung
durch brüskes Beschleunigen und
Bremsen an sich, sondern auch die hohe Geschwindigkeit
selbst nützt, wie man aus der
Praxis weiss, die Reifen derart schnell ab, dass
sich die. Lebensdauer auf einen Bruchteil der
normalen Grosse reduzieren kann. Besonders
deutlich zeigen sich diese Erscheinungen im
Automobilsport, wo beispielsweise an Grossen
Preisen die Reifen nach wenigen hundert Kilometern
vollständig ausgefahren sind. Für diese
Sonderzwecke sind bekanntlich spezielle Reifenarten
entwickelt worden, die den auftretenden
Beanspruchungen (beispielsweise der hohen
Fliehkraft) gewachsen sein müssen. Dennoch
kommt es von Zeit zu Zeit vor, dass sich der
Protektor eines Reifens während der Fahrt löst.
Immerhin sind von den grossen Spezialfirmen
im Lauf der letzten zwanzig Jahre bedeutende
Fortschritte erzielt worden; so mussten beispielsweise
für die Weltrekordfahrten John Cobbs besondere
Pneus zuerst entwickelt werden.
Laboruntersuchungen über diese Verhältnisse
sind nicht sehr leicht durchzuführen. Dennoch
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Fig. 1
ROLLWIDERSTAND UND FAHRGESCHWINDIGKEIT
Wie diese Kurvenschar xeigt, wächst der Rollwiderstand bei
hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht linear, sondern steigt
ausserördentlich rasch an. Die frühere Berechnungsart mit der
Annahme linearen Anwachsens ist deshalb unrichtig. Wie das
Diagramm deutlich zeigt, verlangen hohe Geschwindigkeiten
hohen Reifendruck.
sind kurz vor dem Krieg und auch seither zahlreiche
Forschungsergebnisse erzielt worden, die
die Verhältnisse beleuchten und möglicherweise
auch auf den Bau von Reifen für normale Beanspruchungen
einen Einfluss ausüben könnten.
Nachstehend seien einige dieser Erkenntnisse
näher behandelt.
Wenn man den Leistungsbedarf eines Fahrzeuges
für verschiedene Geschwindigkeiten berechnet,
so nimmt man meist einen konstanten
Rollreibungskoeffizienten von ca. 0,02 an. Versuche,
die an der technischen Hochschule in
Karlsruhe mit Reifen 5.00—17 gemacht wurden,
zeigen aber, dass diese Annahme falsch ist,
wächst doch der Rollreibungskoeffizient
mit zunehmender Geschwindigkeit
ganz beträchtlich
Fig. 2
DEFORMATION BEI HOHEN GESCHWINDIGKEITEN
fnfolge der einseitigen Beanspruchung des schnellfahrenden
Reifens verteilt sich das Material nicht etwa schön konzentrisch,
sondern es bildet sich, wie diese nach einem Standversuch
gemachte Zeichnung darstellt, eine wellenförmige Deformation,
die sich zu Spitzen erweitem kann.
an. In Fig. 1 sind • einige an oben genannter
Schule gemessene Werte in Funktion der Geschwindigkeit
aufgetragen, und zwar bei verschiedenem
Reifeninnendruck. Der starke An-
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Fig. 3
DIE ROLLWIDERSTANDSLEISTUNG
Zu den bekannten Faktoren Luftwiderstand und Rollreibung des
Fahrzeugs kommt bei hohen Geschwindigkeiten noch die
stark ansteigende Rollwiderstandsleistung der Reifen, die hier
diagrammatisch aufgezeichnet ist. Bei einem Personenwagen
mit einem Gesamtgewicht von 1200 kg und einem Reifendruck
von 2 alü verlangt die Ueberwindung des Rollwiderstandes
bei 120 km/h 12 PS, bei 180 km/h dagegen 54 PSt
stieg des Rollreibungskoeffizienten bei zunehmender
Geschwindigkeit lässt sich nicht ohne
weiteres erklären. Erst nachdem Reifen bei hohen
Geschwindigkeiten photögraphiert wurden,
konnte man sich ein Bild über das Anwachsen
der Arbeit machen. Fig. 2 zeigt die wellenförmige
Deformation der Ablaufseite eines Reifens,
der auf glatter Scheibe mit 170 km pro Stunde
angetrieben wird. Dass diese zusätzliche Deformation
auch zusätzliche Leistung benotigt, ist
ohne weiteres verständlich. Aus diesen Werten
kann nun die Rollwiderstandsleistung errechnet
werden, die in Fig. 3 in PS pro 100 kg Fahrzeuggewicht
als Funktion der Geschwindigkeit bei
einem Innenluftdruck von 1,5 und bei 2 atü aufzeichnet
Um darzulegen, wie gross der bei konstant
angenommenem Rollreibungskoeffizienten
von 0,02 entstehende Fehler bei grösseren Geschwindigkeiten
ist, 'wurde auch diese Grosse als
gestrichelte Linie eingezeichnet. Wenn man die
Kurve bei 1,5 atü betrachtet, dann sieht man
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Zeit
Fig. 4
HOHE REIFENTEMPERATUREN
Bei der Betrachtung dieses Diagramms versteht man, weshalb
die Reifenspezialisten der Grand-Prix-Mannschaften jeweils
mit Thermometern die Temperatur der Reifenoberfläche mit
grösster Aufmerksamkeit messen. Erwärmung auf 100° C kann
selbstverständlich die Gummieigenschaflen stark und nachteilig
ändern.
daraus, dass bei 158 km Stundengeschwindigkeit
pro 100 kg eine Leistung von 4 PS im Reifen
vernichtet wird bei einer Normalbelastung dieses
Reifens 5.00—17 von ca. 400 kg, also 16 PS pro
Reifen, und es ist ohne weiteres verständlich,
dass eine solche Leistungsvernichtung im Reifen
praktisch die sofortige Zerstörung desselben bedingt.
Bei gleicher Geschwindigkeit ist der Leistungsverbrauch
pro 100 kg Gewicht, wenn der
Druck nur um 0,5 atü auf 2 atü gesteigert wird,
nur noch 1,6 PS oder 6,4 PS für 400 kg Belastung.
Dieser enorm grosse Leistungsverbrauch
des Reifens wirkt sich als Erwärmung aus. Messungen
an der Technischen Hochschule in München
an einem Reifen 5.25—20 ergaben die in
Fig. 4 aufgezeichneten Temperaturen, die bei
jenen Versuchen bis auf 100o C stiegen. Es ist
leicht verständlich, dass solche Temperaturen
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Fig. 7
SPITZENBILDUNG BEI HOHER GESCHWINDIGKEIT
Eine genaue Betrachtung dieser Photographie zeigt die wellenförmige Deformation bei hoher
Geschwindigkeit und in der Kurve. Die Spitzen sind links noch einmal skizziert. Am stärksten
scheint die Spitze 3 ausgebildet zu sein. Solche Formveränderungen beanspruchen die Reifen
sehr stark. (Sterzi auf Ferrari.)
für einen Reifen, der aus Gummi und Textilien
aufgebaut ist, schädlich sind und zu rascher Abnutzung,
ja selbst zur Zerstörung des Gewebes
führen können. Wärme wird mit Recht als der
grösste Feind der Autoreifen bezeichnet. Der Anstieg
des Innendruckes durch die Wärmeausdehnung
der Luft wird in diesem Bericht mit ca.
15 % angegeben.
Hoher Reifendruck für schnelle Fahrt?
Gemäss obigen Angaben scheint ein hoher
Druck für 'Schnelles Fahren vorteilhaft zu sein.
Der Druck darf aber aus folgenden Ueberlegungen
nicht beliebig hoch gewählt werden. Normalerweise
spielt bei der Berechnung einer Reibungskraft
die Grosse der Reibungsfläche keine
Rolle, da nur der Druck und der Reibungskoeffizient
in Rechnung fallen. Bei einem Reifen aber
liegen die Verhältnisse etwas anders. Wenn ein
Reifen, wie Fig. 5 zeigt, mit einer bestimmten
Auflagefläche auf dem Boden aufliegt, dann wird
er um die Höhe H zusammengedrückt. Bei zunehmendem
Luftdruck und gleicher Belastung
wird selbstverständlich diese Höhe H kleiner.
Wenn nun diese Höhe kleiner wird als die Be-
Fig. 5. ,
DIE EINDRUCKHOHE H <
Diese Distanz sollte eigentlich .so gross bemessen sein, dass
auch beim Durchfedern nie der Kontakt mit dem Boden verloren
geht. In der Praxis lässt sich diese Bedingung allerdings
nicht erfüllen.
wegung des ganzen Rades m seiner Aufhängung,
dann kann sich der Reifen nicht mehr dauernd
den Bodenunebenheiten anschmiegen, sondern er
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Fig. 6
LUFTDRUCK UND REIFENLEBENSDAUER
Diese Kurve zeigt, dass Fahren mit halb- oder dreiviertelleerem
Reifen innerhalb kurzer Zeit zu völliger Zerstörung
führt.
hupft, und damit bricht auch das Fahrzeug beim
raschen Durchfahren von Kurven seitlich aus.
Ferner darf ein Reifen, der für einen bestimmten
Luftdruck gebaut ist, nicht beliebig hoch gepumpt
werden, da mit zunehmendem Luftdruck
die Platzgefahr oder, genauer gesagt, die Durchschlagsgefahr
beim Ueberfahren von Bodenunebenheiten
anwächst.
Ein Rezept, mit welchem Luftdruck am vorteilhaftesten
gefahren werden soll, kann also
nicht gegeben werden, sondern dies ist vom Fahrer
von Fall zu Fall selbst festzulegen. Ein Anhaltspunkt
mag aber immerhin sein, dass ein
Druckanstieg durch die Wärmeausdehnung der
Luft bei längerer Fahrt von 15 % oder 0,3 atü
bei 2 atü Normaldruck als Norm angesehen
werden kann. Steigt