Reifen – mehr als nur Gummi

Reifen werden aus so unterschiedlichen Materialien wie Gummi, Stahl und Textil zusammengesetzt. Der Hauptbestandteil ist aber Gummi. Reifen bestehen zu rund 40 % aus Kautschuk. Dabei verwenden die Reifenhersteller sowohl natürliche als auch künstlich hergestellte Stoffe. In der Reifenmischung sind zudem Füllstoffe, Weichmacher sowie Chemikalien enthalten. Ein Reifen kann aus mehr als zehn Gummimischungen bestehen. Die unterschiedliche Zusammensetzung der Gummimischungen ist abhängig von den verschiedenen Anforderungen, die an die einzelnen Bauteile des Reifens gestellt werden. Entscheidend für die Qualität des Reifens ist das Mischungsverhältnis.

Die Mischung macht’s
Reifen müssen die Brems-, Antriebs- und Seitenkräfte eines Fahrzeugs auf die Fahrbahn übertragen. Dazu ist Reibung nötig. Diese muss ein Reifen auf trockener und nasser Fahrbahn, bei Schnee und Eis gewährleisten. Drei wesentliche Punkte beeinflussen das Reibungsverhalten: Der Reifenaufbau, sein Profil und die Reifenmischung. Die Auswahl der Materialien und das Mischungsverhältnis sind entscheidend. Eine weiche Mischung bietet zwar eine bessere Verzahnung mit der Fahrbahn, nutzt sich aber auch schneller ab und kann vor allem bei hohen Geschwindigkeiten zu Instabilität führen. Eine harte Mischung ist zwar unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll, bietet aber weniger Grip.
 
Jede Jahreszeit hat "ihr" Material
Bei Kautschuk ist der Reibwert, der die Haftung des Reifens auf der Straße definiert, sehr temperaturabhängig. Konkret bedeutet dies, dass Gummimischungen für Winterreifen den höchsten Kraftschluss bei niedrigen Temperaturen bieten. Dagegen verhärtet die für höhere Temperaturen geeignete Gummimischung eines Sommerreifens bei Schnee und Kälte, was zu erheblichen Leistungseinbußen bei Traktion, Seitenführung und Bremsvermögen führt. Aus diesem Grund werden mehrere Kautschuksorten mit unterschiedlichem Temperaturverhalten zu einer Mischung zusammengefügt, die eine optimale Reibung für den Temperaturbereich sichert, für den der Reifen bestimmt ist.
 
Natur- und Kunstkautschuk
Für die Gummimischung verwenden die Reifenhersteller sowohl natürliche, als auch synthetisch hergestellte Stoffe. Naturkautschuk wächst auf großen Plantagen, man gewinnt ihn aus dem Saft der Rinde von Gummibäumen. Der Vorteil von synthetischem Kautschuk ist, dass er sich exakt an die Wünsche der Reifenhersteller anpassen lässt. Bei der Reifenherstellung werden, je nach gewünschter Mischung, mehrere Natur- und Kunstkautschuksorten zusammengeführt. Dabei werden Kautschukarten ausgewählt, die eine möglichst hohe Rutschfestigkeit besitzen. Diese werden mit Werkstoffen kombiniert, die den Rollwiderstand senken, ohne die Rutschfestigkeit zu beeinträchtigen.
 
Verbesserte Leistungsfähigkeit durch Silica
Um den Abrieb der Reifen zu senken, werden dem Kautschuk weitere Zusätze wie Ruß und Silica beigemischt. Diese Füllstoffe haben die Aufgabe, die Konsistenz des Reifens zu bewahren. Lange Zeit wurde nur Ruß eingesetzt, der dem Reifen seine charakteristische schwarze Farbe verleiht. Heute wird in modernen Hochleistungsreifen vermehrt Silica statt Ruß genutzt. Mit Silica werden die Salze der Kieselsäure bezeichnet. Bei der Reifenherstellung entsteht immer wieder der grundsätzliche Zielkonflikt, dass Rollwiderstand, Nassrutschfestigkeit und Abrieb in einer direkten Abhängigkeit stehen. Die Verbesserung eines Leistungsmerkmals führt meist zur Leistungsreduzierung einer anderen Eigenschaft. Mit Silica lässt sich dieser Konflikt zwar nicht komplett verhindern, aber insgesamt wird ein höheres Leistungsniveau erreicht, ohne dass zu große Kompromisse gemacht werden müssen. Die früher üblichen Rußmischungen sind dazu nicht in der Lage.
 
Flexibilität ist gefragt
Für gute Nässeeigenschaften benötigt der Reifen eine weiche Gummimischung in der Lauffläche. So kann das Auto auch bei schlechteren Wetterbedingungen gut auf der Straße haften. Nur ein flexibler Reifen, der sich auf den Asphalt schmiegt, kann die erforderliche Kraftübertragung sicherstellen. Dadurch steigt jedoch naturgemäß der Abrieb, der Reifen nutzt schneller ab. Eine nässefreundliche Gummimischung hat zudem einen höheren Rollwiderstand und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge. Harte Mischungen dagegen halten zwar länger, weil sie weniger Abrieb haben, entsprechend geringer ist aber die Haftung auf der Fahrbahn.
 
Mehr Aufwand für mehr Leistung
Der Einsatz von Silica ist mit höheren Anforderungen an den Herstellungsprozess verbunden. Eine reine Rußmischung wird durch mechanisches Vermengen hergestellt. Bei Kieselsäuremischungen dagegen sind mehrere chemische Reaktionen während des Mischvorgangs notwendig. Dies bedingt einen sehr präzisen Prozessablauf im sogenannten Kneter (Mischmaschine für die Gummimischung). Nur wenn Ruß und Kieselsäure zum richtigen Zeitpunkt im richtigen Verhältnis dem Kautschuk beigemischt werden, werden die beschriebenen Vorteile im Reifen erreicht.
 
Weitere Zusatzstoffe im Reifen
Das Öl, als weiterer wichtiger Bestandteil, beeinflusst die Rutschfestigkeit des Reifens. Es dient zudem, ebenso wie Harze, als Weichmacher. Aus diesem Grund werden sehr alte Reifen hart, wenn sich die Weichmacher nach Jahren verflüchtigen. Weitere Zusätze werden unter dem Oberbegriff „Chemikalien" zusammengefasst. Von der chemischen Industrie werden Mischhilfen, Vulkanisationsbeschleuniger, Verzögerer, Aktivatoren, Licht- und Alterungsschutzmittel geliefert. Letztere sind dafür verantwortlich, den sorgfältig entwickelten Mischungscharakter über die gesamte Lebensdauer des Reifens zu erhalten. Der elementare Schwefel sorgt bei der Vulkanisation dafür, dass sich die langen Molekülketten des Kautschuks vernetzen und aus der klebrigen Masse elastischer Gummi wird.