Alterungsvorgänge bei PKW-Reifen

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1 Untersuchung des Alterungsverhaltens von PKW-Reifen Alterungsvorgänge bei PKW-Reifen 1

2 Inhalt Inhalt Definition von Alterung Ziel der Studie Chemische Vorgänge Physikalische Vorgänge Bewertung der Alterungsvorgänge Alterungvorgänge in Neureifen und Reifen im Fahrbetrieb Bedingungen für optimale Lagerung von Reifen Einsatzbedingungen am Fahrzeug Anforderungen und Erwartungen an Neureifen Pressetestergebnisse zum Alterungsverhalten Zusammenfassung 2

3 Definition von Alterung Altern: Komplexer, durch mehrere Faktoren bedingter Prozess,der charakterisiert ist durch irreversible mit dem chronologischen Alter eines Organismus korrelierte Veränderungen im Bereich der Lebensfunktionen. Es gibt verschiedene Ansichten darüber, ob Altern ein Prozess ist, der sich über ein ganzes Leben hinzieht, oder nur über eine bestimmte Lebensphase... (Quelle: Brockhaus) Alterung von Reifen: Unter Alterung von Reifen versteht man alle im Laufe der Zeit in einem Material irreversibel ablaufenden Prozesse, die zu einer Veränderung von Eigenschaften führen können. Die Alterung wird durch chemische und physikalische Vorgänge verursacht. 3

4 Ziel der Studie In dieser Studie soll untersucht werden, welche Vorgänge im Zusammenhang mit der Alterung von Reifen eine Rolle spielen Dabei muss man grundsätzlich unterscheiden zwischen Lagerung von nicht benutzen Neureifen und dem Betrieb am Fahrzeug Es existieren äußerst unterschiedliche Meinungen bei - Reifenherstellern - Reifenhändlern - Fachverbänden - Presse / Verbraucherschutzorganisationen - Endverbrauchern Früher wurde von vielen Kunden gewünscht, dass Reifen abgelagert sind um eine optimale Produktperformance zu erreichen Heute erwarten einige Kunden einen Preisnachlass beim Kaufen von älteren Reifen Diese Studie soll dazu beitragen, die Alterungsvorgänge am Reifen zu erklären 4

5 Alterungsvorgänge - Übersicht Reifenalterung Chemische Vorgänge Physikalische Vorgänge 5

6 Chemische Vorgänge - Übersicht der Einflussgrößen Einflussgrößen Chemische Vorgänge Ozon Sauerstoff Licht Temperatur Feuchtigkeit Zeit Oxidation großer Einfluss mittlerer Einfluss 6

7 Chemische Vorgänge - Oxidation Durch oxidative Vorgänge - von Ozon (O 3 ) oder Sauerstoff (O 2 ) ausgelöst - werden - Polymerketten gespalten - neue Verknüpfungen gebildet Dadurch ändert sich das Vernetzungssystem O 3 O 2 Veränderung im Vernetzungssystem Diese Reaktionen finden bei höheren Temperaturen schneller statt 7

8 Chemische Vorgänge - Oxidation - Ozonrisse Ein Oxidationsvorgang ist das Einwirken von Ozon auf den Reifen Dabei können Risse auftreten Temperatur und Luftfeuchtigkeit haben einen starken Einfluss auf die Geschwindigkeit der Ozonrissbildung 8

9 Chemische Vorgänge - Alterungsschutzmittel Um den chemischen Alterungsvorgängen entgegenzuwirken, werden den Mischungen Alterungsschutzmittel zugesetzt: Statische Alterungsschutzmittel bilden an der Oberfläche einen Schutzfilm aus Wachs und verhindern so u.a. Rißbildung an der Oberfläche (Ozonrisse) Dynamische Alterungsschutzmittel reagieren mit Ozon bzw. Sauerstoff schneller als die Polymere und schützen diese dadurch Dadurch sind die Reifen so ausgelegt, dass bei sachgerechter Nutzung und Lagerung die Verschleißgrenze weit vor der Alterungsgrenze erreicht ist 9

10 Alterungsvorgänge - Übersicht Reifenalterung Chemische Vorgänge Physikalische Vorgänge 10

11 Physikalische Vorgänge - Übersicht der Einflussgrößen Physikalische Vorgänge Einflussgrößen Temperatur Zeit Verformung Mikrokristallbildung Clusterbildung Weichmacherdiffusion großer Einfluss mittlerer Einfluss geringer Einfluss 11

12 Physikalische Vorgänge - Mikrokristallbildung Bei niedrigen Temperaturen können Polymere lokal eine kristalline Struktur ausbilden Das bedeutet, die Polymerketten sind an einigen Stellen regelmäßiger zueinander angeordnet Dadurch nimmt die Härte zu Dieser Vorgang ist reversibel, bei Temperaturerhöhung wird wieder eine ungeordnete Struktur ausgebildet amorph = ungeordnet mikrokristallin =lokal geordnet 12

13 Physikalische Vorgänge - Clusterbildung Ruß Clusterbildung Gummimischungen bestehen zu einem großen Teil aus Füllstoffen Diese lagern sich zu Aggregaten (Cluster) zusammen und verzahnen sich aufgrund physikalischer Wechselwirkungen Bei mechanischer Beanspruchung lösen sich die Cluster und es kommt wieder zu einer geringeren dynamischen Steifigkeit Es handelt sich dabei um einen reversiblen Prozess 13

14 Physikalische Vorgänge - Clusterbildung dynam. Modul Cluster ohne mechanische Beanspruchung stabil Cluster lösen sich bei mechanischer Beanspruchung, bilden sich teilweise zurück (reversibler Prozeß) Cluster lösen sich bei hoher mechanischer Beanspruchung Verformungsamplitude 14

15 Physikalische Vorgänge - Weichmacherdiffusion Reifen sind wegen der stark unterschiedlichen Anforderungen an die Eigenschaften des Materials aus verschiedenartigen Gummimischungen aufgebaut. Öl ++ Öl -- An Kontaktstellen kommt es zu Diffusionsvorgängen, bei denen z.b. Öl aus einer hochölhaltigen Mischung in Bereiche diffundiert, die weniger Öl enthalten. Dadurch ändert sich die Mischungszusammensetzung und damit auch die physikalischen Eigenschaften. Dieser Vorgang ist irreversibel und stark von der Temperatur abhängig. 15

16 Physikalische Vorgänge - Weichmacherdiffusion - Temperatur Temperaturabhängigkeit der Weichmacherdiffusion: 100 C 70 C 50 C RT sachgerechte Lagerungstemperatur Diffusionskoeffizient in 10-3 cm 2 / h 16

17 Bewertung der Alterungsvorgänge Einflussgößen reversibel irreversibel Chemische Vorgänge Physikalische Vorgänge Oxidation Mikrokristallbildung Clusterbildung Weichmacherdiffusion Chemische Vorgänge: Chemische Reaktionen sind stark temperaturabhängig. Bei sachgerechter Lagerung spielen sie daher eine vernachlässigbare Rolle Physikalische Vorgänge: Mikrokristall- und Clusterbildung können die Reifen verhärten und so beim Kunden den Eindruck einer Qualitätsverschlechterung hervorrufen. Da es reversible Prozesse sind, beeinträchtigen sie die Gebrauchstauglichkeit des Reifens nicht Weichmacherdiffusion ist stark temperaturabhängig und erfordert daher eine sachgerechte Lagerung 17

18 Alterungsvorgänge in Neureifen und Reifen im Fahrbetrieb Man muss grundsätzlich unterscheiden zwischen - Neureifen bei Lagerung - Reifen im Fahrbetrieb Bei Neureifen werden durch sachgerechte Lagerung die Alterungsvorgänge so stark verlangsamt, dass eine Änderung der Gebrauchseigenschaften praktisch nicht eintritt Im Fahrbetrieb ist der Reifen anderen Bedingungen ausgesetzt Dies hat Einfluss auf die Geschwindigkeit der Alterungsvorgänge 18

19 Bedingungen für optimale Lagerung von Reifen Ideale Lagerbedingungen für Reifen sind in der DIN7716 bzw. ISO2230 definiert C Da die Temperatur auf Alterungsvorgänge einen großen Einfluss hat, sollen Reifen kühl gelagert werden Die Reifen sollen vor direkter Sonneneinstrahlung und heftigem Luftwechsel sowie hoher Luftfeuchtigkeit geschützt werden O 3 Da Ozon besonders schädlich ist, sollen die Lagerräume keinerlei Ozon freisetzenden Geräte, z.b. Elektromotoren, enthalten Der Lagerraum soll also kühl, dunkel, trocken und ozonfrei sein Darüber hinaus dürfen im Lagerraum keine Lösungsmittel, Kraftstoffe, Schmierstoffe, Chemikalien u. ä. aufbewahrt werden Sachgemäß gelagerte und behandelte Reifen bleiben über einige Jahre fast unverändert in ihren Gebrauchseigenschaften 19

20 Einsatzbedingungen am Fahrzeug Ein Reifen ist im Fahrbetrieb deutlich anderen Bedingungen ausgesetzt als bei sachgerechter Lagerung C Im Fahrbetrieb erreichen Reifen höhere Temperaturen Reifen sind dem Sonnenlicht und sonstigen Witterungsverhältnissen ausgesetzt O 3 Reifen sind insbesondere im Sommer höheren Ozonkonzentrationen ausgesetzt Reifen werden mechanisch beansprucht 20

21 Anforderungen und Erwartungen an Neureifen Es gibt unterschiedliche Anforderungen und Erwartungen an Neureifen - Reifenhersteller - Reifenhändler - Fachverbände (z.b. BRV) PKW-Reifen, die sachgerecht gelagert sind, gelten bis zu einem Alter von max. 5 Jahren als neuwertig - Presse / Verbraucherschutzorganisationen Der ADAC vertritt die Meinung, dass Reifen, die älter als 2 Jahre sind, nicht mehr als neuwertig zu verkaufen seien Gute Fahrt hat verschieden alte Reifen getestet und keine wesentlichen Unterschiede festgestellt - Endverbraucher heutzutage wünschen Verbraucher in stärkeren Maße beim Kauf Reifen aus dem aktuellen Produktionsjahr früher wurden teilweise abgelagerte Reifen gefordert 21

22 Pressetestergebnisse zum Alterungsverhalten Gute Fahrt Test 11/2002: Winterreifentest - alt gegen neu kritische Differenz Neureifen DOT 3201 Reifen 1 Jahr alt DOT 4200 Reifen 2 Jahre alt DOT 089 Handling nass 3 % 100% 69,2 km/h 100% 69,5 km/h 100% 69,4 km/h Bremsen nass 2 % 100% 65,8 m 100% 65,7 m 99% 65,4 m Handling Schnee 3 % 100% 45,4 km/h 100% 45,3 km/h 100% 45,3 km/h Traktion Schnee 3 % 100% 8,70 s 97% 8,98 s 94% 9,25 s Bremsen Schnee 2 % 100% 16,3 m 99% 16,4 m 99% 16,4 m Fazit: Richtig gelagert altern fabrikneue Markenpneus nur minimal 22

23 Zusammenfassung Die Alterung von Reifen beruht auf chemischen und physikalischen Vorgängen Bei sachgerechter Lagerung - kühl, trocken, dunkel, ozonfrei - findet Alterung nur sehr langsam statt, nicht benutzte Reifen bleiben lange neuwertig Das wird durch Tests bestätigt Im Fahrbetrieb unterliegen Reifen Bedingungen, unter denen Alterungsvorgänge schneller stattfinden - trotzdem wird die Verschleißgrenze bei sachgerechter Nutzung weit vor der Alterungsgrenze erreicht Sachgerechte Lagerung Fahrbetrieb C O 3 C O 3 Bei sachgerechter Lagerung fängt die Reifenalterung praktisch mit dem Fahrbetrieb an 23