ATZ/MTZ Das Reifendruck- Kontrollsystem TSS Jetzt auch für Nkw Sonderdruck aus der ATZ/MTZ Sonderausgabe System Partners Perfektion eingebaut www.beru.com
BERU Reifendruck-Kontrollsystem Das Reifendruck- Kontrollsystem TSS Jetzt auch für Nkw Ein zu geringer Reifendruck ist häufige Ursache von Pannen und schweren Unfällen. Das Reifendruck- Kontrollsystem Tire Safety System (TSS) der Beru AG überwacht permanent den Reifendruck und stellt so einen wichtigen Beitrag zur Verkehrssicherheit dar. Es wurde bereits von großen Pkw-Automobilherstellern für die Erstausrüstung frei-gegeben. Nun ist TSS auch für den Serieneinsatz in der Erstausrüstung bei Nutzfahrzeugen aller Klassen einschließlich Anhänger und Auflieger verfügbar. 1 Einleitung Neben den menschlichen Tragödien im Umfeld von Unfällen mit Lkw und den damit verbundenen gesellschaftlichen Allgemeinkosten entstehen durch Reifenschäden bei Lkw mit rund 65.000 Reifenpannen pro Jahr meist ausgelöst durch Wartungsmängel besonders im gewerblichen Güterverkehr erhebliche jährliche Zusatzkosten. Dabei schlagen nicht nur die Investitionen bei der Neuanschaffung zu Buche, ein typischer Fernlastzug mit Hänger hat immerhin schon 12 Räder, sondern auch die laufenden Betriebskosten können sich durch fehlerhaften Reifendruck deutlich erhöhen. Wegen des größeren Rollwiderstands führt schon ein Minderdruck von 0,2 bar zu einer Steigerung des Kraftstoffverbrauchs von einem Prozent, bei 0,6 bar sind es bereits vier Prozent. Laut Continental weisen die derzeit auf dem Markt verfügbaren Lkw-Reifen Unterschiede im Rollwiderstand von etwa zehn Prozent auf. Ein ungünstig bereifter Auflieger kann deshalb die Kraftstoffkosten bei einer etwaigen Jahreslaufleistung von 150.000 Kilometer um mehr als 1500 Euro pro Jahr erhöhen. Kommen dann noch Wartungsmängel wie ein zu niedriger Reifendruck hinzu, steigen diese Kosten weiter und zusätzlich verringert sich die Laufleistung/Lebensdauer der Bereifung um zehn Prozent bei 0,2 bar Minderdruck und um 45 Prozent bei 0,6 bar. Besonders oft sind fehlerhafte Reifendrücke an den jeweils inneren Reifen der Zwillingsbereifung einer Achse zu beobachten, nicht zuletzt, weil deren Ventile bei Wartungsarbeiten schwerer zugänglich sind. 2 Besonderheiten beim Einsatz von Lkw mit Anhängern oder Aufliegern Treten Reifenschäden bei Aufliegern oder Anhängern schleichend oder auch plötzlich während der Fahrt auf, werden sie in vielen Fällen vom Lkw-Fahrer nicht bemerkt. Häufig müssen andere Verkehrsteilnehmer den Fahrer auf qualmende oder blockierende Räder aufmerksam machen oft verbunden mit Missverständnissen und zusätzlichen Gefährdungen der Verkehrssicherheit. Beginnt dann nach einem Reifenplatzer der Anhänger zu schlingern, überträgt sich diese Instabilität der plötzlichen und unkontrollierbaren Masseverlagerung auf das Zugfahrzeug mit häufig schwer wiegenden Folgen wie zum Beispiel Abtrennen des Anhän- Die Autoren Dipl.-Ing. (FH) Stephan Schneider ist Produktmanager Reifendruck- Kontrollsysteme (TSS) bei der Beru AG in Ludwigsburg. Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kienzle ist Senior Account Manager Nutzfahrzeuge bei der Beru AG in Ludwigsburg. Beru AG Die Beru AG ist mit einem geschätzten Weltmarktanteil von über 40% bei Glühkerzen für Dieselmotoren der weltweit größte Hersteller. In der Zündungstechnik für Ottomotoren zählt Beru zu den vier führenden Anbietern in Europa. Beru expandiert stark in den Elektronikbereich mit dem Schwerpunkt kompletter elektronischer Systeme wie dem Instant Start System ISS für Dieselmotoren und dem Reifendruck-Kontrollsystem TSS für Pkw und Lkw. Beide Systeme sind schon im Einsatz, das TSS für Lkw erstmals im Actros vom Mercedes-Benz. Der neue Elektronikstandort des Konzerns in Bretten, Baden-Württemberg, und die Beru Microelectrónica in Spanien sind die Kompetenzzentren für die Entwicklung und Herstellung von Hybridschaltungen, elektronischen Steuerungen und Systemen. Sitz der Beru AG ist Ludwigsburg, Baden-Württemberg. Der Konzern-Umsatz stieg in der Vergangenheit kontinuierlich an. Mit 303,1 Millionen Euro lag er im Geschäftsjahr 2001/02 um 9,6% über dem Vorjahresniveau. Bis 2004/05 soll der Umsatz auf über 500 Millionen Euro gesteigert werden. 2 System Partners 2003
gers vom Zugfahrzeug und/oder Aufschaukeln bis zum Umkippen. Zudem können andere Verkehrsteilnehmer durch den hin und her schlingernden Anhänger stark gefährdet werden. Auflieger verhalten sich in der Anfangsphase bei Reifenschäden durch die bessere Ankopplung an das Zugfahrzeug und die fehlende Eigensteuerung etwas stabiler. Geraten sie aber durch Reifenplatzer bei hohen Geschwindigkeiten und starker Beladung einmal ins Schlingern, ist es oft schon zu spät. 3 Verhalten des Reifens bei zu geringem Druck Bei fortschreitendem Druckverlust wird der Reifen zunehmend gewalkt, bei hoher Belastung und durch ungleichmäßige Beladung des Transportguts tritt schnell Überhitzung mit verstärktem Schulterabrieb auf, mit der Folge, dass der Reifen in Brand geraten kann und/oder sich der Laufstreifen ablöst und der Reifen platzt. Aber selbst wenn ein sich ablösender Laufstreifen nicht zu einem Unfall führt, so beschädigt er doch den Fahrzeugaufbau und alles was um das Rad ist so stark, dass meist ein beträchtlicher wirtschaftlicher Schaden entsteht. Fahren mit zu niedrigem Luftdruck kann auch schwer wiegende Schäden im Inneren des Reifens bewirken, die ohne eingehende Diagnose äußerlich nicht oder nur schwer zu erkennen sind. Und Reifen haben ein Gedächtnis, jede Beschädigung schwächt den Reifen, was oftmals tragische Folgen hat. Wird längere Zeit mit zu geringem Reifendruck gefahren, können auch durch eine nachträgliche Korrektur des Luftdrucks solche versteckten Schäden nicht mehr ausgebügelt werden der Reifen ist realistisch betrachtet verkehrsuntauglich und eine Gefahr für alle Verkehrsteilnehmer. 4.1 Spurstabilität Untersuchungen verschiedener Reifenhersteller und der Gesellschaft für Technische Überwachung (GTÜ) über Auswirkungen von Reifenmängeln wie beispielsweise ein fehlerhafter Luftdruck auf die Verkehrssicherheit haben eindeutige Zusammenhänge zur Spurstabilität bei Ausweichmanövern gezeigt. Die Ergebnisse dieser bei Pkw durchgeführten Untersuchungen treffen mit großer Sicherheit auch auf leichte Nutzfahrzeuge und besonders auf die schnellen Transporter zu. Grundsätzlich lassen sie sich aber auf die Situation bei schwereren Lkw übertragen unter zusätzlicher Beachtung der um ein Vielfaches höheren Kräfte, Massen und Gewichte, denen hier die Bereifung ausgesetzt ist. Für ein sicheres Durchfahren von Pylonen auf der Teststrecke ist die präzise Einhaltung des vorgeschriebenen Luftdrucks zwingend notwendig. Schon ein Druckabfall von 0,5 bar auf beiden Achsen verhindert präzise Lenkbewegungen. Das Fahrzeug drängt nach außen, weil durch den fehlenden Luftdruck die Seitenwand wesentlich stärker verformbar wird und der Reifen die auftretenden Quer- und Seitenkräfte nicht schnell genug überträgt und schwammig wird. Ein unfallträchtiges Risiko ist dabei die Verlängerung der Reaktionszeit bei einem plötzlich eintretenden Ernstfall oder auf längere Sicht die Gefahr eines unerwarteten Reifenplatzers durch Überbeanspruchung. 4.2 Kurvenstabilität Die provozierte Lastwechselreaktion durch plötzliches Gaswegnehmen in einer Kurve beansprucht die Quer- und Seitenstabilität der Reifen im Übermaß kommt noch Druckverlust hinzu, kann es zu plötzlichem Untersteuern und Drängen des Hecks nach außen kommen bis zum völligen Verlust der Fahrstabilität. Treten dann noch bei Lkw oder Transportern Verschiebungen der Beladung auf, können die einmal in Bewegung geratenen Massen nicht mehr kontrolliert werden mit unabsehbaren Unfallfolgen. 4.3 Aquaplaning Bei Straßennässe oder Schnee auf der Fahrbahn verliert ab einer bestimmten Geschwindigkeit der Reifen den direkten Kontakt zum Fahrbahnbelag. Schon eine Wasserschicht von 2 mm reicht dabei aus, die Lenkung wird zunehmend ungenau, das Fahrzeug beginnt zu schwimmen und lässt sich weder lenken noch bremsen. Bei sinkendem Reifendruck setzt Aquaplaning immer früher ein zur Überraschung der dann meist überforderten Fahrer. Spurrillen mit stehenden Wasserpfützen verstärken noch zusätzlich den fatalen Effekt, bei Totalverlust von Lenkung und Bremsen lässt sich der Lkw nicht mehr beherrschen. 4.4 Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit durch Havarien Liegen gebliebene Fahrzeuge bedeuten allgemein eine große Kollisionsgefahr für andere Verkehrsteilnehmer. Ebenso sind Insassen und besonders ausgestiegene Personen und Helfer gefährdet. So musste der ADAC im Jahr 2001 bei insgesamt über 3,5 Millionen Pannen Hilfe leisten Räder und Reifen waren in etwa 234.500 Fällen die Ursache (6,7%). Und besonders auf Autobahnen und an Straßenrändern trifft man immer wieder auf Reifen, ganze Laufflächen oder große Lkw-Reifenteile. Reste geplatzter Reifen verteilen sich oft hunderte von Metern über den Asphalt und können die Ursache für neue Unfälle sein, Bild 1. Laut Bundesverband Güterkraftverkehr, Logistik und Entsorgung gab es im Jahre 2001 in Deutschland etwa 550.000 Lkw über 7,5 t Nutzlast, die gefährliche Reifenreste auf den Autobahnen hinterlassen konnten. So werden allein im Großraum Hamburg jährlich etwa 8 t Reifenteile auf einem nur 80 km langen Autobahnabschnitt von der Straßenmeisterei beseitigt. Und die Ver- 4.4 Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit durch Havarien 4 Beeinträchtigung der Fahrsicherheit Bild 1: Reifenteile auf der Autobahn sind häufig die Ursache von Unfällen Sonderausgabe von ATZ und MTZ 3
5 Die permanente Reifendruckkontrolle ursacher bleiben meistens unbekannt wenn sie nicht selbst wegen ihrer Reifenschäden verunglückt sind. 5 Die permanente Reifendruckkontrolle Bild 2: Der neue Actros 1844 LS ist mit Super-Single-Reifen, einem eigens dafür entwickelten Notlaufsystem und einem Reifendruck-Kontrollsystem von Beru ausgerüstet Bild 3: Der Reifenzustand kann ab Anfang 2004 bei Schmitz Cargobull mittels satelliten-gestützter Telemetrie überwacht werden 5.1 Funktionsweise des TSS Bild 4: Hinterachse und Super-Single- Reifen des neuen Actros 1844 LS (Radelektronik rot markiert) Ein zu geringer Reifendruck lässt sich durch das Reifendruck-Kontrollsystem Tire Safety System (TSS) der Beru AG vermeiden; es überwacht permanent den Reifendruck während der Fahrt und auch im Stand. Das System warnt den Fahrer zuverlässig bei zu geringem Druck und bei Reifenschäden. Bei Reifenschäden so frühzeitig, dass Unfälle etwa durch einen geplatzten Reifen vermieden werden können. Das Beru-System ist das einzige, das von den Automobilherstellern Audi, BMW, DaimlerChrysler, Porsche und VW für die Erstausrüstung in Pkw freigegeben wurde und es ist jetzt für den Serieneinsatz in der Erstausrüstung (nicht für die Nachrüstung!) bei Lkw aller Klassen und für Anhänger und Auflieger verfügbar: ab Mitte 2003 im Mercedes-Benz Actros, Bild 2, mit Super Single Bereifung und ab Anfang 2004 im Schmitz Cargobull Auflieger, Bild 3. 5.1 Funktionsweise des TSS Eine batteriegespeiste Radelektronik im Inneren des Reifens misst in kurzen Intervallen Druck und Temperatur im Reifen, Bild 4. Zusammen mit der individuellen Kennung der Elektronik im Rad und den Angaben über die Restlebensdauer der Batterie werden diese Werte in Datentelegrammen per Funk an die Antenne gesandt, wo sie dann in ein Signal umgeformt und zur Auswertung an das zentrale Steuergerät gesendet werden. Das Steuergerät wertet die Datentelegramme aus, erkennt den Absender und entscheidet, ob der Fahrer informiert werden muss oder nicht. Überwacht wird jedes Rad separat. Dabei wird der Luftdruck durch einen Temperaturfaktor auf den Normdruck umgerechnet. Der Sollwert des Reifendrucks wird vom Fahrer durch Tastendruck oder werksseitig als fahrzeugspezifischer Solldruck vorgegeben, wobei eine Prüfung auf Plausibilität und permanente Überwachung mögliche Einstellfehler des Fahrers verhindert. Wird der Solldruck beim Aufpumpen des Reifens nicht erreicht, fordert das System den Fahrer zur Korrektur auf. 5.2 Warnung bei Druckverlust Ein Reifenplatzer folgt meist unmittelbar auf einen schnellen Druckverlust von mehr als 0,4 bar pro Minute. Sobald der schnelle Druckverlust einsetzt, erscheint eine harte Warnung im Display der Instrumententafel: Reifenpanne, sofort anhalten. Bei 4 System Partners 2003
5.3 Die Komponenten des Systems Übertragung der Radelektronik-Daten mittels HF-Signal (433 MHz, Frequency Shift Keying) Radelektronik Steuergerät Digitalantenne 1 Bild 5: Systemkomponenten des Reifendruck- Kontrollsystems von Beru für Nutzfahrzeuge Fahrzeugeigener Datenbus, KL 15, KL 30, KL 31 Digitalantenne 2 Digitalantenne 3 Digitalantenne 4 einem langsamen (schleichenden) Druckverlust, der die Verkehrssicherheit noch nicht beeinträchtigt, erhält der Fahrer eine weiche Warnung ; er wird gemahnt, bei nächster Gelegenheit den Reifendruck zu erhöhen. Die Mahnung erfolgt erstmals, wenn der Fülldruck im Reifen 0,4 bar unter dem Solldruck liegt. Bei jedem Einschalten der Zündung und auch in gewissen Abständen während der Fahrt wird die Mahnung wiederholt. Überschreitet der Minderdruck 0,8 bar wird die Warnung in einer höheren Dringlichkeitsstufe ausgegeben, zum Beispiel in roter statt in gelber Farbe. Entsteht der Druckverlust im Stand, wird der Fahrer vor Antritt der Fahrt gewarnt. 5.3 Die Komponenten des Systems Das Reifendruck-Kontrollsystem TSS besteht aus dem zentralen Steuergerät und pro Rad aus einer am Rad befestigten Radelektronik sowie einer HF-Empfangseinheit pro Achsgruppe, Bild 5. Die Radelektronik ist so konzipiert, dass sie in fast jede Felge eingebaut werden kann. Die Betriebsdauer der Radelektronik beträgt drei bis fünf Jahre und ist bei Temperaturen von 40 bis +170 C im Reifen einsatzfähig. Da die Radelektronik innerhalb des Reifens montiert wird, ist sie vor Umwelteinflüssen wie Spritzwasser und Salz sowie vor mechanischen Belastungen, wie sie insbesondere bei Baustellenfahrzeugen auftreten, geschützt. Dies gilt auch für möglichen Vandalismus. 5
Printed in Germany 01.06.2003 Bestell- Nr. 5 000 001 074 BERU Aktiengesellschaft Mörikestrasse 155, D-71636 Ludwigsburg Postfach 229, D-71602 Ludwigsburg Telefon: ++49/7141/132-693 Telefax: ++49/7141/132-220 E-Mail: info@beru.de www.beru.com