Winzige Rußpartikel machen Reifen leistungsfähiger

Sicher ist die Formel 1 in vielen Bereichen extrem, aber selbst für den "normalen" Autofahrer ist ein perfektes Zusammenspiel von Reifen und unterschiedlichen Fahrbahnen enorm wichtig. Auch auf herkömmlichen Straßen entscheiden passende Reifen über so bedeutende Faktoren wie Haftung und Sicherheit, Laufleistung und Spriteinsparung, weshalb es u.a. verschiedene Typen für Sommer und Winter gibt. Einen wichtigen Anteil an den gewünschten Eigenschaften hat Industrieruß, weltweit als Carbon Black bekannt. Bei dieser besonderen Variante des Kohlenstoffs ist Degussa der größte Hersteller in Europa. Von den weltweit im Unternehmen erzeugten Industrierußen gehen rund 85 Prozent in die Gummiindustrie, 15 Prozent werden als Pigmente eingesetzt.

Die Haftung ist entscheidend

Die Reifenhersteller müssen sich auf einen sensiblen "Tanz im magischen Dreieck" einlassen. Damit ist die Feinabstimmung zwischen Nassrutschfestigkeit, d.h. der Haftung auf nassen Straßen, dem Abrieb und Rollwiderstand gemeint. Autoreifen haben eine unterschiedliche Zusammensetzung - die jeweiligen Gummimischungen orientieren sich vor allem an den Geschwindigkeits- und Sicherheitsanforderungen, der Jahreszeit und den damit verbundenen Durchschnittstemperaturen. So erklärt sich, warum etwa ab Oktober auf Winterreifen umgerüstet werden sollte. Entscheidend ist die richtig dosierte Haftung auf trockener und nasser Fahrbahn. Mit einer maßgeschneiderten Profilgeometrie werden zu starkes Rutschen auf Schnee und die Gefahren eines Aquaplanings vermieden. Moderne Reifen sind so ausgelegt, dass der Autofahrer auch mit relativ hohem Tempo sicher durch die Kurven fahren kann.Reifen dürfen auf der anderen Seite nicht zu stark am Asphalt kleben, denn zu viel Haftung erhöht den Rollwiderstand. Die Folgen: mehr Kraftstoffverbrauch und schnellerer Verschleiß.

Die Industrie testet jährlich Tausende von neuen Reifentypen sowohl für den Rennsport als auch für den Straßenverkehr. Sie ist dabei in starkem Maße auf die Mithilfe der chemischen Industrie angewiesen, die unter anderem so genannte verstärkende Füllstoffsysteme liefert. Dr .Reinhard Stober, Forschungsleiter für Füllstoffsysteme & Pigmente beim Spezialchemie-Anbieter Degussa: "Die Reifenproduzenten verstehen es hervorragend, mit zielgerichteten Gummimischungen anwendungsspezifische Reifen zu designen. Wir helfen ihnen mit innovativen Füllstoffsystemen, mit denen sich die angestrebten chemisch-physikalischen Veränderungen realisieren lassen."

Kompetenzzentrum für Carbon Black

Schon die Chinesen gewannen Carbon Black aus Harzen, Pflanzenölen oder Asphalt, um Tuschen und Tinten zu erzeugen. Auch die Griechen und Römer beschäftigten sich mit der Rußgewinnung aus Harzen, um schwarze Farbe für die Wandbemalung von Gebäuden zu erhalten. Heute findet man Carbon Black an vielen Stellen im Automobil - so im Motorraum Dichtungen, Motorlager, Schläuche, Keilriemen),Innenraum (etwa Armaturenbrett) oder als Lack im Außenbereich.Hersteller von Reifen und technischen Gummiartikeln gehören zu den wichtigsten Kunden des Geschäftsbereichs Füllstoffsysteme & Pigmente, der außer Carbon Black auch Performance Silica und Gummisilane entwickelt, herstellt und vertreibt. Weitere Abnehmer sind die Druckfarben-, Lack- und Kunststoffindustrie sowie die Life-Science-Industrie. In Europa werden gegenwärtig deutlich mehr als eine Million Jahrestonnen an Carbon Black hergestellt. Der Degussa Geschäftsbereich Füllstoffsysteme & Pigmente ist der zweitgrößte Carbon-Black-Erzeuger weltweit. Mit einer Produktionskapazität von 160.000 Tonnen ist das Werk in Hürth-Kalscheuren der größte Produktionsstandort für Industrieruße in Europa. Hier befinden sich auch die zentrale Russforschung und die Anwendungstechnik für die Gummiindustrie. Als einziges Werk weltweit nutzt es zur Produktion von Spezialrußen drei unterschiedliche Herstellverfahren. Mit dem Konzept "Kalscheuren 2005" investiert Degussa etwa 115 Mio. Euro, um die Produktion auf hochwertige Spezialitäten zu konzentrieren.

Gummimischungen sind topsecret

Die Reifenfertigung gilt zwar heute keineswegs mehr als alchemistischer Prozess, aber die Verschwiegenheit der Reifenindustrie in puncto Gummimischungen wird nach wie vor gepflegt - vor allem in der Formel 1.So wissen selbst die Chemiefirmen nicht um die detaillierte Zusammensetzung der Reifen für die Boliden. Fakt ist allerdings, dass Degussa die chemischen Voraussetzungen für innovative Reifenlaufflächen schaffen kann. "Durch gezieltes Partikeldesign im Nanometerbereich erfüllen diese Produkte dann die ständig steigenden Anforderungen an den Rollwiderstand, den Abrieb und die Nassrutschfestigkeit", so Fachmann Stober. Nanometer, abgeleitet vom griechischen Nanos für Zwerg, sind unvorstellbar kleine Abmessungen von milliardstel Metern. So winzig die Rußteilchen zunächst sind, wachsen sie aber durch Zusammenlagerung schnell zu größeren Aggregaten. Degussa arbeitet seit einiger Zeit intensiv an einer "Nanostrukturierung", die den Zusammenhalt zwischen Ruß und Gummi durch eine gezielte Beeinflussung der Oberfläche und Partikelgeometrie der vielen kleinen Teilchen deutlich verbessert.

Die Auseinandersetzung mit dem "magischen Dreieck" führt zwangsläufig zu interdisziplinären Ansätzen von Chemie und Physik. Eine der Hauptaufgaben liegt darin, die Zielkonflikte in den Eigenschaften zu minimieren und dabei die Grenzen des magischen Dreiecks zu überwinden. Die Herausforderung ist die Optimierung der Haftung, ohne den Rollwiderstand zu erhöhen oder die Laufleistung zu beeinträchtigen. Mittlerweile weiß man, welcher Reifen sich für diese oder jene Unebenheit des Asphalts am besten eignet - vor allem, welche Kräfte auf das Material einwirken. Schließlich ist ein Reifen bei einer Vollbremsung ganz anderen chemischphysikalischen Belastungen unterworfen als beim normalen Fahren auf einer Straße.

Die aktuellen Entwicklungen zielen auf extrem kurze Bremswege, eine noch bessere Haftung auf trockenem oder nassem Untergrund sowie ausgewogenere Handlingeigenschaften. Schlagworte dafür sind etwa "Ultra-high-Performance-Reifen" oder "intelligente Systeme". Diese zeigen auch bei hohen Geschwindigkeiten ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil hinsichtlich Rollwiderstand und Haftung. Damit hat der Autofahrer in jeder Belastungsphase optimale Sicherheit - und die Spritrechnung stimmt auch.

Carbon Black optimiert Physik von Gummimischungen

Entscheidenden Anteil daran hat Carbon Black. Außer der schwarzen Farbe hat dieser Rohstoff allerdings nichts mit gewöhnlichem Ruß gemein. Carbon Black ist ein unter festgelegten Bedingungen und bei weit über 1.000 Grad Celsius hergestellter Industrieruß. Seiner hohen Reinheit wegen lässt der Gesetzgeber den Einsatz auch an Gegenständen zu, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen. In Hürth-Kalscheuren werden derzeit rund 80 Rußtypen hergestellt, dazu kommen weitere 100 Rußpräparationen für spezielle Anwendungen. Die Gewinnung von Carbon Black erfolgt durch ein gezieltes, unvollständiges Verbrennen von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Durch die Manipulation der Rußoberfläche und die Anordnung der Partikel können in Kautschukmischungen deutlich verbesserte physikalische Eigenschaften erreicht werden.

Bei modernen Reifen ist die höhere Leistungsfähigkeit noch auf einen zusätzlichen Inhaltsstoff zurückzuführen: Kieselsäure, Silica genannt. Da Kautschuk und Silica aber auf Grund ihrer unterschiedlichen Polarität zu keiner Verbindung fähig sind, werden "bifunktionelle organische Siliciumverbindungen" (kurz:Organosilane) als Kuppler eingesetzt. Die Silica/Silan-Technologie hat Degussa entwickelt - ein führender Reifenhersteller brachte sie vor rund zehn Jahren zur Marktreife. Heute werden in Europa fast alle Pkw mit Reifen bestückt, deren Lauffläche Silica enthält. Degussa ist das einzige Unternehmen, das mit Carbon Black, Silica und Organosilanen alle drei Komponenten für den "schlauen Reifen" herstellt.

Auch wenn die Schumacher-Brüder in "feindliche Lager" der Formel 1 gehören, in einem Punkt waren sich die beiden noch vor dem Saisonstart einig: Der Ausgang der Weltmeisterschaft wird, wie schon in der letzten Saison, wesentlich durch die Reifen beeinflusst. Wie auch immer die WM ausgehen wird, in vielen Rennen werden Degussa Produkte mitfahren - in welchen Reifen genau, bleibt aber ein gut gehütetes Geheimnis.

Degussa ist ein multinationales Unternehmen mit konsequenter Ausrichtung auf die renditestarke Spezialchemie. Im Geschäftsjahr 2003 erwirtschafteten 47.000 Mitarbeiter einen Umsatz von 11,4 Mrd. Euro und ein operatives Ergebnis(EBIT) von 878 Mio. Euro. Damit ist Degussa das drittgrößte deutsche Chemieunternehmen und in der Spezialchemie weltweit die Nummer eins. Mit unseren innovativen Produkten und Systemlösungen schaffen wir Wertvolles, Unverzichtbares für den Erfolg unserer Kunden. Dies fassen wir in dem Anspruch zusammen "creating essentials".