Genesis in Schwarz

Reifenproduktion

Von Daniele Carrozza
02.06.2010 09:26:48

Der Produktionsprozess eines modernen Radialreifens ist genau so komplex wie das Endprodukt selbst. Wir waren bei Pirelli Moto und haben mitverfolgt, wie aus Rohstoffen High-End-Gummis entstehen.

Wenn auf Ihrem Bike ein Pirelli- oder Metzeler-Reifen mit 0-Grad-Stahlgürtel aufgezogen ist, dann ist er mit Sicherheit auf den hier abgebildeten Maschinen hergestellt worden. Hier, in Breuberg nahe Darmstadt im deutschen Bundesland Hessen, wo Pirelli auf einer bebauten Werksfläche von 23 300 m² mit rund 400 Mitarbeitern im Dreischicht-Betrieb 325 Tage im Jahr seine für den Weltmarkt und den Strassenrennsport bestimmten Radialreifen herstellt. Auch Prototypen werden gemäss den vom Pirelli-Hauptquartier in Mailand erlassenen Spezifikationen in Breuberg fabriziert. Produktionsvolumen: 6854 Reifen pro Tag. Die Gummis mit Diagonal-Bauart erblicken an einem zweiten Produktionsstandort in Brasilien das Licht der Welt.

In einem Reifen stecken je nach Rezeptur zwischen 150 und 200 verschiedene Rohstoffe. Diese – im Wesentlichen Polymere, Öle und Wachse, Kleinchemikalien, Füllstoffe, Karkassenmaterial und Stahl – werden aus der ganzen Welt nach Breuberg geliefert und durchlaufen den traditionellen Produktionsbetrieb in drei bis sieben Tagen. Die 2002 eingeweihte, vollautomatisierte Produktionslinie MIRS (Modular Integrated Robotized System) läuft 365 Tage rund um die Uhr und verarbeitet die Rohstoffe in nur gerade etwa einer Stunde zum fertigen Produkt. Während im traditionellen Betrieb, den wir im Folgenden genauer unter die Lupe nehmen werden, die Auftragsfertigung und damit die Volumenproduktion läuft, obliegt MIRS die Herstellung von High-Performance-Reifen (z.B. Pirelli Diablo Rosso Corsa oder Metzeler Racetec K3).

Reifenproduktion von A bis Z
Der Produktionsprozess beginnt im «Rohbetrieb», wo die teils in Silos gelagerten (Öle, Füllstoffe) und teils manuell zugeführten chemischen Grundstoffe (Polymere, Kleinchemikalien) in riesigen Kneter-Maschinen zunächst zu Grund- und dann zu Fertig-Gummimischungen zusammengeführt werden.

Vom Rohbetrieb, den sich das Motorrad- mit dem angegliederten Pkw-Reifenwerk teilt, werden die in langen Bahnen gezogenen Fertigmischungen auf Paletten in ein Zwischenlager gebracht, wo auch Mischungen, die im zurzeit modernsten Pirelli-Mischwerk in Rumänien hergestellt wurden, abgelegt sind. Die exklusiven Spezialmischungen für die Superbike-WM stammen aus einem Pirelli-Betrieb nahe Turin.

Der schwarze Rohstoff gelangt nun in die «Vorkonfektion», wo an verschiedenen Maschinen die einzelnen Reifenbestandteile (Halberzeugnisse) hergestellt werden. Beginnen wir mit der Karkasse: Zunächst wird eine auf Rollen fertig angelieferte Gewebestruktur aus Rayon, Nylon oder Polyester in einem Kalander zwischen Walzen von beiden Seiten mit einem dünnen Gummi-Film belegt. Das gummierte Gewebe wird nun in spezifischen Winkeln (zwischen 65 und 90º) zur Fadenrichtung zugeschnitten und je nach Reifentyp zu mehrlagigen Karkassenbahnen überlappt. Dabei gilt: Je spitzer der Winkel, desto steifer die Konstruktion.

Der Wulstkern ist für den Kontakt zur Felge zuständig und besteht aus Stahldrähten, die homogen erwärmt (z. B. in Viererbahnen) in einem so genannten Extruder in einen speziellen Gummityp eingefasst werden. Die Stahldrähte sind jeweils chemisch beschichtet, sodass sie mit dem mit entsprechenden Zusätzen versehenen Gummi eine stabile Verbindung eingehen. Im Anschluss werden mehrere solcher Stahldraht-Gummi-Bahnen zu Paketen (z. B. 4 x 4 Drähte) und somit zum fertigen Wulstkern zusammengeführt, der nun mit einer Gummi-Lösung besprüht von Hand am Kernfüller angebracht wird. Letzterer bestimmt mit seiner Grösse die Steifigkeit der Seitenwand am fertigen Reifen.

Der Null-Grad-Stahlgürtel verhindert, dass sich der Reifen bei hohen Geschwindigkeiten durch die Zentrifugalkräfte aufbläht. Bei den Stahlsträngen – wiederum chemisch beschichtet – spricht man von Cords, zumal sie aus vielen zu einem Strang verdrehten Drähten bestehen. Mehrere solcher Cords (z. B. vier) werden nun in einem Extruder zu einer Bandina gummiert, die je nach Spezifikation (Anz. Cords, Wicklung, Dehnungseigenschaften etc.) mit einem Mitläuferstreifen farblich gekennzeichnet auf Rollen gewickelt wird.

Halberzeugnisse wie die sehr resistenten Seitenstreifen (UV-Schutz etc.), der den Grip zur Felge aufbauende Wulstschutz und die aus verschiedenen Mischungen zu einer luftdichten Verbindung zusammengewalzte Schlauchlosplatte werden in einem Tandem-Kalander unter Hitze geformt und je nach dem bereits kombiniert (z. B. die Schlauchlosplatte mit dem Wulstschutz). Die Lauffläche wird in einem grossen Quadroplex-Extruder hergestellt, der bis zu vier Mischungen kombinieren kann (Multi-Compund) und bei Maximalgeschwindigkeit 30 Meter Lauffläche pro Minute ausspuckt. Auf dem Förderband erhält der Gummi schliesslich ID-Nummer, Mischungscode und Extrusionsdatum aufgesprüht.

Die fertigen Halberzeugnisse werden in der «Konfektion» zum Reifenrohling zusammengebaut. In einem ersten Schritt wird an einer speziellen Trommelmaschine in Falt-, Spann- und Pressvorgängen aus Schlauchlosplatte, Wulstschutz, Seitenwand, Reifenkern, Kernfüller und Karkassengewebe die Karkasse zusammengeführt. Diese gelangt über einen Roboter in die zweite Konfektionsstufe, wo in einer Drehbewegung des Halb-Rohlings zunächst der Stahlgürtel (Bandina) und dann die Lauffläche aufgetragen werden. Die Lauffläche wird angewalzt, und fertig ist der Rohling, der nun zur nächsten Station, der «Heizung», gelangt, wo er in Heizpressen vulkanisiert wird (siehe Kasten unten).

Zum letzten Schritt, der «Inspektion»: Der vulkanisierte und abgekühlte Reifen wird hier in Handarbeit entgratet. Will heissen, dass abstehendes Gummi mit einem Messer entfernt wird. Dann erfolgt eine Sichtkontrolle, um allenfalls defekte Reifen auszusortieren. Besteht das Produkt die Kontrolle, wird es auf eine mechanische Felge gezogen, unter Druck gesetzt und vermessen (zweite Kontrolle). An der leichtesten Stelle des Reifens wird nun von Hand mit einem Stempel die uns allen bekannte Wuchtmarkierung aufgetragen.

Für die Erstausrüstung vorgesehene Pneus erfahren unter einem speziellen Licht eine weitere Sichtkontrolle, ehe sie mit den anderen Reifen in Palettengittern ins rund 20 km entfernte Zentrallager gebracht werden. Die Reise kann beginnen!

 

Vulkanisation

Die Vulkanisation der noch profillosen Rohlinge erfolgt bei rund 150° Celsius und einem Druck von zirka 30 bar in einem Zeitraum von je nach Produkt 10 bis 30 Minuten. Bei diesem chemischen Prozess werden zwischen den langen Kautschukmolekülen (Polymerketten), die unvulkanisiert bei Belastung wie gekochte Spaghetti aneinander vorbei gleiten würden, vernetzende Schwefelbrücken gebildet. Der Gummi wird so vom plastischen in den elastischen Zustand gebracht und wird gegen mechanische Beanspruchung widerstandsfähig. Die industrielle Fertigung von Reifen bedingt nun eine kurze Vulkanisationsphase. Damit die chemische Reaktion schnell und damit industriell effizient vonstatten geht, werden im Rahmen der Herstellung der Mischungen chemische Beschleuniger wie Zinkoxyd oder Stearinsäure in die Gummistruktur eingearbeitet. Sie bewirken, dass die Reaktion bei Erreichung einer bestimmten Temperatur (z. B. 150 Grad) extrem schnell erfolgt. Gleichzeitig verhindern diverse chemische Verzögerer, dass die Vulkanisation schon bei der Verarbeitung des Gummis bei etwa 100 Grad ausgelöst wird. 

Gummi ist nicht gleich Gummi: Die angelieferten Mischungen haben jeweils ganz unterschiedliche Eigenschaften. Gummi ist nicht gleich Gummi: Die angelieferten Mischungen haben jeweils ganz unterschiedliche Eigenschaften. © Oliver Haupt
Karkasse: In dieser Schneidmaschine wird das gummierte Gewebe je nach Reifentyp in spezifischen Winkeln zugeschnitten. Karkasse: In dieser Schneidmaschine wird das gummierte Gewebe je nach Reifentyp in spezifischen Winkeln zugeschnitten. © Oliver Haupt
Gummierung: In solchen Extrudern werden die Drähte bzw. Cords für Wulstkern resp. Stahlgürtel in Gummi eingefasst. Gummierung: In solchen Extrudern werden die Drähte bzw. Cords für Wulstkern resp. Stahlgürtel in Gummi eingefasst. © Oliver Haupt
Fertige Wulstkerne aus jeweils 4 x 4 Stahldrähten. Der Kern sorgt für den stabilen Kontakt zwischen Pneu und Felge. Fertige Wulstkerne aus jeweils 4 x 4 Stahldrähten. Der Kern sorgt für den stabilen Kontakt zwischen Pneu und Felge. © Oliver Haupt
Zusammenführung von Wulstkern und Kernfüller. Letzterer ist bei Sportreifen kleiner als bei Touring-Gummis. Zusammenführung von Wulstkern und Kernfüller. Letzterer ist bei Sportreifen kleiner als bei Touring-Gummis. © Oliver Haupt
Null-Grad-Stahlgürtel: Die von einem anderen Pirelli-Werk angelieferten Cords kurz vor der Belegung mit Gummi. Null-Grad-Stahlgürtel: Die von einem anderen Pirelli-Werk angelieferten Cords kurz vor der Belegung mit Gummi. © Oliver Haupt
Chemikalien: Schwefel für die Schwefelbrücken zwischen den Polymeren, Verzögerer und Beschleuniger steuern Tempo und Temperaturfenster der Vulkanisation. Chemikalien: Schwefel für die Schwefelbrücken zwischen den Polymeren, Verzögerer und Beschleuniger steuern Tempo und Temperaturfenster der Vulkanisation. © Daniele Carrozza
Öle und Harze: Sie machen den Gummi weich sowie klebrig und damit verarbeitbar. Harze sind zudem mitverantwortlich für den Grip am fertigen Reifen. Öle und Harze: Sie machen den Gummi weich sowie klebrig und damit verarbeitbar. Harze sind zudem mitverantwortlich für den Grip am fertigen Reifen. © Daniele Carrozza
Füllstoffe: Chemisch zwischen die Polymerketten eingearbeitet, sorgen sie u.a. für die Abriebfestigkeit des Gummis (Russ) und den Nassgrip (Silica, links). Füllstoffe: Chemisch zwischen die Polymerketten eingearbeitet, sorgen sie u.a. für die Abriebfestigkeit des Gummis (Russ) und den Nassgrip (Silica, links). © Daniele Carrozza
Polymere: Kunst- und Naturkautschuk liefern die Polymere (lange Kohlenwasserstoffketten) und damit den Hauptrahmen der Gummistruktur. Polymere: Kunst- und Naturkautschuk liefern die Polymere (lange Kohlenwasserstoffketten) und damit den Hauptrahmen der Gummistruktur. © Daniele Carrozza
Schnitt durch einen Radialreifen mit 0°-Stahlgürtel. Schnitt durch einen Radialreifen mit 0°-Stahlgürtel. © Oliver Haupt
Die Karkassenbahnen eines Vorderrads überpappen sich in einem jeweils ganz bestimmten Winkel (z.B. 74 Grad). Die Karkassenbahnen eines Vorderrads überpappen sich in einem jeweils ganz bestimmten Winkel (z.B. 74 Grad). © Oliver Haupt
Bau einer Hinterrad-Karkasse: Wulstkern, Wulstschutz, Seitenwand und 90º-Karkassenbahn (von aussen nach innen). Bau einer Hinterrad-Karkasse: Wulstkern, Wulstschutz, Seitenwand und 90º-Karkassenbahn (von aussen nach innen). © Oliver Haupt
Bau des Gürtels: Endlos um die Karkasse gewickelte Bandina mit innenliegenden Stahl-Cords. Hier vier Cords pro Bandina. Bau des Gürtels: Endlos um die Karkasse gewickelte Bandina mit innenliegenden Stahl-Cords. Hier vier Cords pro Bandina. © Oliver Haupt
Fertig vormontierte Reifen kurz vor der Vulkanisation. Fertig vormontierte Reifen kurz vor der Vulkanisation. © Oliver Haupt
Inspektion: Entgratung, wiederholte Sichtkontrolle, geometrische Vermessung und Wuchtmarkierung von Hand (im Bild). Inspektion: Entgratung, wiederholte Sichtkontrolle, geometrische Vermessung und Wuchtmarkierung von Hand (im Bild). © Oliver Haupt
Ab ins Zentrallager: Rund 7000 Gummis werden Tag für Tag im Pirelli-Reifenwerk in Breuberg hergestellt. Ab ins Zentrallager: Rund 7000 Gummis werden Tag für Tag im Pirelli-Reifenwerk in Breuberg hergestellt. © Oliver Haupt
Der Produktionsstandort Breuberg aus der Vogelperspektive. Der Produktionsstandort Breuberg aus der Vogelperspektive. © Oliver Haupt