Der richtige Reifen für den richtigen Einsatzbereich

Wird dem Kontaktpunkt zwischen Geländefahrzeugen und dem darunterliegenden Boden genügend Beachtung geschenkt?

In einer Eisenerzmine in der australischen Pilbara-Region dürfte die Hitze das größte Problem darstellen. Setzt man denselben Lkw jedoch in einer hochgelegenen Kupfermine in Chile ein, so sind scharfkantige Gesteinsbrocken möglicherweise die größere Gefahr von Schnittverletzungen und Absplitterungen.

„Gleicher Lkw, gleiche Reifengröße, aber völlig unterschiedliche Bedingungen erfordern unterschiedliche Reifenkonstruktionen“, sagt Tech Wang, Gründer und Vorsitzender von Techking Tires, einem Unternehmen, das sich auf Reifenlösungen für Bergbau- und Baumaschinen spezialisiert hat.

Diese Beobachtung stellt einen gängigen Ausgangspunkt bei der Reifenauswahl in Frage: nämlich ein Produkt zu finden, das zur Maschine passt.

Die Passgenauigkeit ist wichtig, aber ebenso das zu transportierende Material, der Untergrund unter den Rädern und die Arbeitsweise der Maschine während einer Schicht.

Für Wang ist das Verständnis dieser Bedingungen die Grundlage für eine anwendungsspezifische Entwicklung.

Die Antwort liegt im Feld

„Ich sage unserem Team oft, dass die Antwort in der Praxis liegt“, sagt Wang. „Anwendungsspezifische Entwicklung bedeutet, den Reifen auf die Maschine und die realen Arbeitsbedingungen abzustimmen.“

Diese Bedingungen gehen weit über die Frage hinaus, ob ein Gelände als Steinbruch, Bergwerk oder Bauprojekt eingestuft wird.

Wang nennt fünf Faktoren, die sowohl bei der Reifenauswahl als auch beim Produktdesign von besonderer Bedeutung sind:

• Bodenbeschaffenheit, einschließlich Oberflächenebenheit, Schärfe und Abrasivität;
• Nutzlast sowie Art und Dichte des transportierten Materials;
• Temperatur – insbesondere bei Extremwerten;
• Transportstrecke pro Zyklus;
• Betriebsgeschwindigkeit.

Zusammen beeinflussen sie das Gleichgewicht, das ein Reifen zwischen Traktion, Tragfähigkeit, Verschleißfestigkeit, Schnittfestigkeit und Wärmemanagement erreichen muss.

Inspiriert von Eisbärenpfoten, verbessert das biomimetische Profildesign von SNOWKING Griffigkeit und Traktion.

Ein Besuch in Kanada lieferte Techking ein besonders anschauliches Beispiel.

Wang berichtet, dass seine Ingenieure beobachteten, wie Fahrer von Hand zusätzliche Rillen in Winterreifen schnitten. Sie wollten mehr Grip, ohne dabei den Schutz vor Steinschlag zu beeinträchtigen.

Nachdem Techking einen ähnlichen Bedarf in Nordeuropa festgestellt hatte, entwickelte das Unternehmen gemeinsam mit einem Kunden in Norwegen ein Reifenprofil, das laut Wang von den Pfoten von Eisbären inspiriert wurde.

„Wir haben ein Zickzack-Profil entwickelt“, sagt er. „Dadurch wurde die Griffigkeit verbessert, während die Profilblöcke gleichzeitig robust und langlebig blieben.“

Techking gab dem Design den Namen SNOWKING.

Die Lehre daraus, so Wang, gehe über ein einzelnes Produkt hinaus. „Was wir in der Praxis lernen, darf nicht bei einem einzelnen Ingenieur oder einem einzelnen Projekt bleiben.“

„Wir wandeln diese Erfahrungen in Konstruktionsregeln, Simulationsmodelle und Testmethoden um, die das gesamte Team nutzen und verbessern kann.“

Was eine Fehlpaarung kosten kann

Die Reifenspezifikation hat nicht nur Auswirkungen auf die Wechselintervalle. Laut Wang kann ein unpassender Reifen das Ausfallrisiko erhöhen, während ungleichmäßiger Verschleiß, Ausbrüche und vorzeitige Beschädigungen seine Lebensdauer verkürzen können.

Der Rollwiderstand kann sich auch auf den Kraftstoff- oder Stromverbrauch einer Maschine auswirken.

In einem Bergwerk, das als kontinuierliches Produktionssystem arbeitet, können durch einen reifenbedingten Stillstand Kosten entstehen, die über den Schaden am beschädigten Reifen hinausgehen.

Da die Maschine außer Betrieb ist, fließen sowohl die Arbeiten, die sie ausführen sollte, als auch die Ressourcen, die für ihre Instandsetzung benötigt werden, in die Kostenberechnung ein.

„Die wahren Kosten eines Reifens sind nie der Kaufpreis, sondern die gesamten Besitzkosten“, sagt Wang.

Das macht die Reifenauswahl sowohl zu einer Flottenentscheidung als auch zu einer unkomplizierten Kaufentscheidung.

Eine Konstruktion, die in einer Anwendung gut funktioniert, kann ein anderes Ergebnis liefern, wenn sich die Oberfläche, die Belastung oder die Fahrstrecke ändern.

Genauso wenig lässt sich aus der isolierten Auswahl eines robusteren Reifens schließen, dass dieser für jeden Einsatzbereich die beste Wahl ist.

Die entscheidende Frage ist, welche Kombination von Eigenschaften für die Operation erforderlich ist.

Vom Baustellenbesuch bis zur Spezifikation

Der Entwicklungsprozess von Techking beginnt damit, dass Ingenieure den Betrieb beobachten und mit Gerätebedienern, Wartungsteams und Minenbetreibern sprechen.

Tech Wang, Gründer und Vorsitzender von Techking Tires

Sie sammeln Informationen über die Maschine, die Ladung, die Geschwindigkeit und die Transportdistanz und überprüfen die bereits im Einsatz befindlichen Reifen, einschließlich derjenigen, die bereits demontiert wurden.

Die Produkt- und Technikteams vergleichen diese Ergebnisse anschließend mit vorhandenen Daten und bisherigen Erfahrungen.

Ein etablierter Reifen kann den Bedarf bereits decken. Falls dies nicht der Fall ist, prüft Techking, ob ein neues Entwicklungsprojekt initiiert werden sollte.

Sobald ein Projekt genehmigt ist, übersetzt das Team laut Wang die Feldbeobachtungen in technische Parameter, darunter Achslastverteilung, Wärmeerzeugung und Reifenkontaktspannung.

Anschließend können die Konstrukteure die Reifenstruktur, die Anordnung der Stahlgürtel, die Gummimischung und das Profil modellieren und mithilfe von Simulationen mögliche Designs bewerten.

Diese Übersetzung der Erkenntnisse aus den Fundorten in eine nützliche Spezifikation ist nach Wangs Ansicht ein entscheidender Schritt.

Eine Beschreibung wie „Das Profil splittert ab“ weist zwar auf ein Problem hin, doch die Ingenieure müssen dennoch die Betriebsbedingungen und den Mechanismus hinter der Beschädigung verstehen, bevor sie entscheiden können, was geändert werden soll.

„Unsere Fähigkeit, Standortinformationen in klare Reifenspezifikationen zu übersetzen, ist ein zentraler Wettbewerbsvorteil unseres anwendungsspezifischen Entwicklungssystems“, sagt er.

Dienstleistung als Quelle der Erkenntnis

Die Leistungsfähigkeit des Reifens hängt größtenteils davon ab, wie er nach der Montage verwendet und gewartet wird.

Wang nennt Reifendruck, Inspektionen und Reifenrotation als Bereiche, in denen lokale Unterstützung den Kunden helfen kann, die Lebensdauer ihrer Reifen zu optimieren.

Techking setzt je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Servicekonzepte ein: technische Servicezentren in Bergbauregionen, Vor-Ort-Servicestationen in einigen großen Bergwerken und Servicetechniker, die die weit verstreuten Baustellen besuchen.

Ihre Arbeit ermöglicht zudem einen kontinuierlichen Einblick in die Leistungsfähigkeit von Reifen außerhalb des Entwicklungsprozesses.

„Der Außendienst ist Teil der Forschung und Entwicklung“, sagt Wang.

Ingenieure erfassen Schäden und untersuchen mögliche Ursachen; Produktteams vergleichen ihre Ergebnisse mit Simulationsvorhersagen.

Dadurch können Lücken in einem Modell aufgedeckt und Änderungen an Designs oder Verbindungen angeregt werden.

Anhand dieser Informationen kann der Bediener entscheiden, wann ein Reifen ausgetauscht oder getauscht werden muss oder ob der Reifendruck bei wechselnder Beladung oder wechselnden Jahreszeiten angepasst werden muss.

In diesem Sinne endet die Beziehung zwischen Hersteller und Fuhrparkbetreiber nicht mit der Montage eines Reifens.

Jeder Dienstzeitraum liefert Hinweise darauf, ob die ursprüngliche Bewerbungsauswahl korrekt war.

Neue Anforderungen an den Reifen

Wang sieht weitere Herausforderungen entstehen, wenn die Maschinen größer werden und die Elektrifizierung und Automatisierung voranschreiten.

Höhere Nutzlasten erhöhen die Anforderungen an Ladekapazität und Wärmemanagement.

Mit dem zunehmenden Einsatz elektrischer Antriebssysteme gewinnen Drehmomentansprechverhalten und Rollwiderstand an Bedeutung, wodurch sich die Frage stellt, wie sich Langlebigkeit und Energieeffizienz in Einklang bringen lassen.

Der autonome Betrieb schafft eine weitere Anforderung: die Fähigkeit, den Zustand der Reifen zu erfassen, ohne sich ausschließlich auf eine Person zu verlassen, die die Maschine inspiziert.

„In einem automatisierten Bergwerk berührt niemand den Reifen, um seine Temperatur zu fühlen oder sein Profil zu überprüfen“, sagt Wang. „Der Zustand des Reifens muss anhand von Daten erfasst werden.“

Techking entwickelt digitale Systeme, die Reifendaten mit der Maschine, den Betriebsbedingungen und dem Einsatzort verknüpfen sollen.

iTechking, KI-gestützte, cloudbasierte Plattform für die Integration von Fahrzeug, Reifen und Straße

„Letztendlich müssen Reifen und Baumaschinen zusammenarbeiten“, sagt er. „Vor diesem Hintergrund haben wir die iTechking-Plattform entwickelt, die Maschine, Reifen und Straße über die Cloud miteinander verbindet.“

Ziel ist es, die Reifenmesswerte in ihren Betriebskontext einzuordnen. Eine ungewöhnlich hohe Reifentemperatur muss beispielsweise zusammen mit Last, Geschwindigkeit und Straßenverhältnissen betrachtet werden, um die zugrunde liegenden Zusammenhänge zu verstehen.

„Wir können Echtzeitdaten nutzen, um dies zusammen mit Simulationsmodellen zu analysieren, die Leistung zu bewerten und das Reifendesign zu aktualisieren“, sagt Wang.

Die Zusammenführung von Anwendungsdaten könnte dazu beitragen, die Abstimmung zwischen Maschine, Reifen und Arbeitsbedingungen zu verbessern und gleichzeitig Betriebserfahrungen in die zukünftige Entwicklung einfließen zu lassen.

„Reifendaten müssen operative Entscheidungen unterstützen und dazu beitragen, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren“, sagt er.

Eine breitere Rolle für den Hersteller

Wang erwartet eine engere Zusammenarbeit zwischen Reifenherstellern, Geräteherstellern und Flottenbetreibern, da Maschinen zunehmend vernetzter werden.

Eine frühzeitige Einbindung könnte helfen, die Anforderungen an die Reifen zu definieren, während eine neue Maschine noch entwickelt wird.

Während des Betriebs könnten die gemeinsam genutzten Daten Flottenbetreibern helfen, Probleme frühzeitig zu erkennen und die Leistung über die gesamte Lebensdauer des Reifens zu steuern.

„Wir wandeln uns vom Reifenlieferanten zum gemeinsamen Entwicklungs- und Betriebspartner“, sagt er.

Dieses Ziel beginnt mit einem einfachen Prinzip: Reifen, Maschine und Standort beeinflussen sich gegenseitig.

Wie die Beispiele aus Australien und Chile zeigen, kann ein geeigneter Reifen nicht allein anhand des Maschinenmodells und der Größe bestimmt werden.

Sie muss anhand der Arbeit ausgewählt werden, die die Maschine tatsächlich verrichten soll.

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Dieser Artikel wurde von KHL Content Studio in Zusammenarbeit mit Experten von Techking erstellt.

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Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von Techking

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