Fahrradreifen und -schläuche

Sheldon Brown hat über viele Artikel immer wieder Tipps & Tricks zu Reifen und Schläuchen verstreut. An dieser Stelle wird alles zusammengefasst, was man über die Aspekte von Reifen und Schläuchen wissen sollte.

Aufbau des Reifens

Wulstreifen

Konventionelle Reifen, die bei 99% aller Fahrräder verbaut sind, sind Wulstreifen (manchmal auch Drahtreifen genannt). Diese bestehen aus dem eigentlichen im Querschnitt U-förmigen Reifen und einem separaten Schlauch. Die Ränder des Reifens werden in die Kanten der Felge geklemmt und der Luftdruck des Schlauchs drückt alles so fest, dass sich nichts mehr bewegen kann.

Inzwischen sind schlauchlose Reifen vor allem im MTB-bereich verbreitet. Diese setzen spezielle Felgen voraus, die über ein abgedichtetes Ventil und verschlossene Speichenlöcher verfügen, so dass keine Luft entweichen kann.

Viele Leute glauben, dass Reifen aus Gummi gemacht werden, weil es offensichtlich nach Außen so aussieht. Das ist aber sehr vereinfacht. Gummi ist die unwichtigste der drei Komponentem eines Reifens.

Wulst

Der Wulst ist eine der zwei Kanten eines Reifens. Bei den meisten Reifen bestehen diese Kanten aus widerstandsfähigen Stahldrähten. Die Wulste halten den Reifen auf der Felge und sind auf bestimmte Weise das Rückgrat des Reifens. Anstatt Draht findet man heutzutage immer häufiger Kevlar ™-Stränge.

Gewebe

Zwischen den beiden Wulsten ist eine Gewebstruktur eingewoben, die die Karkasse des Reifens bildet. Dies ist das Herz des Reifens, der die Form bestimmt. Die meisten Reifen sind aus Nylonschnur, wenige Reifen aus Polyamiden aufgebaut. Bis in die 1960er Jahre war Baumwolle/Zellstoff verbreitet. Diese ware nicht widerstandsfähig und verrotteten schnell. Manche Schlauchreifen werden weiterhin aus Baumwolle und Seide gefertigt.

Die Gewebeschichten sind nicht untereinander verwoben wie bei Kleidung, sondern verlaufen in Schichten parallel übereinander. Jede Schicht ist orthogonal zur nächsten Schicht gelegt.

Manche Reifen sind aus dicken Fäden, manche aus dünneren hergestellt. Bei dünneren Fäden erhöht sich die Thread-Per-Inch (Fäden pro Zoll) Zahl. Häufig wird diese Zahl als Indikator für die Leistungsfähigkeitd es Reifens hergenommen.

Je höher die TPI-Zahl, desto dünner und flexibler ist die Karkasse. Dünnwandige Reifen sind leichter und bringen einen höheren Rollwiderstand mit. Sie sind leichter zu beschädigen.

Bei Fahrradreifen verlaufen die Fäden des Gewebes diagonal von Wulst zu Wulst. Bei moderne Autoreifen verlaufen diese Fäden auf direktem Wege von Wulst zu Wulst - das nennt man "radial". Bei Radialreifen verlaufen Gürtel als Schichten einmal komplett rund um den Reifen und kreuzen die radialen Schichten.

Man hat versucht Radialreifen für Fahrräder herzustellen. Sie stellten sich jedoch als zu flexibel an den Seitenwänden heraus. Diese Flexibilität führt zu einem unsichern Fahrgefühl - ähnlich einem Reifen mit viel zu wenig Luftdruck.

Bei manchen Reifen verläuft noch ein zusätzlicher Kevlar Gürtel zusätzlich zu den diagonalen Schichten unter der Lauffläche. Dies soll die Pannensicherheit des Reifens erhöhen.

Gummi

Sobald das Gewebe zwischen den Wulsten des Reifens fertig ist, hat der Reifen seine grundsätzliche Form erhalten. Jetzt kann er mit einer Gummimischung überzigen werden. Dies geschieht im Wesentlichen dazu, um das Gewebe zu schützen. Die Gummischichten haben sonst keine strukturelle Funktion.

Die Gummifläche, die in Kontakt mit dem Boden kommt, wird Lauffläche genannt. Dieser Bereich ist aus Gründen der Haltbarkeit für gewöhnlich dicker als die Seitenwände. Manche Reifen habe eine Art 3D-Muster in die Lauffläche modelliert, die die Traktion erhöhen kann.

Die Hersteller mischen verschiedene Additive in ihre Gummimischungen, um bestimmte Traktions- und Verschleißeigenschaften zu erreichen. Eine weichere Mischung hat eine bessere Traktion und dafür höheren Verschleiß. Gummi hat normalerweise eine bräunliche Farbe, jedoch sind viele Reifen inzwischen schwarz, weil ihnen Ruß zugesetzt wird. Ruß erhöht die Haltbarkeit und Traktion des Reifens in der Lauffläche deutlich.

Manche Hersteller ersetzen Ruß durch eine Siliziummischung. Diese Reifen haben meistens eine graue Lauffläche. Ob jetzt Ruß oder Silizium bessere Traktion beisteuern, wird vielen Diskussionsrunden heiß diskutiert. Laufflächen in grau werden für Hallensport oder sonstige überdachte Tätigkeiten bevorzugt, da sie keine schwarzen Streifen auf dem Boden hinterlassen.

Dual Compound-Reifen haben zur Verschleißoptimierung in der Mitte der Lauffläche recht hartes Gummi, welches zur Seite hin immer weicher wird, um die Traktion zu erhöhen. Dadurch will man bessere Kurvenstabilität erreichen, ohne die Lebensdauer der Lauffläche merklich zu verringern.

Manche Reifen sind sogenannte Gumwalls oder Skinwalls. Bei Gumwall-Reifen sind die Seitenwände bräunlich, da hier kein Ruß zugesetzt wurde. Das macht die Reifen etwas flexibler und reduziert den Rollwiderstand. Sheldon Brown gibt an, dass nicht ganz klar ist, inwieweit das einen Unterschied ergibt.

Skinwall-Reifen haben entweder keine oder eine extrem dünne Gummibeschichtung an den Seitenwänden. Auch hier wird die Seitenwand sehr flexibel und der Rollwiderstand soll geringer werden.

Schlauchreifen

Schlauchreifen unterscheiden sich vom konventionellen Wulstreifen dadurch, dass sie keine Wulste haben. Stattdessen sind die Kanten um den Schlauch herum zusammengenäht. Für Schlauchreifen benötigt man spezielle Felgen, auf die die Schlauchreifen mit Felgenkleber befestigt werden.

Früher waren Schlauchreifen auf hochwertigen Rädern sehr verbreitet. Heutzutage gehören sie jedoch zu einer aussterbenden Art, wenn es derzeit auch ein kleines Revival dieser Reifen gibt.

Vorteile von Schlauchreifen

Nachteile von Schlauchreifen

Schlauchreifen sind etwas leichter als vergleichbare Wulstreifen, da die Wulste fehlen. Dieser Vorteil wird durch den Einsatz von Kevlarwulsten zunichte gemacht. Felgen für Schlauchreifen sind leichter als diejenigen für Wulstreifen, da sie keine Flanken benötigen, die den Reifen an Ort und Stelle halten. Bei Schlauchreifen gibt es so gut wie nie Quetschrisse, da es keine Kanten gibt, wo der Schlauch einklemmt werden könnte. Manche Fahrer berichten, dass man auf Schlauchreifen einen besseren Fahrkomfort und bessere Traktion geniessen soll. Bei einer Reifenpanne kann man einen Schlauchreifen wesentlich schneller Wechseln als den Schlauch eines Wulstreifens.

Schlauchreifen sind deutlich teurer als Wulstreifen vergleichbarer Leistung. Schlauchreifen sind viel schwieriger zu reparieren, wenn sie ein Loch haben. Die meisten Besitzer werfen sie in dem Fall einfach weg. Man sollte immer einen Ersatzreifen mit sich tragen, was den Gewichtsvorteil gegenüber Wulstreifen völlig zunichte macht. Das kann man sich nur sparen, wenn ein Materialwagen mit Ersatzrädern/-reifen mitfährt. Wenn man wegen einer Reifenpanne den Schlauchreifen unterwegs wechseln musste, darf man nicht mehr mit Höchstgeschwindigkeit um Kurven fahren. Der Felgenkleber muss vorher mehrere Stunden getrocknet sein. Schlauchreifen sind selten so gut zentriert und rund wie Wulstreifen. Wenn man Schlauchreifen nicht gründlich montiert, können sie von der Felge rollen. Das ist so gut wie immer der Grund für einen ernsthaften Sturz.

Schläuche

Ein Schlauch sieht grundsätzlich wie ein doughnut-förmiger Ballon aus. Er hat ein Ventil zum Aufpumpen. Die einzige wichtige Eigenschaft eines Schlauchs ist es, die Luft zu halten. Er besteht aus Gummi und hat keine starren Strukturen. Wenn man einen Schlauch außerhalb des Reifens aufpumpt, kann er auf die zwei- bis dreifache seiner nominellen Größe anschwellen bevor er platzt. Ohne den Reifen außen herum kann der Schlauch keinem signifikanten Druck widerstehen.

Butyl vs. Latex

Vor dem zweiten Weltkrieg waren Reifen und Schläuche aus Naturlatex hergestellt, das aus tropischen Bäumen gewonnen wurde. Während des Krieges war der Nachschub dieses Rohstoffs nicht mehr gesichert, daher wurde Butyl erfunden. Butyl stellte sich ale sehr erfolgreicher Ersatzstoff heraus, da es für den Einsatzzweck besser war als das bisher verwendete Latex. Inzwischen sind so gut wie alle Reifen aus Butly statt Latex.

Manche Fahrer bevorzugen Latex als Material für ihre Schläuche, da sie etwas leichter als Butylschläcuhe sind. Manche Fahrer glauben, dass der Rollwiderstand bei Latex geringer sei.

Latex ist etwas poröser als Butly. Daher müssen diese Schläuche etwas häufiger auf korrekten Luftdruck kontrolliert und nachgefüllt werden.

Wie ein Reifen die Last verteilt

Weitverbreitet ist der Irrglaube, dass der Reifendruck die Felge hält. Wenn Du genau nachdenkst, merkst Du, dass das nicht sein kann, da der Luftdruck rund um die Felge herum immer gleich bleibt. Wie verteilt dann ein Reifen seine Last?

Die Hauptaufgabe des Luftdrucks im Reifen ist es, den Reifen in Form zu halten, außer an einer Stelle - nämlich dort, wo er den Boden berührt.

An der Kontaktstelle werden Lauffläche und Geweb des Reifens gegen den Untegrund flach gedrückt. Der Luftdruck kann nur direkt nach außen wirken. Darum drückt er an dieser Stelle genau nach unten und sorgt so für eine Balance zwischen Gewicht und Verformung. Der Luftdruck an der Kontaktstelle bringt keinen Beitrag zur Spannung im Gewebe. Die Fläche der Kontaktstelle ist äquivalent zum Gewicht, das von oben drückt, dividiert durch den Luftdruck. Zum Beispiel ist die Fläche bei einem Lutdruck von 50 PSI (ungefähr 3,5 bar) und einem Gewicht von 100 Pfund (ca. 50 kg) ungefähr 5 Quadratcentimeter.

Die Fäden des Reifengewebes können Kräfte nur längs und unter Spannung weiterführen. Der Luftdruck formt diese in eine zirkuläre Kreuz- und Quersektion außer an der Stelle, wo die Kontaktfläche des Reifens mit dem Boden besteht. Hier wird diese Formation flachgedrückt und an den Seiten werden sie zu einem Bogen mit sehr engem Radius verformt.

An diesen Stellen mit engem Bogen werden die Kräfte zu den Seitenwänden des Reifens geführt, da sie weniger stark nach unten ziehen. So werden die Kräfte gleichmäßig auf die Felge abgeleitet.

Dieser Effekt läßt sich von oben schön in Form einer Ausbeulung beobachten, wenn man auf dem Rad sitzt. Die Kontaktstelle wird flach gedrückt und drumehrum wird der Radius der Seitenwände etwas verkleinert. Der Reifen wird effektiv dünner. Die Spannung der Gewebfäden ist an dieser Stelle leicht geringer, obwohl sie die Last "tragen".

Bei Reifen mit Diagonalschichten wird die Last längs in beide Richtungen des Reifens verteilt. Daher ist die Beule bei Bodenkontakt länger und weniger tief als bei Radialreifen. In den frühen Tagen der Radialreifen bei Autos dachten viele Leute, dass sie Plattfüße am Auto hätten, weil die Beule beim Radialreifen deutlich ausgeprägter ist.

Ein Reifen verteilt die Last also, indem der Druck abwärst reduziert wird. Das ähnelt dem Prinzip eines eingespeichetn Laufrads. Ein eingespeichtes laufrad und der pneumatische Reifen sind zwei Beispiele für vorgespannte bewegliche Strukturen, deren brilliante und nicht direkt intuitive Aspekte perfekt zusammenarbeiten und mehr als das 100-fache des eigenen Gewichts tragen können.

Diagonale Schichten helfen außerdem laterale und Drehmomentlasten zu verteilen, indem sie die Verbindung zwischen der Kontaktfläche und der Felge triangulieren, so wie die Speichen eines semitangential eingespeichten Laufrads laterale und Drehmomentkräfte verteilen. Bei Schlauchreifen funktionieren die diagonalen Schichten wie eine chniesisches Fingerpuzzle. Der Reifendruck macht den Reifen dicker und damit kürzer, was ihn stärker gegen die Felge drückt.

Traktion

Die Traktion bzw. Haftung bestimmt die Widerstand des Reifens gegen Rutschen bzw. Wegrutschen. Es gibt drei Bereiche, bei denen Traktion eine wichtige Rolle spielt.

• Bremsen
• Bergauffahren
• Kurvenfahren

Unterschiedliche Reifendesigns - insbesondere auf der Lauffläche - können die Traktion verbessern oder verschlechtern.

Drei Eigenschaften beeinflussen die Traktion des Reifens maßgeblich:

• Luftdruck
• Gummimischung
• Profil der Lauffläche

Traktion wird zusätzlich beeinflusst durch die An- oder Abwesenheit einer Federung und die Haltung und Technik des Fahrer.

Reifenprofile

Profil fürs Gelände

Profile im Gelände können auf zwei Arten die Traktion verbessern:

• Bei harten und unebenen Untergründen können sich die Stollen in aus dem Untegrund ragende Auswölbungen "festkrallen" und die Rutschgefahr vermindern.
• Bei weichen und matschigen Untergründen "stechen" die Stollen in den Untegrund und vergraben sich geradzu und erhöhen so den Grip.

In den späten 1980er Jahren gab es eine Revolution im Profildesign. Den Anfang machte hier der Specialized Ground Control. Dieser Reifen hatte - wie späterer MTB-Reifen auch - große verstärkte Stollen an der Seite des Profils. Die Verstärkungen sollten des Wegknicken der Stollen zur Seite hin verhindern. Diese Stollen erhöhten deutlich die Leistung der Reifen in Sand und Matsch. Die Kontaktfläche mit dem Untegrund wird flach gedrückt und die Stollen werden nach innen gebogen und "greifen" sich wie Zangen den losen Untergrund.

Profil für die Straße

Für den reinen Straßeneinsatz benötigen Reifen keine Art von Profil. Es ist faktisch so, dass der beste Straßenreifen ein Slickreifen ohne jegliches Profil ist!

Dummerweise nehmen viele Leute an, dass ein so glatter Reifen sehr rutschig sein könnte. Daher ist diesem Typ eines naiven Fahrradfahrers ein Slickreifen so gut wie nicht zu verkaufen. Daher sind die meisten Reifenhersteller dazu übergegangen, ein feines Muster auf die Lauffläche des Reifens aufzutragen. Dies wird fast ausschließlich zu Marketing- und kosmetischen Zwecken gemacht. Wenn Du die Oberfläche einer Asphaltstraße untersuchst, wirst Du feststellen, dass diese Oberfläche mehr "Stollen" hat als die Lauffläche eines guten Straßenreifens. Da ein Reifen verformbar ist, nimmt sogar ein Slickreifen die Form des Untergrundes an, wenn er sich bei Kontakt entsprechend eindrückt.

Immer wieder kommt die Frage auf, ob Slickreifen nicht rutschen auf nassen Straßen, Dehnungsfugen, Schienen, Farbe usw. Die Antwort lautet "Ja!", natürlich machen sie das. Aber auch Reifen mit Profil rutschen bei diesen Bedingungen. Profilausprägungen jeglicher Art verbessern diese Eigenschaft nicht im Geringsten.

Aquaplaning

PKW- und LKW-Reifen benötigen ein Profil, da sie einem gefährlichen Effekt namens Aquaplaning ausgesetzt sein können. Das passiert, wenn man in sehr nassen Bedinungen fährt. Hierbei kann der Reifen auf einer Art Wasserkissen aufschwimmen und zu totalem Kontrollverlus führen.

Kraftfahrzeuge kennen Aquaplaning, weil:

Fahrräder kennen kein Aquaplaning, weil:

ein Autoreifen eine quadratische Kontaktfläche mit der Straße hat und die Vorderseite eine gerade Linie ist. Dadurch kann sich unter dem Reifen sehr leicht Wasser sammeln. ein Autoreifen vergleichsweise breit ist und daruntergeratenes Wasser kaum seitlich ausweichen kann, wenn es keine Rillen gibt, die es herausführen. ein Autoreifen meits mit viel weniger Luftdruck gefagren wird als ein Fahrradreifen. ein Auto deutlich schneller fahren kann als ein Fahrrad, was dem Wasser noch weniger Zeit gibt, zu entweichen.

die Kontaktstelle des Fahrradreifens rundlich ist. Da Fahrräder in Kurven normlerweise seitlich geneigt werden, sind auch die Außenkanten des Reifens rund. Daher wird Wasser leicht auswärts gedrängt. ein Fahrradreifen deutlich schmaler ist und sich so weniger wasser unter dem Reifen sammeln kann. ein Fahradreifen mit seinem vergleichsweise hohen Reifendruck Wasser sehr effizient verdrängen kann. bei sehr hohen Geschwindigkeiten Aquaplaning für Autoreifen möglich aber für Fahrradreifen unmöglich ist.

Selbst bei Automobilen ist Aquaplaning tatsächlich selten. Das Problem ist für landende Flugzeuge wesentlich präsenter. Die Flugzeugindustrie hat das Problem gründlich studiert und ist mit einer Faustformel zur Hand, um das Risiko von Aquaplaning zu verdeutlichen. Diese Faustformel sieht wie folgt aus:

Mit
v = Geschwindigkeit (in km/h)
p = Reifendruck (in Millibar)

Hier ist eine Tabelle, die sich mit dieser Formel ergibt (Zahlenangaben auf zwei Stellen gerundet; um den Druck in PSI zu erhalten, multipliziere man den Bar-Druck mit 15).

Reifendruck in bar	Geschwindigkeit in km/h
8,0	180
7,0	170
6,0	150
5,0	140
4,0	130
3,0	110
2,0	89
1,0	63

Walken

Reifen mit Stollen haben auf hartem Untergund eine schlechte Haftung. Das liegt daran, dass sie sich bei seitlichen Kräften hzur Seite biegen. Das passiert bei einem Reifen ohne Stollen nicht.

Dieses Wegbiegen der Stollen erzeugt Unterbrechungen beim Fahrverhalten. Bei leichten Kurvenkräften ist die Traktion noch in Ordnung. Sobald diese Kräfte ein bestimmtes maß überschreiten, knicken die Stollen weg und ohne Vorwarnung fährt die Haftung zur Hölle.

Kombinationsprofile

Viele Reifenhersteller vermarkten sogenannte Kombinationsprofile für ihre Reifen. Sie sind dazu gedacht, auf Asphalt und außerhalb der Straße zu funktionieren. Generell tun sie das aber nicht.

Das übliche Design hat eine mehr oder weniger glatte Reifenmitte und Stollen an den Seiten. In der Theorie hat man auf Asphalt mehr Haftung, wenn der Reifen recht hart aufgepumpt wird. Die Stollen sollen Offroad zum Einsatz kommen, wo der Reifen dann mit weniger Luftdruck gefahren wird. Die Stollen sollen vor allem bei Kurvenfahrten helfen.

In der Praxis funktioniert das aber mehr schlecht als recht. Kombinationsprofile funktionieren im Gelände recht gut aber auf Asphalt sehr schlecht. Sie sind sehr viel schwerer als normale Straßenreifen und wenn man agressiv in Kurven fährt, können die Stollen zu plötzlichen Kontrollverlust führen. Diese Reifen sind fast genauso schwer und langsam wie richtige Stollenreifen, haben aber keine der günstigen Eigenschaften von glatten Straßenreifen.

Wenn Du die meisten Zeit auf Asphalt fährst und nur gelgentlich Gelände befährst, kann einn Kombinationsprofil am Vorderrad und hinten ein Straßenreifen eine ganz gute Wahl sein.

Größen

Traditionellerweise hat jedes wesentliche Fahrräder produzierende Land sein eigenes System für die Bezeichnung von Reifen- und Felgenmaßen benutzt. Als die Fahrradindustrie internationaler wurde, wurden diese nationalen Maßsysteme zur Grundlage einiger Verwirrung. Das kam vor allem daher, dass Reifen mit anderen Bezeichnungen tatsächlich untereinander austauschbar waren, währen andere mit gleich lautenden Zahlen nicht zueinander passten.

Inzwischen gibt es ein neues internationales System, dass diese Verwirrungen eliminiert, und für ein einheitliches Maßsystem für Reifengrößen sorgt.

Rollwiderstand

Der Rollwiderstand ist die mechanische Reibung, die durch den rollenden Reifen mit dem Untergrund entsteht. Wenn ein Segment des Reifens mit dem Untergrund in Kontakt kommt, wird er dort aus seiner normalen rundlichen Form in eine eher flache Form deformiert. Die vorherige Form nimmt er wieder an, sobald der Reifen sich an der Stelle vom Untergrund löst. Die Deformation des Gummis in diesem Prozess ist das, was die Reibung erzeugt. Ein Reifen mit diagonal laufenden Schichten hat sogar noch zusätzlichen Rollwiderstand durch den "Chinesisches Fingerpuzzle" Effekt der diagonal laufenden Schichten.

Es gibt zwei Wege, diese Reibung zu reduzieren. Jede dieser Wege hat aber auch Nachteile:

• Je dünner und weicher das Material des Reifens ist, desto flexibler wird er.
  Der Nachteil ist, das der Reifen anfälliger wird und schneller verschleißt.
• Je höher der Reifendruck ist, desto weniger wird er verformt.
  Der Nachteil ist, dass bei zu hartem Aufpumpen die Vorteile des pneumatischen Reifens verloren gehen. Der Ritt auf dem Fahrrad wird sehr harsch und die Haftung lässt nach. Zudem benötigen hohe Reifendrücke mehr und widerstandsfähigeres Material am Reifen und stärkere Felgenflanken.
  Der Rollwiderstand lässt theoretisch bei jeder Erhöhung des Reifendrucks nach. Jedoch ist der Rollwiderstand bei korrektem Reifendruck schon so gering, dass die minimal kleinen Rollwiderstandsgewinne die erhöhten Nachteile nicht aufheben können.

Siehe auch

• Platte Reifen
• Reifen rotieren
• Reifengrößen
• Bremsen und Kurvenfahren

Quelle

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Bicycle Tires and Tubes von der Website Sheldon Browns. Originalautor des Artikels ist Sheldon Brown.