Haast blindelings vertrouwt de automobilist erop dat, als hij een ruk aan het stuur geeft, de auto in de gewenste richting volgt. Terwijl het contactoppervlak van de banden met de weg hooguit een A4’tje beslaat. En als hij op het poreuze zoab rijdt, is dat gereduceerd tot vier uit de kluiten gewassen postzegels.
Dat de auto gewoonlijk de wil van de bestuurder volgt en niet uit de bocht vliegt, heeft alles te maken met de constructie, de vorm en het materiaal van de band. Door te spelen met deze variabelen proberen bandenfabrikanten hun producten te laten voldoen aan een waslijst van eisen, waarvan goede grip, hoge slijtvastheid en lage rolweerstand de belangrijkste zijn. Deze eisen vormen de ’magische driehoek’ van de bandentechnologie.
Sinds kort heeft de overheid de eis van een lage geluidsproductie wat hoger op de ranglijst geplaatst. De doelstelling van de regering is echter wat simpel geformuleerd, vindt Nederlands enige rubberhoogleraar Jacques Noordermeer van de Universiteit Twente. „De band is een geoptimaliseerd product. Je kunt wel stellen dat je het geluid een paar decibel wilt verlagen, maar je ontkomt er nauwelijks aan dat je dan inlevert op andere eigenschappen. Dat willen we niet.”
De bandenbranche loopt daarom niet warm voor de tonnenverslindende campagne die in mei van start is gegaan. „We maken de banden zo stil mogelijk, maar veiligheid blijft bij ons bovenaan staan”, zegt Gerlof Korte, manager productontwikkeling bij bandenfabriek Vredestein in Enschede. Sluit het één het ander uit? Op deze pagina zijn een viertal aspecten van de autoband er uitgelicht: de veilige, de stille, de groene en de toekomstige band. Werken met de magische driehoek betekent altijd compromissen sluiten.
Technisch hoogstandje (zie infographic)
Voering: Luchtdichte laag die voorkomt dat lucht uit de binnenbandloze band ontsnapt.
Hieldraden: Staaldraden die ervoor zorgen dat de band op de velg blijft en niet ten opzichte hiervan draait.
Hielvulstrook: Vormt samen met de hieldraden de hiel. De vulstrook is een stijve rubbersoort die stevigheid geeft aan de zijkant van de band en het karkas.
Karkas: Bestaat uit één of twee lagen rayon- of nylonvezel. De oriëntatie van de vezels is van hiel tot hiel. Het karkas wordt ook wel de ruggengraat van de band genoemd.
Gordellagen: Bundels staaldraad die kruiselings over elkaar liggen. Ze dragen bij aan de stijfheid van met name het loopvlak en zorgen voor een goed stuurgedrag.
Nylon overhead: Zorgt ervoor dat de band, ook bij hoge draaisnelheid, niet ’groeit’ als gevolg van de middelpuntvliedende krachten. Zonder deze lagen zou de diameter van de autoband bij hoge snelheden 1 tot 2 centimeter kunnen groeien.
Velgrubber: Maakt direct contact met de velg en voorkomt luchtlekken langs de rand. Dit deel moet slijtvast zijn, omdat zich hier allerlei minuscule bewegingen voordoen tussen velg en band. Slijtvastheid van rubber wordt verhoogd door het toevoegen van roet- en/of glasdeeltjes van zo’n 20 nanometer groot. De verhouding tussen rubber en de microscopisch kleine deeltjes is ruwweg half-half.
Zijkantrubber: Zorgt voor voldoende flexibiliteit van de band. Het materiaal moet zo elastisch mogelijk zijn, weinig warmte opnemen door de continue bandbewegingen en een hoge scheursterkte hebben. Het percentage roet- en glasdeeltjes is daarom lager dan bij het velgrubber, omdat deze deeltjes de band stijver maken. Daarnaast worden de lange rubbermoleculen chemisch extra stevig aan elkaar vastgeknoopt.
Loopvlakrubber: Bestaat uit drie verschillende rubbermengsels. Belangrijk is dat het loopvlak zowel bij droge als natte omstandigheden voor voldoende grip met het wegdek zorgt en slijtvast is.
Veilig
Profielloze banden zijn ideaal bij droog weer. Het contactvlak met het wegdek is dan maximaal, wat zorgt voor een uitstekende grip en strak stuurgedrag. „Niet voor niets zie je dit soort banden in de racerij terug”, zegt Noordermeer. „Maar zodra er een spatje regen op de baan valt, kan de raceploeg niet snel genoeg zijn om de banden te verwisselen.”
De band moet ervoor zorgen dat water -of beter gezegd: vloeistof- zo snel mogelijk onder de band vandaan kan, aldus Korte. De band moet volgens hem niet alleen zogenaamde langsrillen hebben -groeven in de omtrekrichting van de band- maar ook groeven naar de zijkant toe om het zogenaamde hydroplanen te voorkomen. „Een groot deel van de vloeistof waarmee een band te maken krijgt, moet weg via het profiel.”
De rest van het water golft voor- en zijwaarts. „Belangrijk is daarom dat de band als een speedboot door het water klieft”, zegt Korte. „De bandafdruk moet de vorm hebben van een ovaal en dat bepaal je door te spelen met alle variabelen van de bandconstructie.”
Niet in de laatste plaats bepaalt het materiaal het rem- en slipgedrag. Noordermeer noemt in dit verband het toepassen van glasdeeltjes -het zogenaamde silica- in plaats van roetbolletjes sinds de jaren zeventig. „Roet is waterafstotend, silica juist niet. Daardoor is het slipgedrag van een silicaband bij natte omstandigheden stukken beter. Sterker: ook bij droog wegdek wint deze band het van zijn voorganger. Het toepassen van silica is een van de belangrijkste revoluties in de bandentechnologie.”
Roet geheel vervangen door glasdeeltjes is volgens hem geen goede oplossing. „Michelin kwam hier begin jaren negentig mee. Roet is elektrisch geleidend, silica niet. Haal je het roet er helemaal uit, dan zou je een enorme elektrische dreun krijgen als je uit de auto stapt.”
Groen
Warmte in de band is energieverlies en onderzoekers doen er alles aan om dit te voorkomen. Anders gezegd: ze maken de rolweerstand zo laag mogelijk. De belangrijkste variabele waarmee ze kunnen spelen, is het materiaal van de band. Dit moet zo elastisch mogelijk zijn.
Bandenontwikkelaars focussen zich op de zijkanten van de band als het om het verlagen van rolweerstand gaat. Niet omdat er op andere plaatsen geen energieverliezen optreden. „Ongeveer 70 procent van het energieverlies treedt op in het loopvlak en 30 procent in de zijkanten”, aldus Noordermeer. Dat in de zijkant toch de meeste winst te halen is, heeft te maken met het feit dat de band zo geconstrueerd is dat het verlagen van de rolweerstand hier de belangrijkste eis is. Het vlakke loopvlak daarentegen moet in de eerste plaats slijtvast zijn en voor voldoende grip zorgen.
Natuurrubber is volgens Noordermeer het meest elastische en sterke rubber dat er bestaat. „We zijn niet in staat om deze eigenschappen met synthetische rubbers te imiteren. Als dit materiaal in de autoband voorkomt, is dat vaak in de zijkant van de band.”
Silica heeft op de rolweerstand een positieve invloed gehad. Deze ging hierdoor met 30 procent omlaag, wat zich vertaalde in een brandstofbesparing van zo’n 5 procent. Daarnaast is de silicaband slijtvaster. „Dit komt omdat de deze deeltjes in tegenstelling tot roetdeeltjes chemisch aan de rubbermoleculen geknoopt zijn”, aldus Noordermeer. „Silica en rubber gedragen zich als water en olie. Door het toevoegen van een koppelingsstof verbind je ze met elkaar. Vergelijk het met zeepmoleculen, die aan de ene kant water aantrekken en aan de andere kant olie. Bij roetdeeltjes heb je zo’n koppelingsstof niet nodig.” Niet voor niets promootte Michelin, dat silica het eerste toepaste, deze zuinige en slijtvaste band als het groene alternatief voor de roetband.
Stil
Een compromisloos stille band is stijf -zodat de luchtverplaatsingen in het inwendige van de band minimaal zijn- heeft een zacht loopvlak en geen profiel, aldus Korte. „Je moet dan wel concessies doen aan comfort en stuurgedrag. Maak je het loopvlak zacht, dan is de band bovendien minder slijtvast. En zonder profiel blijf je op een nat wegdek nergens.”
Een van de belangrijkste oorzaken van geluidsproductie door een band is het profiel. „De blokjes aan de zijkant veroorzaken allemaal kleine knalletjes als ze het wegdek raken”, legt Korte uit. „Om te voorkomen dat hierdoor een bepaalde frequentie ontstaat, hebben al deze blokjes een verschillende grootte. Zo voorkom je dat er een bepaalde zoemtoon ontstaat.”
Meer naar het centrum van het loopvlak hoopt zich tijdens het rijden lucht op in de groeven van het profiel. Deze wordt samengeperst en komt een stukje verder met een plofje vrij. De groeven in de omtrekrichting van de band versterken dit geluid en zorgen voor het zogenaamde hoorneffect.
De samengeperste lucht onder een band kan geen kant op, tenzij het wegdek zo poreus is dat de lucht via de ondergrond kan ontsnappen. „Rijden op het zogenaamde zoab maakt daarom veel minder geluid dan op gewoon asfalt”, zegt Noordermeer. De hele geluidsproblematiek is daarom volgens hem ook een verantwoordelijkheid voor wegenbouwers.
Wetenschappers zetten echter wel hun tanden in de stille band. „Mogelijk kun je de grootte en vorm van de profielvlakjes aanpassen”, aldus Noordermeer. „Een andere denkrichting kan de hogedrukband zijn. Deze heeft een veel kleiner contactvlak met het wegdek en is daardoor misschien stiller. Dit gaat echter ten koste van comfort, waardoor je de autovering zou moeten aanpassen. Duidelijk is wel: een stille band ontwerpen doe je niet even tussen de bedrijven door. Daar zijn veel partijen bij betrokken.”
Toekomst
Onderzoekers en bandenproducenten halen alles uit de kast om de autoband naar een nog hoger niveau te tillen. Toch is een doorbraak van het kaliber silica nog niet in zicht, aldus Noordermeer. Belangrijke onderzoeksthema’s zijn volgens hem het verlagen van geluidsproductie en bandenrecycling.
Tijdens de productie van banden knopen fabrikanten de rubbermoleculen zo sterk aan elkaar, dat ze eigenlijk niet meer los te maken zijn. Afgedankte banden vinden daarom hun weg naar landen waar de eisen aan het profiel minder hoog zijn, naar cementfabrieken of naar energiecentrales vanwege de hoge energetische waarde van een band. „Omdat dit niet echt oplossingen zijn, onderzoeken we of rubber toch niet op de één of ander manier gedeeltelijk uit elkaar gepeld kan worden, zodat je het beter kunt hergebruiken.”
Noordermeer volgt met interesse de ontwikkeling van een band waarop de automobilist tijdelijk kan doorrijden ook als de lucht eruit is. Michelin en Goodyear brengen de band al op de markt. Toch verwacht hij op dit terrein geen doorbraak. Ook Korte heeft vraagtekens bij deze technologie. „De meeste BMW-modellen zijn ermee uitgerust. Maar het comfort laat nog te wensen over.”
Ook de luchtloze band van Michelin, de Tweel, waarbij de zijkanten van de banden vervangen zijn door metalen bladveren, zien beide bandenspecialisten niet op de korte termijn doorbreken. Korte: „Het is de vraag of de consument dit accepteert omdat hij een sterk afwijkend uiterlijk heeft.” Noordermeer: „Het is een veelbelovende ontwikkeling. Het is echter niet eenvoudig om de bladveren zo te construeren dat de band net zo comfortabel en stevig is als de luchtband.”
Vredestein doet op dit moment onderzoek naar het toepassen van elektronica in de band. „Daarmee krik je de kwaliteit niet direct op, maar kun je hem wel intelligent maken. Door de krachten in de band te meten, kan de auto de bestuurder dan bijvoorbeeld waarschuwen voordat hij daadwerkelijk in een slip raakt.”
