Autobedrijf General Motors gaat samen met bandenproducent Michelin een luchtloze band ontwikkelen. GM wil in 2024 al zijn auto’s uitrusten met zo’n autoband. KIJK ging in het Michelin-hoofdkwartier op zoek naar het geheim van de rubbersmid.
Op een industrieterrein bij het Franse Clermont-Ferrand bevindt zich het kolossale en spiksplinternieuwe hoofdgebouw van Michelin, de grootste bandenfabrikant van Europa, inclusief Centre de Technologie Michelin, het wetenschappelijke hart van het bedrijf. Aan weerszijden van de Innovation Street werken op tachtig afdelingen in totaal 1700 technologen, scheikundigen en informatici.
In hetzelfde Clermont-Ferrand introduceerden de gebroeders Michelin tijdens de autorace Parijs-Bordeaux-Parijs van 1895 de allereerste rubberen autoband ter wereld. Sindsdien is een wereld zonder rubberen autobanden ondenkbaar. Sterker nog, de vraag blijft stijgen: werden er in 2017 nog 2,25 miljard exemplaren geproduceerd, in 2022 zal er naar verwachting vraag zijn naar 2,65 miljard autobanden.
De nieuwste banden moeten voldoen aan de nieuwste veiligheidsnormen. Zou je een hedendaagse auto de weg op sturen met de banden uit 1895, dan zouden die al bij de eerste bocht aan flarden liggen. Zelfs banden van twee, drie decennia geleden houden het niet lang vol onder de auto’s van nu. Dat heeft alles te maken met het toegenomen vermogen.
De eerste auto die harder reed dan 100 kilometer per uur (in 1899) had een vermogen van 25 kW oftewel 34 pk, maar de krachtigste auto van vorig jaar, de Koenigsegg Regera, heeft 1103 kW oftewel 1500 pk onder de motorkap. Personenauto’s worden bovendien steeds geavanceerder; denk aan ontwikkelingen als elektrisch en autonoom rijden. De banden kunnen daarbij niet achterblijven. Kortom, de uitdagingen waar de bandenindustrie voor staat, zijn enorm.
Het Centre de Technologie Michelin heeft een oppervakte van 450 hectare. Er werken 3500 mensen, onder wie 2700 ingenieurs met 170 specialisaties. Een cruciaal onderdeel vormen de circuits van in totaal 43 kilometer lang waarop professionals dagelijks banden testen onder de meest extreme omstandigheden. © Michelin
Geheime ingrediënten
Bandenfabrikanten werken aan banden die zuiniger, veiliger, comfortabeler en milieuvriendelijker zijn. Grofweg 20 procent van de brandstof gaat op aan de rolweerstand en de hysterese, dat is het energieverlies door warmteontwikkeling als gevolg van wrijving tussen de band en het wegoppervlak. Daarom willen fabrikanten die weerstand zoveel mogelijk verlagen, bijvoorbeeld door het profiel aan te passen, iets toe te voegen (waardoor de band lekkerder rolt) of de bandmassa te verkleinen.
Onderzoeker Cyrille Roget van Michelin vertelt over een doorbraak begin jaren negentig: “We begonnen toen met het toevoegen van nanodeeltjes kiezelaarde, waardoor de band aanzienlijk steviger werd én minder brandstof slurpte. Bovendien remde de auto beter op een nat wegdek en was de rolweerstand lager. Het bleek wel lastig om de ideale kiezelaarde-rubbermix te vinden, en ook de manier waarop we grondstoffen mengden, was van invloed.”
Tegenwoordig bevat een autoband gemiddeld meer dan tweehonderd grondstoffen. De bekendste daarvan is carbon black (koolstofpoeder), dat de band zwart kleurt en dat zo’n negentig jaar geleden voor een revolutionaire verbetering van autobanden zorgde. Carbon black voorkomt snelle slijtage van de band doordat het warmte afvoert van het bandoppervlak en het systeem binnenin. Het is bestand tegen uv-straling en ozon, die de elasticiteit verminderen en scheuren veroorzaken.
Helaas heeft ook carbon black niet het eeuwige leven en blijven bandenfabrikanten nieuwe ingrediënten uitproberen, al ze houden ze angstvallig geheim welke dat zijn. Roget: “Bij Michelin werken zesduizend mensen aan onderzoek en ontwikkeling. Jaarlijks besteedt het bedrijf daar 600 miljoen euro aan. Dan wil je niet dat de concurrentie er met je ideeën en je receptuur vandoor gaat.”
Nooit meer lek?
De schrik van iedere automobilist, de lekke band, bezorgt onderzoekers in autobandenland al decennialang hoofdpijn. Want eenvoudig is het niet, een band ontwikkelen die aan alle geluids-, veiligheids- en comforteisen voldoet, slijtvast en zuinig is én niet lek kan raken. Wel kwamen er de afgelopen jaren innovatieve vindingen op de markt, zoals de runflat tire, waarmee je maar weinig merkt van een klapband, dankzij een versterkte rand rondom de luchtband.
De run flat tire was een belangrijke vooruitgang op het gebied van verkeersveiligheid. Geen klapband meer kunnen krijgen betekende een aanzienlijke daling van de kans op ernstige ongelukken. Toch was het nog lang niet de perfecte band.
De stijve zijkanten kunnen het gewicht van de auto – een kwart van het totaalgewicht per lekke band – een tijdje dragen. Hoewel je er een paar honderd kilometer veilig mee door kunt rijden, zijn runflats tamelijk oncomfortabel doordat de natuurlijke vering van een luchtband ontbreekt. En rijd je net te lang door, dan raakt de band zo beschadigd dat hij niet meer te repareren valt.
Ook met een selfsealing autoband kar je gewoon door als je lekrijdt. Zelfdichtende banden bevatten een afdichtmiddel op water-glycolbasis dat een gaatje onmiddellijk afsluit. Heel plezierig, maar ook dit trucje heeft zo zijn beperking: gaten groter dan vijf millimeter kan het middel niet dichten, dus daarmee moet je alsnog naar de garage.
De selfsealing band is een band die zichzelf plakt als er een gaatje in komt. Ook behoorlijk vernieuwend, maar de naam zegt het al: hij kan nog steeds lek. © Continental
Nee, dan de Tweel van Michelin. Bij de gelikte introductie ruim tien jaar geleden suggereerde de bandenproducent dat het dan eindelijk zover was: de band-die-niet-lek-kan. De Tweel was een band zonder lucht, met stijve, elastische spaken die voor comfort en veiligheid zorgden. Maar nadat de eerste opwinding voorbij was, hoorden we nog maar bitter weinig over de Tweel. Logisch, want deze band bleek helemaal nog niet geschikt voor personenauto’s.
Bij een snelheid van meer dan 50 kilometer per uur sloeg een auto met Tweels onaangenaam aan het vibreren. Bovendien maakten de banden bij die snelheid een enorm lawaai en raakten ze oververhit. Vooralsnog zijn deze ‘wonderbanden’ alleen geschikt voor langzaam rijdende voertuigen zoals grasmaaiers, shovels en vorkheftrucks.
Roget denkt dat het nog zeker vijftien tot twintig jaar duurt voor we bij de garage luchtloze banden onder onze auto kunnen laten zetten. Het is trouwens nog maar de vraag of dat dan Michelin-banden zijn, want het bedrijf voelt inmiddels de hete adem van andere fabrikanten in de nek. Iedere bandenproducent wil natuurlijk de eerste zijn met een luchtloze band die écht geschikt is voor personenauto’s. Zo presenteerde het Zuid-Koreaanse Hankook onlangs de iFlex, een band die uit drie onderdelen bestaat: een buitenste profiellaag van rubber, een spakensysteem met honingraatpatroon gemaakt van gerecycled materiaal, en een frame dat de twee structuren met elkaar verbindt. Interessant, maar de iFlex moet zich nog bewijzen. Anders gezegd: genoeg mooie tussenoplossingen op weg naar de ultieme antilekband, maar het is nog wachten op het echte ei van Columbus.
Zendband
De evolutie van autobanden hangt nauw samen met de ontwikkeling van de auto zelf. Dat is altijd zo geweest, maar op het moment verandert er zoveel aan personenauto’s, en die veranderingen zijn zo fundamenteel, dat te verwachten valt dat onze vertrouwde, best moderne autobanden straks niet meer voldoen. Auto’s zitten nu al tjokvol sensors en andere computergestuurde elektronische snufjes die voor comfortabel en veilig transport zorgen. Veel van die functies zijn zo nauw met elkaar verbonden dat de auto steeds meer in staat is om veilig taken van de bestuurder over te nemen. Straks kunnen auto’s zelfstandig van baan wisselen, ze zullen reageren op verkeersborden en parkeren volautomatisch in op het krapste plekje. De volledig zelfrijdende auto voor het grote publiek is volgens deskundigen niet langer een vaag toekomstbeeld. Maar voordat het zover is, moeten zeker vier cruciale onderdelen van de auto ‘nog even’ worden geïntegreerd en mee worden geautomatiseerd in het boordcomputersysteem: de banden.
We hebben het dan over interconnected tires, simpel gezegd banden met ingebouwde sensors en zendersystemen. Die bestaan al: grote mijn- en landbouwmachines rijden op dergelijke banden. Ze zijn peperduur – meer dan 25.000 euro per stuk – en erg kwetsbaar door het immense gewicht dat ze dragen. Omdat bij elke bar onder de benodigde druk de levensduur van de band met 20 procent afneemt, moet dit type autoband continu gemonitord worden. In de banden zitten dan ook geavanceerde zenders die het mogelijk maken om ze vanuit een externe controlekamer nauwlettend te volgen.
Groot nieuws in 2005: eindelijk was er een band die niet lek kon. Maar ook deze Tweel van Michelin had zijn beperkingen. Hoewel hij ideaal was voor langzaam rijdende voertuigen, bleek hij volkomen ongeschikt voor normaal verkeer. © Michelin
Het idee is dat de banden van personenauto’s op termijn ook van deze sensors en zenders krijgen. Bestuurders kunnen dan alle benodigde informatie – druk, temperatuur, profiel, de toestand van het wegdek – aflezen op hun dashboarddisplay. Bandenfabrikant Continental zette onlangs een eerste stap in deze richting door een van zijn paradepaardjes, de runflat tire CSR, uit te rusten met een TPMS-zender (Tire Pressure Monitoring System) of een DDS (Deflation Detection System). Die waarschuwen de bestuurder wanneer de bandendruk onder een bepaald niveau komt. Handig, want zo kun je flink wat brandstof besparen. Ook de zelfrijdende auto heeft baat bij interconnected tires, omdat communicatie tussen de verschillende onderdelen cruciaal is als een voertuig zonder bestuurder als één geheel moet opereren.
Maar hoe geavanceerd deze banden ook worden, zelfs bij een volledige interconnected auto zijn er vragen waarop de technologie nog geen antwoord heeft. Bijvoorbeeld: hoe laat je banden adequaat reageren op plotselinge gladheid of gaten in het wegdek, zonder de passagiers en andere weggebruikers in gevaar te brengen? En wat als een lege zelfrijdende auto een lekke band krijgt en niet verder kan?
Koorddans-act
De komst van de elektrische auto leidde tot compleet nieuwe uitdagingen voor de bandensector. Technici kunnen niet zomaar de nieuwste banden onder een e-car zetten, omdat die met hun monotone geluid afbreuk doen aan het genot van geruisloos rijden. Ook is een elektrische auto zwaarder dan een verbrandingsauto, waardoor de banden sneller slijten. Zo’n auto zelf is al kostbaar genoeg – je wilt niet ook nog elke twee- à drieduizend kilometer naar de garage voor nieuwe banden.
Het ontwikkelen van autobanden is een echte koorddans-act. Bandentechneuten krijgen steeds meer wensen, vragen én eisen op hun bordje en werken daarom steeds nauwer samen met autofabrikanten. Misschien wordt er wel nooit aan alle eisen op het gebied van geluid, verbruik, comfort en levensduur voldaan, ook al willen de reclames je iets anders laten geloven. Wel zullen bandenfabrikanten blijven streven naar de optimale balans tussen al die eisen, mogelijkheden en beperkingen. Nu maar hopen dat wij automobilisten straks veilig en comfortabel de weg op kunnen, zonder er ooit nog met een lekke band langs te staan. Dat klinkt als een utopie, maar we gaan het misschien meemaken.
Dit artikel staat ook in KIJK 3/2019.
Tekst: Imco Lanting
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!