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Reifendruck-Kontrollsysteme

Die Reifendruck-Kontrollsysteme (zu RDKS oder RDK abgekürzt) bzw. Tire-pressure monitoring systems (TPMS) dienen der permaneneten Überwachung des Reifendruckes in Kraftfahrzeugreifen, um Unfälle, die durch schadhafte Reifen verursacht werden, zu minimieren und frühzeitig zu erkennen. Ferner lässt sich mit dem optimalen Reifendruck Kraftstoff sparen und unnötiger Reifenverschleiß vermeiden. Es wird grundsätzlich zwischen direkten und indirekten Systemen unterschieden.

Direktes Reifendruckkontrollsystem

Reifendrucksensor vom Hersteller VDO:

Vorderseite

Rückseite
Der aktive Sensor ist mit dem Ventil – das auch als Antenne dient – verbunden. Druckmesssystem, Elektronik und Spannungsquelle sind durch eine Vergussmasse im Gehäuse hermetisch verschlossen, so dass bei verbrauchter Spannungsquelle (ca. nach 10 Jahren bzw. 225.000 km) der Sensor komplett ausgetauscht werden muss.
 
Bei direkt messenden Systemen erfasst der Drucksensor den Luftdruck und die Lufttemperatur eines Reifens. Diese Informationen werden zusammen mit einem Signal zur Identifizierung des Sensors in gewissen Intervallen über Funk an das Steuergerät im Fahrzeug übertragen. Diese Systeme können schleichende oder auch schnelle Druckverluste an allen Reifen erkennen, da sie direkt den Druck überwachen. Je nach Anzeigekonzept bekommt der Fahrer eine Information über den aktuellen Druckwert im Klartext, die er entweder ständig in der Anzeige sieht, oder über Knopfdruck abfragen kann oder auch nur eine Warnung bei zu geringem Reifendruck.

Für die Anbringung der Sensoren gibt es zurzeit folgende Systeme:

    Im Erstausrüstermarkt:
        - Befestigung innen am Ventil

    Als Nachrüstlösungen:
        - Befestigung an der Felge (in der Mitte) mittels eines Stahl- oder Plastikbandes
        - Befestigung auf dem Ventil anstatt der Ventilkappe
        - Austausch des vorhandenen Ventils gegen ein Ventil mit integriertem Sensor

Für die Befestigung innen am Ventil werden die Funksensoren am Fußpunkt von speziell dafür vorgesehenen Metallventilen angeschraubt; dafür muss der Reifen demontiert werden; am einfachsten geschieht dies deswegen beim Montieren von neuen Reifen. Die Unwucht, die durch das Sensorgewicht (ca. 40 Gramm) entsteht, wird beim auswuchten des Rads mit kompensiert. Um eine Drucküberwachung auch bei stehendem Fahrzeug beziehungsweise eine automatische Zuordnung der Modulpositionen zu gewährleisten, können die TPMS-Module mit einem Niederfrequenz-Signal angetriggert werden. Hierzu sind in den Radkästen Niederfrequenz-Antennen verbaut. Die Sensorbatterien haben eine Lebensdauer von ca. 7 bis 10 Jahren; danach muss der Sensor ersetzt werden, da die Batterien nicht gewechselt werden können. Es handelt sich hierbei um Spezialbatterien, die einen weiten Temperaturbereich abdecken können und nicht im Einzelhandel erhältlich sind.

Bei der Befestigung mittels eines Bandes ist zu bemerken, dass diese Art der Anbringung nur dann zuverlässig funktioniert, wenn sich an der Felge eine dünnere Stelle befindet und das Halteband fachmännisch angebracht wird, da es ansonsten zu einem „Verrutschen“ des Sensors oder einem Lösen des Bandes kommen kann. Hierdurch kann der Reifen innerhalb kurzer Zeit von innen zerstört werden. Aus diesem Grund findet das Befestigungskonzept mittels Band nur selten Anwendung.

Ventilkappen-Funksensoren werden auf Gummiventile anstatt der normalen Ventilkappen aufgeschraubt. Sie wiegen nur 10 Gramm (inkl. Batterie), und die Batterie kann einfach ausgewechselt werden. Beim Aufschrauben ist zu beachten, dass die Sensoren nicht aus der Felgenkontur heraus ragen dürfen; oft muss dazu einfach ein kürzeres Gummiventil montiert werden. Auch hier sollten die Räder mit den Sensoren ausgewuchtet werden. Die Ventilkappen-Sensoren kann man einfach von Sommer- auf Winterräder und umgekehrt wechseln. Die Vorteile bei diesen Systemen liegen in der einfachen Anwendung. Nachteilig ist, dass bei höheren Geschwindigkeiten das Ventil durch die auftretende Zentrifugalkraft stark belastet wird. Daher sind diese Systeme nur bei langsameren Fahrzeugen empfehlenswert. Für diese Nachrüstlösung finden sich verschiedene Anbieter im freien Handel.

Für zukünftige Systeme werden von verschiedenen Herstellern Module entwickelt, die direkt in den Reifen eingeklebt sind. Hierdurch werden Schwierigkeiten vermieden, die bei der Montage von Felgenmodulen auftreten können (z. B. Undichtigkeiten am Ventil oder Zerstörung bei der Montage). Weiterhin ergibt sich mit einer Modulposition am Reifen die Möglichkeit Reifendaten an das Fahrzeug zu übertragen. Mit Hilfe dieser Reifeninformationen können zum einen Regelsysteme wie Fahrdynamikregelung oder Antiblockiersystem angepasst werden, zum anderen erhält der Fahrer komfortable Informationen über seine Reifen. Grundsätzlich können auch diese Reifenmodule wie herkömmliche Module über Batterien mit Spannung versorgt werden. Es wird jedoch auch an µGeneratoren auf Piezobasis gearbeitet, die im Reifen die notwendige Betriebsspannung zum Betrieb der Module zur Verfügung stellen.

Indirekte Systeme
 
Indirekte Systeme schließen aus der Drehzahl der Räder auf einen Reifendruck bzw. Druckverlust. Diese Drehzahl wird von im Fahrzeug enthaltenen ABS-Sensoren oder Sensoren für eine Traktionskontrolle erfasst. Indirekte Systeme nutzen zur Drucküberwachung zwei physikalische Effekte:

Abrollumfang:

Im Falle eines Druckabfalls in einem Reifen verringert sich dessen Außendurchmesser, wodurch die Drehzahl dieses Rades in Relation zu den anderen ansteigt. Es wird also festgestellt, wenn ein Reifen sich im Vergleich zu den anderen drei Reifen durch Luftverlust schneller dreht. Dieser Drehzahlanstieg wird als Druckabfall interpretiert. Der Fahrer wird gewarnt. Da dieser Effekt auf dem Vergleich der Raddrehzahlen untereinander basiert, wird ein gleichzeitiger Druckabfall in allen Reifen nicht erfasst.

Frequenzeffekt:

Die Räder weisen einen charakteristischen Schwingungsmodus auf, der als Schwingung zwischen Reifengürtel und Felge interpretiert werden kann. Da diese Schwingung druckabhängig ist, kann bei einer Verschiebung dieser Schwingung auf einen Druckverlust geschlossen werden. Der Fahrer wird gewarnt. Da dieser Effekt radindividuell ist, können hier auch Druckverluste an allen vier Reifen gleichzeitig (Diffusion der Luft) erkannt werden. Eine Positionsangabe des Druckverlusts ist ebenfalls möglich.

Allen indirekten Systemen ist gemein, dass bei einer Anpassung des Luftdruckes bzw. der Montage neuer Reifen ein Reset-Knopf betätigt werden muss. Das System lernt dann das aktuelle Systemverhalten als Referenz. Lernen bedeutet dabei, dass das System während der ersten Phase nach Reset die Raddrehzahlen und Frequenzen beobachtet und die auftretenden Werte speichert. Im weiteren Fahrbetrieb werden dann die auftretenden Werte mit den gelernten Werten verglichen. Sobald eine bestimmte Veränderung auftritt, wird der Fahrer gewarnt. Somit werden bei beiden Effekten (Abrollumfang, Frequenzeffekt) relative Änderungen betrachtet – eine Anzeige des Drucks ist nicht möglich.

Systeme, die auf der Nutzung des Abrollumfangs basieren, sind seit 2000 auf dem Markt. Systeme, die beide Effekte nutzen, befinden sich seit dem Jahr 2008 in Einführung.

Indirekte Systeme sind in der Regel im ABS/ESP-Steuergerät integriert, vereinzelt existieren auch Lösungen in eigenen Steuergeräten. Viele Automobilzulieferer arbeiten an der Verbesserung der indirekten Reifendruckkontrollsystemen, unter anderem Continental und NIRA Dynamics AB.

Gesetzliche Regelung

Grundlage für die TPMS-Pflicht ist eine EU-Verordnung aus dem Jahr 2009. Sie schreibt vor, dass ab November 2012 neue Fahrzeugmodelle mit TPMS ausgerüstet sein müssen. Ab November 2014 kommen alle neu zugelassenen Pkw mit einem Reifendruck-Kontrollsystem auf die Straße. Die Europäische Union hat diese Verordnung erlassen, weil sie einerseits der Verkehrssicherheit dient, da so Reifenschäden meist vor einer Panne erkannt werden können. Andererseits reduzieren jederzeit optimal gefüllte Pneus den Spritverbrauch und senken damit auch den CO2-Ausstoß.