Kotači (I)

Crno, okruglo i... Automobilski pneumatik

Kao prvo, red je da se nešto dogovorimo. Svima vam je, nadamo se, poznato kako automobil stoji na nečemu okruglom. To okruglo se, pak, sastoji od metalnog i gumenog. Metalno nazivamo naplatkom, a gumeno, pneumatikom (mi ćemo, zbog osobnih simpatija spram tog izraza, ipak naizmjenično koristiti riječ “guma”). Pod pojmom kotača, u automobilskoj terminologiji, podrazumijevamo naplatak s gumom (i eventualno, zračnicom unutar nje). Svi ostali termini poput “rezervne gume” i tome slično, spadaju u rječnik koji je sasvim prihvatljiv u tzv. običnom razgovoru. No, naša je profesorica vrlo ozbiljna i nadamo se, takvi ste i vi. Dakako, kotač može biti i nešto drugo, primjerice, drveni obruč s prečkama kakav se postavljao na kočije, no da ne cjepidlačimo previše već na samom početku ovog poglavlja, krenimo redom…

Osnovni dijelovi automobilske gume i materijali od kojih je napravljena

Kako bi smo mogli razgovarati o automobilskim gumama, potrebno je upoznati se s njihovim osnovnim dijelovima. Naime, bez obzira što nam pneumatik automobila na prvi pogled izgleda kao monolitna crna gumena krafna, u njenoj se kompliciranoj konstrukciji kriju mnoge tajne. Najuočljiviji dio svakog automobilskog pneumatika svakako je njezin bok. Nadalje, automobilska se guma kotrlja po gaznom sloju koji sadrži šare, a koje nazivamo profilom. Konstrukcija profila pažljivo je osmišljena kako bi guma pružila optimalne performanse, prvenstveno najbolji mogući kontakt s podlogom u najrazličitijim vremenskim uvjetima. Pri tome, kanali raspoređeni po gaznom sloju gume imaju ulogu odvođenja vode za vožnje po kiši. Jasno je da bi gazni sloj bez ovih šara (glatka guma) imao veću površinu prijanjanja na cestu, a samim time bi omogućio bolji kontakt s podlogom, posebno u zavojima. Ipak, glatke bi gume nailaskom na sloj vode brzo “zaplivale” (aquaplaning) te bi vozilo izgubilo kontakt s podlogom. Posljedicu ovoga, vjerojatno, nikome ne treba posebno opisivati. Glatke, tzv. slick gume rezervirane su za natjecateljska vozila u suhim uvjetima.

Ispod samog gaznog sloja automobilske gume nalazi se obruč sastavljen od kombinacije tankih slojeva gume i raznih tkanina, a na svom unutrašnjem rubu guma ima tzv. nogu. Unutrašnju konstrukciju gume, skrivenu ispod bočnog sloja gume i gaznog sloja, nazivamo karkasa.

Bitno je napomenuti kako se današnje automobilske gume ne sastoje isključivo od gume, tj. materijala koji bi smo tako mogli nazvati. Štoviše, unutar pneumatika koji se kotrlja na našim automobilima, pored prirodne gume (kaučuka), ima i sintetičkih materijala, čeličnog pletiva, žice i tko zna čega još. Tako je guma tek prvi dio priče o automobilskom pneumatiku, a pod tim se nazivom najčešće koriste četiri vrste materijala: prirodna guma te sintetičke gume kao što su stirensko-butadienska guma, polibutadienska i butilna guma. Prve tri vrste gume u pravilu se koriste za izradu gaznog sloja i bokova automobilskog pneumatika, dok se butilna guma koristi za oslojavanje unutrašnjosti i izradu zračnica.

Radi ojačanja konstrukcije automobilske gume i postizanja željenih svojstava u njenu se konstrukciju (između slojeva gume) postavljaju različiti materijali. Najčešće je riječ o tkaninama napravljenim od materijala kao što su viskoza (umjetna svila ili eng. rayon), najlon, čelične niti, stakloplastika ili kevlar. Ove se tkanine postavljaju tako da su njihova vlakna orjentirana u različitim smjerovima, ovisno o silama koje pojedini slojevi preuzimaju. Konačno, najuži dio automobilske gume, tzv. “noga” (dio koji je u kontaktu s naplatkom) u sebi ima čelično uže radi ojačanja ovog dijela pneumatika i učinkovitijeg brtvljenja uz naplatak.

Upravo je u “nozi” automobilske gume skrivena tajna koja je 1948. godine omogućila predstavljanje pneumatika bez zračnice. Dakako, automobilski je pneumatik bio tradicionalno opremljen zračnicom, dok je sama guma služila kao ojačanje istog te kao nosač profila na gaznoj površini. Gume se zračnicama danas ćemo najčešće susresti kod starijih automobila, u pravilu oldtimera. No, guma bez zračnice (eng. tubeless) neće funkcionirati isključivo zahvaljujući ojačanom unutrašnjem rubu, već je za nju potreban i nepropusni naplatak.

Za kraj ovog dijela priče vratit ćemo se nakratko samom materijalu koji nazivamo gumom. Naime, navedene vrste guma (prirodna i sintetičke) u izradi automobilskih pneumatika koriste se u kombinaciji s raznim punilima. Najčešće su to čađa (od kuda gume i imaju crnu boju, ali i veću otpornost na UV zračenje) i silika (silicijev dioksid).

Pažljivim kombiniranjem omjera raznih vrsta gume upotrijebljenih pri izradi pneumatika te količine i omjera punila postižu se različita svojstva automobilskog pneumatika, a s obzirom na to želi li proizvođač naglasak staviti na kontakt s podlogom, osobine na mokrom ili snižavanje otpora kotrljanja. Također, pored navedenih, u smjesu gume dodaju se i drugi aditivi koji poboljšavaju trajnost i svojstva pneumatika (bez njih, gume bi pod utjecajem atmosferskih čimbenika, posebno UV zračenja i ozona, brzo propadale).

Dijagonalke i radijalke?

Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za pojmove “dijagonalna” i “radijalna” guma. Ovdje se radi o različitim konstrukcijama unutrašnjosti gume. Kod dijagonalnih guma svi su ranije spomenuti slojevi tkanine i čeličnih žica poredani koso (dijagonalno) jedan obzirom na drugi odakle i naziv ovoj konstrukciji guma. No, danas se gotovo u pravilu susrećemo s radijalnim gumama. I one imaju slojeve koso postavljenih niti u čeličnoj i/ili sintetičkoj tkanini, no glavna su im odlika čvršće niti postavljene poprečno na gumu (poprečno na smjer vožnje). Ove niti položene su radijalno te daju znatno bolja dinamička svojstva od niti u dijagonalnim gumama.

Radijalne gume omogućavaju veće deformacije bočnih stranica zahvaljujući čemu je gazni sloj u boljem kontaktu s podlogom. Također, ovakva guma pruža i veću udobnost te sigurnost vožnje s obzirom da se i pri visokim brzinama pravilnije deformira. Radijalna je konstrukcija danas uobičajena za automobilske gume, dok se dijagonalne gume postavljaju na oldtimere, radi očuvanja originalnosti izgleda ali i izvornih voznih karakteristika samog automobila.

Oznake na automobilskim gumama

Jedna od najvećih noćnih mora svih autoljubaca početnika uvijek su bile oznake na gumama. Radi se, u stvari, o oznakama dimenzija, najveće dozvoljene brzine, opterećenja, konstrukcije, ali i oznakama za identifikaciju proizvođača. Sve te oznake, dakako, nisu “pale s neba” i njihov je sadržaj i format definiran pravilnikom za koji je zadužan ETRTO, Europska tehnička organizacija za gume i naplatke (European Tyre and Rim Technical Organisation). Prema današnjim standardima, oznake na bočnim stranama guma dijele se u dvije kategorije: temeljne oznake koje su se tradicionalno koristile, a koje označavaju proizvođača, dimenzije i tip automobilske gume, uključujući tu i preporučeni pritisak te smjer rotacije i oznake koje su dodane tijekom godina zbog zadovoljavanja raznih pravilnika na tržištima na kojima se gume prodaju.

NAJZNAČAJNIJE INFORMACIJE NA BOČNIM STRANICAMA AUTOMOBILSKIH PNEUMATIKA

Dimenzije, konstrukcija, promjer naplatka , indeks mase i brzine:

Širina izražena u milimetrima (od jedne do druge bočne stranice gume) – 245 mm

Visina poprečnog presjeka izražena u postocima navedene širine – 40%. Niskoprofilnim se gumama smatraju one čija visina poprečnog presjeka iznosi 80 ili manje postotaka širine

Konstrukcija – R = radijalna guma (D = dijagonalna)

Promjer naplatka – 18 = 18 cola (1 col = 25,4 mm). Izražen u colima je promjer unutrašnjeg ruba gume, odnosno promjer kruga koji zatvara noga gume (rub koji naliježe na naplatak)

Indeks najveće mase koju pravilno napuhana guma može podnijeti – 93 = do 650 kg (može biti izraženo i u kg, a ne indeksom)

Index najveće brzine koju pravilno napuhana i opterećena guma može podnijeti – W = do 270 km/h

Materijali u konstrukciji gume:

Ispod gaznog sloja gume nalazi se plašt (TREAD) koji se sastoji od – 2 sloja poliesterske tkanine, 2 sloja čelične tkanine i 1 sloja najlonske tkanine

U bočnim stranicama gume nalaze se – 2 (radijalno) usmjerena tkanja od poliestera

Guma bez zračnice:

Dodatna oznaka za radijalnu konstrukciju gume – RADIAL

Oznaka za gumu koja ne koristi zračnicu – TUBELES

Najveći dozvoljeni pritisak napuhavanja:

Pritisak je izražen u kPa (100 kPa = 1 bar) i psi (1 psi = 0,068948 bar)

Smjer rotacije:

Kod guma s asimetričnim profilom gaznog sloja na bočnim je stranicama naznačen smjer rotacije, najčešće strelicom i natpisom Rotation ili Outside

Ostale značajnije oznake:

Oznaka M+S ili simbol pahuljice – gume za zimske uvjete (M+S = Mud & Snow, blato i snijeg) (oznaka je univerzalna)

Datum proizvodnje – prve dvije znamenke: tjedan; druge dvije: godina proizvodnje (npr. 0802 označava 8. tjedan 2002.), obično navedeno uz neki drugi podatak npr. Radial Design ili sl.

Oznaka MFS – pojačana bočna strana gume za zaštitu naplatka od udarca u rubni kamen (oznaka ovisi o proizvođaču)

Standardizirani europski sustav označavanja guma

Počevši od 1. studenog 2012, sve gume koje se prodaju na europskom tržištu, moraju imati naljepnicu koja prikazuje ocjene tri parametra. Dva se odnose na zaštitu okoliša (ušteda goriva i buka kotrljanja), a treći se odnosi na sigurnost (kontakt na mokroj podlozi). Dakle, ovaj novi EU propis zahtijeva da svaka prodana guma nosi standardiziranu naljepnicu.

Naljepnica mora biti postavljena na sve gume za putničke automobile, laka komercijalna vozila i teška komercijalna vozila, a koje su proizvedene nakon 1. srpnja 2012. te mora imati standardizirani oblik proizvođača i uključivati online tehničke promotivne materijale.

Jednake se informacije moraju pojaviti na ili uz račun za gume, što krajnjim korisnicima omogućuje da poboljšaju svoje razumijevanje osobina guma i njihovu usporedbu na temelju ova tri parametra.

Više detalja o standardiziranom europskom sustavu označavanja guma te detaljnije o tome kako se mjere vrijednosti iskazane na naljepnici, pročitajte ovdje.

Gume niskog otpora kotrljanju

Za kraj, a ne, nismo gotovi, sjednite u klupe!… par riječi o temi koju, izgleda nam, mnogi ne razumiju. Dakle, slijedi jedna krasna definicija: otpor kotrljanju je sila koja priječi kretanje kada se tijelo kotrlja po nekoj površini. Naime, u konkretnom slučaju automobilskog pneumatika, radi se o gubitku energije koji nastaje uslijed deformiranja gume tijekom kotrljanja, tj. vožnje. Stoga gume niskog otpora kotrljanju smanjuju gubitak energije koji nastaje tijekom kretanja vozila, a time se smanjuje i potrošnja goriva. Smatra se da se između 5 i 15 posto goriva koje troši prosječni automobil koristi kako bi se nadišao otpor kotrljanja guma. Kod prosječne (nove) automobilske gume, oko 2/3 otpora kotrljanja otpada na savijanje gaznog sloja i unutrašnjih dijelova gume ispod njega, a oko 1/3 na savijanje bočnih stranica gume.

Dakle, da riješimo jednom za uvijek, otpor kotrljanju automobilske gume nema veza s trenjem nastalim u kontaktu gume i podloge, već s deformacijama samog pneumatika, posebno gaznog sloja i bočnih stranica. Proizvođači automobilskih guma, stoga, pažljivim kombiniranjem sastojaka gume te geometrijom unutrašnjih slojeva nastoje smanjiti otpor kotrljanju kako bi se, posredno, smanjila i potrošnja goriva.

Ne zaboravimo: Bilo jednom u Škotskoj…

Povijest kotača kao sredstva pokretanja mogla bi nas odvesti daleko u prošlost ljudskog roda. No, povijest kotača u današnjem smislu seže do 1846 godine.

Za izumitelja napuhane gume za vozila, točnije pneumatika, danas se smatra škotski inženjer Robert W. Thomson koji je za svoju ideju dobio prvi patent u Francuskoj, spomenute godine. No, ta se ideja nije dugo održala, a Thomson je od nje odustao prvenstveno zbog nedostatka adekvatnog (dovoljno tankog) gumenog materijala. Već 1870. pojavljuju se prvi kotači s navlakom od čvrste gume koji su omogućili nešto udobniju i sigurniju vožnju. Ipak, gumeni je sloj bio neotporan na trošenje te je jedan drugi Škot, John Boyd Dunlop, veterinar sa sveučilišta u Edinburghu, izvadio iz naftalina staru Thomsonovu ideju te je proveo u komercijalno smisleno djelo.

Dunlopova pneumatska guma, napravljena za tricikl njegova sina, sastojala se od gumene cijevi ispunjene zrakom. No, iako je Dunlop zaštitio patent 7. prosinca 1888, isti je osporen dvije godine kasnije s obzirom da ga je jednaku ideju ranije registrirao Thomson. Ipak, nastanak Dunlopove pneumatske gume i njezini rani biciklistički uspjesi došli su u vrijeme osvita automobilizma što je upravo škotskom veterinaru, a ne Thomsonu, osiguralo značajno mjesto u povijesti.

Početkom 20. stoljeća prvi se puta u upotrebi javlja dvodjelna guma, konstrukcija koja se u osnovi zadržala i do današnjih dana. Ideja je bila jednostavna – unutrašnju gumu (zračnicu) trebalo je zaštititi čvršćim gumenim slojem kako bi mogla izdržati veće mase tadašnjih vozila, ali i grube podloge puteva po kojima se vozila kreću. Krajnji stadij evolucije klasične automobilske gume nastaje 1948. godine kada je upotrijebljena prva guma bez zračnice. Ovakva guma izgleda poput vanjske gume, no opremljena je posebno čvrstim unutarnjim rubom koji ju brtvi uz naplatak. Dakako, gume bez zračnice dobile su i posebno oblikovane, jednodjelne i nepropusne naplatke.

Konačno, recimo i kako je jedan od ključnih izuma u razvoju automobilskih guma bez sumnje – vulkanizacija. Riječ je o kemijsko-tehničkom procesu tijekom kojeg se kaučuk ili sintetičke gume pod utjecajem temperature i uz dodatak sumpora pretvaraju u trajnije materijale. Naime, prirodna ili umjetna guma u neobrađenom je stanju vrlo mekana i nije pogodna za upotrebu, posebno kao što je primjena na gaznom sloju automobilskog pneumatika koji je opterećen velikim dinamičkim silama, izložen trenju itd.

Za izumitelja postupka vulkanizacije najčešće se navodi Charlesa Goodyeara (1800.-1860.), no on je najvjerojatnije tek postavio osnove ovog procesa kojeg je kasnije razradio britanski izumitelj Thomas Hancock (1786. – 1865.). Zanimljivo je napomenuti i da se, u svjetlu ekoloških projekata, dosta truda ulaže u procese tzv. “devulkanizacije”, kao načina recikliranja guma za vozila. Ipak, takvim se reverzibilni procesom ne dobivaju materijali s karakteristikama sirovina potrebnih za izradu pneumatika. Stoga se oko polovine odbačenih pneumatika na svijetu danas naprosto spaljuje, tj. koristi npr. kao industrijsko gorivo.