MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2012
MAREK MACEK
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Kola a pneumatiky motorových vozidel Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Vypracoval: Marek Macek
Brno 2012
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Kola a pneumatiky motorových vozidel vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis bakaláře …..………………………
PODĚKOVÁNÍ Upřímně děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé bakalářské práce.
ABSTRAKT Moje bakalářská práce je zaměřena na seznámení se s konstrukcemi kol a pneumatik, které byly v historii používány a na seznámení se se základními částmi kol a pneumatik. Je zde popsána technologie výroby a materiály, používané při výrobě kol a pneumatik, přičemž hlavní pozornost je věnována především pneumatikám. Dále se práce zabývá zkouškami pneumatik, díky kterým se zjišťuje jakost a životnost pneumatiky, popř. vady, které je třeba odstranit. V poslední části se práce zaměřuje na nové trendy v konstrukci pneumatik a to jak u konstrukcí stávajících, které jsou zdokonaleny, tak u konstrukcí nových, které jsou novým řešením pneumatik, zpravidla se jedná o pneumatiky bez potřeby plnění vzduchem. Klíčová slova: pneumatika, pryž, kordy, kolo, ráfek, protektorování, vulkanizace, duše, zkoušení pneumatik, nové trendy u pneumatik
ABSTRACT My thesis focuses on the introduction of wheel and tyre constructions which used to be applied in history and basic parts of wheels and tyres. It contains a description of technology of manufacturing and materials used in production of wheels and tyres, and the main attention is paid to tyres especially. Further thesis deals with testing of tyres, thanks to which quality and lifetime period of tyres, or defects which should be removed, are found. The last part of thesis focuses on new trends in tyre construction, both in current constructions which are being improved, and in new constructions which present new solution of tyres, usually tyres without need of air filling. Key words: tyre, rubber, cords, wheel, rim, retreading, vulcanization, tube, testing of tyres, new trends for tyres
OBSAH 1
Úvod ................................................................................................................... 9
2
Cíl práce ........................................................................................................... 11
3
Historický přehled používaných konstrukcí kol a pneumatik .......................... 12 3.1
3.1.1
Značení pneumatik ............................................................................ 16
3.1.2
Radiální pneumatiky .......................................................................... 20
3.1.3
Diagonální pneumatiky ..................................................................... 21
3.1.4
Pneumatiky s duší .............................................................................. 21
3.1.5
Bezdušové pneumatiky ...................................................................... 22
3.2
4
Konstrukce pneumatik .............................................................................. 12
Konstrukce kol .......................................................................................... 22
3.2.1
Ráfky ................................................................................................. 22
3.2.2
Značení ráfků ..................................................................................... 24
3.2.3
Kola disková ...................................................................................... 26
3.2.4
Kola litá ............................................................................................. 26
3.2.5
Kola drátová ...................................................................................... 27
3.2.6
Kola plastová ..................................................................................... 27
Materiály pro výrobu kol a pneumatik a jejich technologie výroby ................ 28 4.1
Suroviny a polotovary pro výrobu pneumatik .......................................... 28
4.1.1
Kaučuk ............................................................................................... 29
4.1.2
Přísady do kaučukových směsí .......................................................... 30
4.1.3
Výztužné materiály ............................................................................ 32
4.2
Výroba plášťů pneumatik ......................................................................... 34
4.2.1
Příprava přírodního a syntetického kaučuku ..................................... 34
4.2.2
Zařízení pro plastikaci kaučuku a přípravu kaučukových směsí ....... 35
4.2.3
Zařízení na výrobu polotovarů .......................................................... 37
4.2.4
Zařízení pro nánosování kordů a tkanin ............................................ 41
5
6
4.2.5
Zařízení pro řezání kordových tkanin ................................................ 42
4.2.6
Zařízení na výrobu bočnic ................................................................. 42
4.2.7
Zařízení na výrobu patních lan .......................................................... 43
4.2.8
Konfekce plášťů pneumatik............................................................... 43
4.2.9
Vulkanizace ....................................................................................... 47
4.2.10
Protektorování ................................................................................... 50
4.2.11
Výroba duší pro pneumatiky ............................................................. 52
Metody zkoušení pneumatik ............................................................................ 52 5.1
Statické zkoušky ....................................................................................... 53
5.2
Dynamické zkoušky .................................................................................. 55
5.3
Silniční zkoušky........................................................................................ 56
Nové trendy v konstrukci pneumatik ............................................................... 56 6.1
Zdokonalené stávající konstrukce ............................................................. 56
6.1.1
Michelin Energy Saver ...................................................................... 56
6.1.2
Bezpečnostní pneumatiky .................................................................. 57
6.2
Nové konstrukce ....................................................................................... 60
6.2.1
Michelin Tweel .................................................................................. 60
6.2.2
Bridgestone Innovative Tire Structure ............................................. 61
6.2.3
Značení pneumatik podle EU ............................................................ 62
7
Závěr ................................................................................................................ 64
8
Seznam použité literatury ................................................................................. 66
9
Seznam obrázků ............................................................................................... 69
1 ÚVOD Za pneumatiku byla v jejich začátcích považována páska, umístěná po okrajích dřevěných kol, používaná především na kočárech a povozech tažených koňmi. K zatím nejvýznamnějším změnám kola došlo ve druhé polovině 19. století. V roce 1845 byl Robertu Williamu Thomsonovi udělen v Anglii patent na „vzduchovou hadici“, předchůdce moderní pneumatiky. Tento vynález však zůstal nevyužit až do konce 19. století. Pneumatiku podruhé vynalezl v roce 1888 John Boyd Dunlop a ta začala pak rychle dobývat pozice. V průběhu dalších 100 let prošla pneumatika dalším významným vývojem. S rozšířeným použitím v různých oblastech docházelo ke zvyšování nároků na pneumatiky. V roce 1892 patentoval J. F. Palmer kordovou tkaninu jako náhradu za křížový výstužný materiál používaný v tehdejší době. V roce 1895 byla vyrobena první pneumatika pro osobní automobily společností Michelin. (Marcín & Zítek, 1985) Dalším důležitým krokem ve vývoji pneumatik byl patent bezdušové pneumatiky firmou Goodyear v roce 1903. V následujícím roce došlo k vyztužení pneumatiky kordem stejnou firmou. V roce 1906 dochází k rozšíření použití pneumatik pro leteckou dopravu a následně o třináct let později nachází pneumatiky své uplatnění také u nákladních automobilů. Mezi další významné mezníky patří představení radiální pneumatiky firmou Michelin a uvedení bezdušových pneumatik do běžného provozu firmou BF Goodrich. Za zmínku také stojí vývoj nízkoprofilové pneumatiky firmou Pirelli v polovině 80. let. I přesto, že vývoj pneumatik ve 20. století prošel řadou inovací, dochází k neustálému zdokonalování za účelem zvyšování kilometrového výkonu a snižování valivého odporu, čímž dochází také ke snižování spotřeby pohonných hmot. (www.pneu-pneumatika-pneumatiky, 2010) Pneumatiky mají také spoustu požadavků, mezi které patří především schopnost nést určitou zátěž, tlumit rázy a kmity, přenášet hnací a brzdné síly, klást minimální valivý odpor, vyznačovat se dobrou adhezí k vozovce za různých podmínek atd. (Marcín & Zítek, 1985) Vynález kola není přesně znám, tak jako ani jeho autor. Pravděpodobnými vynálezci byli Sumerové a to již před více jak 5000 lety. Je zřejmé, že se k objevu kola dospělo dlouhodobým vývojem. Nejdříve se vše jen nosilo, dalším vývojovým stupněm se staly sáně či smyky. Teprve, když se mezi kluzné plochy vložily válcovité předměty, 9
jako části kmenů stromů, došli lidé k poznatku, že tření valivé oproti tření kluznému je nesrovnatelně výhodnější. Dalšími vývojovými stadii dřevěného disku byla loukoťová kola okovaná kovovou obručí, dále kovová kola nejrůznějších konstrukcí a posléze opatřená pryží na svém obvodu. S příchodem automobilů i prvních motocyklů došlo u kol k intenzivnímu rozvoji a zdokonalování. Nástupcem kol loukoťových se stala kola disková, litá a drátová. (Stojan a kol., 2010)
10
2
CÍL PRÁCE Cílem mé bakalářské práce je popsat historický vývoj jednotlivých konstrukcí kol a
pneumatik, ale také materiály a technologie používané při realizaci jejich výroby. V dalších částech se budu zabývat především konstrukcemi, které se týkají pneumatik. Tyto části budou zaměřeny na zkoušení pneumatik a na inovace v oblasti nových konstrukcí pneumatik.
11
3
HISTORICKÝ
PŘEHLED
POUŽÍVANÝCH
KONSTRUKCÍ
KOL A PNEUMATIK 3.1 Konstrukce pneumatik Každá pneumatika je v podstatě tvořena třemi hlavními komponenty. Mezi ně patří pryž (80-85 %), různá vlákna (12-16 %) a ocelové kordy (2-3 %). V současné době se vlastně jedná o vyztužený pryžový kompozit vyrobený z polymerů, černých sazí, olejů, různých chemikálií, patkových lan a textilií. Mezi základní suroviny se řadí elastomery (kaučuky), přísady do kaučukových směsí, kordy z chemických a přírodních vláken, kordy z ocelových vláken a ocelový drát (patní lano). (Vlk, 2000) Pneumatika je tvořena korunní kordovou vrstvou (nárazník), běhounem, radiální kordovou vrstvou (kostra), bočnicí, vnitřní gumovou vrstvou, patkou a patními lany. (www.cs.autolexicon.net, 2011)
1 – vnitřní gumová vrstva; 2 – kostra; 3 – patka; 4 – patní lano; 5 – bočnice; 6 – korunní kordová vrstva (nárazník); 7 – běhoun Obr. 1 Konstrukce pláště pneumatiky (www.pneumartinka.cz)
Kostra Kostra pneumatiky je základní nosnou částí pneumatiky, která určuje její budoucí vlastnosti. V současnosti se v závislosti na typu pneumatiky využívají materiály, jako jsou raylon, polyester, ocelová, skleněná nebo aramidová vlákna. Kostra je pokryta nánosem nevulkanizované pryžové směsi. V závislosti na použití pneumatiky, muže být vrstva kostry až několikanásobná (např. pneumatiky vystavené vysoké zátěži). 12
Jednotlivé vrstvy kostry jsou pak ukotveny kolem ocelových patních lan. Po vulkanizaci nastane pevné spojení kostry s patními lany tvořícími patku pneumatiky, která pevně zapadá do ráfku. Dle konstrukce kostry rozlišujeme pneumatiky radiální a diagonální.(Motejl a kol., 2004) a)
b)
Obr. 2 a) diagonální kostra, b) radiální kostra (www.sinaopt.com)
Korunní kordová vrstva (nárazník) Vytváří přechod mezi běhounem a kostrou a tlumí rázy způsobené nerovností vozovky. Skládá se z několika vrstev pogumovaných kordů, které se vzájemně překrývají a několikrát kříží. Tím dochází k velmi pružnému spojení mezi kostrou a běhounem. U radiálních pneumatik významně zvyšuje stabilitu v obvodovém směru sil působících na pneumatiku. U diagonálních pneumatik je většinou vyroben ze stejného materiálu jako kostra. Nárazník se většinou používá ve 2 až 6 vrstvách. (Motejl a kol., 2004)
Obr. 3 Nárazník (www.prodej-pneu.cz)
13
Běhoun Jeho úkolem je ochrana spodní vrstvy pneumatiky před poškozením. Zajišťuje styk pneumatiky s vozovkou a má vliv na konečné vlastnosti pneumatiky a její použití ve vztahu k podmínkám provozu. Podélné drážkování dezénu zajišťuje pneumatice směrovou a boční stabilitu, příčné drážkování ovlivňuje přenos hnací a brzdné síly. Boční drážkování tvoří přechod mezi běhounem a bočnicí. Hloubka drážek má vliv na vznik potřebné adheze mezi vozovkou a pneumatikou. (Motejl a kol., 2004) Z hlediska tvaru a skladby dezénu rozlišujeme pneumatiky letní, zimní a celoroční. Letní pneumatiky se používají při teplotách nad +7 °C, zimní při teplotách pod +7 °C. Pneumatiky celoroční není nutno přezouvat, ale jejich nevýhodou je problematické dosažení takových jízdních vlastností, jako u pneumatik specializovaných (letních a zimních). Rozdíl mezi pneumatikami pro letní a zimní provoz je ten, že pneumatiky pro zimní provoz mají více drážek, které lépe odvádějí vodu a sníh. (www.cs.wikipedia.org, 2009)
Obr. 4 Běhoun (www.pneuok.cz)
Bočnice Je ochranným prvkem bočních částí pneumatiky a to zejména proti mechanickému poškození a povětrnostním vlivům. Pryž používaná pro bočnice je obohacena přísadami proti působení těchto vlivů (antioxidanty, antiozonanty). (Motejl a kol., 2004)
14
Obr. 5 Bočnice (www.autorevue.cz)
Vnitřní gumová vrstva Zabraňuje úniku plnícího média z vnitřní strany pláště. Plnícím médiem bývá obvykle plyn, který je stlačován v pneumatice určitým tlakem. Tlak je v pneumatice udržován duší u starších konstrukcí (TUBETYPE), u novějších konstrukcí je využíváno bezdušových typů pneumatik (TUBELESS). a)
b)
Obr. 6 Znázornění pneumatiky a) s duší, b) bez duše (www.mgitecetech.wordpress.com)
Patka Tvoří pevné spojení mezi pneumatikou a ráfkem kola, kde zapadá do výřezu na ráfku. Pevné spojení je způsobeno tlakem vzduchu v pneumatice podporované třením patky o ráfek. Proto je důležité, aby byla patka dostatečně pevná a odolávala tlakům při akceleraci a deceleraci. Základem je ocelové lano z nerezové oceli. (Motejl a kol., 2004)
15
Obr. 7 Patka (www.cs.autolexicon.net)
Patní lanko Zajišťuje správné dosednutí pneumatiky na ráfek, těsnost spojení s ráfkem a přenos podélných sil (díky tření mezi ráfkem a patkou pneumatiky). (www.cs.autolexicon.net, 2011)
Obr. 8 Patní lanko (www.prodej-pneu.cz)
3.1.1 Značení pneumatik Základním úkolem značení pneumatik je zjednodušení orientace při jejich výběru. Značení jednotlivých typů je provedeno vylisováním na bočnici pneumatiky. V současnosti je velké množství výrobců pneumatik, avšak některé typy značení jsou společné pro všechny typy pneumatik, nehledě na jméno výrobce.
16
Obr. 9 Značení pneumatik (www.msauto.cz) Tab. 1 Značení pneumatik (www.msauto.cz)
Rozměry
Význam
205
Šířka pneumatiky v milimetrech (205 mm)
50
Profilové číslo – poměr výšky k šířce pneumatiky (výška činí 50 % šířky)
R
Typ pneumatiky s radiální kostrou
17
Průměr ráfku v palcích
88
Index nosnosti (88=max. nosnost 560 kg)
H
Index rychlosti (H=max. rychlost 210 km·h-1)
M+S
MUD+SNOW (bláto+sníh) pneumatiky pro zimní provoz
Rozměr pneumatiky Je udáván průměrem ráfku a šířkou pneumatiky. Šířka pneumatiky může být udávána buď v anglických palcích, nebo v milimetrech. Průměr ráfku je udáván pouze v anglických palcích. (Jan & Ždánský, 2000) Profilové číslo Udává nám jaký je poměr výšky profilu pláště k jeho šířce. Hodnota tohoto čísla se pohybuje v rozmezí hodnot 0,8-0,3. Mezi nejpoužívanější pneumatiky u nás patří pneumatiky s profilovým číslem v rozmezí 0,7-0,6. (Jan & Ždánský, 2000) Pneumatiky můžeme podle profilového čísla rozlišovat na balónové, super balónové, nízkoprofilové, super nízkoprofilové, s profilovým číslem 70 až 35 atd. Vývoj postupuje směrem od kruhových profilů k profilům plošším s širším průřezem.
17
Při širších běhounech a nízkých bocích je výsledná bezpečnost jízdy větší, což má velký význam při stále se zvyšujících rychlostech. (Gscheidle a kol., 2002) Balónové pneumatiky mají profilové číslo 98 a v důsledku s vysokou výškou pneumatiky mají dobré pružení, ale špatné boční vedení. Super balónové pneumatiky mají profilové číslo 95 a od balónových jsou odlišné širším tvarem a menším vnitřním průměrem. Nízkoprofilové pneumatiky mají profilové číslo 88 a bývají označovány písmenem „L“. U super nízkoprofilových pneumatik je profilové číslo rovno přibližně hodnotě 82. Nejdříve byly vyráběny jako diagonální a poté od roku 1964 jako radiální pneumatiky s profilovým číslem 80. U pneumatik s profilovým číslem 70 patří mezi výhody vyšší přilnavost na vozovce a držení stopy. Díky větším vodícím sílám je možný rychlejší průjezd zatáčkou. U pneumatik s profilovým číslem 50 se zvětšuje průměr ráfku za účelem stejného odvaleného obvodu. (Gscheidle a kol., 2002)
Obr. 10 Znázornění pneumatik dle profilových čísel (Gscheidle a kol., 2002) Tab. 2 Doporučená šířka ráfku dle rozměru pneumatiky (www.3p-pneu.cz)
Profilové číslo
80
70
65
60
55
50
45
40
35
30
Doporučená šířka
3,5
4,0
4,0
5,0
5,0
5,5
6,0
7,0
7,0
9,5
ráfku
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
(v palcích)
6,0
7,5
7,5
8,5
8,5
8,5
9,5
11,0
11,5
11,0
Index nosnosti Jedná se o číslo určující maximální nosnost pneumatiky při rychlosti určené kategorií rychlosti za daných specifických podmínek. (www.bestdrive.cz, 2011)
18
Tab. 3 Indexy nosností (Motejl a kol., 2004)
Index
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
nosnosti Nosnost
387 400 412 425 437 450 462 475 487 500 515 530 545 560
[kg]
Index rychlosti Určuje maximální rychlost, při které může pneumatika nést hmotnost určenou indexem nosnosti za daných specifických podmínek. (www.bestdrive.cz, 2011) Tab. 4 Indexy rychlostí (Motejl a kol., 2004)
Symbol kategorie rychlosti Maximální rychlost pneumatiky
Q
S
T
H
V
W
Y
ZR
160 180 190 210 240 270 300 nad 240
[km·h-1]
Indikátor opotřebení TWI Jedná se o výstupky o výšce 1,6 mm na dně dezénových drážek. Tyto výstupky procházejí napříč běhounem a udávají nám maximální přípustnou výšku dezénu, která může být sjeta. Indikátory jsou umístěny rovnoměrně po obvodu a značí se symbolem TWI na bočnici pláště. Indikátory nám umožňují kontrolu hloubky dezénu bez použití měřících přístrojů. (www.autorevue.cz, 2001)
Obr. 11 Značení a umístění TWI (www.obchod.pneujigo.cz)
19
Označení DOT Jedná se o označení vyjadřující stáří pneumatiky. První dvojčíslí nám udává kalendářní týden, kdy byla pneumatika vyrobena a druhé dvojčíslí nám říká, ve kterém roce byla vyrobena. Doporučená doba užívání pneumatiky je do 5 let od data výroby. Po uplynutí této doby totiž dochází ke změně původních vlastností, např. nedostatečná adheze. (www.pneumatiky.cz, 2010)
Obr. 12 Označení DOT (www.pneumatiky.cz)
3.1.2 Radiální pneumatiky U této konstrukce pneumatiky jsou nosné vložky vedeny od patky k patce pod úhlem 90 ° k obvodové středové ose. K zajištění stability slouží obvodově uložený nárazníkový pás pod běhounem, který se používá ve více vrstvách. Kostra je tímto pásem chráněna před vnějším poškozením. Tato konstrukce pneumatiky má řadu předností, mezi které patří: lepší kontakt s vozovkou, delší životnost, větší tepelná odolnost, nižší valivý odpor a tím i nižší spotřeba a vyšší výkon. Mezi nevýhody oproti diagonální konstrukci patří např. vyšší cena, choulostivost při huštění, vyšší hlučnost při jízdě na nerovné vozovce. Podle kordových nití rozlišujeme 3 typy radiálních pneumatik: RADIAL – kordy kostry a nárazníku jsou z nekovových vláken, např. raylon. RADIAL STEEL – kordy kostry jsou nekovové, kordy nárazníku jsou ocelové. RADIAL ALL STEEL – kordy kostry i nárazníku jsou ocelové. (Motejl a kol., 2004)
20
Obr. 13 Radiální pneumatiky (www.pneu-pneumatika-pneumatiky.cz)
3.1.3 Diagonální pneumatiky Materiálem nosných kordových vložek jsou pogumované textilní kordy. Kordové vložky bývají uloženy tak, že svírají vždy ostrý úhel (od 26 ° až do 40 °) a vzájemně se kříží. K ochraně kostry před průnikem cizích těles je vložen mezi kostru a běhoun diagonální nárazník. Vzhledem k neúměrné délce vláken a vlivem odstředivých sil působících při vysokých rychlostech může dojít k porušování vláken kostry. Tento typ pneumatik nachází uplatnění především u motocyklů. (Motejl a kol., 2004)
Obr. 14 Diagonální pneumatiky (www.pneu-pneumatika-pneumatiky.cz)
3.1.4 Pneumatiky s duší U tohoto typu pneumatik se používá duše, která zaručuje dosednutí patky k disku. Tento typ pneumatik bývá označován nápisem TUBETYPE na bočnici pneumatiky. Takto konstruovaná pneumatika by měla mít následující vlastnosti: dostatečně dlouhou životnost, snadnou montáž a demontáž, odolnost vůči nízkým a vysokým teplotám a mít dostatečnou neprodyšnost. Při montáži duše do pláště pneumatiky by se měl respektovat rozměr vyznačený na duši, nikoli používat duši s rozměry menšími či většími, což by mohlo způsobit znehodnocení duše, nebo pláště pneumatiky.
21
3.1.5 Bezdušové pneumatiky U tohoto typu pneumatik je nahrazena duše vrstvou vzduchotěsné pryže. Ta je navulkanizována na vnitřní stranu pláště a okolo patek. Dostatečného utěsnění se dosahuje natažením patky pláště na ráfek. Na ráfku pro bezdušové pneumatiky je vytvořeno bezpečnostní převýšení a ventilek je umístěn přímo v ráfku. Tento typ pneumatik bývá označován nápisem TUBELESS na bočnici pneumatiky. Mezi výhody patří nižší hmotnost, jednodušší montáž a nižší vytváření tepla, které je způsobeno třením mezi pláštěm a duší. (Jan & Ždánský, 2000)
Obr. 15 Porovnání konstrukce pneumatiky s duší a bez duše (www.profi-pneu.cz)
3.2 Konstrukce kol Konstrukce kola se sestává z ráfku a disku kola se středovým otvorem a otvorem pro šrouby. Mezi jednotlivé konstrukce kol řadíme kola disková, litá (hvězdicová) a drátová. Spojení kola s hlavou kola je zajištěno prostřednictvím příruby, která je otočně uložena na čepu kola, přičemž kolo je upevněno k hlavě pomocí kolových šroubů a matic. (Gscheidle a kol., 2002) 3.2.1 Ráfky Do ráfku se vkládají pneumatiky, které s ním musí být pojeny tak, aby tyto dvě části kola zajišťovaly přenos svislých, bočních a obvodových sil a zároveň, aby nedocházelo k pohybu mezi pneumatikou a ráfkem. (Vlk, 2000) V závislosti na typu pneumatiky a automobilu mají v průřezu různý tvar. Tvar ráfku je důležitý pro dosedací plochu patky pneumatiky. Patka pneumatiky zajišťuje dokonalé spojení ráfku s pneumatikou při působení tlaku. Zmíněné konstrukční řešení má velký 22
význam pro přesné vedení a přilnutí pneumatiky k ráfku a to zejména v zatáčkách, kdy dochází přes pneumatiky k značnému přenosu odstředivé síly. Z hlediska konstrukce dělíme ráfky na jednodílné nebo vícedílné a na prohloubené nebo ploché. Speciální konstrukcí pro litá (hvězdicová) kola jsou ráfky Trilex. (Motejl a kol., 2004) Jednodílné ráfky Jedná se o ráfky prohloubené, používané u osobních automobilů (symetrické, asymetrické), nebo nákladních automobilů a autobusů (s kuželovou dosedací plochou). Tím, že je ráfek vyroben z jednoho kusu, musí mít ve střední části prohloubení umožňující zatlačení patky při montáži či demontáži. U ráfků používaných pro bezdušové pneumatiky musí být na konci ramen, blízko prohloubení, provedeno po obvodu určité bezpečnostní převýšení. Toto převýšení může být buď oblého tvaru, tzv. Hump nebo plochého tvaru, tzv. Flat Hump. Účelem těchto převýšení je, aby nedocházelo při rychlé jízdě v zatáčce k vtlačování patky pneumatiky do prohloubení vlivem bočních sil. Kuželové dosedací plochy prohloubených ráfků mají sklon 15 °, čímž je po nahuštění patka pneumatiky přitlačována na ramena ráfku zvětšenou silou. (Jan & Ždánský, 2000) a)
b)
Obr. 16 a) symetrický ráfek, b) asymetrický ráfek (Jan & Ždánský, 2000)
Obr. 17 Prohloubený ráfek s kuželovou dosedací plochou (Jan & Ždánský, 2000)
Vícedílné ráfky Jedná se o ráfky ploché, které mohou být dvoudílné, třídílné a čtyřdílné. Nejčastěji používanou konstrukcí jsou ráfky třídílné. Tento ráfek se sestává z části základní, postranního kruhu a rozříznutého závěrného kruhu. Dosedací plochy mají na okrajích 23
úkos 5 °. Postranní a závěrný kruh tvoří jedno rameno okraje ráfku a tím umožňují snadnější montáž a demontáž. (Jan & Ždánský, 2000)
Obr. 18 Vícedílné ráfky: a) dvoudílný, b) třídílný, c) čtyřdílný pro bezdušové pneumatiky (Vlk, 2000)
Ráfky Trilex Jejich použití se vyskytuje v oblasti litých (hvězdicových) kol. Samotný ráfek je tvořen třemi segmenty, které do sebe vzájemně zapadají. Jednotlivé segmenty jsou k hvězdici připevněny šrouby a po nahuštění pneumatiky jsou drženy pohromadě díky působení tlaku. (Jan & Ždánský, 2000)
Obr. 19 Ráfek Trilex (Jan & Ždánský, 2000)
3.2.2 Značení ráfků Značení je normalizováno a uvedeno výrobcem na každém ráfku. Ráfek je určen jmenovitou šířkou v anglických palcích, jmenovitým průměrem v anglických palcích a velikostí zálisu v milimetrech. Zális nám udává vzdálenost vnitřní dosedací plochy kola od středu ráfku. Zális je pozitivní, pokud je vnitřní plocha kola posunuta vně vzhledem 24
ke středu ráfku, nebo negativní při posunutí plochy kola ke středu ráfku směrem dovnitř. (Jan & Ždánský, 2000)
Obr. 20 Znázornění zálisů (Gscheidle a kol., 2002)
Jednodílné ráfky Pro osobní automobily je značení prohloubených symetrických ráfků následující: 13
x
5
J
-
S
13 - průměr ráfku v palcích x - označení pro jednodílný ráfek 5 – šířka ráfku v palcích J – tvar okraje ráfku S – symetrický ráfek
Pokud se jedná o prohloubený ráfek asymetrický, není zde žádné přídavné označení (př. 13 x 5 J) a jednotlivé značky nabývají stejného významu jako u ráfků symetrických. Pro nákladní automobily s prohloubeným ráfkem s kuželovou dosedací plochou je značení následující: 8,25
x
8,25 – šířka ráfku v palcích
22,5
x – označení pro jednodílný ráfek 22,5 – průměr ráfku v palcích Jedna se o ráfky se sklonem dosedacích ploch 15 ° pro uložení pneumatiky. (Vlk, 2000)
25
Vícedílné ráfky Rozdíl ve značení oproti ráfkům jednodílným je ten, že místo křížku „x“ je u vícedílných ráfků používána pomlčka „-“. Pro nákladní automobily je značení ráfků podélně dělených následující: 8,0
-
8,0 – šířka ráfku v palcích
20
,,-“ označení pro vícedílný ráfek 20 – průměr ráfku v palcích (Vlk, 2000) 3.2.3 Kola disková Tento typ kol je používán jak u osobních, tak i nákladních vozidel. Disky jsou vyráběny lisováním z ocelových plechů a jsou s ráfkem spojeny nýtováním nebo svařováním. Disk bývá opatřen otvory různých tvarů, snižujících hmotnost kola a zlepšujících chlazení, zejména u brzd. Mohou být konstrukčně provedena také jako disková kola odlitá z lehkých slitin, zpravidla hliníku. (Jan & Ždánský, 2000) a)
b)
Obr. 21 a) diskové kolo (www.amd-autodily.cz), b) kolo z lehkých slitin (www.alu-kola.prodejce.cz)
3.2.4 Kola litá Někdy je také můžeme označovat jako kola hvězdicová. Ráfek a disk jsou u této konstrukce odlity ze speciální slitiny jako jeden blok s tvarem připomínajícím hvězdici. Hvězdice bývá obvykle řešena jako šestiramenná. Jako materiálu je využíváno slitin hliníku. Kola jsou vyráběna práškovou metalurgií. Mezi výhody řadíme vyšší vyváženost kola proti rozkmitu, pružnost, lepší chlazení vlastního kola a brzd. 26
Nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady narozdíl od diskových kol vyráběných lisováním. (Motejl a kol., 2004)
Obr. 22 Lité kolo (www.daruj.biz)
3.2.5 Kola drátová Spojení ráfku se středovou osou disku je zajištěno pomocí drátů. Jsou vyráběny s hlavou nebo přírubou. Pokud se jedná o konstrukční provedení s hlavou, má kolo dvojitý střed. Při demontáži zůstává vnitřní část (hlava) na otočném čepu a vnější část se nasouvá na hlavu a upevňuje pomocí matice. Této konstrukce lze využít při námi požadované rychlé výměně kol. Dráty jsou namontovány ve více řadách. Výhodami je malá hmotnost, větší pevnost a pružnost celé konstrukce kola. Bohužel tato dobrá vlastnost je negativně ovlivněna zvýšenými náklady na údržbu a to hlavně na centrování a čištění kola. Tato konstrukce kol se používá výhradně u motocyklů. (Motejl a kol., 2004)
Obr. 23 Drátové kolo (www.motohanz.cz)
3.2.6 Kola plastová Tuto světovou novinku představila v roce 2011 společnost BASF společně s firmou Smart na Mezinárodním automobilovém veletrhu ve Frankfurtu nad Mohanem. Automobil Smart Forvision je prvním vozem, který se může pyšnit koly z termoplastického plastu. Tato konstrukce kol byla vyvinuta kvůli stále se zvyšujícím 27
požadavkům kladeným na snižování hmotnosti automobilu. Nejen, že mají plastová kola BASF identické technické vlastnosti, jako kola z kovu, ale jsou také o 3 kg lehčí (o 30 %), než kola klasická. Hmotnostní úspora u osobních vozidel tak v součtu všech kol činí 12 kg, čímž dochází ke snížení spotřeby paliva. U elektromobilů, což je případ Smartu Forvision vede tato konstrukce také ke zvýšení dojezdu vozidla. Materiálem pro výrobu plastových kol je nový polyamid Ultramid Structure od firmy BASF. Jedná se o velmi pevný kompozitní plast Ultramid vyztužený dlouhými vlákny. Díky vyztužení má schopnost odolávat obzvláště vysokým zatížením – může nahrazovat dokonce kov, a to všude tam, kde jsou kladeny vysoké nároky na spotřebu energie, např. u tlumičů, konstrukcí sedadel, nosičů baterií, ložisek motorů a dalších konstrukčních prvků. Produkt firmy BASF byl již řádně testován a v nejbližší době může začít jeho sériová výroba. (www.basf.cz, 2011)
Obr. 24 Plastové kolo firmy BASF (www.basf.cz)
4
MATERIÁLY PRO VÝROBU KOL A PNEUMATIK A JEJICH TECHNOLOGIE VÝROBY
4.1 Suroviny a polotovary pro výrobu pneumatik Patří mezi významné faktory, které ovlivňují jakost pneumatiky. Základním předpokladem pro splnění požadované životnosti pneumatiky, bezpečné a pohodlné jízdy je kvalita surovin a polotovarů. Hlavními surovinami pro výrobu plášťů pneumatik jsou kaučuk, přísady do kaučukových směsí, kordy a tkaniny z přírodních a chemických vláken, ze skla a z oceli, ocelové dráty a lana. (Marcín & Zítek, 1985)
28
4.1.1 Kaučuk Tvoří hlavní složku kaučukových směsí. V gumárenském průmyslu se používá jak přírodního, tak i syntetického kaučuku. (Marcín & Zítek, 1985) Přírodní kaučuk Přírodní kaučuk je produkován kaučukovými stromy a keři, které se vyskytují především v tropických oblastech. Těží se ve formě latexu na kaučukových plantážích. Většina latexu je zpracovávána přímo na plantážích na běžné druhy kaučuku, menší část je dopravována ve formě latexu ke spotřebitelům. Latex je látka získávaná z kaučukových stromů či keřů naříznutím kůry šikmým řezem a sbírá se do polyethylenových sáčků a nádobek. V gumárenském průmyslu se využívá uzeného kaučuku (Smoked sheets), přírodního kaučuku z Malajsie (Standard Malaysian Rubber SMR) a přírodního kaučuku z Indonésie (Standard Indonesian Rubber – SIR). Uzený kaučuk je dopravován do gumárenských závodů v podobě krychlových balíku o hmotnosti kolem 100 kg. Přírodní malajsijský kaučuk využívá výrobní způsob spočívající v mechanickém nebo chemickém převedení koagulovaného kaučuku na drobné částečky. Kaučuk se pak suší teplým vzduchem ve formách s děrovaným dnem. Vysušená drť se následně balí do polyethylenových fólií. Přírodní indonéský kaučuk se získává stejným způsobem jako malajsijský. (Marcín & Zítek, 1985) Syntetický kaučuk Je nepostradatelnou součástí gumárenského průmyslu hlavně kvůli omezenému množství kaučuku přírodního. Má také velký význam v tomto průmyslu díky fyzikálně mechanickým vlastnostem, které umožňují jeho dobré uplatnění v jednotlivých částech pláště pneumatiky. Mezi kaučuky, které se používají k výrobě pneumatik řadíme butadien-styrenový kaučuk (SBR), isoprenový kaučuk (IR), butadienový kaučuk (BR), ethylen-propylenový terpolymer (EPDM) a butylkaučuk (IIR). Butadien-styrenový kaučuk vyrábí v ČR společnost Unipetrol (dříve pod názvem Chemopetrol). Jednotlivé vzorky kaučuku podléhají normám, které musí být dodržovány a testovány tahovými zkouškami. Dodává se ve formě balíků v polyethylenových fóliích. Používá se u pneumatik pro osobní automobily a motocykly. Isoprenový kaučuk se používá prakticky ve všech částech pláště pneumatiky obvykle v kombinaci s kaučukem přírodním. Používá se u pneumatik pro osobní automobily a motocykly. Butadienový kaučuk je 29
vhodný především pro přípravu běhounových směsí díky své velké odolnosti proti oděru. Pokud je ovšem v pneumatice velký podíl tohoto kaučuku může docházet ke snížení adheze pneumatiky k vozovce. Používá se u pneumatik pro osobní automobily a motocykly. Ethylen-propylenový kaučuk má velmi dobrou tepelnou a chemickou odolnost. Díky těmto vlastnostem jej lze využít k přípravě směsí pro bočnice plášťů pneumatik. Používá se u pneumatik pro nákladní automobily a zemědělské stroje. Butylkaučuk se vykazuje malou propustností plynů. Vzhledem k této významné vlastnosti se používá pro výrobu duší. (Marcín & Zítek, 1985) 4.1.2 Přísady do kaučukových směsí Do této skupiny řadíme vulkanizační činidla, urychlovače a retardéry vulkanizace, aktivátory vulkanizace, ztužovadla, antidegradanty, změkčovadla a ostatní přísady. Složení kaučukových směsí pro jednotlivé části pláště pneumatiky je řízeno obecnými zásadami pro skladbu kaučukové směsi s přihlédnutím k podmínkám výrobního závodu na pneumatiky. (Marcín & Zítek, 1985) Vulkanizační činidla Nejčastěji používaným činidlem je síra, občas se k vulkanizaci používá také pryskyřice. Síra je používána mletá v krystalické formě, nebo ve formě polymeru, kdy je síra označována jako nerozpustná. Síra se vyznačuje dobrou rozpustností, která u kaučuku závisí na jeho teplotě a struktuře. Při částečném rozpouštění síry dochází k jevu zvanému „vykvétání“ síry. Tento jev je nežádoucí, neboť způsobuje nižší soudržnost polotovarů s následnými poruchami v kvalitě pneumatiky. Vykvétání síry lze částečně ovlivnit pomalým ochlazováním síry, která se z kaučuku vylučuje ve formě hrubších krystalků a tím dochází ke zmírnění výše zmíněného jevu. Síra je v množství 2 % rozpouštěna v přírodním kaučuku za běžných teplot. Při teplotách dosahujících až 100 °C je její hodnota kolem 7 %. (Marcín & Zítek, 1985) Reaktivní pryskyřice používané jako vulkanizační činidlo zajišťují při vulkanizaci pryže odolnost vůči vysokým teplotám. (Marcín & Zítek, 1985) Urychlovače a retardéry vulkanizace Urychlovače
vulkanizace
výrazně
zkracují
vulkanizační
dobu
v souladu
s požadavky na průmyslovou výrobu. Ve výrobě pneumatik převládá konvenční způsob 30
urychlování, kdy je poměr urychlovače k síře přibližně 1:2, podle zvyklostí jednotlivých výrobních závodů. Rozlišujeme urychlovače pomalé, rychlé, velmi rychlé a ultra rychlé. Mezi nejdůležitější patří 2-Merkaptobenzothiazol, jehož výsledkem jsou vulkanizáty odolné vůči stárnutí a skupina urychlovačů zvaná Sulfenamidy. (Marcín & Zítek, 1985) Retardéry vulkanizace jsou důležitou přísadou do kaučukových směsí. Zvětšují zpracovatelskou bezpečnost zpomalením vulkanizace. Jedná se obvykle o látky kyselé povahy jako kyselina salicylová a anhydrid kyseliny ftalové. (Marcín & Zítek, 1985) Aktivátory vulkanizace Nejčastěji používaným aktivátorem je oxid zinečnatý označovaný jako zinková běloba. Má významný vliv na tvorbu sítě, kdy síťovací účinnost roste vlivem oxidu zinečnatého až na pětinásobek. (Marcín & Zítek, 1985) Antidegradanty (antioxidanty, antiozonanty) Mají značný vliv na životnost pneumatik. Nejčastěji používaným antioxidantem je fenyl-β-naftylamin
(PBN).
Nejpoužívanější
antiozonanty
jsou
deriváty
p-
fenylendiaminu. Antiozonanty vyžadují správné dávkování, protože pod spodní hranicí (1 dsk= 1 hmotnostní díl přísady na 100 hmotnostních dílů použitého kaučuku) nejsou účinné. (Marcín & Zítek, 1985) Parafín Vytváří jemnou ochrannou vrstvu proti ozonovému stárnutí, je tuhý s krystalickým lomem a charakteristickým zápachem. (Marcín & Zítek, 1985) Pryskyřice Jsou přísadami některých kaučukových směsí vedoucích k zlepšení lepivosti směsi. Nejčastěji používanou pryskyřicí je pryskyřice kumaronová a kalafuna. (Marcín & Zítek, 1985) Triumf Změkčovadlo Triumf je homogenní viskózní olej, získávaný jako extrakt při selektivní rafinaci. Vyrábí se pouze jeden druh a ve výrobě pneumatik je používán jako změkčovadlo. (Marcín & Zítek, 1985) 31
Saze Saze mají příznivý vliv na fyzikální vlastnosti vulkanizátu, zejména na jeho pevnost a odolnost proti opotřebení. Díky praktickým zkušenostem je chemikům zabývajícím se výrobou pneumatik umožněno přesně učit druh a množství sazí pro receptury běhounových, bočnicových, kostrových a nárazníkových směsí, tak jako pro směsi ostatní. Výroba sazí se uskutečňuje nedokonalým spalováním olejů a plynů ve speciálním zařízení. Rozlišujeme saze kanálové, retortové a termické. Mezi vlastnosti kanálových sazí patří jejich těžká, střední a snadná zpracovatelnost. U retortových jsou vlastnosti rozšířenější, mezi ně patří snadná vytlačovatelnost, odolnost proti opotřebení a možnost všeobecného použití. Termické saze jsou středně nebo jemně termické. (Marcín & Zítek, 1985) 4.1.3 Výztužné materiály Ve výrobě pneumatik mají významný úkol technická vlákna a tkaniny sloužící jako ochranné a výztužné materiály pro kostru a patku pláště pneumatiky. Mají velký význam z hlediska funkčních vlastností pneumatiky, zejména na pohodlnost a bezpečnost jízdy a na životnost pneumatiky. Mezi výztužné materiály patří bavlna, která je používána pro jízdní kola. Viskóza je používána jak pro motocykly, tak i pro osobní a nákladní automobily. Syntetická vlákna jsou užívána u jízdních kol, motocyklů, osobních a nákladních automobilů, traktorů a zemědělských vozidel. Dále se jedná o vlákna skleněná užívaná pro pláště pneumatik osobních a nákladních vozidel a vlákna hutnická používaná pro pláště pneumatik osobních, nákladních a traktorových vozidel. S ohledem na konstrukce výztužných a ochranných materiálů ve výrobě pneumatik jsou používány kordy, kordové tkaniny a ségly. Kordová niť je hrubá skaná niť vzniklá spletením dvou nebo více skaných přízí z přírodních nebo syntetických materiálů. Zákrut jednotlivých přízí je volen podle požadavků na technické vlastnosti kordu. Kordová tkanina je vyráběna tkaním kordových nití. (Marcín & Zítek, 1985) Viskózové a polyamidové kordové tkaniny Jejich výroba je technicky náročná a zahrnuje technologické operace jako je skaní přízí, snování, tkaní kordových a séglových tkanin a dodatečná tepelná úprava. Skaní přízí se provádí ve skárnách na skacích strojích, které jsou kroužkové, dvouzákrutové a přímoskací. Na těchto strojích se dosahuje vysoké produktivity práce a jakosti výrobků. 32
Výsledkem skaní jsou zlepšené dynamické vlastnosti kordu a nižší pokles pevnosti při dynamickém namáhání kordu pneumatiky při jízdě. Nevýhodou je zvýšená tažnost a nepříznivý vliv na statickou pevnost kordu pří vyšším zákrutu. Snováním dochází k vyrovnávání pnutí jednotlivých kordů. Tkaní kordových a séglových tkanin se provádí pomocí tkalcovských stavů. Účelem tkaní je zajistit rovnoměrné rozdělení jednotlivých osnovních nití pro další operace. Nezbytnou operací u polyamidových kordů je dodatečná tepelná úprava, jelikož se za tepla deformují. Na zařízeních pro dodatečnou tepelnou úpravu jsou kordy a ségly nejdříve impregnovány vodnou disperzí latexu a pryskyřice, aby byla zajištěna požadovaná adheze ve spojení polyamidu s pryží. (Marcín & Zítek, 1985) Polyesterové kordové tkaniny Tyto tkaniny mají v průmyslu zabývajícím se výrobou pneumatik jen omezené využití. U nás jsou požity například při výrobě klínových řemenů. (Marcín & Zítek, 1985) Skleněné kordové tkaniny Tento typ tkanin má omezené použití tak jako tkaniny polyesterové a už v dřívějších dobách bylo od jejich užívání upuštěno. (Marcín & Zítek, 1985) Ocelové kordy Ocelové kordy jsou využity ve výrobě plášťů pneumatik. Řešení konstrukce plášťů pneumatik se jeví jako efektivní a to především díky vynikajícím vlastnostem, které lze díky kordům dosáhnout a také proto, že materiálem pro výrobu kordů je ocel, kterou lze zajistit vlastní výrobou. Kvalita ocelových kordů je závislá především na vlastnostech oceli, z které jsou vyráběny. Základním polotovarem k výrobě kordů je zpravidla ocelový drát o průměru 6 mm. Pro gumárenský průmysl se většinou využívají vlákna o průměrech 0,15, 0,175 a 0,22 mm, přičemž platí, že vlákna základní oceli o menším průměru mají lepší dynamické vlastnosti, než vlákna o větším průměru. Vysokotažné kordy jsou vhodné pro výztužné pásy pneumatik nákladních vozidel, nebo pro rychlostní pneumatiky. (Marcín & Zítek, 1985)
33
Obr. 25 Konstrukce ocelových kordů (Marcín & Zítek, 1985)
4.2 Výroba plášťů pneumatik Jedná se o souhrn základních technologických vlastností, mezi které patří příprava kaučukových směsí, příprava polotovarů vytlačováním a válcováním, konfekce plášťů pneumatik, lisování a vulkanizace, úprava zvulkanizovaných plášťů pneumatik a jejich skladování. Je však velmi důležité, aby součásti všech základních technologických procesů prošly kontrolní činností, která má za cíl zajistit dosažení předepsaných parametrů. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.1 Příprava přírodního a syntetického kaučuku Kvalita kaučuku je významným činitelem při výrobě kaučukových směsí. Ze skladu kaučuku nebo z ohřívací komory je kaučuk dopravován k sekacím strojům pomocí pásových, válečkových nebo podvěsných dopravníků. (Marcín & Zítek, 1985) Gilotinový (vertikální) sekací stroj Stroj je tvořen mohutným, svisle uloženým nožem, který je poháněn elektricky nebo hydraulicky a pohybuje se v rámu. Obsluha stroje zatlačí balík kaučuku na pomocný stolek z válečků pod nožem. Sešlápnutím pedálu nebo stisknutím tlačítek je nůž uveden do chodu, čímž dojde k rozseknutí kaučuku na dva, popř. tři díly, jedná-li se o nůž ve tvaru písmene T. Množství a velikost nasekaných kusů závisí především na hmotnosti jednoho balíku. (Marcín & Zítek, 1985) Hvězdicový sekací stroj Stroj je tvořen kruhovým lože, ve kterém jsou nože rozmístěny ve tvaru hvězdice, a které je uloženo v lyžinách sekacího stroje. Posuv kruhového lože je zajištěn pomocí hydrauliky horizontálně proti balíku kaučuku, který je umístěn na plošině a opřen o 34
desku sekacího stroje. U tohoto typu sekacího stroje se výrazně zvyšuje produktivita práce, neboť při styku balíku s jednotlivými noži dochází k jeho rozseknutí na deset dílů najednou. Hvězdicový sekací stroj je velice výkonný, ale je citlivý na tvrdost kaučuku. Proto je velmi důležité, aby byl kaučuk dostatečně prohřátý a tím pádem kladl co nejmenší odpor pří sekání a nedošlo k poškození nožů stroje. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.2 Zařízení pro plastikaci kaučuku a přípravu kaučukových směsí Plastikace je jako základní proces uskutečňován v přípravně směsí, která bývá obvykle umístěna ve vícepodlažní budově. Dříve byly využívány přípravny směsí s ručním navažováním přísad, v dnešní době jsou již ve velké míře automatizovány. (Marcín & Zítek, 1985) Plastikace kaučuků a příprava kaučukových směsí na dvouválcových kalandrech Dvouválcové kalandry slouží k plastikaci malého množství kaučuku a k přípravě malého množství směsí, zejména pro laboratorní, poloprovozní a speciální účely. Rám je litinový, masivní, s kotvícími šrouby. Válce jsou leštěné odolávající tvrdosti min. 500 dle Brinella a jsou vyrobeny z ocelolitiny. Zařízení pro regulaci štěrbiny je elektrické a je opatřeno tlačítky pro spuštění, zastavení a regulaci štěrbiny. Dvouválcové kalandry lze používat v kombinaci s hnětacími stroji. Plastikace přírodního kaučuku probíhá tak, že se nejdříve kaučuk protáhne štěrbinou mezi válci, aby došlo ke vzniku tenké fólie. Potom se štěrbina zvětší a kaučuk se opásá na předním válci. Důkladným prořezáváním se kaučuk homogenizuje a průchodem štěrbinou mezi válci se zmenšuje jeho relativní molekulová hmotnost. Plastikovaný kaučuk se odřezává ve formě desek nebo pásku a izoluje se klouzkem. Technologický proces je málo efektivní a časově náročný. (Marcín & Zítek, 1985) Plastikace kaučuků a příprava kaučukových směsí v hnětacích strojích Hnětací stroje jsou nejpoužívanějším zařízením k plastikaci a přípravě kaučukových směsí. Rám hnětacího stroje je litinový a díky své velké hmotnosti zajišťuje dokonalé usazení stroje. Komora je opatřena otvory pro umístění hnětadel, jejichž axiální a radiální poloha je vymezena válečkovými ložisky. Ve stěně komory je hnětadlo opatřeno těsnícím labyrintovým systémem, který zajišťuje, aby nedocházelo k úniku přísad, kaučuku nebo kaučukových směsí z komory hnětacího stroje. Hnětadla jsou válce, které mají profil vytvořený pomocí šikmo uspořádaných hran a otáčejí se proti 35
sobě rozdílnou obvodovou rychlost (tzv. frikcí). Tím, že mají jednotlivá hnětadla rozdílné otáčky, dochází k lepšímu hnětení směsi. (Marcín & Zítek, 1985) Plastikace přírodního kaučuku je výsledkem interakce tří hlavních činitelů, jimiž jsou vzdušný kyslík, mechanická práce hnětadel a teplota. Plastikační proces probíhá rychle v rozmezí od 1 do 3 minut. Po vhození na kusy nasekaného kaučuku předepsané velikosti se do komory hnětacího stroje přidá plastikační činidlo a spustí se horní přítlačný klín. Po uplynutí předepsané doby se plastikovaný kaučuk vypustí z komory hnětacího stroje do násypky vytlačovacího stroje nebo na dvouválcový kalandr. (Marcín & Zítek, 1985) Příprava kaučukových směsí probíhá v jednom, ve dvou, popř. třech stupních. Při jednostupňové přípravě kaučukové směsi je potřebné množství kaučuku odváženo a po krátkém rozpracování jsou přidávány jednotlivé přísady. Výjimkou je síra, kterou je nutno domíchat do směsi na dvouválcových kalandrech. Při dvoustupňové přípravě je nejdříve připravován první stupeň při teplotě kolem 150 °C. Jedná se obvykle o elastomer obsahující všechny přísady kromě síry. Přidávání přísad probíhá obdobně jako u jednostupňového hnětení. Dochází zde k tvorbě předsměsí, které jsou vypouštěny z hnětacího stroje na dvouválcový kalandr a převáděny do forem pásů. Druhý stupeň je připravován z dobře vychlazené předsměsí, která je nejdříve rozpracována v hnětacím stroji. Po dosažení požadované plasticity se přidá vulkanizační činidlo. Při tomto postupu je nutno dodržovat teplotu v rozmezí kolem 100 až 110 °C, aby nedošlo po přidání vulkanizačního činidla k znehodnocení kaučukové směsi navulkanizací. Při třístupňové přípravě je postup rozdělen do tří částí, přičemž poslední částí je přidávání síry. Kaučuková směs je vytlačována ve tvaru pásu pomocí chladícího systému wig-wag , nebo jiným způsobem. (Marcín & Zítek, 1985) Zařízení pro přípravu kaučukových směsí ve šnekových hnětacích strojích Šnekový hnětací stroj je určen ke kontinuální přípravě kaučukové směsi. Celý proces probíhá v komoře, kde jsou šnekem do elastomeru vmíchávány přísady, a průchodem komorou stroje je směs homogenizována. (Marcín & Zítek, 1985)
36
Zkoušení kaučukových směsí Kontrola vlastností směsí během přípravy je nezbytnou podmínkou pro výrobu směsí. Mezi obvykle zjišťované vlastnosti kaučukových směsí patří plasticita, reologické vlastnosti a vulkanizační křivka. (Marcín & Zítek, 1985) Plasticita kaučukových směsí udává stupeň deformovatelnosti kaučukových směsí vlivem napětí. Plasticita má také velký význam pro plynulou zpracovatelnost. Je hodnocena v elastomerech Defo, Mooney a Williams. Měření je prováděno v oblastech malých deformací, které se liší od deformací, kterým kaučuková směs podléhá při zpracování. (Marcín & Zítek, 1985) Vulkanizační křivka vyjadřuje průběh síťovacího procesu a je mimořádně důležitá pro vedení výrobních procesů. Pokud známe její průběh, je nám umožněno provádět nezbytné úpravy ve složení. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.3 Zařízení na výrobu polotovarů Zařízení pro vytlačování kaučukových směsí Slouží výhradně k přípravě polotovarů pro mnoho různých gumárenských výrobků, jako např. dopravní pásy, autopláště, technickou pryž atd. Jsou používány také v přípravnách pro kaučukové směsi, kde jsou doplňujícím zařízením hnětacích strojů. Rozlišujeme tři konstrukce vytlačovacích strojů a jsou to vytlačovací stroje šnekové, pístové a diskové. Tímto způsobem jsou vyráběny běhouny pneumatik. (Marcín & Zítek, 1985) (www.web.ft.utb.cz, 2009) Pístové vytlačovací stroje jsou v současné době využívány pouze výjimečně. Jedná se o diskontinuální vytlačování materiálu pomocí pístu. Tento princip vytlačování je používán při přetlačování a někdy i při vstřikování kaučukových směsí. (Maláč, 2005)
37
Obr. 26 Pístový vytlačovací stroj (Kuta, 1999)
Šnekové vytlačovací stroje (extrudery) jsou nejpoužívanějším strojem ke zpracování kaučukových směsí. Skládají se z kapalinou temperovaného pouzdra šneku, ve kterém se otáčí temperovaný šnek. Pouzdro pomáhá šneku při pohybu materiálu vpřed a umožňuje i částečné řízení teploty. Na jednom konci pouzdra se nachází násypka, na druhém vytlačovací hlava držící vytlačovací hubici. Prostřednictvím hubice je materiál vytlačován a získává požadovaný tvar. Konstrukčně jsou prováděny jako jednošnekové, dvoušnekové a vícešnekové s centrálním šnekem nebo bez. (Maláč, 2005) (Dvořák, 2011)
Obr. 27 Schéma šnekového vytlačovacího stroje (Maláč, 2005)
Mezi důležité konstrukční charakteristiky vytlačovacích strojů patří poměr mezi délkou šneku a jeho průměrem (L/D). Při nízkých hodnotách L/D (např. 6:1) používáme vytlačovací stroje zásobované teplou směsí a při větších hodnotách L/D (např. 12:1) používáme stroje zásobované studenou směsí. Poměr 12:1 lze také uvádět jako 12 D. V současné době jsou v gumárenské technologii využívány šneky až s 24 D. (Maláč, 2005) 38
Do extruderů zásobovaných teplou směsí vstupuje materiál s relativně nízkou viskozitou a do extruderů zásobovaných studenou směsí přichází směs o pokojové teplotě, jejíž viskozita je relativně vysoká. Na šneky je v gumárenské výrobě kladeno několik požadavků. Teplota směsi by se po délce šneku neměla příliš zvyšovat, na konci šneku by měla směs být mechanicky i tepelně homogenní a výkon šneku by měl být co největší. (Maláč, 2005)
Obr. 28 Schéma šnekového vytlačovacího stroje se třemi šneky (Maláč, 2005)
Vytlačovací stroje diskové jsou založeny na Weissenbergově efektu, podmíněném visko-elastickými
vlastnostmi
zpracovávaného
materiálu.
Výkon
diskového
vytlačovacího stroje je závislý na průměru a tvaru disku, smykové rychlosti a druhu zpracovávaného polymeru. Diskové vytlačovací stroje jsou konstrukčně velmi jednoduché. Disk vytváří proti čelní desce štěrbinu, do které vstupuje materiál přes chlazenou násypku a účinkem elastických napětí se dopravuje v radiálním směru k hubici. Teplo potřebné k tavení vzniká v důsledku smykového namáhání materiálu ve štěrbině a je jej možné také dodávat topnými tělesy. (Lenfeld, 2009) Nevýhodou diskových vytlačovacích strojů této konstrukce jsou nízké vytlačovací tlaky, které lze v určitém rozsahu ovlivňovat změnou otáček disku nebo nastavením velikosti štěrbiny. Mezi výhody diskových vytlačovacích strojů patří rychlé dosažení plastikace polymeru při vysoké homogenitě taveniny a možnost zpracovávat práškové i granulované materiály. Tavenina se dá snadno odplynit a plastikační proces lze snadno ovládat. (Lenfeld, 2009)
39
Obr. 29 Pístový vytlačovací stroj (Lenfeld, 2009)
Zařízení pro válcování kaučukových směsí Válcování (kalandrování) je v gumárenské technologii používáno k přípravě přesně dimenzovaných plošných útvarů o různé tloušťce, k pogumování technických textilií a k nanášení vrstev kaučukových směsí na textil. Základním strojem pro válcování je víceválcový stroj zvaný kalandr. (Maláč, 2005) (Kuta, 1999) Kalandry mají 2 až 4 válce v různém uspořádání s možností přesného nastavení štěrbiny a frikce (rozdílné obvodové rychlosti) mezi jednotlivými válci. U moderních válců je používáno vlastního pohonu u každého z válců. Při válcování musí být kvůli nebezpečí navulkanizace používány nižší teploty, než je tomu u válcování plastů. Z tohoto důvodu vznikají mezi válci vysoké síly, a proto musí být konstrukce kalandrů v tomto ohledu robustnější. (Maláč, 2005) Dvouválcové kalandry jsou používány především ke zdvojování fólií. Jsou také vhodné k tažení pásů kaučukových směsí, které mohou být použity např. u podlahovin. Vzhledem k nižší kvalitě povrchu je jejich použití omezené. (Maláč, 2005) (Kuta, 1999)
Obr. 30 Schéma dvouválce (Maláč, 2005)
Kalandry tříválcové jsou používány především pro jednostranné nánosování textilu a válcování polotovarů z kaučukových směsí. (Kuta, 1999) 40
Obr. 31 Tříválcový kalandr (Maláč, 2005)
Čtyřválcové kalandry jsou v gumárenském průmyslu používány k oboustranným nánosům kordu a podle vzájemné polohy válců mohou být uspořádány ve tvaru písmen I, L, F a Z. V současné době se jedná o pravděpodobně nejpoužívanější typ díky svému univerzálnímu použití. (Kuta, 1999)
Obr. 32 Čtyřválcový kalandr (Maláč, 2005)
Víceválcové kalandry, především pětiválcové jsou využívány speciálně pro zpracovávání neměkčeného PVC užívaného na fólie. U tohoto typu kalandrů jsou válce uspořádány ve tvaru písmene L. (Kuta, 1999) 4.2.4 Zařízení pro nánosování kordů a tkanin Před použitím se kordová tkanina opatří oboustranným nánosem kaučukové směsi zajišťující pružné spojení jednotlivých kordových vrstev v kostře pláště pneumatiky. Tím dojde ke zlepšení pružnosti pneumatiky a při provozu zabrání jednotlivým kordovým vložkám, aby se dotýkaly jedna druhé, zabrání zahřívání vlivem střihových sil a tím porušení sítě pryže, čímž by mohlo dojít ke zničení pneumatiky. Proces přípravy nánosové tkaniny se provádí na víceválcových strojích. (Marcín & Zítek, 1985) Zařízení pro nánosování kordových tkanin U válcování je nutno dobře poznat celou linku, zejména její funkční odchylky. Dále je také třeba vyhodnotit vlastnosti kaučukové směsi, která bude na víceválcové lince
41
zpracovávána. Nejčastěji používáme tříválcové a čtyřválcové stroje. (Marcín & Zítek, 1985) Zařízení pro nánosování ocelových kordů Nános ocelových kordů se provádí obdobně jako u textilních kordů. Souprava je zde rozdílná v tom, že se nepracuje s tkaninou, ale jen s ocelovými kordy, jež se odvíjejí ze speciální cívečnice, čímž je dosaženo dokonalého napnutí ocelového kordu. Prostor, ve kterém se cívečnice nachází, musí být klimatizován, neboť by mohlo docházet ke srážení vlhkosti na kordových nitích. Rozložení nití ocelového kordu v nánosované tkanině je symetrické, což je mimořádně důležité pro kvalitu pneumatiky. Odřezávání kordu na konci soupravy je zajištěno speciálním rotačním nožem. (Marcín & Zítek, 1985) Zařízení pro nánosování ochranného patního textilu Ochranný patní textil se opatřuje nánosem na čtyřválcových kalandrech stejné konstrukce, jako je tomu u nánosování kordů. Nánosování můžeme provádět také na dvojici tříválcových kalandrů. Zde se kaučuková směs nanáší nejdříve na jednu stranu kordu na jednom tříválci a poté na druhou stranu na dalším tříválci. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.5 Zařízení pro řezání kordových tkanin Řezání kordových tkanin se provádí na řezacích strojích. Řezání je prováděno automaticky pomocí fotoelektrických článků nebo měřících vzduchových trysek. Používá se rotační nůž umístěný v rámu, po kterém se pohybuje. Pohon nože je zajištěn elektromotorem spojeným s nožem pomocí řetězu. Rozdíl mezi řezacími stroji pro radiální a diagonální pláště pneumatik je zejména v délce odtahového dopravníku, protože úhel řezu vložek pro oba typy plášťů je rozdílný. Kordové tkaniny viskózové a polyamidové je možno řezat na strojích pro řezání ocelových kordů, ale v opačném případě to možné není. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.6 Zařízení na výrobu bočnic Bočnice jsou vyráběny na vytláčecích strojích obdobnou technologií jako běhouny. V nenavulkanizovaném stavu mají tvar pásu odpovídající druhu a rozměru pneumatiky,
42
pro kterou jsou určeny. Na výrobu bočnic o menších rozměrech je možno použít čtyřválcové kalandry menších rozměrů. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.7 Zařízení na výrobu patních lan Lana z ocelového drátu jsou velmi důležitým polotovarem, jelikož slouží k vyztužení patky pláště pneumatiky. Jsou pevnostním prvkem a musí proto být z tohoto hlediska konstruována. Ve své podstatě se používají dva typy lan a to buď stříkaná, nebo vinutá. Stříkaná lana vznikají obstřikem drátů uložených vedle sebe a následným navinutím předepsaného počtu obstřikem vzniklých pásků. Vinutá lana vznikají spletením drátů, které jsou v tomto stavu opatřeny fólií kaučukové směsi, zajišťující adhezi vinutého lana v patce pláště. (Marcín & Zítek, 1985) 4.2.8 Konfekce plášťů pneumatik Konfekce surových plášťů pro automobily je řazena mezi nejsložitější konstrukce a to jak z hlediska potřebné přesnosti polotovarů, tak i jejich přesného umístění v surovém plášti. Konfekční díly jsou v průběhu přípravy konfekce dále tvarovány a tvářeny, často se tak děje těsně před vulkanizací ve vulkanizační formě. Podle funkce, rozměru a skladby konfekčních dílů rozlišujeme radiální a diagonální konstrukci plášťů. (Dvořák, 2011) Konfekce diagonálních plášťů Polotovary- konfekční díly se dle konfekčního předpisu postupně pokládají na plochu konfekčního bubnu, který se otáčí kolem své osy. Podle tvaru výsledné konfekce jsou konfekční bubny děleny na konfekční bubny pro plochou, polokulatou a kulatou konfekci. Plášť pneumatiky s diagonální konstrukcí je rozdílný oproti plášťům pneumatik s radiální konstrukcí ve způsobu provedení kostry a nárazníkové části. Kostra je tvořena jednotlivými kostrovými vložkami, které jsou na sebe kladeny střídavě. Tyto kostrové vložky jsou řezány pod úhlem 50-70 ° a střídavě konfekcionovány. Pod stejným úhlem jsou také orientovány kordy. Nárazníková část je složena z nárazníků, které jsou střídavě kladeny na hotovou kostru pod určitým úhlem. Konfekce pláště pneumatik s diagonální konstrukcí kostry se zhotovuje na sklopném pevném konfekčním bubnu. Šířka a průměr bubnu zůstávají během konfekce pláště stejné. (Dvořák, 2011)
43
U kulaté konfekce se celá konfekce pláště obvykle provádí na kovovém nebo pryžovém jádru, které se svým tvarem a velikostí téměř shoduje s vnitřními rozměry hotového pláště. Dnes se již ve výrobě nepoužívá. S tímto druhem konfekce je možno se setkat v protektorovnách. (Dvořák, 2011)
Obr. 33 Znázornění kulaté konfekce (Dvořák, 2011)
U polokulaté konfekce se zachovává tvar a poloha patek pláště ve stejném stavu, v jakém budou na hotovém plášti. Největší průměr kostry na konfekčním bubnu je o poznání větší, než průměr patek. Surový plášť, který je zhotoven na tomto konfekčním bubnu si zachovává tento tvar po celou dobu, než je vložen do vulkanizačního lisu. Zde se dosahuje konečných tvarů a rozměrů bombírováním surového pláště, tlakem pryžové membrány umístěné uvnitř konfekce, proti dutině formy. (Dvořák, 2011)
Obr. 34 Znázornění polokulaté konfekce (Dvořák, 2011)
U ploché konfekce se používá různých tvarů konfekčních bubnů, na kterých jsou vyráběny kostry autoplášťů s největším průměrem téměř shodným s průměrem patek. 44
Surový plášť zachovává válcový tvar po celou dobu, než se vloží do formy vulkanizačního lisu, tak jako u polokulaté a ploché konfekce. Při bombírování surového pláště ve vulkanizačním lisu dochází k přetáčení patek o více než 90 °. Konfekce patky se otáčí kolem patního lana zachovávajícího si svoji původní polohu. Toto otáčení patky je pro plochý způsob konfekce charakteristické, a proto se tento způsob dále nedělí na poloplochou a plochou konfekci. (Dvořák, 2011)
Obr. 35 Znázornění ploché konfekce (Dvořák, 2011)
Konfekce radiálních plášťů Surový plášť radiální konstrukce má tvar podobající se zvulkanizovanému plášti. Toto je zásadní rozdíl v porovnání s plášti diagonálními, kde je tvar plochý - válcový. U pláště s radiální konstrukcí se bombírování uskutečňuje přímo na konfekčním stroji. Vložky kostry jsou řezány pod úhlem 90 °. Ve stejném úhlu je provedena i orientace kordů. U konfekcí plášťů s radiální konstrukcí se šířka a průměr konfekčního bubnu během konfekcionování kostry pláště mění. Podle celkové skladby konfekce plášťů s radiální konstrukcí rozlišujeme konfekci jednostupňovou, jedenapůlstupňovou, dvoustupňovou a vícestupňovou. (Dvořák, 2011)
Základem jednostupňové konfekce je, že všechny díly (polotovary) pláště jsou kladeny na sebe podle předem vypracovaného technologického postupu na konfekčním bubnu. Konfekce surového pláště je časově náročná, což se projevuje v hlavním čase produkce. (Dvořák, 2011) U jedenapůlstupňové konfekce je skladba pláště rozdělena do dvou pracovních míst. Na konfekčním bubnu se spojí kostrové vložky s bočnicemi a patními lany. Takto vytvořený obal, je přenášecím zařízením přenesen do příčné osy konfekčního bubnu, kde dochází k vybombírování hotové kostry pláště. Na bubnu obalu pak probíhá konfekce nárazníku s běhounem. Po zaválení běhounu zavalovacím zařízením je 45
konfekce pláště ukončena. Konfekce surového pláště je časově méně náročná než u jednostupňové, což vede k vyšší produkci v hlavním čase produkce. Konfekční bubny jsou více spolehlivé a méně složité. (Dvořák, 2011)
Obr. 36 Znázornění jedenapůlstupňové konfekce (Dvořák, 2011)
Dvoustupňová konfekce surového pláště je uskutečňována na dvou samostatných konfekčních strojích. Konfekční stroj, na kterém se zhotovuje 1. stupeň konfekce kostry pláště obsahuje konfekční buben používaný pro plochou konfekci. Kostra pláště zhotovená na tomto bubnu má uzavřené zaválené patky s patními lany. Po ukončení 1. stupně konfekce je kostra upnuta na bombírovací konfekční buben pro konfekci 2. stupně. Konfekční stroj má také buben obalu, na který je pokládán nárazník a běhoun. Takto zhotovený obal je přenášecím zařízením přenesen do příčné osy konfekčního bubnu, kde dochází k vybombírování upnuté kostry do obalu. Po zaválení běhounu zavalovacím zařízením dochází k ukončení konfekce pláště. Tento způsob konfekce je časově méně náročný než u jednostupňové konfekce. Konfekční bubny jsou jednodušší a spolehlivější, než u jedenapůlstupňové konfekce. (Dvořák, 2011)
Obr. 37 Znázornění dvoustupňové konfekce (Dvořák, 2011)
46
Vícestupňová konfekce se využívá u velkých nákladních a off-roadových plášťů pneumatik. Na stroji 1. stupně se postupně naloží ze zásobníku vnitřní guma s patními pásky a kostrová vložka. Přenášecí kleštiny přenesou zhotovený 1. stupeň konfekce pláště na sklopný konfekční buben konfekčního stroje 2. stupně. Na něm je provedena konfekce patních lan a položení bočnicové konfekce. Poté je 2. stupeň konfekce surového pláště přemisťován přenášecím zařízením zavěšeným na podvěsné dráze na vydouvatelný (bombírovací) konfekční buben 3. stupně. Mezi tím dochází na konfekčním bubnu obalu k naskládání jednotlivých pásů nárazníku a běhounu. Po zhotovení kostry obalu, je konfekce přenesena přenášecím zařízením obalů do příčné osy bubnu, kde nastává její vybombírování do již upnuté konfekce pláště 2. stupně. Po zaválení běhounu zavalovacím zařízením dojde k ukončení konfekce pláště. Skladba surového pláště pneumatik je časově méně náročná než u jedenapůlstupňové a dvoustupňové konfekce, což zaručuje ještě vyšší produktivitu práce. (Dvořák, 2011) 4.2.9 Vulkanizace Vulkanizace je děj, při kterém vznikají v kaučukové směsi pevné chemické vazby mezi jednotlivými řetězovými molekulami za pomoci vulkanizačních činidel. Optimální hustota síťové prostorové struktury závisí na teplotě a čase. Vzájemný vztah teploty a doby vulkanizace je vyjadřován teplotním koeficientem vulkanizace. Ten nám říká, o kolik vzroste rychlost vulkanizace při zvýšení teploty o 10 °C. Teplota vulkanizace je zároveň i funkcí typu kaučuku a volí se v rozmezí 140 – 200 °C. Při vyšší teplotě se zkrátí vulkanizační čas a zvýší se teplotní spád se všemi důsledky. Při vulkanizaci je pro kvalitní vulkanizát důležitý tlak. Provozní způsob vulkanizace může být buď kontinuální ve vulkanizačních tunelech (solné lázně, horkovzdušné tunely, MW tunely), bubnových lisech, anebo diskontinuální ve formách, přímé páře, horké vodě, horkém vzduchu a bubnových lisech. Při technologickém procesu nejprve dochází k tvarování směsi do tvaru výrobku (za studena, za tepla), následuje zahřívání a výdrž na vulkanizační teplotě, a v konečné fázi dojde k vyjmutí výrobku z formy. (Dvořák, 2011) Vulkanizace v lisech Nejvíce gumárenských výrobků se vulkanizuje ve formách ve vulkanizačních lisech. Při lisování ve formách probíhá tvarování i vulkanizace v jedné operaci. Po vložení materiálu do formy a po jejím uzavření se směs rychle ohřívá na teplotu vulkanizace, ve formě se vytváří určitý přetlak zaručující dokonalé vyplnění formy a 47
tlak, který je potřebný k zamezení vzniku pórů po úplném uzavření formy. V první fázi vulkanizačního cyklu se přebytek materiálu vytlačí do přetokových kanálků. Aby nedocházelo k otevírání formy během vulkanizace, musí být uzavírací tlak vyšší než tlak vnitřní. Z hlediska vytváření tlaku na lisy rozeznáváme vulkanizační lisy s ručním, hydraulickým a mechanickým pohonem. Lisy hydraulické jsou nejčastěji používaným typem. (Dvořák, 2011) Přetlačování a vstřikování U přetlačování se v zásadě jedná o protlačování kaučukové směsi prostřednictvím kanálků do vulkanizační formy. K tomu lze použít normálních lisů s určitými úpravami, zejména pokud se to týká tvaru a uspořádání formy. Kaučuková nálož se vkládá do komory. Při spuštění lisu dochází k pohybu dolní lisovací desky vzhůru a do tlakové komory pomalu vniká pomocný píst, upevněný na horní lisovací desce. Tím je směs protlačována přes vtokové kanálky do dutiny formy. Jakmile dojde k vyplnění formy směsí, začne vytékat kontrolním otvorem formy. (Dvořák, 2011) Vstřikování se nejdříve uplatnilo ve zpracování plastických hmot. Gumárenský průmysl musel při jeho aplikaci změnit teplotní režimy s ohledem na reologické vlastnosti kaučukové směsi a její vulkanizační schopnosti. Narozdíl od přetlačování jsou u vstřikovacího lisu účinky tlaku uzavírajícího formu a tlaku tlačícího směs do formy vzájemně odděleny, přičemž uzavírací tlak působí dříve, což umožňuje dokonalé bezpřetokové lisování. Dalším rozdílem je to, že směs se před vlastním vstřikováním ohřívá, což napomáhá zkrácení doby vulkanizace. Kvůli možnosti předčasného navulkanizování nesmí teplota ohřívané směsi přesáhnout 100 °C. Teplota formy a teplota vulkanizace bývá kolem 200 °C. Podle způsobu předehřevu kaučukové směsi a způsobu vstřikování do formy rozeznáváme pístové a šnekové vstřikovací stroje. (Dvořák, 2011) Vulkanizace v přímé páře
Je prováděna v kotlích stojatého nebo ležatého tvaru, přičemž ležatý tvar je používanější díky pohodlnějšímu plnění a vyprazdňování prostřednictvím vozíků posouvajících se po kolejnicích. Tento způsob vulkanizace se používá především pro technickou pryž. Výrobky získáváme vytlačováním, válcováním nebo ruční konfekcí. (Dvořák, 2011)
48
Vulkanizace v horké vodě Jedná se o zvláštní případ vulkanizace v přímé páře. Vulkanizovaný předmět je při tom uložen ve vodě. Tohoto způsobu se využívá např. u některých masivních výrobků z tvrdé pryže. Pokud se vulkanizuje velký výrobek, který se nevejde do kotle, např. hadice, napustí se voda přímo do ní a vyhřívá se přímým zavedením páry, např. hadicí napojenou na parní potrubí. (Dvořák, 2011) Vulkanizace v horkém vzduchu
Vzduch je ohříván na teplotu vulkanizace párou postupující trubkovým vedením, tzv. parním hadem, který je instalován kolem vnitřního obvodu. Vulkanizace horkým vzduchem v kotli je prováděna pod určitým tlakem. Největším problémem při této vulkanizaci je dosažení stejnoměrné teploty v celém pracovním prostředí. Za běžných podmínek mohou být rozdíly velmi vysoké, někdy i 10-15 °C. (Dvořák, 2011) Vulkanizace v autoklávech Spojením vulkanizace v lisech a vulkanizace v kotlích došlo ke vzniku tzv. autoklávového lisu. Tlakový princip je stejný jako u hydraulických lisů, avšak formu obklopuje ze všech stran pára. Autoklávové lisy jsou stavěny většinou ve vertikálním provedení. Dnem kotle prochází píst, který je ovládán tlakovou vodou. Na jeho horním konci je posazena lisovací deska příslušného průměru. Víko je tvořeno horní deskou lisu. Mezi obě desky můžeme naskládat více forem, aniž by se musely uzavírat šrouby. Tento způsob vulkanizace se v současné době požívá jen v malé míře, a to k vulkanizaci pneumatik, topných duší, plných obručí apod. (Dvořák, 2011) Kontinuální způsoby vulkanizace Pracovní cyklus zde probíhá zcela plynule, nebo jen s krátkým přerušováním po celou dobu výroby. Jedná se o vulkanizaci v komorách nebo v bubnových lisech. (Dvořák, 2011) U vulkanizace v komorách je pogumovaný textil vulkanizován nejčastěji nepřetržitým způsobem. Pogumovaný textil je odvíjen z válu, který je umístěn na podstavci před komorou, do které vstupuje úzkým štěrbinovitým otvorem. V komoře prochází klikatě přes horní a spodní řadu vodících válečků. Horní válečky jsou 49
poháněny, spodní se samovolně otáčejí vlivem procházejícího textilu. Zvulkanizovaný textil opouští komoru na druhé straně opět úzkým štěrbinovitým otvorem a je navíjen na váleček umístěný na podstavci. Vyhřívací systém je umístěn nad komorou. Soustavou ventilátorů se cirkuluje vzduch prostorem parního hadu, vyhřívá se na požadovanou teplotu a vhání se do komory. (Dvořák, 2011) Vulkanizace v bubnových lisech byla původně vyvinuta pro vulkanizování podlahovin, nyní je používána i k vulkanizaci pogumovaného textilu. (Dvořák, 2011) Diskontinuální vulkanizace Vulkanizace probíhá v jednoetážových nebo dvouetážových vulkanizačních hydraulických lisech, kde je použita jako vyhřívací médium předehřátá pára. Proces probíhá diskontinuálně, postupnou vulkanizací úseků surového dopravního pásu. (Dvořák, 2011) 4.2.10 Protektorování Protektorování je proces, při kterém dochází k obnovování plášťů pneumatik. Je používán především při obnově plášťů s běhounem, který je již opotřebovaný, ale kostru lze dále používat. K protektorování však dochází i v prvovýrobě, pokud je určitým způsobem běhoun poškozen. Protektor je vyráběn z ojetých použitých pneumatik, z kterých je odstraňována původní běhounová vrstva. Protektorování probíhá dvěma vulkanizačními procesy a to buď ,,za tepla“, nebo ,,za studena“. (Marcín & Zítek, 1985) (www.cs.autolexicon.net, 2011) Při protektorování pneumatik pro nákladní automobily technologií „za tepla“ i „za studena“ dochází k obnovování pláště od ramene k rameni (pouze nový běhoun). Takto obnovované pneumatiky nazýváme protektory. (www.pneu-komplex.cz, 2010) Při protektorování pneumatik pro osobní automobily pouze technologií „za tepla“ dochází k obnovování pláště od patky k patce (nový běhoun i bočnice). Tento postup se používá u pneumatik zvaných celoprotektory. (www.pneu-komplex.cz, 2010) Studené protektorování Podstatou této vulkanizační metody je, že se kostra zbaví původního opotřebovaného běhounu. Na kostru, která je zbavena tohoto běhounu pomocí 50
speciálních materiálů (roztoků, pojidel a pryže) je aplikován již vylisovaný a předvulkanizovaný běhoun. Pás běhounu je spolu s vrstvou vulkanizačních činidel položen na odrásanou kostru. Poté se takto připravená pneumatika vkládá do autoklávu. V autoklávu (vulkanizační komoře) dojde ke spojení jednotlivých částí vlivem teploty a tlaku. (www.cs.autolexicon.net, 2011) (www.conti-online.com, 2012)
Obr. 38 Studené protektorování (www.logisticsatoz.com)
Teplé protektorování Tento způsob protektorování je velmi podobný výrobě nových pneumatik. Materiál běhounu je odebírán přímo z vytlačovacího stroje a je následně pokládán na odrásanou kostru. Poté se kostra se surovým běhounem vloží do vulkanizační tvárnice s požadovaným tvarem dezénu. Dezén běhounu je vytvořen během vulkanizačního procesu obdobně jako u nových pneumatik. (www.conti-online.com, 2012)
Obr. 39 Znázornění lisu pro teplé protektorování (www.offroad-frontera.com)
51
4.2.11 Výroba duší pro pneumatiky Jedná se o důležitou součást pneumatiky, v které je uzavřen tlakový vzduch, který vypíná kostru pláště pneumatiky po namontování na ráfek. Od duší se požaduje jejich velká pevnost v tahu, odolnost proti dynamickým deformacím, tvarová stálost a neprodyšnost. Vulkanizace probíhá působením páry přiváděné do komor lisu k ohřívání formy. Přestupem tepla z formy do duše dochází k vulkanizaci neboli přeměně kaučukové směsi na pryž. Duše se před vložením do lisu mírně nahustí, zazátkuje a nahuštěná se vloží do lisu. Poté co je duše vložena do formy dochází k sejmutí zátky a na ventil se připojí přívod vzduchu. Následuje stisknutí tlačítka, které zajistí uzavření lisu. Po jeho uzavření se do duše pouští tlakový vzduch zajišťující dokonalé vylisování. Po uplynutí doby pro vulkanizaci (5-10 minut) se regulačním přístrojem automaticky vypne lis, dojde k vypuštění vzduchu z duše a lis se otevře. (Marcín & Zítek, 1985)
5
METODY ZKOUŠENÍ PNEUMATIK Zkoušení pneumatik je nedílnou součástí výroby pneumatik. Nejvhodnějším
způsobem zjišťování kvality a životnosti pneumatiky je její zkoušení v podmínkách budoucího využití v praxi. Kvůli dlouhé životnosti pneumatik je interval těchto praktických zkoušek dlouhý. Nezbytnou nutností je ověřovat kvalitativní parametry pneumatiky v krátkých časových intervalech. Tím bude dosaženo potřebných technologických a technických úprav k eliminování velkého množství vadných výrobků. Zkoušky můžeme mít laboratorní, nebo silniční a dle pohybu statické, nebo dynamické. (Marcín & Zítek, 1985) U pneumatik dochází ke zkoušení kaučukových směsí a polotovarů (bočnic, běhounů, kordových tkanin atd.), k vizuální kontrole, ke zkoušení rentgenem a k hodnocení rovnoměrnosti rozložení hmoty po obvodu pláště. U plášťů pneumatik se proto dělá tzv. uniformity test, který má za cíl přesně zhodnotit rovnoměrnost pneumatiky, což je důležitou podmínkou pro bezpečnost a pohodlí při jízdě při vyšších rychlostech. Všechny laboratorní zkoušky však zcela nevypovídají o kvalitě a funkčních vlastnostech výrobku. Určitým kompromisem jsou zkoušky prováděné ve zkušebnách gumárenských podniků. Jedná se o zkoušky zahrnující geometrická měření a statické i dynamické zkoušky. (Marcín & Zítek, 1985)
52
Základní geometrická měření K měření těchto veličin dochází ve zkušebnách prostřednictvím běžných měřících metod. Mezi základní geometrické parametry, které se hodnotí, řadíme: volný obvod a průměr pláště, poloměr zakřivení v boku, hloubka drážky dezénu, tloušťka a průměr patky pláště a vnitřní objem pneumatiky. (Marcín & Zítek, 1985)
5.1 Statické zkoušky U statických zkoušek se zjišťují následující veličiny: poloměr nezatížené pneumatiky, poloměr zatížené pneumatiky, radiální deformace, statický poloměr, statická radiální tuhost, měření dosedacího tlaku, rozbor stopy, pevnost pneumatiky, pevnost patních lan. U tohoto typu zkoušek se mění pouze jedna veličina (tlak, zatížení). (Marcín & Zítek, 1985) Poloměr nezatížené pneumatiky (Ro) je vzdálenost osy rotace od opěrné rovné podložky, která je rovnoběžná s osou rotace a dotýká se pneumatiky tak, že vzniklá radiální síla, která působí na pneumatiku, nepřesáhne hodnoty 30 až 50 N. (Marcín & Zítek, 1985) Poloměr zatížené pneumatiky (R) je vzdálenost osy rotace radiálně zatížené pneumatiky od rovné opěrné podložky, která je rovnoběžná s osou rotace. (Marcín & Zítek, 1985) Radiální deformace (sr) je rozdíl mezi poloměrem nezatížené a zatížené pneumatiky (sT=Ro-R) zjišťovaný v tomtéž radiálním řezu kola. Tento rozměr je udáván v milimetrech. (Marcín & Zítek, 1985) Statický poloměr (rs) je dán vzdáleností osy rotace pneumatiky od rovné opěrné podložky, která je rovnoběžná s osou rotace pneumatiky při radiálním zatížení, které působí kolmo na tuto podložku při přiměřeném huštění. (Marcín & Zítek, 1985) Statická radiální tuhost je smluvně stanovená hodnota, která udává směrnici sečny, procházející body deformační charakteristiky při 75 % a 125 % radiálního zatížení, které odpovídá nosnosti pneumatiky. Zkušební zařízení musí zabezpečit deformaci pneumatiky na opěrné podložce, jejímž materiálem je leštěná ocel. (Marcín & Zítek, 1985)
53
Měření dosedacího tlaku slouží k posouzení velikosti minimálního huštění k dosednutí patek na dosedací plochy ráfku. Při zkoušce se namontovaný plášť opatrně hustí a současně se oboustranně kontroluje vzájemná poloha ramen ráfku a centrovacích rysek na pneumatice. Po úplném dosednutí se manometrem změří potřebný tlak. Tento způsob měření se používá převážně jen u motocyklů, traktorů a osobních automobilů. Zkouška se provádí celkem třikrát. (Marcín & Zítek, 1985) Rozbor stopy se provádí zjištěním stopy, která je otiskem běžné plochy pneumatiky na rovné podložce při statickém zatížení nahuštěné pneumatiky. Otisk se získá přitlačením
nahuštěné
pneumatiky
na
papír
položený
na
rovné
podložce.
Prostřednictvím otisku sestavíme tabulku, kde je uveden rozměr pláště pneumatiky, zatížení a huštění pneumatiky, doba přítlaku, délka a šířka stopy, plocha otisku, střední tlak a zaplnění dezénu. (Marcín & Zítek, 1985) Pevnost pneumatiky se zjišťuje protlačovacím trnem. Účelem zkoušky je stanovení pevnosti kostry pláště. Při zkoušce je pneumatika upevněna na hřídel měřícího zařízení a uprostřed běhounu jsou označena a na bočnici očíslována zkušební místa. Zkoušení je prováděno nejméně na pěti bodech, které jsou přibližně rovnoměrně rozmístěny po obvodu pneumatiky. Aby byla zkouška prováděna ve středu výstupku dezénu, je trn upevněn kolmo na osu rotace pneumatiky. Zkoušku pevnosti je možno provádět také tlakem vody. Její princip spočívá v tom, že se do pláště pneumatiky, který je namontován na upraveném ráfku vpouští tlaková voda. Tlak vody, při němž dojde k poruše je mírou pevnosti kostry pláště. (Marcín & Zítek, 1985) Pevnost patních lan se zjišťuje taktéž vháněním vody do pláště pneumatiky, který je namontován na zesíleném ráfku, až dojde k přetržení lana. Tlak vody před přetržením lana udává jeho pevnost. (Marcín & Zítek, 1985) Při zjišťování statických vlastností dochází ještě dále k měření hmotnosti pláště pneumatiky, tečné a torzní deformace a dalších vlastností důležitých jak pro výrobce, tak i pro uživatele pneumatik. (Marcín & Zítek, 1985)
54
5.2 Dynamické zkoušky Při měření dynamických hodnot je zjišťován valivý odpor, účinný dynamický poloměr pneumatiky, vývin tepla a narůstání pneumatiky, dynamická pevnost pláště pneumatiky a odolnost proti dynamickému namáhání. (Marcín & Zítek, 1985) Dynamické zkoušky jsou prováděny na bubnovém zkušebním stroji. Na tomto stroji se může docházet během zkoušky k měření průběhu teplot v jednotlivých částech pláště pneumatiky, k hodnocení vlivu deformací a teplot na životnost pláště a provádět další zkoušky, které nám dávají informace o chování pneumatik při dynamickém namáhání. Na buben stroje lze namontovat v úhlu 45 ° kovové pásky simulující překážky a zdokonalující informace získané zkouškou. Při zkoušce je možno na stroji měnit rychlost, zatížení, naklonění pneumatiky k bubnu stroje a huštění pneumatiky. U moderní verze tohoto zkušebního stroje lze měřit několik pneumatik současně. Vyhodnocení zkoušek je prostřednictvím počítače. (Marcín & Zítek, 1985) Velmi důležitou je zkouška „destrukční rychlosti osobních pneumatik“, která má význam pro hodnocení bezpečnosti pneumatiky, především při rychlé jízdě. Zkouška je prováděna podle stanoveného schématu až do destrukce pláště pneumatiky. Závěrem zkoušky se vyhodnocuje rychlost, při níž došlo k poruše, čas od zahájení zkoušky, charakter destrukce a hodnota výkonu potřebného k rotaci zkoušené pneumatiky. (Marcín & Zítek, 1985)
Obr. 40 Bubnový stroj na zkoušení pneumatik (www.igtt.cz)
55
5.3 Silniční zkoušky Tento typ zkoušek je prováděn na speciálně vybudovaných drahách, tzv. polygonech nebo v běžné silniční síti. Zkušební dráha je dlouhá až několik desítek kilometrů a obsahuje všechny druhy vozovek a terénů, v nichž jsou v praxi pneumatiky používány. (Marcín & Zítek, 1985) Zkoušení na zkušební dráze je ovšem z hlediska nákladů na vybudování takové dráhy velmi nákladné. Na druhou stranu však umožňuje rychlé provádění praktických zkoušek, zjišťování všech jízdních vlastností pneumatik, zejména stabilitu, brzdící vlastnosti, aquaplaning, pohodlnost jízdy a další zkoušky na různých vozovkách a v různých terénech. (Marcín & Zítek, 1985) Zkoušení pneumatik v silniční síti je z hlediska běžného provozu na silniční síti komplikované a je prováděno především v případech, kdy není k dispozici zkušební dráha pro přípravu velkosériové výroby plášťů pneumatik. (Marcín & Zítek, 1985)
6
NOVÉ TRENDY V KONSTRUKCI PNEUMATIK V současné době jsou na pneumatiky kladeny stále větší požadavky z hlediska
bezpečnosti, životnosti, snižování valivého odporu, komfortu a pohodlí při jízdě apod. Jedním z důvodů, proč je vývoj nových trendů uskutečňován, je neustálé zdokonalování stávajících konstrukcí pneumatik za účelem dosažení lepších výše uvedených vlastností. Dalším důvodem vývoje nových trendů je vývoj konstrukcí nových. Nové konstrukce si kladou za cíl najít jiné konstrukční materiály, které vyhovují požadavkům pneumatik při jejich využití v běžném provozu. Jelikož je vývoj nových trendů ekonomicky a časově náročný, nedochází k inovacím tak často. Proces vývoje musí projít testováním a teprve po splnění všech požadavků potřebných pro užití pneumatik v běžném provozu může dojít k jejich velkosériové výrobě.
6.1 Zdokonalené stávající konstrukce 6.1.1 Michelin Energy Saver Na základě zkoušek provedených v dubnu a květnu roku 2008 zajišťuje tato pneumatika nejkratší brzdnou dráhu na mokré vozovce v porovnání s šesti konkurenčními značkami. Další výhodou je úspora pohonných hmot, která je způsobena 56
menším valivým odporem (nižší o 20 %), přičemž úspora činí 0,2 l·100 km-1. Plášť pneumatiky umožňuje najetí v průměru o 40 % více kilometrů, než je tomu u konkurenčních značek, což značí jeho delší životnost. Pneumatika je zároveň šetrná k životnímu prostředí, protože snižuje emise CO2 téměř o 4 g·km-1. (www.seznampneu.cz, 2009) (www.hledejceny.cz, 2012)
Obr. 41 Pneumatika Michelin Energy Saver (www.oponeo.pl)
6.1.2 Bezpečnostní pneumatiky Řada firem v oblasti pneumatikárenského průmyslu už prezentovala své bezpečnostní pneumatiky, ale převážná většina z těchto nových řešení neměla z různých důvodů šanci se prosadit. Požadavkem na bezpečnostní pneumatiku je dojezd do vzdálenosti alespoň 200 km bez vnitřního tlaku v pneumatice, aniž by došlo vlivem deformace k jejímu zničení. Největší nebezpečí hrozí bokům pneumatiky, které se odvalováním po hraně ráfku nadměrně zahřívají a mechanicky poškozují. Dalším úkolem bezpečnostní pneumatiky je zabránit vyskočení patky ze svého uložení v ráfku, jelikož by se poté stal automobil neovladatelný a tím pádem nebezpečný. (www.apneu.cz, 2010)
Obr. 42 Princip Runflat pneumatiky (www.cs.autolexicon.net)
57
Za průkopníka této konstrukce se považuje firma Goodyear se systémem Lifeguard, který pracuje na principu pneumatiky v pneumatice. (www.apneu.cz, 2010) Poté se objevil patent firmy Dunlop, která využívala systém Denloc, s kterým bylo zabráněno rychlému zničení boků pneumatiky, čímž byl umožněn dojezd do vzdálenosti až 30 km. (www.apneu.cz, 2010) Společnosti Pirelli a Goodyear společně patentovaly tzv. AH-ráfky s asymetrickým výstupkem po obvodě. Takové uspořádání způsobilo, že ocelové lanko v jádru patky ráfek sevřelo a patka do lůžka ráfku nemohla vklouznout. (www.apneu.cz, 2010) Velmi slibně se jevil od firmy Continental systém CTS (Continental Tyre System). Nové provedení bylo oproti klasickému rozdílné v usazení pneumatiky s jinak provedenou patkou na zcela odlišně tvarovaném ráfku. U klasického způsobu je uchycení pneumatiky z vnitřní strany ráfku, zatímco systém CTS předpokládal zavěšení pneumatiky vně ráfku. Boky pneumatiky byly měkčí, jejich deformace nebyla tak intenzivní, a protože hrana ráfku nepřišla do styku s boky pneumatiky, nemohla je mechanicky poškodit. Nový ráfek dostal ještě navíc ve střední části široký kruhový kotouč, který slouží jako opora pneumatiky při úplném úniku tlakového vzduchu. V současné době se tento systém používá pro svou vysokou nákladnost pouze u speciálních pancéřových vozů. Dalším produktem této firmy jsou pneumatiky se systémem CSR (ContiSupportRing) nebo pneumatiky se systémem SSR (Self Supporting Run-flat-tyre). (www.apneu.cz, 2010) (Motejl a kol., 2004) a)
b)
Obr. 43 Pneumatika Continental a) CSR (www.apneu.cz), b) SSR (www.autoweb.cz)
58
Firma Goodyear poté přišla u některých vozů s konstrukcí EMT (Extended Mobility Technology) nevyžadující žádné úpravy ráfku. U této konstrukce pneumatiky jsou její boky vyztuženy jak z vnitřní, tak i z vnější strany speciálními kompozitovými materiály. Tím nedochází při poklesu tlaku k bortění a ničení boků pneumatiky. Tato pneumatika bývá označována také jako samonosná a její cena je asi o 20 % vyšší, než cena pneumatiky klasické. (www.apneu.cz, 2010)
Obr. 44 Pneumatika Goodyear EMT (www.apneu.cz)
Samonosná pneumatika byla vyvinuta také firmou Dunlop pod zkratkou DSST (Dunlop Self Supporting Technology). Pneumatika ovšem nebyla označována jako bezpečnostní, ale jako pneumatika s nouzovými dojezdovými vlastnostmi. Tato konstrukce se změnila pouze v oblasti boků s neměnným ráfkem kola. I po úplném úniku vzduchu by měla umožnit další jízdu do vzdálenosti 80 km při rychlosti až 80 km·h-1. (www.apneu.cz, 2010)
Obr. 45 Pneumatika Dunlop DSST (www.cs.autolexicon.net)
59
Jízdu při nulovém tlaku umožňují také pneumatiky firmy Bridgestone se systémem RFT (Run Flat Technology) a pneumatiky firmy Pirelli se systémem PTM (Pirelli Total Mobility). (www.apneu.cz, 2010) Největší pozornost je v Evropě upřena na systém PAX patentovaný firmou Michelin. Tento systém opět řeší spojení pneumatiky s ráfkem, které mimo bezpečnostních prvků přináší ještě další výhodné vlastnosti. Ukotvení patky k ráfku kola je mechanické, což zajišťuje, že patka po defektu pneumatiky nesklouzne ze svého místa. Kolo má navíc podpůrný prstenec, který je ukrytý uvnitř pneumatiky. Ten umožňuje i po defektu pokračovat v jízdě do vzdálenosti 200 km při rychlosti až 80 km·h-1. U tohoto systému je odstraněna tzv. přechodová část (zesílení mezi patkou a pružnými boky), která se při otáčení kola a při změně směru jízdy deformuje, což způsobuje zvyšování valivého odporu. Odstraněním přechodové části pneumatiky dojde k výraznému snížení výšky jejich boků, což nám nabízí možnost zvětšit průměr kola a do vzniklého prostoru umístit rozměrnější brzdy. Součástí systému je zařízení, které kontroluje tlak v pneumatice a informuje řidiče o poklesu tlaku. Tento moderní systém můžeme vidět nejen u řady studií, ale už se objevil i u Renaultu Scénic a luxusních vozů, které jsou vyráběny v menších sériích (Rolls-Royce, Phantom, Audi A8). (www.apneu.cz, 2010)
Obr. 46 Pneumatika Michelin PAX (www.apneu.cz)
6.2 Nové konstrukce 6.2.1 Michelin Tweel Směr vývoje nových trendů pneumatik nastartovala firma Michelin, když v roce 2004 předvedla na autosalonu v Paříži tzv. Tweel pneumatiku. Tato konstrukce pneumatiky pak byla na automobilu poprvé představena v lednu roku 2005 na 60
autosalonu v Detroitu. Hlavním důvodem vývoje nových konstrukcí, je riziko spojené s možností vzniku defektu na pneumatice. Označení pneumatiky vzniklo složením slov Tire (pneumatika) a Wheel (kolo), protože nová konstrukce nahrazující původní klasickou pneumatiku je nedílnou součástí disku. Pryžový běhoun je s diskem spojen pryžovými radiálně orientovanými lamelami. Tyto lamely nahrazují původní uzavřený objem se stlačeným médiem. Tím, že pneumatika není plněna plynem, nedochází k jeho únikům a odpadají tak defekty a rezervní kola. Prototyp Tweelu byl již prezentován u zemních strojů, speciálních prostředků osobní přepravy a také u sériových automobilů Audi. Firma Michelin si od této konstrukce slibuje výrazné zlepšení řady vlastností současných pneumatik. Podle dostupných informací došlo k rozšíření možností jízdních výkonů odváděných těmito pneumatikami. Jedná se zejména o radiální tuhost pneumatiky, která je důležitá pro jízdní komfort a boční tuhost, která ovlivňuje schopnost přenosu bočních sil při zatáčení automobilu. Podle názoru firmy Michelin lze obě tyto vlastnosti dostat za hranice možností klasických plášťů. Při testování této konstrukce automobilem Audi se prokázalo, že je u těchto pneumatik o 5 % nižší valivý odpor, což vede ke snížení spotřeby paliva. Díky větší boční tuhosti došlo taktéž k výraznému zlepšení odezvy automobilu na pohyby volantu. Firma Michelin plánuje tyto pneumatiky nejdříve aplikovat u prostředků s nízkou rychlostí a nosností. Teprve po nabytí zkušeností by mohlo v budoucnu dojít k sériové výrobě této pneumatiky. (www.auto.cz, 2005)
Obr. 47 Pneumatika Michelin Tweel (www.auto.cz)
6.2.2 Bridgestone Innovative Tire Structure Na konci roku 2011 byla firmou Bridgestone představena koncepce pneumatiky, kterou není třeba plnit jakýmkoliv plnícím médiem. Speciální konstrukce připomínající loukoťová kola by měla dle dostupných informací vykazovat vysokou trvanlivost a měla by být prakticky nezničitelná. U této konstrukce je běhoun nesen speciálními 61
paprsky z termoplastické pryskyřice. Pryskyřičné lamely jsou narozdíl od klasického loukoťového kola pružné a to v podélném i příčném směru rozdílně. To nám umožňuje dosáhnout ideálního tlumení pneumatiky při zachování vysoké boční stability. Běhoun pneumatiky je vyměnitelný, samotná podpůrná struktura se dá používat neustále dokola, dokud nedojde k jejímu vážnému mechanickému poškození. Pneumatika slibuje větší ohleduplnost vůči životnímu prostředí, protože materiál běhounu a pryskyřičné konstrukce je plně recyklovatelný. Bridgestone představil tento koncept na malém elektrickém vozítku, což vypovídá o tom, pro jaké aplikace jsou zatím podobné pneumatiky vhodné. Ikdyž je skoro prakticky nemožné způsobit defekt na této pneumatice, v praxi mají podobné konstrukce řadu nevýhod. I přes snižování valivého odporu, lepší stabilitu v zatáčkách a výrazně vyšší bezpečnost jsou pro aplikaci v běžném provozu nevhodné. Mezi hlavní důvody patří vyšší hlučnost a větší zahřívání pneumatik při vyšších rychlostech. Datum uvedení tohoto konceptu do praxe zatím není znám. (www.auto.idnes.cz, 2011)
Obr. 48 Pneumatika Bridgestone Innovative tire structure (www.auto.idnes.cz)
6.2.3 Značení pneumatik podle EU Ačkoli se nejedná o nový směr vývoje pneumatik, bylo by vhodné zmínit se o tom, co lze v nedalekém budoucnu očekávat. S platností od měsíce listopadu roku 2012 nás čeká nové značení pneumatik pro osobní a lehká užitková vozidla. Nová vyhláška Evropské unie má zajistit větší informovanost spotřebitelů o bezpečnosti a vlivu pneumatik na životní prostředí. (www.michelin.cz, 2012) Spotřeba paliva bude uvedena v levé části štítku. Bude se jednat o údaj indikující vliv pneumatik na spotřebu paliva a emise CO2. Jednotlivé kategorie značené písmeny A až G nám udávají úroveň valivého odporu. Rozdíl ve spotřebě paliva u pneumatik
62
kategorie A a kategorie G je kolem 0,5 l·100 km-1. Emise CO2 mají být sníženy až o 12 g·km-1. (www.michelin.cz, 2012) Na pravé straně štítku je stupnice, která se týká brzdění na mokru. Měření je přesně definováno evropskou vyhláškou (rychlost, charakteristika vozovky, hloubka vody, teplota apod.). Jednotlivé třídy se značí písmeny A až G. Rozdíl mezi pneumatikou kategorie A a kategorie G je v délce brzdné dráhy. Zkouška se provádí při brzdění na mokré vozovce z rychlosti 80 km·h-1. (www.michelin.cz, 2012) (www.autorevue.cz, 2012) Hlučnost pneumatik je jedním z hlavních problémů. Ve spodní části štítku proto bude označována úroveň hluku způsobená pneumatikou, resp. vozidlem. Hodnota hluku bude uváděna v decibelech. (www.michelin.cz, 2012) Hlavním cílem této evropské vyhlášky je informovanost zákazníků v těchto třech klíčových oblastech. Zároveň tato vyhláška neumožní homologovat nové typy pneumatik, které budou zařazeny v kategorii G pro valivý odpor, nebo F pro brzdění na mokru. (www.michelin.cz, 2012)
Obr. 49 Značení pneumatik podle EU (www.michelin.cz)
63
7
ZÁVĚR V bakalářské práci jsem se zabýval historickým vývojem konstrukcí kol a
pneumatik. Vývoj pneumatik směřoval od železného pásku, přes vzduchovou hadici až k dnešním moderním konstrukcím pneumatik. Postupně docházelo ke zdokonalování materiálů a technologií používaných při jejich výrobě. Nepochybně významným milníkem byl vynález radiální, diagonální a bezdušové pneumatiky v 19. a 20. století. Ne jinak tomu bylo u kol, která se také postupně vyvíjela a to od kol loukoťových až po kola nesoucí dnešní podobu. Zdokonalení přišlo hlavně ve snížení hmotnosti, zvýšení pevnosti a zlepšení estetického vzhledu jednotlivých konstrukcí. Vývoj zaznamenala především kola disková, litá a drátová. Významným milníkem se zdá být vynález plastového kola, které vyvinula firma BASF. Mezi materiály používané pro výrobu pneumatik se řadí především kaučuky, přísady do kaučukových směsí a výztužné materiály, které dávají pneumatice její konečné vlastnosti. Zařízení používané při výrobě pneumatik jsou pro jednotlivé části pneumatiky
rozdílné.
Po
vzejití
těchto
jednotlivých
části
je
pneumatika
konfekcionována a vulkanizována, přičemž vulkanizace je poslední částí výrobního postupu, po kterém získáme finální výrobek. Nesmíme opomenout také technologii protektorování, díky které je umožněno obnovení původního běhounu pneumatiky. U kol jsou materiálem ocelové plechy, slitiny hliníku, nebo jak již bylo výše uvedeno plasty. Využití plastů a dalších hmotnostně lehčích materiálů je nepochybně příslibem do budoucnosti. Tyto konstrukce slibují nižší hmotnost a jejich vlastnosti jsou téměř identické, jako mají kola používaná doposud. Kola mohou být vyráběna technologiemi lisováním, nebo litím. Nezbytnou součástí výrobního procesu pneumatik je bezesporu jejich zkoušení. Zkoušení je důležité především pro vývoj nových konstrukcí pneumatik, u kterých je požadováno snížení valivého odporu a tím také snížení spotřeby pohonných hmot. Dále je potřeba se také zaměřit na výstupní kontroly pneumatik, které by měly odhalit případné vady pneumatiky, ať už se jedná o nerovnoměrnost dezénu, nedostatečnou tuhost či defekt pneumatiky. Zkoušení konstrukcí může být prováděno laboratorně nebo silničně. Velký význam mají silniční zkoušky, protože jejich zkoušení se provádí na povrchu, na kterém budou pneumatiky využívány v praxi.
64
V poslední části práce jsou popsány nové trendy v konstrukci pneumatik, které by mohly být příslibem do budoucna. Jedná se jak o konstrukce stávající, tak i o konstrukce zcela nové. U stávajících konstrukcí je požadavek především na zlepšení vlastností pneumatik z hlediska snížení valivého odporu, zvýšení přilnavosti, prodloužení životnosti apod. Jedná se především o pneumatiky se systémem Runflat, který umožňuje nouzové dojetí při defektu pneumatiky. U zcela nových konstrukcí se firmy Michelin a Bridgestone zaměřily na vývoj pneumatik, které nepotřebují žádné plnící médium, přičemž vlastnosti pneumatiky jsou téměř identické jako u pneumatik, které plnící médium potřebují. Tyto nové konstrukce jsou ovšem stále ve fázi vývoje a jsou podrobeny zkouškám, aby bylo zjištěno, zda jsou vhodné pro běžný provoz. Za zmínku také stojí nové značení pneumatik, které má být v platnosti od listopadu roku 2012. Toto nové značení má pomoci k lepší orientaci při výběru pneumatik. Na štítku má být vyznačena spotřeba paliva, hlučnost a schopnost brzdění na mokru. Díky těmto informacím by mohlo v budoucnu docházet k výběru kvalitnějších pneumatik a k upřednostnění pneumatik s lepšími vlastnostmi, což by v konečném důsledku mohlo vést ke zvýšení bezpečnosti provozu.
65
8
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
1.
GSCHEIDLE, Rolf a kolektiv. Příručka pro automechanika. 2. vyd. Praha: Sobotáles, 2002. 637 s. ISBN 80-85920-83-2.
2.
JAN, Zdeněk; ŽDÁNSKÝ, Bronislav. Automobily 1: Podvozky. 1. vyd. Brno: Nakladatelství Avid s.r.o., 2000. 211 s.
3.
MARCÍN, Jiří; ZÍTEK, Petr. Gumárenské výroby I: Pneumatiky. 1. vyd. Praha: SNTL, 1985. 492 s.
4.
MOTEJL, Vladimír; HOREJŠ, Karel a kolektiv. Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. 3. vyd. Brno: Littera, 2004. 610 s. ISBN 80-85763-24-9
5.
VLK, František. Podvozky motorových vozidel. 1. vyd. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., 2000. 392 s. ISBN 80-238-5274-4
INTERNETOVÉ ZDROJE 1. 2. 3. 4. 5.
6. 7. 8. 9. 10. 11.
12. 13.
A pneu. Runflat overview. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na:
ALU kola. Alutec Spyke stříbrný. [online] [cit. 1. 3. 2012]. Dostupné na: AMD. Disk kola. [online] [cit. 1. 3. 2012]. Dostupné na: Auto.cz. Michelin Tweel. [online] [cit. 3. 4. 2012]. Dostupné na: Auto.idnes.cz. Pneumatika Bridegestone nepotřebuje vzduch. [online] [cit. 3. 4. 2012]. Dostupné na: Autolexicon.net. ContiSeal. [online] [cit. 9. 3. 2012]. Dostupné na: Autolexicon.net. Dunlop DSST. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na: Autolexicon.net. Konstrukce pneumatiky. [online] [cit. 20. 2. 2012]. Dostupné na: Autolexicon.net. Pneumatiky Runflat. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na: Autolexicon.net. Protektory. [online] [cit. 30. 3. 2012]. Dostupné na: Autorevue.cz. Jak funguje zimní pneumatika. [online] [cit. 8. 3. 2012]. Dostupné na: Autorevue.cz. Nový způsob značení pneumatik. [online] [cit. 3. 4. 2012]. Dostupné na: Autorevue.cz. Pneumatika. [online] [cit. 12. 3. 2012]. Dostupné na:
66
14. Autoweb. Continental SSR. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na: 15. BASF. Kola z plastu. [online] [cit. 26. 3. 2012]. Dostupné na: 16. BASF. První kola vyrobená pouze z plastu. [online] [cit. 26. 3. 2012]. Dostupné na: 17. Bestdrive. Index nosnosti a kategorie rychlosti. [online] [cit. 12. 3. 2012]. Dostupné na: 18. Continental. Výrobní metody protektorů. [online] [cit. 30. 3. 2012]. Dostupné na: 19. Daruj. Litá kola pro váš vůz. [online] [cit. 1. 3. 2012]. Dostupné na: 20. Dvořák, Zdeněk. Zpracovatelské procesy gumárenské. [online] [cit. 22. 3. 2012]. Dostupné na: 21. Hledejceny.cz. Michelin Energy Saver. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na: 22. IGTT. Zkoušky a homologace pneumatik. [online] [cit. 1. 4. 2012]. Dostupné na: 23. JI-GO Pneuservis. Označení pneumatik. [online] [cit. 12. 3. 2012]. Dostupné na: 24. Kuta, Antonín. Technologie a zařízení pro zpracování kaučuků a plastů. [online] [cit. 22. 3. 2012]. Dostupné na: 25. Lenfeld, Petr. Vytlačování. [online] [cit. 22. 3. 2012]. Dostupné na: 26. Logisticsatoz.com. Protektorování za studena. [online] [cit. 29. 3. 2012]. Dostupné na: 27. Maláč, Jiří. Gumárenská technologie. [online] [cit. 22. 3. 2012]. Dostupné na: 28. Mechmes.websnadno.cz. Kola a pneumatiky. [online] [cit. 21. 2. 2012]. Dostupné na: < http://www.mechmes.websnadno.cz/dokumenty/pri-teo09.0_kolaapneumatikyuvod.pdf > 29. Mgit ece. Tubeless tyre technology. [online] [cit. 9. 3. 2012]. Dostupné na: 30. Michelin. Označování pneumatik v budoucnosti. [online] [cit. 3. 4. 2012]. Dostupné na: 31. Moto Hanz. Drátové kolo. [online] [cit. 1. 3. 2012]. Dostupné na:
67
32. MS Auto. Technický rádce značení pneumatik. [online] [cit. 12. 3. 2012]. Dostupné na: 33. Offroad-frontera.com. Lis teplého protektorování. [online] [cit. 29. 3. 2012]. Dostupné na: 34. Oponeo.pl. Pneumatika Michelin Energy Saver. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na: 35. Pneu Martinka. Složení pneumatiky. [online] [cit. 8. 3. 2012]. Dostupné na: 36. Pneu OK. BF Goodrich. [online] [cit. 8. 3. 2012]. Dostupné na: 37. Pneu pneumatika pneumatiky. Historický vývoj. [online] [cit. 20. 2. 2012]. Dostupné na: 38. Pneu pneumatika pneumatiky. Konstrukce pneumatiky. [online] [cit. 9. 3. 2012]. Dostupné na: 39. Pneu-komplex. Protektor a celoprotektor. [online] [cit. 30. 3. 2012]. Dostupné na: 40. Pneumatiky.cz. Označení DOT. [online] [cit. 12. 3. 2012]. Dostupné na: 41. Pneuvelkoobchod.cz. Profilová čísla. [online] [cit. 3. 4. 2012]. Dostupné na: 42. Prodej-pneu.cz. Podrobný popis Michelin Latitude Sport. [online] [cit. 9. 3. 2012]. Dostupné na: 43. Prodej-pneu.cz. Podrobný popis Michelin X Energy. [online] [cit. 9. 3. 2012]. Dostupné na: 44. Profi-pneu. Porovnání klasické a bezdušové pneumatiky. [online] [cit. 21. 2. 2012]. Dostupné na: 45. Seznam pneu. Test Michelin Energy Saver. [online] [cit. 2. 4. 2012]. Dostupné na: 46. Sinaopt. Pneu ABC. [online] [cit. 8. 3. 2012]. Dostupné na: 47. Stojan, Mojmír a kolektiv. Doprava a systémy dopravní výchovy 1: Vynález kola. [online] [cit. 21. 2. 2012]. Dostupné na: 48. Web FT UTB. Vytlačování. [online] [cit. 22. 3. 2012]. Dostupné na: 49. Wikipedia. Pneumatika. [online] [cit. 27. 2. 2012]. Dostupné na:
68
9
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1Konstrukce pláště pneumatiky.............................................................................. 12 Obr. 2 a) diagonální kostra, b) radiální kostra ................................................................ 13 Obr. 3 Nárazník............................................................................................................... 13 Obr. 4 Běhoun ................................................................................................................. 14 Obr. 5 Bočnice ................................................................................................................ 15 Obr. 6 Znázornění pneumatiky a) s duší, b) bez duše..................................................... 15 Obr. 7 Patka ................................................................................................................... 16 Obr. 8 Patní lanko ........................................................................................................... 16 Obr. 9 Značení pneumatik .............................................................................................. 17 Obr. 10 Znázornění pneumatik dle profilových čísel ..................................................... 18 Obr. 11 Značení a umístění TWI .................................................................................... 19 Obr. 12 Označení DOT ................................................................................................... 20 Obr. 13 Radiální pneumatiky .......................................................................................... 21 Obr. 14 Diagonální pneumatiky...................................................................................... 21 Obr. 15 Porovnání konstrukce pneumatiky s duší a bez duše ........................................ 22 Obr. 16 a) symetrický ráfek, b) asymetrický ráfek ......................................................... 23 Obr. 17 Prohloubený ráfek s kuželovou dosedací plochou ............................................ 23 Obr. 18 Vícedílné ráfky: a) dvoudílný, b) třídílný, c) čtyřdílný pro bezdušové pneumatiky.............................................................................................................. 24 Obr. 19 Ráfek Trilex ....................................................................................................... 24 Obr. 20 Znázornění zálisů ............................................................................................... 25 Obr. 21 a) diskové kolo, b) kolo z lehkých slitin ............................................................ 26 Obr. 22 Lité kolo ............................................................................................................. 27 Obr. 23 Drátové kolo ...................................................................................................... 27 Obr. 24 Plastové kolo firmy BASF ................................................................................. 28 Obr. 25 Konstrukce ocelových kordů ............................................................................. 34 Obr. 26 Pístový vytlačovací stroj .................................................................................... 38 Obr. 27 Schéma šnekového vytlačovacího stroje ........................................................... 38 Obr. 28 Schéma šnekového vytlačovacího stroje se třemi šneky ................................... 39 Obr. 29 Pístový vytlačovací stroj .................................................................................... 40 Obr. 30 Schéma dvouválce ............................................................................................. 40 Obr. 31 Tříválcový kalandr ............................................................................................. 41 69
Obr. 32 Čtyřválcový kalandr .......................................................................................... 41 Obr. 33 Znázornění kulaté konfekce............................................................................... 44 Obr. 34 Znázornění polokulaté konfekce ....................................................................... 44 Obr. 35 Znázornění ploché konfekce .............................................................................. 45 Obr. 36 Znázornění jedenapůlstupňové konfekce .......................................................... 46 Obr. 37 Znázornění dvoustupňové konfekce .................................................................. 46 Obr. 38 Studené protektorování ...................................................................................... 51 Obr. 39 Znázornění lisu pro teplé protektorování........................................................... 51 Obr. 40 Bubnový stroj na zkoušení pneumatik............................................................... 55 Obr. 41 Pneumatika Michelin Energy Saver .................................................................. 57 Obr. 42 Princip Runflat pneumatiky ............................................................................... 57 Obr. 43 Pneumatika Continental a) CSR, b) SSR........................................................... 58 Obr. 44 Pneumatika Goodyear EMT .............................................................................. 59 Obr. 45 Pneumatika Dunlop DSST................................................................................. 59 Obr. 46 Pneumatika Michelin PAX ................................................................................ 60 Obr. 47 Pneumatika Michelin Tweel .............................................................................. 61 Obr. 48 Pneumatika Bridgestone Innovative tire structure ............................................. 62 Obr. 49 Značení pneumatik podle EU ............................................................................ 63
70
