Splošna podoba avtomobilskega kolesa s centralnim diskom in pnevmatiko, napolnjeno z zrakom, je nastala že davno in potrdila njegovo učinkovitost. Vendar se redno poskuša radikalno obnoviti takšna struktura, da bi izboljšali njene tehnične ali gospodarske lastnosti. Določeno priljubljenost v tem kontekstu uživajo t.i. brezzračna pnevmatika z elastičnimi elementi in brez stisnjenega plina.
Dolga zgodba
Prve različice pnevmatik brez zraka so se pojavile skoraj v začetku prejšnjega stoletja. Pogosto je bil razlog za nastanek takšnih projektov pomanjkanje materiala. Oblikovalci so težko dostopno in drago gumo poskušali nadomestiti z donosnejšim lesom ali kovino. Do danes je bil problem pomanjkanja rešen, novi projekti pa so povezani le z željo po izboljšanju značilnosti podvozja.
Zgodnji modeli brezzračnih pnevmatik so najpogosteje ponujali kovinsko platišče in zunanje platišče s tekalno plastjo, povezano z nizom vzmeti različnih oblik in konfiguracij. V različnih obdobjih so uporabljali tuljave ali listne vzmeti. Takšni modeli so na splošno rešili dodeljene naloge, vendar so se izkazali za preveč zapletene in neprijetne za upravljanje. Posledično niso šli v veliko serijo in niso dobili široke distribucije.
Relativni uspeh je pri pnevmatikah brez zraka prišel šele z razvojem vesoljskih programov. Izkazalo se je, da bi morali biti roverji tipa sovjetskega "Lunokhod" ali ameriškega LRV opremljeni s kolesi brez kamer in zraka. Tako je izdelek LRV iz sistema Apollo prejel elastično pnevmatiko iz kovinske mreže z zakovico. Ta zasnova je bila lahka, blažila udarce, ni zahtevala vzdrževanja in se je odlikovala po visoki preživetju.
Nekateri modeli pnevmatik brez zraka so v različnih fazah pritegnili pozornost vojske in celo dosegli terenske teste. V zadnjih letih se je za tak razvoj dogodkov ponovno pojavilo zanimanje in ne gre le za projekte za vojske. Vodilni proizvajalci pnevmatik na brezzračno konstrukcijo gledajo kot na uspešno alternativo tradicionalnim platiščem.
Vendar doslej nobeden od znanih modelov ni dosegel množične proizvodnje in delovanja na vojaškem ali civilnem področju. Revolucijo podvozja ovirajo objektivni dejavniki.
Sodobni modeli
Razmislite o nekaterih sodobnih modelih brezzračnih pnevmatik, razvitih v zadnjih desetletjih. Tako je bil v preteklosti projekt Airless: Resilient NPT podjetja Resilient Technologies splošno znan. Razvija se od leta 2002, testiranje pa je doseglo konec desetletja. Z uporabo sodobnih polimernih materialov, ki jih v daljni preteklosti ni bilo, so ameriškim inženirjem uspeli ustvariti zelo zanimiv dizajn.
Brezzračne pnevmatike: Odporen NPT je enodelna zasnova, ki vključuje osrednji disk za vgradnjo, zunanji rob s tekalno plastjo in posebno kletko vmes. Slednji je izdelan v obliki rešetkaste strukture nepravilnih šesterokotnikov in trapezov. Teža avtomobila je porazdeljena med relativno togo platišče in masko. Hkrati pa elastičnost konstrukcije omogoča dušenje udarcev.
Testi so pokazali, da je pnevmatika Airless: Resilient NPT po blaženju primerljiva s tradicionalno pnevmatiko. Ne boji se vbodov in se lahko uporablja, če je poškodovanih 30% elementov okvirja. Prišlo je tudi do majhnega povečanja mase. Kljub temu je bil izdelek precej težak za izdelavo, zahteval je posebne materiale in imel številne druge pomanjkljivosti. Zaradi tega pnevmatike podjetja Resilient Technologies še niso vstopile v vojsko.
Leta 2005 je Michelin predstavil konceptno pnevmatiko Tweel (Tire + Wheel). Pri tej zasnovi sta osrednji disk in zunanji rob povezana z "naperami" v obliki črke V, ki potekajo po celotni širini pnevmatike. Razvijalec je govoril o zmanjšanju teže v primerjavi s tradicionalnimi izdelki, povečanju virov itd.
Po testiranju in razvoju je bila razvita pnevmatika Tweel. Ta izdelek ima spremembe za vozila različnih razredov. Leta 2012 se je začela dobava tovrstnih pnevmatik za gradbene in kmetijske stroje. Kasneje so se pojavili novi modeli takšnih izdelkov z drugačno konfiguracijo elastičnih elementov.
Bridgestone ima tudi svojo različico brezzračne pnevmatike. Predlaga, da disk in platišče povežete z ukrivljenimi "naperami", ki se nahajajo v križastem vzorcu. To oblazinjenje je omogočilo povečanje elastičnosti, hkrati pa ohranilo druge lastnosti. Končni vzorci pa so imeli omejeno nosilnost, kar je zmanjšalo obseg uporabe.
Obstajajo tudi druge variante pnevmatik brez zraka različnih vrst, ki so prišle na testiranje ali celo v proizvodnjo. Iskanje novih rešitev se nadaljuje. Oblikovalci preizkušajo različne materiale, elastične konfiguracije itd. Vendar so bili uspehi le omejeni.
Prednosti in slabosti
Brezzračna pnevmatika z vgrajenimi odpornimi elementi ima več pomembnih prednosti pred tradicionalnimi pnevmatikami. Prav oni določajo povečano zanimanje za tovrstne zasnove, kar je bilo opaziti doslej.
Glavni plus je povečana preživetje. Pnevmatika brez zraka nima zračne komore in je odporna na vbode. Prav tako se ne boji stranskih vplivov. Odvisno od arhitekture se ohranijo zmogljivosti tudi v primeru hudih poškodb nosilne konstrukcije. Črpanje in nadzor tlaka ni potreben, kar poenostavi delovanje. Obstaja možnost opustitve velikega in relativno težkega platišča. Posledično je sklop kolesa lažji, kar zmanjša neobremenjeno maso.
Vendar pa obstajajo številne težave, zaradi katerih takšne pnevmatike ne pridobivajo priljubljenosti. Najprej je to povečano povpraševanje po materialih. Zahteva gumo ali polimer z zadostno elastičnostjo, visoko togostjo in trdnostjo za različne obremenitve. Obstajajo tudi visoke zahteve za absorpcijo mehanske energije in njeno pretvorbo v toplotno energijo s poznejšo disipacijo.
Vse to otežuje in povečuje stroške proizvodnje. Poleg tega ima večina pnevmatik omejitev hitrosti - običajno ne več kot 70-80 km / h. Nadaljnji pospešek povečuje mehanske obremenitve in vodi tudi do nesprejemljivega pregrevanja.
Za razliko od pnevmatik imajo pnevmatike brez zraka konstantno togost, zato jih morate spremeniti, da jih spremenite. Hkrati lahko vdor umazanije v konstrukcijo skozi odprte stranske stene negativno vpliva na togost in druge značilnosti. S tega vidika so pnevmatske konstrukcije veliko bolj donosne.
Posledično se pnevmatike brez zraka še vedno uporabljajo predvsem na področju lahkih vozil z omejenimi hitrostmi in obremenitvami. Postavljeni so na vozičke za golf, nekaj vozičkov, kompaktno gradbeno opremo itd. Prav tako je bila vzpostavljena proizvodnja pnevmatik za kolesa, skuterje in druge lahke izdelke. Zagotavljanje večjih vzorcev je še vedno vprašljivo.
Obetavna zanimivost
Posebna kombinacija tehničnih, obratovalnih in ekonomskih značilnosti ter številne pomembne omejitve še ne dopuščajo, da bi pnevmatike brez zraka vstopile na širok trg in resno konkurirale tradicionalnim modelom. Posledično se trg pnevmatik ne spremeni - čeprav različna podjetja redno predstavljajo različne "obetavne" izdelke.
Vendar je treba opozoriti, da so posamezni izdelki prvotne zasnove kljub temu vstopili na trg in celo našli svoje kupce. Uspeh je opazen v več precej ozkih nišah, medtem ko se zdi osvajanje glavnih sektorjev trga nemogoče. Za spremembo tega položaja ni objektivnih predpogojev.
Tako različne možnosti brezzračnih pnevmatik z vgrajenimi elastičnimi elementi na splošno ohranijo status radovedne rešitve pomembnega tehničnega problema - brez posebnih možnosti v kontekstu resnične uporabe.
Po drugi strani pa imajo lahko takšni projekti pozitivne rezultate, ki niso neposredno povezani z uporabo končnih izdelkov. Priznani vodilni v industriji z dobro znanstveno in tehnično podlago se zdaj ukvarjajo z razvojem takšnih pnevmatik. Med razvojem pnevmatik brez zraka se lahko ustvarijo novi materiali, tehnologije in modeli. In lahko najdejo uporabo pri razvoju in izboljšanju tradicionalnih pnevmatik z resničnimi praktičnimi in komercialnimi možnostmi.
