Iz česa je izdelana avtomobilska guma in katera je za kaj primerna?

Iz česa je izdelana avtomobilska guma in katera je za kaj primerna?

Sto let krojijo našo ulično podobo, so edini stik avtomobila s cestiščem in so zato izjemnega pomena za obnašanje pri vožnji in varnost vozil. Govorimo o avtomobilskih gumah, znanih tudi kot gume. Slednje izhaja iz grške besede pneuma, kar pomeni zrak ali dih. Toda kaj pravzaprav veste o avtomobilskih gumah? Iz česa je sestavljena sodobna avtomobilska pnevmatika? Kdo je izumil te genialne črne "patscherje" za avtomobile? Kakšna je pravzaprav razlika med letnimi, zimskimi in celoletnimi pnevmatikami, ki so v zadnjem času vse bolj priljubljene? In končno: kaj e-mobilnost pomeni za industrijo pnevmatik? Na ta vprašanja bomo odgovorili v naslednjem članku.

Z zrakom polnjene gume načeloma dolgujemo dvema gospodoma, ki sta živela in delala v 19. stoletju. Eden je bil Robert William Thomson, škotski oblikovalec in izumitelj. Na njem temeljita na primer nalivno pero in tračna žaga, predvsem pa pnevmatika. Thomson je delal na kolesnem sistemu, ki bi nudil več udobja in oprijema kot kočijska kolesa z železnimi pnevmatikami, ki so bila takrat običajna. 10. decembra 1845 mu je končno izdan britanski patent št. 10990 za šest mesecev - za "Aerial Wheel". Tako imenovano Thomsonovo kolo je bilo sestavljeno iz usnjene cevi, v katero je bila vstavljena druga cev – ta je bila sestavljena iz nepredušnega platnenega blaga, vulkaniziranega z gumo, nato pa je bila napolnjena z zrakom.

To je omogočil še en genialni izum Američana: Charles Goodyear je že leto prej v ZDA prejel patent za postopek vulkanizacije gume. Vulkanizacija je proces utrjevanja, s katerim avtomobilska pnevmatika dobi svojo obliko. Surova guma se pri določeni temperaturi in tlaku pretvori v elastično gumo.

Če pogledate v zgodovino pnevmatik, neizogibno naletite na še enega človeka, čigar ime je še danes znano in ki je – podobno kot Goodyear – neločljivo povezan z industrijo pnevmatik: John Dunlop. Zanimivo je, da je bil Škot dejansko veterinar, ki je živel v Dublinu. V svoji praksi je razvijal aparate in naletel na gumo. Leta 1887 (takrat je bil star 47 let) je Dunlop končno oblikoval svojo prvo gumo, polnjeno z zrakom.

Po legendi je imel za to prav posebno motivacijo: hotel je narediti sinov tricikel tišji in bolj konkurenčen za dirkanje s prijatelji. Thomsonovo kolo je bilo takrat že pozabljeno (med drugim tudi zato, ker je bilo veliko predrago za izdelavo). In tako Dunlop o tem ni vedel, ko je leta 1888 prijavil patent za prvo kolesarsko pnevmatiko, zelo podoben izum. Tipičen kolesarski ventil se še danes pogosto imenuje ventil Dunlop.

Toliko o zgodbi o izvoru. Seveda uporabno znanje o pnevmatikah presega to. Kaj torej sestavlja sodobna avtomobilska pnevmatika? Za razliko od večine kolesarskih pnevmatik so današnje avtomobilske pnevmatike običajno brez zračnic. Gledano od zunaj navznoter, lahko avtomobilsko pnevmatiko razdelimo na dva glavna elementa: tekalna plast, znana tudi kot tekalna plast, in karkasa.

Slednja je nosilna podkonstrukcija, ogrodje pnevmatike. Običajno je sestavljena iz dveh plasti, tkanine (vložek iz tekstilne vrvice) iz gumiranega rajona (umetne svile) ali poliestra in notranje plasti iz gume, natančneje butil kavčuka (kar je skrajšano ime za izobuten-izoprenski kavčuk, polimer iz skupine sintetičnih kavčukov).

Pri radialnih pnevmatikah (imenovanih tudi radialne pnevmatike) je tkanina sestavljena tudi iz jeklenih vrvi (temu pravimo radialne pnevmatike z jeklenim pasom). Ko smo že pri tem: radialne gume so že zdavnaj zamenjale diagonalne. Slednji so bili v osebnih avtomobilih pogosti do šestdesetih let prejšnjega stoletja. Imajo več diagonalno prekrižanih slojev trupa. Danes se diagonalne pnevmatike uporabljajo skoraj samo v kmetijstvu ali na starodobnih avtomobilih. Ne da bi mnogi vedeli, končno zmagovalna tehnologija radialne pnevmatike izvira iz Michelina. Francosko podjetje je zanj registriralo patent leta 1946. Michelin To je revolucioniralo konstrukcijo pnevmatik. Tudi prve radialne pnevmatike so zdržale več kot dvakrat dlje kot diagonalne.

Nazaj na trup: Notranjost je napolnjena z zrakom in zaprta z notranjo plastjo. To pomeni, da notranji sloj nadomešča zračnico v sodobnih pnevmatikah brez zračnic. Notranja plast (imenovana tudi notranja obloga) je sestavljena iz posebne gumijaste plasti. Zagotavlja, da zrak ne difundira navzven.

In končno, tu je tudi rob pnevmatike kot del karkase. Noga tvori notranji obroč pnevmatike in zagotavlja tesno povezavo med pnevmatiko in platiščem. Sestavljen je iz treh delov: Ojačitev iz najlona ali aramida, močnega, na vročino odpornega sintetičnega vlakna, zagotavlja stabilnost pri vožnji in omogoča natančno krmiljenje. Profil jedra je stabilizacijski klin iz sintetičnega kavčuka, ki opravlja enake naloge kot ojačitveni rob in prav tako odločilno vpliva na udobje pri odklonu. In končno jedro: Sestavljeno je iz jeklene žice, vdelane v gumo, ki zagotavlja, da pnevmatika trdno sedi na platišču.

Tekalna plast, drugi glavni element pnevmatike, zagotavlja povezavo s cesto. Tekalna plast vsebuje dezen tekalne plasti (bloki in utori) ter lamele, ki so različno oblikovane glede na letne ali zimske pnevmatike. Izdelan je iz naravne ali sintetične gume. Tekalna steza je sestavljena iz treh delov: pokrova (to je del, del pnevmatike, ki je najbolj v stiku s cestiščem), podstavka (nahaja se pod pokrovom, zmanjšuje kotalni upor in absorbira prenos udarcev na karkaso) in stranskega dela (ta se nahaja na zunanjem koncu tekalne plasti in tvori prehod na bočnico).

Stranska stena pa predstavlja zunanjo zaščito karkase. S tekalno plastjo je povezan preko stranskega dela in je iz naravne gume. Pod tekalno plastjo sta še dve plasti: zavoji (sestavljeni iz najlonske vrvice, vdelane v gumo) in plasti jeklene vrvice (dajejo pnevmatiki moč, s čimer povečajo stabilnost in število prevoženih kilometrov ter zmanjšajo kotalni upor). 

Kot je razvidno iz vseh teh izjav, imajo sodobne avtomobilske pnevmatike zapleteno strukturo. To pojasnjuje tudi razliko med izdelki različnih proizvajalcev. Vrhunska kakovost se začne pri uporabljenih surovinah (od jekla do gume do različnih kemikalij), nadaljuje s proizvodnjo in končno konča s kontrolo kakovosti.

Toda iz česa pravzaprav je pnevmatika sestavljena, torej iz katerih materialov in v kakšnem razmerju? Continental je to za svojo najbolj prodajano letno pnevmatiko razdelal na naslednji način:

Kavčuk (naravni in sintetični kavčuk): 41 %
Polnila (saje, kremen, ogljik, kreda itd.): 30%
Ojačitveni materiali (jeklo, poliester, rajon, najlon): 15 %
Plastifikatorji (olja in smole): 6 % Kemikalije za vulkanizacijo (žveplo, cinkov oksid itd.): 6 %
Snovi, ki preprečujejo staranje in druge kemikalije: 2%

Pnevmatika je sestavljena iz 41 odstotkov gume. Ni presenetljivo, da je guma najpomembnejša surovina. Nasprotno pa to tudi pomeni, da je več kot polovica pnevmatike izdelana iz drugih materialov.

Mimogrede, razvoj nove pnevmatike traja dve do tri leta, dokler ni pripravljena za trg. Poleg tega se industrija sooča z dejstvom, da raznolikost modelov in dimenzij eksplodira. Po internih ocenah velikega proizvajalca pnevmatik je leta 2005 približno 80 odstotkov trga pokrivalo 153 različnih modelov pnevmatik. Danes obstaja že 323 različic, do leta 2027 pa jih bo verjetno 524. Zaradi tega so procesi bolj zapleteni, pravočasna dobava strankam pa izziv. To je pomembno upoštevati tudi za strokovnjake in je del ustreznega znanja o pnevmatikah v letu 2022.

Mešanica gume je ključnega pomena za vozne lastnosti in dober oprijem na različnih podlagah. Vpliva na to, kako intenzivno je trenje med pnevmatikami in tlemi ter kako dober je stik vozila s tlemi. Slab oprijem lahko poveča zavorno pot, kar poveča tveganje za nesrečo. Na oprijem vplivajo podlaga, zmes gume, pravilen tlak v pnevmatikah, globina profila in s tem število prevoženih kilometrov, a tudi starost pnevmatike. »Če pride do visoke obrabe pnevmatik, lahko pričakujemo tudi povečano porabo goriva,« piše na spletni strani proizvajalca pnevmatik Continental.

Teoretično bi za vsako vozno situacijo obstajala najprimernejša pnevmatika. To je očitno v Formuli 1, kjer se pnevmatike pogosto menjajo večkrat med dirko in pogosto kot odgovor na spreminjajoče se vozne razmere. Seveda to v vsakdanjem življenju ni praktično. V srednji Evropi pa obstaja bistvena razlika, ki se ponavlja vsako leto: tista med poletjem in zimo. Gumene zmesi letnih in zimskih pnevmatik so idealno prilagojene posameznim zunanjim razmeram.

Letne pnevmatike so zasnovane za cestne razmere brez snega in ledu. Njihova gumijasta zmes se tudi pri visokih temperaturah ne zmehča preveč, pri visokih hitrostih pa je obraba razmeroma majhna. Ko se globina profila zmanjša, se obnašanje v dežju poslabša. Zakon torej zahteva globino profila najmanj 1,6 mm, a avtomobilski klubi priporočajo vsaj 3 mm globine profila pri letnih pnevmatikah.

Zimske pnevmatike (pnevmatike M+S) so zasnovane za zimske razmere na cestah. Imajo gumijasto zmes, ki je dovolj elastična tudi pri nizkih temperaturah za doseganje zadostnega prenosa moči. Zimske pnevmatike so označene s simbolom M+S (angleško za blato in sneg). Vzorec, zmes ali struktura tekalne plasti je zasnovana predvsem za doseganje boljših voznih in oprijemalnih lastnosti na snegu. Tudi tu se z zmanjševanjem globine profila poslabšajo lepilne lastnosti. V Avstriji mora imeti torej zimska pnevmatika globino profila najmanj 4 mm, pod katero se pnevmatika šteje za letno. 

Celoletne pnevmatike (znane tudi kot pnevmatike za vse vremenske razmere) se lahko uporabljajo tako poleti kot pozimi. Predstavljajo kompromis med letnimi in zimskimi pnevmatikami. Uporabljajo se predvsem v državah, kjer so med letnimi časi majhne temperaturne razlike.  

Profil pnevmatik za vse vremenske razmere združuje dve različni razporeditvi kanalov letnih in zimskih pnevmatik, tako da je mogoče najti vzdolžne kanale, potrebne za višje temperature in v mokrih razmerah, ter zobe blokov tekalne plasti, ki zagotavljajo oprijem na spolzkem snegu in ledu. Predvsem na področju celoletnih pnevmatik, ki je zaradi velikega povpraševanja že nekaj let v pravi rasti, je zrno ločeno od plev. Poceni blagovne znamke so običajno slabe pri ustreznih testih, vendar je nekaj znanih proizvajalcev uspelo zasloveti. Poleg znamk, kot sta Goodyear in Continental, je to tudi nizozemski proizvajalec Apollo Vredestein, ki je za svojo celoletno pnevmatiko Quatrac prejel že številne nagrade. 

Lastnosti celoletnih gum so seveda kompromis: na snegu se ne približajo lastnostim dobrih zimskih gum, poleti pa imajo – zaradi mehkejše gumene zmesi – večjo obrabo in s tem obrabo ter nekoliko večjo porabo goriva. Po besedah ​​Haralda Kilzerja, generalnega direktorja Apollo Vredestein Austria, so celoletne pnevmatike upravičene tudi v alpski republiki, a le v nišah: »To je v mestnih območjih, za redke voznike ali celo za drugo in tretje vozilo,« pravi. Poleg tega je država premajhna in regionalne razlike prevelike. "Vsak Dunajčan gre kdaj na smučanje. In za to očitno potrebujete letno in zimsko pnevmatiko," pojasnjuje Kilzer.

Pnevmatik za vse terene ne smemo zamenjevati ali enačiti s celoletnimi pnevmatikami. Spadajo v segment terenskih pnevmatik in so – kot že ime pove – uporabne tako na brezpotjih kot na asfaltu.

"Prava izbira je odvisna od posameznih meril," je za KFZwirtschaft nedavno pojasnil Holger Rehberg, produktni vodja Goodyear Dunlop Tires Germany: "Ti vključujejo letno prevožene kilometre, kategorijo in moč vozila ter individualne vozne navade." Za lastnike vozil, ki prevozijo manj kot 10.000 km na leto in se večinoma vozijo po mestnih območjih, je celoletna pnevmatika včasih dobra alternativa, pravi Rehberg. Če pa se službeno odpravljate po Avstriji ali Nemčiji ali se vozite na zimski dopust, strokovnjak vsekakor priporoča zimske gume.
Mimogrede, Goodyear ponuja brezplačno na spletu  Kviz o pnevmatikah. Pod motom: "Kakšen tip pnevmatike ste? S šestimi vprašanji za priporočilo" lahko vozniki z odgovori na šest vprašanj hitro in enostavno ugotovijo, ali naj izberejo celoletne ali zimske pnevmatike.

In kaj morate upoštevati pri električnih vozilih? Guma je guma, pogon ni pomemben? Lahko bi kdo pomislil. Vendar ni tako. Električni avtomobili so zaradi baterij bistveno težji od tistih z motorji z notranjim izgorevanjem in imajo sorazmerno velik navor, kar povzroči takojšnje močno pospeševanje. Posledica obeh lastnosti je seveda večja obremenitev pnevmatik. In potem je tu še vprašanje dosega, ki je osrednjega pomena. Nižji kotalni upor je za to koristen.

»Ni nam bilo treba znova izumljati kolesa, smo pa premislili o številnih vidikih pnevmatike, kot jo poznamo, da bi dosegli optimalno zmogljivost,« pravi nemški proizvajalec Continental. Poleg dobrega oprijema in nizkega kotalnega upora mora mešanica gume, ki se uporablja za električna vozila, nuditi tudi maksimalno robustnost. Pri Contiju se rezultat ustreznih raziskav imenuje EcoContact6, pnevmatika, zasnovana posebej za električna vozila.

"Lastnikom izključno električnih avtomobilov svetujemo, da pri nakupu novih pnevmatik uporabljajo ustrezne vrste originalne opreme," pravi Lars Netsch, strokovnjak za pnevmatike pri TÜV SÜD. E-tipi imajo prednosti predvsem v mestu in v zmerno hitrem medkrajevnem prometu. Po navedbah proizvajalcev pnevmatik lahko manjši kotalni upor povzroči do 8 odstotkov daljši doseg. 

Na področju avtomobilskih gum se izvaja veliko raziskav, pa ne le zaradi vzhajajoče e-mobilnosti. Pnevmatike prihodnosti bodo postajale vedno bolj inteligentne (povezane so z avtomobilom), bolj trpežne in bolj trajnostne (reciklaža je velik problem). Delo poteka tudi na brezzračnih pnevmatikah. Ogledate si lahko najbolj vznemirljive prihodnje trende  tukaj. 

Ko že govorimo o trajnosti: vsake pokvarjene pnevmatike ni treba takoj zamenjati z novo; včasih se da enostavno popraviti. Lahko storite, kar je treba upoštevati  tukaj  preberite in nato pridobite svoje znanje v enem  e-učenje  preverite enostavno in preprosto. 

Za vsem tem razvojem se skriva industrija z milijardami prodaje. The  največji proizvajalec pnevmatik na svetu  sta Michelin in Bridgestone, ki z avtomobilskimi gumami ustvarita približno 20 milijard evrov letne prodaje. Na tretjem mestu sledi Continental. Nemški dobaviteljski velikan je v letu 2020 samo s svojim oddelkom za pnevmatike ustvaril več kot deset milijard evrov prodaje.