Opona przyszłości

Resilient Technologies/Polaris
30.3.2017

Laboratoria przemysłu oponiarskiego pracują nad wieloma niesamowitymi pomysłami: kauczuk z mniszka lekarskiego, czujniki w gumie lub bezpowietrzne konstrukcje kołowo-oponowe. Niektóre pomysły są już bliskie urzeczywistnienia na liniach produkcyjnych.

Mniszek lekarski jest dość zwyczajną, niewyróżniającą się rośliną. Ma wprawdzie wartość dla pszczelarzy, ponieważ stanowi wczesne i zasobne pastwisko pszczele. Hodowcy chomików i królików wykorzystują tę żółto kwitnącą roślinę łąkową jako pożywienie dla hodowanych zwierząt. Natomiast odmiana Taraxacum z jej dużymi złotożółtymi kwiatami cieszy mieszkańców miast, przyzwyczajonych do szarości. Z oderwanych łodyg rośliny dzieci mogą zrobić prostą trąbkę, co często nie podoba się mamom, ponieważ wypływające z niej mleczko kauczukowe powoduje uporczywe brązowe plamy na odzieży.

Właśnie to mleczko sprawiło, że mniszek lekarski stał się tematem artykułu branżowego czasopisma samochodowego. To dlatego, że  jak wskazuje nazwa, z soku rośliny można wyprodukować kauczuk. Kauczuk z mniszka lekarskiego nadaje się do produkcji opon tak samo dobrze, jak klasyczny surowiec z żywicy drzewa kauczukowego Hevea brasiliensis. A zapotrzebowanie na nowe źródła surowców jest obecnie jednym z najciekawszych trendów w rozwoju opon, wartym nie tylko artykułu w czasopiśmie motoryzacyjnym.

Branżowi naukowcy nie pracują bynajmniej tylko nad problemami typu: liczba i ułożenie linii profili opon, lecz także nad materiałami będącymi podstawą produktu, nad dodatkowymi funkcjami i nad pytaniem, czy opona wciąż jeszcze musi zawierać sprężone powietrze. Pomysł z mniszkiem lekarskim w roli głównej nie jest nowością. Pozyskiwanie kauczuku od zawsze było niepewne z wielu względów. Hevea brasiliensis rośnie tylko na określonych obszarach o bardzo dokładnie określonej temperaturze i ilości opadów, w tzw. pasie kauczukowym. Już w pierwszej połowie XX w. naukowcy zainteresowali się rosyjskim mniszkiem i podczas drugiej wojny światowej Rosjanie zaczęli produkować kauczuk w oparciu o rodzime źródła. Także niemieccy naukowcy pracowali nad tą rośliną, jednak dostępność gumy syntetycznej (BuNa) sprawiła, że materiał pochodzenia organicznego okazał się zbędny. Natomiast po drugiej wojnie światowej kauczuk „z tropików” wyparł mniszka tak samo, jak równie przydatną w tym względzie gwajulę.

Produkcja kauczuku w Rosji

W ostatnich latach zainteresowanie obiema roślinami znacznie wzrosło, ponieważ ze względu na warunki klimatyczne uprawy Hevea brasiliensis nie można dowolnie zwiększyć lub też konkuruje ona z plantacjami innych surowców, także spożywczych. Do tego dochodzą spore wahania cen – w ciągu ostatnich 5 lat oscylowały one między 1 a 5 euro/kg. Z tego powodu już od dawna producenci opon współpracują z instytutami naukowymi, aby odświeżyć wiedzę z pierwszej połowy XX w. Producent opon Continental i Instytut Frauenhofera w Aachen, zajmujący się mikrobiologią i ekologią stosowaną (IME), realizują wspólny projekt rozwojowy, którego celem jest przemysłowa produkcja kauczuku z mniszka lekarskiego. Obecnie w Münster powstaje pilotażowa instalacja, która ma produkować ilość materiału liczoną w tonach. Tak więc niedługo pojawią się pierwsze opony testowe.

„Dmuchawce” znacznie ograniczą zależność od rocznych zbiorów w pasie kauczukowym a także drogi transport. Nie zdecydowano jeszcze, gdzie w Europie będzie znajdować się wielkopowierzchniowa uprawa mniszka. Jeśli chodzi o gwajulę, firma Pirelli połączyła siły z koncernem chemicznym Versalis, należącym do koncernu naftowego ENI (Agip). Gwajula (Parthenium argentatum) to odrastający, niejadalny krzew karłowaty. Według firmy Pirelli roślina potrzebuje niewielkich ilości wody i nie wymaga stosowania pestycydów. Wytwarza za to duże ilości mleczka kauczukowego i tym samym stanowi obiecujące źródło kauczuku. To wszystko oznacza, że surowce do produkcji opon będą w przyszłości wyraźnie bardziej zróżnicowane.

Oponiarskie innowacje

Nowe trendy to także nowatorskie pomysły, np. czujniki w oponach. Mają one mierzyć znacznie więcej niż ciśnienie, jak to ma miejsce obecnie – np. siły lub drgania w oponach – i na ich podstawie oceniać stan nawierzchni. Zaletą jest natychmiastowe rozpoznanie niebezpieczeństwa, podczas gdy czujniki ESP rozpoznają je dopiero, kiedy pojazd już wpada w poślizg. Japoński producent Bridgestone opracowuje obecnie system o nazwie Contact Area Information Sensing (CAIS). Wykrywa on wibracje i na ich podstawie określa stan nawierzchni (sucha, półsucha, mokra, błoto pośniegowe, świeży śnieg, ubity śnieg, lód). Informacje te są wyświetlane bezpośrednio na ekranie pokładowym. Istnieje też możliwość ostrzeżenia innych kierowców, jadących tą samą drogą (Car2Car Communication). Możliwości te brzmią obiecująco.

Jednak dla rynku części zamiennych pomysł umieszczenia w strukturze opon czujników jest niekorzystny. Podczas gdy dzisiaj prawie każda opona pasuje do prawie każdego pojazdu, w przyszłości klient musiałby kupować odpowiednio wyposażone produkty. Co prawda już dzisiaj istnieją opony dostosowane do danego typoszeregu z oznakowaniem producenta, jednak z technicznego punktu widzenia można je dość łatwo zamienić na te uniwersalne. W przyszłości sprzedawcy opon będą mieli trudności z pozyskaniem danych, które są konieczne do produkcji opon zamiennych z odpowiednimi komponentami elektronicznymi, jeżeli nie będą mieć odpowiednich umów i zleceń w tym zakresie – nie mówiąc już o dodatkowych kosztach i logistyce.

Opony przyszłości obejdą się bez powietrza

Podstawowe zadanie czujnika w oponie – monitorowanie ciśnienia – nie będzie konieczne w konstrukcjach przyszłości, które nie będą potrzebować powietrza pod ciśnieniem. Mimo że wprowadzenie opony pneumatycznej przed 126 laty było przełomowym wydarzeniem, które umożliwiło postęp motoryzacji, już od dziesięcioleci inżynierzy próbują uczynić wynalazek Johna Boyda Dunlopa zbędnym. Jak można tego dokonać, pokazują firmy takie jak Bridgestone (Airfree Concept), Hankook (I-Flex) i Michelin (Tweel). Zasada konstrukcyjna jest wszędzie taka sama: bieżnik i pokrycie boczne opony ze zwykłej gumy umieszczone są na konstrukcji nośnej z tworzywa, która ma być elastyczna i jednocześnie wytrzymała. W przypadku Tweel wygląda to jak klasyczne koło szprychowe, podczas gdy rozwiązanie firmy Bridgestone jest raczej lamelowe, a propozycja Hankooka wygląda jak plaster miodu. Poza oczywistą zaletą – brak „kapcia” – trudno jest osiągnąć inne, potrzebne właściwości produktu. Mocna konstrukcja nośna zwiększa masę i opór toczenia. Według informacji podanych przez Bridgestone, firmie tej w najnowszej generacji Airfree Concept udało się zmniejszyć opór toczenia do poziomu opony tradycyjnej – jednak prawdziwy postęp wygląda zupełnie inaczej.

Zdaniem eksperta
Konstruktor firmy Continental dr Holger Lange wyraża swoją opinię…
…o nowych surowcach w przemyśle oponiarskim: Zaopatrzenie w surowce to ważna kwestia strategiczna ze względu na rosnące zapotrzebowanie na opony. Produkcji oleju i upraw drzewa kauczukowego Hevea brasiliensis nie można jednak dowolnie zwiększać. Istnieje jednak kilka roślin, które dostarczają porównywalnie dobrego kauczuku, np. rosyjski mniszek lekarski. Firma Continental współpracuje z Instytutem Frauenhofera, badając możliwości zastosowania tej rośliny.
...o czujnikach w oponach: Czujniki mogą wskazywać w oponach o wiele więcej danych, niż tylko wartość ciśnienia powietrza czy wysokość temperatury. Jeżeli zmierzy się zmiany sił, powstające przy wejściu w powierzchni przylegania opony do podłoża, można określić poślizg. Pozwala to na określenie stanu nawierzchni a nawet głębokości profilu. Jeżeli opony rozpoznają śliską nawierzchnię przed wpadnięciem w poślizg i reakcją systemu ESP, można będzie uniknąć wielu niebezpiecznych sytuacji. Tak czy inaczej, przemysł samochodowy bardzo interesuje się tym tematem.
…o koncepcjach opon niepneumatycznych: Powietrze spełnia wiele funkcji w oponie i dobrze się do tego nadaje. Stanowi prawie idealną mieszankę gazów i praktycznie nie wykazuje tarcia wewnętrznego. Poza tym jest ogólnie dostępne i nic nie kosztuje. Natomiast niebezpieczeństwo utraty ciśnienia ograniczają systemy monitorujące jego wartości. Nowe konstrukcje, których celem jest przejęcie funkcji nośnej powietrza, mają swoje wady – np. w zakresie trwałości materiału i oporu toczenia. Dlatego nie liczę na to, że koncepcje takie będą stosowane seryjnie.

Hankook utrzymuje, że jego I-Flex, w zależności od materiału, zużywa mniej energii podczas toczenia – nie wyjaśniono jednak, dlaczego tak się dzieje. Opony te utrudniają też dostosowanie zachowania auta podczas jazdy. Co prawda są elastyczne w kierunku promieniowym, ale nie w poprzecznym. Przejście w obszarach granicznych podczas jazdy na zakrętach może więc następować dość nagle. Tym niemniej konstruktorzy nadal dążą do wykluczenia użycia powietrza w oponach. Najbardziej zaawansowani w tym zakresie są Francuzi.

Michelin dostarcza oponę Tweel już w produkowanych seryjnie małych maszynach budowlanych, np. ładowarkach czołowych. Spore zainteresowanie tą techniką wykazuje wojsko – jest to logiczne, ponieważ strzał w oponę niepneumatyczną jest znacznie mniej groźny. Amerykańska firma Resilient Technologies oferuje opony niepneumatyczne do amerykańskich pojazdów wojskowych Humvee i umieściła w internecie kilka robiących wrażenie nagrań z testów ostrzału (www.resilienttech.com).

Do takich szczególnych zastosowań użycie opon niepneumatycznych ograniczy się pewnie również w przyszłości. Jednym z powodów jest uniwersalne wprowadzenie systemów kontroli ciśnienia w oponach pneumatycznych, które ograniczają największą wadę konstrukcji Dunlopa, czyli utratę ciśnienia. Jednak prace rozwojowe w zakresie opon z pewnością się nie skończą. Inżynierzy nie pracują tylko nad szczegółami, lecz także nad podstawami. Zobaczymy, kto wyprodukuje pierwszą „oponę z dmuchawca”.

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Tagi artykułu

autoExpert 04 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę