HOGYAN JUTOTTUNK EL A MODERN GUMIABRONCSOKIG?

1845-öt írtunk, amikor Robert William Thomson Nagy-Britanniában szabadalmaztatta a felfújható kerékabroncsot. Akkoriban a fő közlekedési eszköznek a lovaskocsi számított, melyek kereke fából készült. A kerék külső felületét egy vasabroncs burkolta, ami nemcsak összetartotta a kereket, de egyfajta védelmet is biztosított a folyamatos igénybevétellel szemben. Thomson azt szerette volna elérni, hogy kisebb energiára legyen szükség a kocsik húzásához, könnyebben gördüljön a kocsi és kisebb legyen a kocsi kerekeinek menet közben keltett zaja.

Thomson felismerte annak előnyeit, hogy a kerékre szerelt, felfújt gumiabroncsnak milyen előnyei vannak, nemcsak a lengéscsillapítás, de a zajcsökkentés szempontjából is. Ez a kerék két fő részből állt: a tömlőből és a köpenyből. Thomson abroncsának mintapéldányait 1847-ben mutatták be a londoni Regent’s Parkban és ezt követően a londoni lovaskocsikon használták őket.

1885-ben jelent meg John Kemp Starley lánchajtású „biztonsági kerékpárja”, ami már egészen hasonlított a ma is használatos kerékpárokra. Ez pedig újabb lökést adott a kerékpárok már addig is dinamikus terjedésének.  Ekkoriban a kerékpárok főleg tömörabroncson, párnás abroncson, vagy szilárd anyaggal (például parafával, lószőrrel, kóccal, nemezzel, zselével, kaucsukkal, szivacsos gumival) töltött abroncsokon futottak.

A legenda szerint 1887-ben egy belfasti fiú segítséget kért az állatorvosként praktizáló apjától, ugyanis a triciklijével szerette volna lehagyni társait. Az apa egy-egy vaskos gumicsövet körbetekert a tricikli kerekein, a cső két végét összeerősítette, pumpával felfújta, végül szalaggal a kerékre rögzítette. A fiú pedig ezzel a triciklivel lehagyott mindenkit. Az apát John Boyd Dunlopnak hívták.

Dunlop már ezt megelőzően is érdeklődött a közlekedés iránt és azt kutatta, hogyan lehetne csillapítani az utak keltette rezgéseket. Lehet, hogy a feltalálás előbb leírt története kissé meseszerű, ám ami tény, hogy John Boyd Dunlop 1888. júniusában benyújtotta szabadalmát. Úgy vélte, hogy ez az újdonság segítség lehet minden olyan esetben, ahol a ruganyosság követelmény és kívánatos a rezgésmentesség. Ráadásul a rugalmas tulajdonságból fakadóan nagyobb utazási sebességet is el lehet érni. Dunlop gumicsövet alkalmazott, melyet szövetbe burkolt. A szövetre újabb réteg gumit tett, végül az egészet egy szövetszalaggal – a küllők között is – körbe tekerve, rögzítette a kerékpántra.

Akárcsak Thomson, Dunlop is felismerte, hogy a felfújható abroncsnak jóval kisebb a gördülési ellenállása, mint a vasabroncsoké. Dunlop 1888. december 7-én megkapta a szabadalmat a légabroncsra. Ám két év múlva kiderült, hogy 1845-ben már Thomson már szabadalmaztatta ezt. Ekkor Dunlop épp perben állt Michelinékkel, és a jogi hercehurca során a franciák jogászai rábukkantak Thomson szabadalmára. Így végül visszavonták Dunlop szabadalmát. Igaz, ekkorra már Thomson szabadalma lejárt, így jogilag semmi akadálya sem volt, hogy valaki levegővel felfújt abroncsokat gyártson.

Willie Hume és az ő kerékpárja 

Dunlop jól ismerte fel a kínálkozó lehetőséget, amit a kerékpárok gyorsan bővülő piaca jelentett. 1889-ben megegyezett Willie Hume kerékpárversenyzővel, hogy az ő légabroncsaival szerelt biciklivel induljon a soron következő versenyen. A többi, tömör abroncsokon rajthoz álló versenyző nevetségesnek tartotta Dunlopot, Hume-ot és a „virslis kerekeket”. A belfasti versenyen Hume minden futamot megnyert, amin csak elindult, majd nem sokkal később Liverpoolban is (egy kivétellel). Bár Hume-ot elég jó versenyzőnek tartották, de távolról sem ő volt a legesélyesebb. Hume sikerei óriási reklámot jelentettek Dunlopnak. A liverpooli versenyt közvetlen közelről szemlélte a vállalkozó, papírgyáros Harvey du Cros, aki meglátta az üzleti lehetőséget a légabroncsban. Megegyezett Dunloppal, így 1890-ben Pneumatic Tyre and Booth’s Cycle Agency néven már meg is kezdte működését az első kerékpárabroncsgyár Belfastban. Ebből lett a mai Dunlop Pneumatic Tyre Company.

A Dunlop-féle abroncs legnagyobb hátránya az volt, hogy rá volt ragasztva a kerékpántra. Tehát ha tönkrement, le kellett fejteni a ragasztást is, majd az új abroncsot újra ráragasztani a pántra. Ez egy több órás művelet volt.

Ezt próbálta meg kiküszöbölni William Erskine Bartlett, aki 1890-ben kialakította az abroncs-kerék kapcsolatot biztosító első korszerű pántmegoldást. Ugyanebben az évben találta fel Charles Kingston Welch a peremkarikás abroncsot. De az 1890-es években több ilyen apró, egymásra épülő szabadalom is született – jellemzően mind a Dunlop vállalat köré csoportosulva – hasonló témában. A Dunlop mérnökei együtt alkalmazták Bartlett és Welch újításait, ahol a tömlőben lévő levegő nyomása szorítja rá az abroncsot a pánt szarvára. Így az abroncsot nem kellett ráragasztani a kerékre és könnyen le, illetve fel lehetett szerelni.

1891-ben kezdte el gyártani a Michelin a könnyen szerelhető abroncsot. A köpenyt a pánt alá csavarral felerősített szorítókkal rögzítették a kerékhez. Innen már csak egy lépés volt, hogy a kerékpárok után az új találmányon, az automobilon is alkalmazzák a gumiabroncsokat. Igaz a kerékpárok után először lovaskocsikon próbálták ki a légabroncsot és csak ezt követően kerültek az autókra.

Az első autóra szerelhető abroncsot az 1895-ös Párizs-Bordeaux-Párizs versenyen mutatta be a Michelin. Mivel egyetlen gyártó sem volt hajlandó a saját autójára szerelni a felfújható abroncsot és nem volt ember, aki hajlandó lett volna beülni egy ilyen „veszélyes szerkezettel” szerelt autóba, ezért a Michelin-fivérek húztak egy merészet. Saját maguk építettek három autót, és saját maguk vezették azokat a versenyen. A három autóból kettő már a Michelin telephelyétől Párizsig tartó, mintegy 400 kilométeres utat sem bírta ki. Az Éclair (Villám) névre keresztelt autó azonban végül eljutott a célig – igaz tizedikként és túllépve a megengedett időlimitet. De már ez is csoda volt egy ilyen szedett-vetett tákolmánytól. Ami azonban sokkal fontosabb volt, hogy Michelinék bebizonyították, hogy a légabroncsnak igenis van jövője. Igaz, jó ideig az autósok meglehetősen bizalmatlanok voltak a felfújható abroncsokkal kapcsolatban.

Ezt követően rohamtempóban folytak a fejlesztések és szinte percről-percre új ötletekkel álltak elő a mérnökök és a lelkes feltalálók, hogy még jobbá, még hatékonyabbá tegyék a gumiabroncsokat. Átalakították az abroncsban lévő szövet szálirányát, 1888-ban kialakították a „kordszövetet” (vagyis a vetülék nélküli, csak láncirányú szálakból álló szövetet), ezzel együtt pedig a „kordabroncsot”.  

Folyamatosan csökkenni kezdett az abroncsok profilmagassága (azonos profilszélesség mellett). 1923-ban a Michelin és a Firestone bemutatta a ballonos abroncsokat. Ezeknek a külső átmérője nagyobb – körülbelül kétszer akkora – volt, mint az elődjeiknek. Ez azt jelentette, hogy csupán feleakkora nyomásra volt szükség, ugyanakkora teherbíráshoz.

Az abroncsok szilárdságának – ezzel együtt élettartamának – növelésével, a futófelület laposabbá és szélesebbé tételével már az 1890-es években elkezdtek foglalkozni. Egymást érték a szabadalmak,

A minta még kezdetleges volt a Continental abroncsain

Az első mintázattal foglalkozó szabadalmat még 1892-ben adták ki Nagy-Britanniában. Ám az első mintázattal rendelkező, levegővel töltött személyabroncsot már a Continental fejlesztette ki 1904-ben. Majd 1908-ban Frank Seiberling (Goodyear) egy olyan gépet fejlesztett ki, amellyel utólag lehet mintázatot vágni sima futófelületbe.

A tömlő nélküli abroncsot P.W. Litchfield (Goodyear) találta fel 1903-ban, ám ez az újítás ekkor még nem terjedt el. Ez a technológia egészen 1943-ig pihent a fiókban, amikor a Continental nyújtott be szabadalmat tömlő nélküli abroncsokra. 1947-ben a Goodrich is előállt saját, tömlő nélküli abroncsával, majd az országúti vizsgálatokat követően 1952-ben kapa meg a szabadalmat. Az USA-ban 1955-ben már a legtöbb autót tömlő nélküli abronccsal szerelték. Végül 1972-ben a Dunlop fejlesztései nyomán megjelentek a defekttűrő abroncsok (RFT = Run Flat Tire vagy Technology).

De hogyan is épül fel egy gumiabroncs?

A mai modern abroncsok mintegy húsz különböző elemből épülnek fel: ezek egy része speciális összetételű gumi, más részük gumiba ágyazott textil-, műanyag- illetve fémszálak segítségével készített kompozit anyag. Az abroncsok legfontosabb alkatrészei a következők:

Gumiabroncs metszete
1: övek, 2: futó, 3: felső övpárna, 4: övtöltőék, 5: alsó övpárna, 6: oldalgumi, 7: légzáró, 8: radiálbetét, 9: peremék, 10: peremerősítő, 11: perempárna, 12: becsavaró, 13: magtöltő, 14: huzalkarika (peremkarika), 15: peremvédő. I: futózóna (övzóna), II: oldalfal, III: perem, IV: váll, V: korona, VI: peremsarok, VII: peremorr, VIII: peremtalp. A:koronavonal, B: a profil legszélesebb pontja, H: profilmagasság, S: profilszélesség, h: a legszélesebb pont átmérője, d: peremátmérő

• Az abroncs legbelső rétege a légzáró (az ábrán 7-es számmal jelölve), melynek feladata, hogy megtartsa a gumiabroncsba fújt levegőt, valamint megakadályozza a pára, nedvesség bejutását.
• A szövetváz (karkasz) feladata, hogy terhelés esetén is ellenálljon a gumiabroncsba fújt levegő feszítésének. A szövetváz (8) több betétből is állhat. Egy-egy betét gumiba ágyazott mesterséges fonalakból, vagy acélszálakból áll.
• Az övek veszik fel azokat az erőket, amelyekkel a talaj hat az abroncsra. A szakítószilárdságon kívül fontos követelmény az öv számára a nagy merevség is, a kisebb kopás és gördülési ellenállás érdekében.
• Az övrendszer általában néhány övbetétből (1) áll. Egy-egy betét gumiba ágyazott műanyag vagy acélszálakból áll. Használat közben az övbetétek között erős nyírás lép fel, a legnagyobb nyírófeszültség éppen a legnagyobb terhet viselő övek szélén, és annál nagyobb, minél közelebb vannak az övkordok egymáshoz. Ezért az övek szélén kicsit vastagabb a gumiréteg a kordok között, akár övtöltőék (4) is lehet egyes övbetétek szélén.
• Az abroncsnak a pereme (III) a kerékpánton (felnin, keréktárcsán) keresztül kapcsolódik a járműhöz. A peremet nagy szakítószilárdságú huzalból készült peremkarika (huzalkarika) (14) szorítja a pántra felfújt állapotban.
• A peremvédő (15) felületén keresztül érintkezik az abroncs a pánttal. Feladata, hogy a köpeny ne csússzon el a pánton. Bírnia kell az elcsúszással járó dörzsölődést mechanikailag is, és a fejlődő hőnek is ellen kell állnia.
• Az oldalgumi (6) feladata a szövetváz védelme a külső behatásokkal szemben. Ide kerülnek az abroncsfeliratok. Az oldalguminak hajtogatás- és öregedésállónak kell lennie.
• A talajjal az abroncsnak a futója érintkezik. A futó (2) akkor jó, ha jól tapad az útra, nem zajos, nem kopik. Jelentősek ugyanakkor a futó alakváltozásai is, miközben belép a gumi–útfelület kapcsolatát meghatározó zónában a felfekvési felületre. Belépéskor például összenyomódik, kilépéskor ez az összenyomott állapot megszűnik. A futógumival szemben elvárás, hogy a teljes alakváltozási ciklus során elvesző energia (a gumi hiszterézise) a lehető legkisebb legyen.

Ahhoz, hogy egy abroncs megfeleljen az elvárásoknak, közel 50 tulajdonságnak kell minőségben megfelelnie. Ezek a tulajdonságok sokszor ellentétesen változnak egy adott konstrukciós vagy gyártási paraméter változtatásával. Például ha növeljük a csatornamélységet, akkor nő az abroncs futásteljesítménye (vagyis tovább tart, míg elkopik), de nő a gördülési ellenállása is.

Hogyan választhatjuk ki a nekünk megfelelő abroncsot? 

A megfelelő gumiabroncs kiválasztása autónkra azonban nem olyan ördöngős tudomány, hiszen ma már minden abroncson található egy információs matrica az adott gumi tulajdonságaival. Erről három fontos paramétert tudunk leolvasni: az adott garnitúra üzemanyag-hatékonyságát, a tapadását nedves úton, valamint a haladási zajt. 

Az üzemanyag-hatékonyság a gumi gördülési ellenállásából következik. Minél kisebb a gördülési ellenállás, annál kevesebb energiára van szükség a gördüléshez, így kisebb az üzemanyag-fogyasztás is. Egy G osztályos garnitúráról A osztályra váltás akár 7,5%-is csökkentheti a fogyasztást.

A nedves tapadás az abroncs egy nagyon fontos biztonsági jellemzőjéről ad tájékoztatást, vagyis hogyan tapad a gumi vizes útfelületen. Egy F osztályú abroncsok féktávolsága 80 kilométer/óráról nullára történő megállásnál akár 18 méterrel is hosszabb lehet, mint egy A kategóriás gumié.

A haladási zajt jelző ábra azt mutatja, mekkora zajt keltenek az abroncsok a használatuk során. Ha egy vagy két fekete strigulát látunk az ábrán, az azt jelöli, hogy az adott gumi az EU-s határétéknél kevesebb zajt kelt.

Ha újat veszünk, ezekre az információkra kell figyelnünk. Nézzük meg, mi van autónkon és úgy vásároljunk. 

Nem érdemes azonban kockáztatni azzal, hogy megpróbáljon az ember néhány ezer forintot spórolni azon, hogy valamelyik hipermarketben vásárol olcsón Csingcsong márkájú négyévszakos gumit, hiszen ez a négy tenyérnyi felület gondoskodik arról, hogy meg tudunk-e még álln iaz előttünk vészfékező másik autó mögött, vagy sem. Ezért nem szabad, hogy kockára tegyük a biztonságunkat - és családunk, szeretteink biztonságát - néhány forintnyi spórolás kedvéért.

Ha szeretnéd tudni, hogyan lehet hatékonyan kereket cserélni, miért nem szabad nyáron téli gumit használni és mi az a sebesség-, illetve terhelésindex, akkor nézd meg videónkat: