Historia opony samochodowej

Wynalezienie kola datuje sie na rok 3500 p.n.e. Pierwsza stalowa obraczka na kole pojawila sie ponad 1000 lat p.n.e. Przyjrzymy sie, jak powstala opona w motoryzacji i jak rozwinela sie w opone samochodowa, jaka znamy dzis.

Kolo

Zanim powstala obręcz, mielismy najpierw samo kolo. Pierwsze dowody istnienia wozow z kolami pochodza z wczesnej epoki brazu, okolo 3500 r. p.n.e. Na podstawie wykopalisk i innych zrodel historycznych ustalono, ze kolo bylo niemal jednoczesnie uzywane w Mezopotamii, na Kaukazie i w Europie Srodkowej. Kolo bylo wówczas jedynie masywna, drewniana tarcza zlozona z dwoch zbitych ze soba segmentow, z otworem na os w srodku (patrz ilustracja). Pytanie, ktora z tych trzech kultur wlasciwie wynalazla kolo, pozostaje do dzis nierozwiazane.

Wedlug historykow to Egipcjanie jako pierwsi, okolo 1500 r p n e, zaczeli uzywac drewnianych kol szprychowych zamiast pelnych kol. Drewniane kolo ze szprychami bylo znacznie lzejsze i mialo wieksza srednice. Dzięki temu jazda po piaszczystych drogach (pustynia) i blotnistych sciezkach stala sie latwiejsza i bardziej komfortowa.

Stalowa opaska

Opona jest elementem, ktory musi nosic ciezar pojazdu, chroni kolo przed peknieciem i zuzyciem oraz zapewnia lepszy kontakt miedzy kolem a nawierzchnia drogi.

Pierwsza stalowa opaska na kole zostala zaobserwowana na celtyckich wozach okolo 1000 r p n e. Stalowa opaska wzmacniala drewniane kolo szprychowe i czynila je bardziej odpornym na zuzycie. Wykonanie drewnianego kola ze stalowa opaska bylo rzemieslnicza robota. Recznie kuty stalowy pierscien najpierw rozgrzewano do czerwonosci, nastepnie wbijano mlotem na drewniane kolo, a potem chlodzono woda. Podczas chlodzenia stalowa opaska kurczy sie i sciska drewniane kolo wozu w jedna mocna calosc (zobacz ilustracje ponizej).

Dwa piekne przyklady wozow z drewnianymi kolami szprychowymi z metalowymi obręczami to portugalska konna kareta Traquitana z 1775 roku oraz woz chlopskie z 1884 roku, oba do obejrzenia w Louwman Museum. Te drewniane kola szprychowe z metalowymi obręczami byly takze stosowane okolo roku 1900 w pierwszej generacji automobilow, ktore wywodzily sie z powozow konnych. Drewniane kolo wozu z metalowa obręcza pozostalo praktycznie niezmienione az do 1870 roku, kiedy wynaleziono kola z drucianymi szprychami oraz opony gumowe.

Masywna gumowa opona

Około roku 1600 p.n.e. odkryto naturalny kauczuk (lateks). Lateks to lepiacy, mleczny sok, ktory jest pozyskiwany z drzewa kauczukowego. Aby nadac mu wlasciwosci kauczuku, lateks jest wulkanizowany. W tym procesie do stopionego lateksu dodaje sie siarke i lateks (mleczny sok) zmienia sie w gladki, elastyczny i sprezysty material, odpowiedni do wielu zastosowan. Zastosowanie lateksu jako bazy do pelnej gumowej opony rozpoczelo sie od 1867 roku. W tym roku Robert Thomas otrzymal patent, a rok pozniej produkcje podjela North British Rubber Company. Benz Motorwagen z 1886 roku oraz Benz 5-HP Phaeton z 1895 roku w muzeum Louwmana sa dwoma pieknymi przykladami pojazdow z kolami szprychowymi i pelnymi gumowymi oponami.

Gumy syntetyczne zostaly wynalezione w laboratoriach firmy Bayer w latach 20. XX wieku. Guma syntetyczna sklada sie z roznych polimerow wytwarzanych z ropy naftowej i ma wlasciwosci podobne do polimerow z kauczuku naturalnego. Ze wzgledu na niedobor i specyficzne cechy kauczuku naturalnego producenci opon wykorzystuja zarowno kauczuk naturalny, jak i syntetyczny, w zaleznosci od zastosowania opony. Obecnie guma syntetyczna stanowi 2/3 calej swiatowej produkcji gumy. Guma syntetyczna, w szczegolnosci neopren opracowany przez DuPont, w przeciwienstwie do kauczuku naturalnego jest bardziej odporna na temperature, olej i benzene. Dlatego guma neoprenowa byla rowniez stosowana do przewodow paliwowych, pierscieni uszczelniajacych i materialow izolacyjnych.

Pneumatyczna opaska gumowa

W 1888 roku brytyjski weterynarz John Boyd Dunlop (patrz zdjecie) jest uwazany za wynalazce pierwszej w historii opony wypelnionej powietrzem.

Wynalazek zrodzil sie z niezadowolenia, jakie John odczuwal, gdy widzial swojego 10-letniego syna, jak trzesl sie, jezdzac po bruku na swoim trojkolowym rowerku z pelnymi oponami. Powietrzna opona Dunlopa zostala po raz pierwszy zastosowana w rowerze. John Dunlop eksperymentowal z gumowa rura, ktora byla przyklejana do obręczy i owijana tasmą tekstylna. Pod koniec 1890 roku firma Dunlop Pneumatic Tyre w Belfascie rozpoczela produkcje pneumatycznej opony rowerowej. Produkcja pneumatycznej opony samochodowej przez Dunlopa ruszyla w 1900 roku.

Pierwsza pneumatyczna opona samochodowa nie pochodzi jednak od Dunlopa, lecz od braci Andre i Eduarda Michelin z 1895 roku. W tym roku opona powietrzna zostala uzyta w wyscigu Paryz-Bordeaux-Paryz i mimo wielu przebic wzbudzila duze zainteresowanie. Ludzie byli pod wrazeniem komfortu, jaki zapewniala opona powietrzna. Firma Michelin & Cie. udoskonalila opona i wkrotce stala sie wiodacym producentem pneumatycznych opon samochodowych w Europie. Jednoczesnie z rynku stopniowo znikala masywna opona samochodowa ze wzgledu na niski komfort jazdy.

Od poczatku XX wieku pneumatyczna opona samochodowa skladala sie z detki, ktora utrzymuje sprężone powietrze, oraz opony zewnetrznej, ktora chroni detke i zapewnia trakcje (zobacz ilustracje).

Zewnetrzna opona A, wyposazona w kilka warstw plocien, jest komora, w ktorej dętka B jest pompowana do cisnienia od 4 do 5 bar. Stopki zewnetrznej opony podczas pompowania detki zaciskaja sie w stalowej feldze C. Za pomoca kilku srub z nakretkami motylkowymi rozmieszczonych wokol felgi stopka opony jest dociskana do felgi. Zapobiega to przesuwaniu sie opony w feldze podczas jazdy. Tego rodzaju sruba z nakretka motylkowa miala jednak wady. Moze sprawiac trudnosci przy montazu zewnetrznej opony i prowadzic do uszkodzenia detki. Z tego powodu stosowanie opon i felg wyposazonych w takie sruby z nakretkami motylkowymi trwalo tylko krótko. Przyklad tego mozna zobaczyc naSpyker 60HP Racing Car z 1903 rokuw muzeum Louwmana.

Biale i czarne paski

W poczatkowym okresie stosowania opon pneumatycznych opony byly najczesciej wykonywane z kauczuku pozbawionego wegla. Taka opona ma wowczas bialy kolor naturalnego kauczuku (lateksu). Dodanie czarnego wegla do lateksu sprawia, ze opona staje sie mocniejsza, bardziej odporna na scieranie i bardziej odporna na wysoka temperature. Zywotnosc tej pierwszej generacji czarnych opon wynosila okolo 4000 km. Z czysto estetycznego punktu widzenia czarne opony bylo tez latwiej utrzymac w ladnym stanie niz biale opony z naturalnego kauczuku. Czarne opony wkrotce staly sie powszechnie stosowane. Zastanawiajace w tym kontekscie jest jednak zastosowanie opon typu white wall, ktore byly popularne w latach 20. i 50., zwlaszcza w prestizowych samochodach ze Stanow Zjednoczonych. Przykladem samochodu z calkowicie bialymi oponami (lateksowymi) jest ponizej pokazany Ford Model A z 1903 rokuktory mozna rowniez ogladac w muzeum.

Opona diagonalna i radialna

To bylo w latach 20., gdy wraz ze wzrostem uzycia samochodow i predkosci jazdy po drogach publicznych zaczeto ulepszac wlasciwosci opon. Opony staly sie szersze i bardziej elastyczne, a gume opony zewnetrznej wzmocniono warstwami tkaniny wtopionymi w gume. Te opony sa znane jako opony diagonalne (Bias-Ply) ze wzgledu na warstwy kordow ulozone po przekatnej wzgledem kierunku jazdy (zobacz rysunek). Opony diagonalne sa nadal produkowane i sprzedawane wlascicielom oraz kolekcjonerom zabytkowych samochodow z tego okresu.

W 1946 roku Michelin po raz pierwszy wprowadzil opony radialne. Opona nosi nazwe radialna ze wzgledu na radialnie (pod katem prostym) ulozone warstwy kordow w stosunku do kierunku jazdy. Opona radialna jest dodatkowo wzmocniona stalowymi warstwami kordow biegnacymi wokol obwodu opony (patrz rysunek). Po smierci Andre Citroena w 1935 roku firma Citroen zostala przejeta przez glownego akcjonariusza, firme Michelin, z Pierre-Julesem Boulangerem jako wiceprezesem oraz szefem dzialu inzynierii i projektowania. Nic wiec dziwnego, ze Citroen zaczal na szeroka skale stosowac opony radialne Michelin, na przyklad w modelu Citroen 2CV, ktory wszedl na rynek w 1948 roku. W porownaniu z opona diagonalna opona radialna ma dluzsza zywotnosc, lepsza stabilnosc kierunkowa i nizsze opory toczenia, co przeklada sie na mniejsze zuzycie paliwa. Opona radialna jest jednak nieco sztywniejsza i ze wzgledu na bardziej zlozona konstrukcje jest takze okolo 40% drozsza.

Przelom opony radialnej

Ze wzgledu na specyficzny charakter opony radialnej konieczne bylo jednak dostosowanie zawieszenia samochodu. Ogolnie odradza sie stosowanie opon radialnych w autach zaprojektowanych pod opony diagonalne. Od 1950 roku opony radialne staly sie swiatowym standardem. Wyjatkiem byl amerykanski przemysl oponiarski, ktory chcial pozostac przy tanszych oponach diagonalnych. Ponadto amerykanski przemysl motoryzacyjny widzial zagrozenie w kosztach zwiazanych z dostosowaniem zawieszenia w nowych modelach. Wiekszosc amerykanskich producentow samochodow i opon okreslala opony radialne jako "a freak product that isnt going anywhere". Nie bylo checi, aby zmuszac klientow do placenia wiecej za twardsza opone, dlatego branza pozostala przy produkcji wylacznie opon diagonalnych. Jedynym wyjatkiem byla firma B.F. Goodrich z modelem Silvertown Radial 900, wprowadzonym w 1965 roku, jednak nie odniosl on sukcesu.

Sytuacja zmienila sie, gdy w 1973 roku wybuchl kryzys naftowy. W Ameryce cena benzyny wzrosla z 30 centow do 1 dolara za galon. Rynek amerykanski zaczal domagac sie bardziej oszczednych samochodow. W ciagu 10 lat import samochodow wzrosl z 15 do 28 procent. Wszystkie importowane auta mialy oczywiscie opony radialne i wkrotce Michelin oraz Bridgestone swietnie prosperowaly na rynku amerykanskim dzieki swoim oponom. Goodyear ostatecznie zaczal produkowac opony radialne w 1977 roku po inwestycji liczacej miliony dolarow. Inne amerykanskie firmy oponiarskie zaczely wspolpracowac lub zostaly wykupione. W 1983 roku wszystkie nowe amerykanskie samochody byly wyposazone w opony radialne.

Opona bezdętkowa

W 1955 roku nastapila wazna zmiana w konstrukcji opon. Po dlugim okresie testowania i oceniania roznych patentow opona bezdentirowa, tubeless tyre, stala sie standardem w nowych samochodach.

Tradycyjna opona powietrzna z dętka miala kilka wad, takich jak trudny montaz opony i detki oraz nadmierne cieplo powstajace wskutek tarcia miedzy detka a opona, co moglo prowadzic do rozerwania opony.

Nowa opona bezdętkowa byla latwa w montazu i bezpieczniejsza. Ryzyko wystrzalu opony bylo niewielkie ze wzgledu na brak detki, a w razie przebicia, na przyklad gwozdziem, opona spuszczala powietrze powoli i tym samym bezpiecznie. Zamiast detki to teraz opona zewnetrzna razem z obręcza tworzyla jedna zamknieta komore. Aby uzyskac szczelna konstrukcje, opona uszczelniala sie na lozu obręczy, a zawor z gumowa uszczelka byl umieszczony w obręczy. To firma B. F. Goodrich jako pierwsza wprowadzila w 1955 roku na rynek oponę bezdetkowa.

Profil zespolu

Bieznik opony zostal juz na poczatku dosc szybko wyposazony w profil. Odkryto, ze zapewnia on lepsza przyczepnosc na mokrej i blotnistej nawierzchni. Profil zbiera wode i bloto w rowkach i odprowadza je na boki. Ponadto profil zapewnia pewien stopien chlodzenia opony. W poczatkowym okresie istnienia opony pneumatycznej bieznik byl czasem wyposazany w napis, ktory na blotnistych drogach pozostawial odcisk, taki jak "NON SKID", widoczny na modelu 1917 Pierce-Arrow Model 38 w Louwman Museum. Obecnie opony musza spelniac surowe miedzynarodowe standardy bezpieczenstwa dotyczace m.in. maksymalnej predkosci i maksymalnego obciazenia. Dane te, obok rozmiaru opony i wymaganego rozmiaru felgi, sa zakodowane na boku opony.

Przyszlosc

To godne uwagi, ze kolo z opona w transporcie drogowym istnieje juz od ponad 3000 lat. Co przyniesie nam przyszlosc? Czy bedziemy jeszcze dlugo korzystac z kola na drodze, czy zaczniemy przemieszczac sie w powietrzu wlasnym srodkiem transportu? W koncu mamy juz pociagi magnetyczne i smiglowce.

Alfred Koeten