Bližší pohled na pneumatiky

Pneumatiky zprostředkovávají vzájemné působení pojezdového ústrojí vozidel a terénu. U osobních automobilů je zmíněná styčná plocha velikosti malé dopisní obálky, u motocyklu je to velikosti telefonní karty, u nákladního automobilu nebo přívěsu je titulní strana časopisu Farmář a u zemědělské a lesnické mechanizace to může být i velikost titulní strany Zemědělce a v případě zvláště široké pneumatiky to může být i více.

Pokud se podíváme na jednotlivé části pneumatiky, lze říci, že každá z nich je velmi důležitá a proto jsou změny prováděny ve všech částech, přestože mnohdy odděleně.
Kritickými částmi pneumatiky jsou: 1. patka, 2. bočnice, 3. běhoun, 4. dezén a 5. nárazník.
Požadavky na pneumatiky dělíme na funkční a provozní. Požadavky funkční vycházejí z potřeb konstruktérů mobilních energetických vozidel a přípojných vozidel. Jsou kladeny na ty parametry pneumatik, které mají vliv na jízdní vlastnosti vozidla. K jízdním vlastnostem vozidla patří dynamické chování v horizontálním (ovladatelnost při projíždění zatáček, směrová stabilita, akcelerace a brždění) i vertikálním směru (frekvence odpružených hmot, jízdní komfort). Některé požadavky jsou ale protichůdné. Například je potřebné, aby pneumatiky svojí radiální pružností snižovaly přenos vibrací a nárazů od nerovností vozovky. Na druhé straně je radiální poddajnost příčinou vlastních vibrací kostry pneumatiky při přejíždění krátkých nerovností a vede k radiálním deformacím pneumatiky, se kterými souvisí velikost odporu valení.

K hlavním funkčním požadavkům pneumatik patří:
 směrové vedení vozidla, resp. zachycení bočních sil (to je zajištěno správnou směsí běhounu, provedením dezénu, kvalitou běhounu, konstrukcí pneumatiky, správným tlakem vzduchu v pneumatice, oblastí patky a bočnicí pneumatiky)
 nesení svislé síly, resp. nosnost pneumatiky (to je zajištěno konstrukcí pneumatiky, správným tlakem vzduchu v závislosti na rychlosti jízdy)
 zajištění přenosu hnací a brzdné síly (to je zajištěno dezénem, tlakem vzduchu v pneumatice, konstrukcí pneumatiky, správnou směsí a kvalitou běhounu)
 pohlcování nárazů od nerovností vozovky, resp. odpružení vozidla (provedení konstrukce, správný tlak vzduchu v pneumatice)
 nízký odpor valení
 nízká hlučnost při odvalování

Mezi provozní požadavky na pneumatiky patří:
 zajistit dostatečně velkou plochu dotyku s povrchem podložky (snížit úroveň utužení půdy, rozložit tlak na podložku)
 zajištění nízké hodnoty valivého odporu (snížit spotřebu paliva)
 nepoškozování povrchu půdy (dezén nesmí v drážkách vyzvedávat materiál z povrchu, po kterém se pneumatika odvaluje, povrch nesmí být poškozen drásáním a vytrháváním)
 zabezpečit překonávání překážek (vyjetí z koleje, vedení na svahu, jízda ve složitém terénu)
 snadnost obsluhy (kontrolní úkoly a snadnost huštění)
 jednoduchá a snadná montáž
 nízké opotřebení a odolnost vůči průrazu běhounu i bočnice
 stabilita spojení s ráfkem (oblast patky pneumatiky)
 možnost bezpečného zastavení při okamžité ztrátě vzduchu v pneumatice
 nízká hmotnost a cena
 schopnost recyklace, resp. protektorování

Je patrné, že mnohdy musí být požadované vlastnosti určitým kompromisem. Například snaha, aby byla pneumatika lehká, naráží na požadavek na odolnost proti průrazu a nízký valivý odpor, protože ocelový nárazník má zajistit zmíněné požadavky, ale ocelová lanka hmotnost zvyšují. Požadavek na vysokou životnost naráží na požadavek ve funkčních oblastech, protože speciální směsi běhounu, nárazníku a bočnice vyhoví funkčním požadavkům, ale poněkud sníží životnost pneumatiky.

Pneumatika se skládá z těchto hlavních částí (Obrázek č.1):
1. vnitřní ochranná guma (Inner layer)
2. zpevněná meziguma (Rubber Interlayer)
3. kostra pneumatiky (Carcass)
4. nárazníková vrstva tvořená ocelovými vlákny (Breaker Steel)
5. nárazník (Breaker)
6. běhoun (Tread pattern)
7. žebro dezénu (Ribb)
8. lanko patky (Bead wire)
9. ochrana patky (Bead protection)
10. jádro (Apex)
11. ochrana patky (Bead protection)
12. bočnice (Sidewall)
13. lemování okraje nárazníku (Breaker margin)
14. rameno (Schoulder)
15. vnější běhoun (Tread)
16. drážka dezénu (Groove)

Kostru tvoří několik vrstev pogumovaného plátna a kordových vláken. Vlákna jsou obklopena kaučukovou směsí (elastomery s přísadami), takže se mohou pohybovat, aniž se po sobě třou a proto se kordové tkanivo při deformaci zahřívá pouze nepatrně. Při kladení vláken křížem přes sebe jde o pneumatiky diagonální při kladení vláken kolmo k obvodu jsou to pneumatiky radiální. Kordová vrstva je ukotvena kolem lan v patkách Kostra tvoří nosnou část pneumatiky, určuje její pevnost, zachycuje zatížení a dynamické silové namáhání. Počet kordových vložek se liší v závislosti na druhu pneumatiky.
Běhoun je nosný hřbet na vnějším obvodu zhotovený z odolné, tvrdé a houževnaté pryže. Běhoun je na povrchu různě vzorkován (vzorek = dezén), aby se zdrsněním zlepšil záběr a zamezilo se smyku a prokluzu pneumatiky. Drážkování vzorku nemá být uzavřené, aby se drážky nezanášely. To je zvláště důležité u pneumatik pro hnací kola traktorů.
Nárazník tvoří přechod mezi běhounem a kostrou pláště a je obvodově neroztažitelný. Nárazník zlepšuje dynamické spojení mezi kostrou a běhounem za současného zvyšování odolnosti kostry pneumatiky proti průrazu, roznáší obvodové síly po celém obvodu ráfku. Materiál, ze kterého se nárazník vyrábí, bývá různý. V současné době má nejlepší vlastnosti ocelový kord, který se používá u radiálních pneumatik. U diagonálních pneumatik je materiál nárazníku obdobný jako u kostry. Nárazník také pohlcuje část tepla, které se vytvoří při jízdě. Svojí obvodovou tuhostí přispívá ke stabilitě kostry a omezuje pružnost dezénu.
Bočnice je tvořena pryží. Má za úkol chránit boční část kostry pneumatiky před mechanickým poškozením a působením atmosférických vlivů. S ohledem na deformaci pneumatiky v boku při provozu musí materiál snášet značné dynamické namáhání.
Patka je zesílená část pneumatiky, dosedající na ráfek. Je vytvořena ohnutím kordových vložek kolem patních lan (tvořeno ocelovými dráty). Patkou je pneumatika uchycena v ráfku a proto její tvar odpovídá tvaru ráfku. V kostře pneumatiky tvoří pogumované kordy s ocelovým lanem tuhý systém a umožňují pevné ukotvení pneumatiky na ráfek. Patka u radiálních pneumatik je poněkud odlišná od patky u diagonálních plášťů. Je to dáno tím, že radiální se poněkud více odvalují, proto je patka vyztužena pogumovaným ocelovým kordem, který zabraňuje prolamování pláště pod patkou. Bezpečné upevnění pneumatiky na ráfek je zvýšeno rozdílem mezi průměrem patky a ráfku. Tím je zajištěna vzduchotěsnost bezdušových pneumatik a je zabráněno prokluzování pneumatiky na ráfku vlivem brzdících a záběrových sil.
Podíváme-li se poněkud detailněji na pneumatiku, například na radiální pneumatiku pro hnací kola traktorů firmy Barum, zjistíme z katalogu následující rozměrové údaje: Šířka profilu 356 mm, vnější průměr 1562 mm, statický poloměr 7260,2 % mm, účinný odvalený obvod 4675 2,5% mm, nosnost pneumatiky při tlaku vzduchu v pneumatice 80 kPa je 1155 kg a při tlaku vzduchu 160 kPa je nosnost1800 kg při rychlosti 40 km.h-1.
Abychom zjistili další údaje, provedeme příčný řez touto pneumatikou. Z tohoto řezu lze zjistit, že tloušťka bočnice v nejužším místě je 9 mm, tloušťka pneumatiky v nejužším místě obvodové části je 22 mm (mezi žebry dezénu až k vnitřní vrstvě), výška žeber dezénu je 41 mm, počet ocelových drátků v nárazníku je 4, šířka nárazníku je 279 mm, průměr svazku ocelových drátků v patce je 13 mm.
Pneumatika Continental 445/70 R24 patří k tzv. nové generaci pneumatik pro hnací kola. Z řezu této pneumatiky lze zjistit, že v nárazníku jsou dvě vrstvy ocelových lanek, která jsou složena ze sedmi drátků. Lanka jsou umístěna těsně vedle sebe, pouze směrem k ramenům pneumatik se zvětšují mezery mezi těmito lanky. Zároveň ale je zde jedna vrstva ocelových drátků, která zabíhá až do ramenní části pneumatiky. Tloušťka bočnice v nejužší části je 10 mm, tloušťka pneumatiky v nejužším místě obvodové části je 20 mm, výška žeber dezénu je 30 mm, průměr svazku ocelových drátků v patce je 17 mm, šířka žebra na kraji běhounu je 30 mm.
Pro výrobu pneumatik se vyrábějí ocelová vlákna nejčastěji o průměru 0,15, 0,175 a 0,22 mm. Vlákna menšího průměru mají lepší dynamické vlastnosti než vlákna většího průměru. Na vlákna se nanáší vrstvička mosazi (70 % Cu + 30 % Zn) pro zvýšenou adhezi povrchu ocelového kordu k pryži a ke snížení náchylnosti ke korozi.

Text a foto
Ing. Ivo Celjak
JČU v Českých Budějovicích