Lukas Rossler-rucne kovana kola

ČZU
PRAHA
ročník10/11
Konstruování s podporou počítačů
Ručně kovaná litá kola
Jméno: Lukáš Rössler, IŘT
Úvod
Hned v úvodu se nám nabízí otázka Proč vlastně hliníková kola?
Mají kola z lehkých slitin nějaké „závratné“ výhody, anebo je to pouze otázka designu
automobilu? Jako nesporná výhoda je u „hliníkových“ disků většinou zmiňována jejich nižší
hmotnost oproti diskům ocelovým. To je přínosem v redukci tzv. neodpružených hmot a tím
možného zlepšení reakcí podvozku na okolní terén. Snížením hmotnosti rotační součásti
(kola+pneu) redukujeme též velikost jejího momentu setrvačnosti. Hmotnost kola tak má vliv
na brzdění a akceleraci. Jednoduše: Lehčí kolo roztočím, popř. zabrzdím, snadněji než stejně
velké, ale hmotnější kolo. Zde je ale důležité především rozložení hmoty v závislosti na
poloměru!!! Další uváděnou výhodou je odpovídající tuhost a pevnost takovéhoto kola při
jeho výhodné nízké hmotnosti.
Ačkoliv je zde stále zmiňována nižší hmotnost, pokud bychom provedli zvážení hliníkových a
ocelových disků totožných rozměrů zjistíme, že hmotnostní rozdíly nejsou s podivem nijak
závratné, jak bychom předpokládali. Především u menších rozměrů může být bilance opačná,
tedy že hliníkový disk váží více než „plecháč“. Výraznějších rozdílů je dosahováno především
u špičkových produktů, vyráběných high-tech technologiemi (kováním,…), z high-tech
materiálů (slitiny Al-Mg,…).
Předností velké části „hliníků“ je jejich příznivý vliv na chlazení brzd vlivem zvýšené
průchodnosti vzduchu většími otvory v disku. V zápětí je ale nutno poznamenat, že při jízdě
za extrémních klimatických podmínek, především v zimním období, dochází vlivem těchto
větších otvorů k zanášení funkčních ploch kotoučových brzd nečistotami (vodou, sněhem,
solí...) a následné snížené účinnosti brzd. To se např. stalo při nedávném testování Fábie II ve
Švédsku, kdy několikrát brzdy z těchto důvodů selhaly. Doporučením pak je v takovýchto
podmínkách „kotouče krátkým přibrzděním vysušit“ (rada v oficiálním tiskovém prohlášení
automobilky Škoda).
Jednoznačným „PRO“ disky z hliníkových slitin je samozřejmě jejich vzhled a vytvoření
téměř libovolného designu.
Pro srovnaní přidávám tabulku rozměru kol + jejich váhu (je přiložena jako excel
soubor ve složce)
Jen pro zajímavost srovnání liteho a plechového kola:
7x15 ET42 Alutec + Hankook Optimo K406 18,1kg
plecháč 15'' + pneu Dunlop (zimní pneu) cca 14kg
Technické parametry kol z lehkých slitin
Průměr roztečné kružnice (PCD/ Počet děr)
Určuje průměr dvou protilehlých děr na náboji kola příslušného vozidla, popř. kolik těchto
děr je na náboji kola.
Průměr středového otvoru:
Pro maximální flexibilitu se používájí redukční kroužky tak, aby se kolo s jedním vrtáním
mohlo použít na více vozidlech s rúznými průměry středových děr (basic ring system).
Zális
Je vzdálenost od pomyslné osy kola k dosedací ploše kola. Tento rozměr je velmi důležitý,
protože je rozhodující pro uložení kola na nápravě vozidla.
Šířka ráfku
Je vnitřní vzdálenost mezi dvěma patkami kola. Šířka ráfku také označuje nominální šířku
kola.
Hump:
Zamezuje při působení velkých bočních sil, například při jízdě v zatáčce, sesunutí
pneumatiky z kola při náhlém poklesu tlaku vzduchu v pneumatice. Existuje více provedení.
Rozbor označení kola:
např. 7.5Jx17H2
7.5....nominální šířka (šířka ráfku)
J.......šířka patky ráfku
17.....nominální průměr kola
H2.... podvojný hump (individuální design humpu)
Kování
Kování je tvářecí postup bez řezání v zahřátém pevném stavu. Takzvané „výlisky“ jsou
hliníkové válce o průměru asi 30cm a výšce 60cm . Díky vysokému tlaku a vysoké teplotě se
výlisek vytlačí do určeného tvaru, který je dán matricemi. Toto se děje ve třech krocích s více
čí méně vyznačenými tvary (matricemi). Matrice jsou upnuty v kovacím lisovníku a jsou
stlačovány uzavíracím tlakem v hodnotě 5000-8000t . Kompresí materiálu při tvarování
(kování) se zvyšuje hustota materiálu, přičemž maximální nosnost se zvyšuje ještě více!
Při kování se používá bezkřemiková slitina hliníku, tím je možné povrch vyleštit k extremně
lesklému povrchu. Tento lesk se neztratí po nalakování akrylátovým lakem, který naopak
chrání před vlivy okolního prostředí a poškrábáním. Vrstva akrylátového laku nevyžaduje
žádné dodatečné leštění, toto leštění by ani nebylo možné.
Výrobní proces
Obrábění kováním
Před každým pracovním krokem se obrobek ohřeje na cca. 400°C
Mechanické obrábění
Všechny dosavadní výrobní procesy byly prováděny přímo v kovárně. Pro další pracovní
kroky si extrémně vysoké požadavky na kvalitu vyžádaly využití vlastních specialistů na
obrábění. S extrémně jemným nářadím se nyní kolo osoustruží na všech stranách na
vyžadované míry a vyfrézuje na design, který je určen designerským týmem.
Následně se kolo ručně vyleští do vysokého lesku na přední i vnitřní straně. Výroba kola se
uzavře krycím nátěrem povrchu a to pomocí tekutého akrylátového laku.
Kováním se dosáhne díky výše popsaným vlastnostem materiálu a nízké hmotnosti kola
lepších brzdných vlastností a celkového ovládání vozu. Výroba kovaných kol je však také
podstatně dražší než je tomu u litých kol.
Povrchová úprava Nano tec
„Nano tec Brillantsilber“ je speciální povrchová úprava (lakování) odolná špíně a prachu,
která se vyrábí za použití nanotechnologie. Lak Nano tec byl vyvinut specialisty,kteří se
zabývali touto problematikou (tuším,že to byla nějaká německá firma,ale bohužel jsem ji na
internetu neobjevil)
Tento druh laku má velmi nízkou povrchovou energii, z čehož vyplývá trvalá odpudivost
vody.Olejové tekutiny, špína a brzdný prach se sotva udrží na povrchu ráfku a velice lehce
se odstraní.
Mimo toho je lak Nano tec odolný proti poškrábání, extrémně tvrdý a žáruvzdorný.
Povrchová uprava od JAGUARU
Nejtvrdší zkouškou je pádová zkouška kterou dělá firma Jaguár u svých kol. Ze 4 metrové
výšky se nechá spadnout na ráfek přes rouru šroubová matice rozměru M8, přičemž po úderu
se nesmí lak roztříštít
Vývoj modelů kola
Historie kola začíná navržením jeho designu. Nejdříve je vypracována specifikace designu,
která obsahuje základní definice a optické představy designu a technické struktury kola
(jedno, dvou a vícedílná kola). K tomuto záměru je zhotoven k posouzení ve speciálním CAD
softwaru první 3D model. V tomto softwaru může být kolo poprvé posuzováno
třídimenzionálně a mohou se na něm provést různá vylepšení.
Zatížení paprsků
Enormní zatížení - která vlastně v praxi nemohou ani nastat – se vytváří na 3D modelu kola
pomocí počítačové simulace a vypočítává se napětí a tvarování kola. Počítač znazorňuje
změny kola pomocí různých barev. Oblasti s největším zatížením se zobrazují
červeně, naproti tomu oblasti bez jakéhokoliv zatížení jsou zobrazeny zeleně.
Formování paprsků
V této zkoušce se na 3D modelu kola zkouší tvarování uvnitř středové části paprsků. I zde
jsou vidět kritické oblasti, které se následně korigují pozměněním designu.
Finální zkouška kola
V této zkoušce se 3D model tak dloho modifikuje a optimalizuje, než se na kole nevyskytnou
žadná kritická zatížení. Takto je kolo dimenzováno na největší zátěž. Pro řidiče to
znamená bezpečí při provozu a nám zaručuje, že vyrobíme vysoce kvalitní výrobek.
Zkoušky TUEV
Každé kolo je vždy samozřejmě přezkoušeno ve zkušebním ústavu TUEV a tím je na
dlouháléta zaručena vysoká bezpečnost v silničním provozu.
Nejdůležitějšími zkouškami, které ve zkušebně TÜV kola musí podstoupit jsou:
ohybná kroutící zkouška
pojezdná zkouška
nárazová zkouška (Impact test )
testovací jízda
Ohybná kroutící zkouška
Během této zkoušky se simulují boční síly působící na kolo během projíždění zatáčky. Každé
kolo z lehké slitiny je dosedací plochou připevněno ke zkušebnímu stroji, který na něj
kroucením vyvíjí deformační sílu v předepsaném počtu cyklů
Pojezdná zkouška
V této zkoušce se na kole s pneumatikou simuluje působení sil na kolo při jízdě směrem
dopředu a při projíždění zatáčkou.
Nárazová zkouška (Impact test )
Z předepsané výšky dopadá na paprsek a na hranu kola klínovité závaží a sledují se případné
deformace či únik vzduchu z pneumatiky.
Testovací jízda
Během této zkoušky se každé vozidlo na trhu testuje s různými koly. Sleduje se potřebný zális
(ET), pneumatiky a podmínky provozu pro jednotlivá kola a pneumatiky.
Použití kol z lehkých slitin v zimním provozu
Předem je nutné upozornit, že žádné kolo se nevyrábí výlučně pro zimní použití. Vhodnost
použití v zimě (odolnost proti soli a štěrku) vyplývá z kvality a tloušťky bezbarvého laku.
Platí, že je nutné najít optimální kompromis mezi tloušťkou vrstvy a pružností laku. Je zde
více nenormovaných variant, jak tyto vlastnosti testovat.
Málokterý výrobce dokáže zaručit,že jeho kola obstoji v zimním nehostinném počasí. Proto
např. výrobce kol AEZ všechna svá kola testuje v mlhové solné komoře. V této zkoušce se
udělá rýha do laku kola a v umělohmotném kontejneru se kolo postřikuje cca. 300 hodin
roztokem kyseliny. Tato zkouška prokáže kvalitu a odolnost laku. Pokud bezbarvý nebo
stříbrný lak vykazuje kvalitativní chyby, pak na styčných místech takzvaně "vykvete".
Závěr:
Závěrem bych chtěl jen uvést takové malé srovnaní.Samozřejmě, že není možné vůz
odlehčovat o povinnou výbavu, nicméně např. dvacetilitrový kanystr s benzínem nechejte
raději doma a k pumpě zamiřte, až když začne svítit kontrolka. Síť čerpacích stanic je u nás i
v celé Evropě dostatečně hustá. A až budete jezdit za 5 l/100 km, vydrží vám nádrž na 800 i
více kilometrů. Někdy se uvidí, že při ustálené rychlosti znamená každých 100 kg navíc
zvýšení spotřeby cca 0,1 l/100 km. To je ovšem teoretický případ. Ve skutečnosti se vozidlo
musí opakovaně rozjíždět a zdolávat stoupání. Podle zkušeností pak takoví stokilové závaží
může představovat zvýšení spotřeby až o půl litru paliva na sto kilometrů.