ΕΛΑΣΤΙΚΟΙ ΤΡΟΧΟΙ MICHELIN TWEEL Ο κατασκευαστής προτείνει: “Μην ελέγξετε ποτέ ξανά την πίεση των ελαστικών σας!” Όχι, ο τίτλος αυτού του άρθρου δεν είναι αστείο - απεναντίας, προσπαθεί να είναι όσο γίνεται περισσότερο (και ακριβέστερα) προφητικός για τη μορφή των τροχών με τους οποίους θα εφοδιάζονται τα οχήματα ενός άμεσου μέλλοντος. Για να αποδειχθεί ότι η ιστορία κι η τεχνολογία κάνουν κύκλους, κάποιες φορές, γυρνώντας ξανά στην αρχή τους: στους τροχούς του “κάρου”! Μέσω της τεχνολογίας Tweel (σύντμηση των λέξεων Tire και Wheel), η Michelin μας διαβεβαιώνει ότι θα έρθει κάποια στιγμή που όχι μόνο θα πάψει να μας απασχολεί η πίεση του αέρα στα ελαστικά μας αλλά και θα ακυρωθεί, εν τη γενέσει του, και το σημερινό δίλημμα: «Υψηλό προφίλ για άνεση ή χαμηλό προφίλ για άμεση απόκριση στο τιμόνι;». Toυ Γιώργου Πεχλιβάνογλου Σχέδια – φωτό: Γ. Πεχλιβάνογλου, Michelin, αρχείο R&D Ύστερα από έναν (και πάνω) αιώνα μετά την καθιέρωση των αεροθαλάμων στα ελαστικά των αυτοκινήτων – αλλά και τη συνεχή μείωση του “ύψους” τους, με την καθιέρωση ολοένα και χαμηλότερων προφίλ – ήρθε η ώρα για να προταθεί η χρήση ελαστικών... μηδενικού προφίλ και η οριστική κατάργηση των αεροθαλάμων. Των ίδιων εκείνων αεροθαλάμων οι οποίοι, λίγο μετά την “ανακάλυψη” του αυτοκινήτου, έδωσαν το εναρκτήριο λάκτισμα για την αρχή της εποχής της Αυτοκίνησης. Ας πάρουμε, λοιπόν, τα πράγματα, από αυτήν ακριβώς την αρχή... Είμαστε πίσω στο 1890 όταν ο Andrè Michelin τοποθετεί σε ένα αυτοκίνητο εκείνης της εποχής λάστιχα με αεροθαλάμους παρόμοια με αυτά, που πριν από 2 χρόνια (1888) είχε τοποθετήσει ο John Dunlop στις ρόδες ενός ποδηλάτου εποχής. Η κίνηση αυτή του Michelin αλλάζει τελείως τα δεδομένα καθώς το αυτοκίνητο μετατρέπεται, από “τεχνική ατραξιόν” “σε χρηστικό μέσον”: η κατάργηση των τροχών “κάρου” έχει ως αποτέλεσμα να καταπονούνται οι επιβάτες πολύ λιγότερο από τους φοβερούς κραδασμούς των χωμάτινων (ακόμα) δρόμων ενώ και τα ίδια τα αυτοκίνητα αποκτούν συνεχώς καλύτερη οδική συμπεριφορά, δίνοντας τη δυνατότητα, στους κατασκευαστές τους, να αναζητήσουν ολοένα και υψηλότερες επιδόσεις και τελικές ταχύτητες από αυτές της “ιππήλατης άμαξας”. Στα “νέα’’ αυτά λάστιχα, η συμπαγής ελαστική μάζα του κάλυπτε τον τροχό του οχήματος έχει αντικατασταθεί από έναν ελαστικό αεροθάλαμο. Με τον τρόπο αυτό, ο συμπιεσμένος αέρας που βρίσκεται στο εσωτερικό του αεροθαλάμου λειτουργεί ως “τοπικό” πνευματικό ελατήριο αποσβένοντας τους κραδασμούς που δημιουργούν οι ανωμαλίες του οδοστρώματος, ενώ η παραμόρφωση του εύκαμπτου σκελετού από το βάρος του οχήματος οδηγεί στην αύξηση της επιφάνειας επαφής ελαστικού – οδοστρώματος μοιράζοντας έτσι τις ασκούμενες δυνάμεις σε μεγάλη επιφάνεια με θετικά αποτελέσματα στην οδική συμπεριφορά του οχήματος. Το επόμενο μεγάλο βήμα στην εξέλιξη των ελαστικών των οχημάτων είναι η ανάπτυξη των radial ελαστικών στα μέσα της δεκαετίας του ΄40 από την Michelin η οποία, για άλλη μια φορά, άλλαξε σε παγκόσμιο επίπεδο τον σχεδιασμό και την τεχνολογία των ελαστικών – έστω κι αν χρειάστηκε να περάσουν 25 τουλάχιστον χρόνια μέχρι η τεχνολογία αυτή να γίνει καθολικώς αποδεκτή. Στα χρόνια που μεσολάβησαν, δύο ακόμα καινοτομίες έκαναν την εμφάνισή τους, ακριβώς και μόνο για να μας υπενθυμίσουν τά “κενά ασφάλειας” που συνυπάρχουν με την άνεσή μας, ύστερα από την αποδοχή μας να μεσολαβεί ένα στρώμα αέρα ανάμεσα στον τροχό και τον δρόμο: η τεχνολογία “tubeless” και η τεχνολογία “run-flat”. Και ερχόμαστε στο 2005 όπου τα ελαστικά των οχημάτων έχουν κατακτήσει, πλέον, ένα ασύλληπτο επίπεδο τεχνογνωσίας, σχεδιασμού και απόδοσης. Και εκεί ακριβώς, στην κορύφωση, επανέρχεται η Michelin, αποφασισμένη να πάει κόντρα στο τεχνολογικό κύμα που η ίδια - λίγο έως πολύ – δημιούργησε. Και αναστρέφει τα δεδομένα με τον πλέον προκλητικό τρόπο! Ούτε λίγο ούτε πολύ, δηλώνει (και μάλιστα έμπρακτα) πως στο άμεσο μέλλον θα απαρνηθεί τους αεροθαλάμους (αλλά και τα προβλήματα που απορρέουν από την παρουσία τους) για χάρη του νέου «ελαστικού τροχού» που αναπτύσσει, με το εμπορικό όνομα Τweel! “Συμπαγή Λάστιχα Ελαστικών Νευρώσεων”. Αυτή θα μπορούσε να είναι η ελληνική απόδοση του όρου “ribbed non-pneumatic tyre’’, μέσω του οποίου, ουσιαστικά, περιγράφεται αυτό που η Michelin ονομάζει Tweel. Ας εξερευνήσουμε λοιπόν λίγο τη σύγχρονη ιστορία αυτών των ελαστικών προσπαθώντας να διαπιστώσουμε δυνατά και αδύνατα σημεία, καθώς και πιθανές εφαρμογές. Aρχής γενομένης από τη διαπίστωση ότι ο πρώτος που είχε την ιδέα αυτή, στη σύγχρονη ιστορία, ήταν... κάποιος άλλος! Η προσπάθεια της Uniroyal Κομβικό σημείο στην ανάπτυξη αυτού του νέου τύπου ελαστικών χωρίς αεροθάλαμο αποτέλεσε η εργασία των R.L Palinkas, S.R. Pajtas και G.H. Nybakken, κάπου στα μέσα της δεκαετίας του ΄80, όταν οι παραπάνω ερευνητές εργάζονταν στην εταιρεία ελαστικών Uniroyal – Goodrich Tire Co. Το αίτημα λοιπόν της εταιρείας προς το τμήμα έρευνας ήταν η ανάπτυξη ενός νέου τύπου ελαστικού το οποίο θα χρησίμευε ως ελαστικό ανάγκης (ρεζέρβα) διαθέτοντας αυξημένη αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής αλλά και καταλαμβάνοντας τον ελάχιστο δυνατό όγκο, μέσα στο χώρο αποσκευών, με το μικρότερο δυνατό βάρος. Επιπλέον (και εδώ είναι το πιο σημαντικό στοιχείο) το εν λόγω ελαστικό δεν θα έπρεπε να χάνει αέρα, απαλλάσσοντας με αυτόν τον τρόπο τον οδηγό από την ανάγκη τακτικού ελέγχου της πίεσης! Τέλος, το νέο αυτό ελαστικό έκτακτης ανάγκης θα έπρεπε να προσφέρει καλή και ασφαλή ποιότητα κύλισης χωρίς να παράγει σημαντικό θόρυβο ή κραδασμούς (στην πραγματικότητα, διατηρήθηκε ηθελημένα ένα ορισμένο επίπεδο θορύβου, μόνο και μόνο για να “θυμίζει’’ διαρκώς στον οδηγό ότι χρησιμοποιεί τη ρεζέρβα). Οι ερευνητές λοιπόν της Uniroyal απέκλεισαν από την πρώτη στιγμή τη χρήση αεροθαλάμου και επικεντρώθηκαν στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός non-pneumatic τροχού με ιδιότητες και συμπεριφορά κοντά σε αυτή των συμβατικών τροχών. Και κάπως έτσι, κατέληξαν σε ένα... αντικείμενο αντίστοιχο του Σχ.1 το οποίο, κατ’ αρχήν, αποτελείται από μία άκαμπτη μεταλλική ζάντα [80] παρόμοια με τις συμβατικές ζάντες των αυτοκινήτων. Η ζάντα όμως αυτή, δέχεται ένα σύνθετο κάλυμμα ύψους μερικών εκατοστών το οποίο περιλαμβάνει τόσο το ‘’πέλμα’’ του τροχού [22] όσο και το ελαστικό μέσο απόσβεσης των ανωμαλιών [40]. Τα τρία αυτά στοιχεία του τροχού είναι μόνιμα συνδεδεμένα, χωρίς δυνατότητα αλλαγής του ελαστικού τμήματος όπως στα συμβατικά ελαστικά. Η σύνδεση των τμημάτων αυτών μπορεί να γίνει είτε με μηχανικό τρόπο (βίδες, πείροι κ.λ.π) είτε με χημικό (κόλληση, σύντηξη σε ειδικό καλούπι κ.λ.π). Ας εξετάσουμε τώρα λίγο πιο αναλυτικά το κάθε ένα τμήμα του τροχού αρχίζοντας από το πιο σημαντικό τμήμα που δεν είναι άλλο από το κυψελώδες ελαστικό τμήμα [40]. Στα σχήματα 1 και 2 παρατηρούμε τη μορφή που έχουν αυτά τα ελαστικά τμήματα του τροχού. Πρόκειται ουσιαστικά για δύο ομοαξονικούς ελαστικούς κυλίνδρους οι οποίοι ενώνονται μεταξύ τους με ελαστικά φύλλα [40] πάχους περίπου 8mm. Στην περίπτωση του Σχ. 1 παρουσιάζεται οι συμμετρική μορφή του ελαστικού τμήματος όπου όλα τα ελαστικά φύλλα έχουν διάκενο περίπου 55mm, ενώ στο Σχ. 2 παρουσιάζεται η ασύμμετρη σχεδίαση του ελαστικού τμήματος όπου το διάκενο μεταξύ των φύλλων μεταβάλλεται (18mm έως 68mm) σύμφωνα με ένα καθορισμένο “pattern’’. Η ασύμμετρη εκδοχή συμβάλει δραστικά στη μείωση των κραδασμών κατά τη διάρκεια της κύλισης, αφού στον συμμετρικό τροχό εμφανίζονται ορισμένα φαινόμενα ανάπτυξης έντονων κραδασμών λόγω συντονισμού. Είναι εμφανές πως τα παραπάνω ελαστικά φύλλα δεν είναι διαταγμένα ακτινικά αλλά με μία αρκετά μεγάλη κλίση (η οποία μάλιστα είναι αντίθετη στη συμμετρική και στην ασύμμετρη εκδοχή). Η επιλογή αυτή υπαγορεύτηκε από την ανάγκη να επιτευχθεί μια όσο το δυνατόν πιο γραμμική συμπεριφορά του ελαστικού κατά την συμπίεση ενώ είναι δεδομένο και το ότι η κεκλιμένη διάταξη επιτρέπει την πραγματοποίηση της αρχικής φάσης της παραμόρφωσης στις περιοχές εξομάλυνσης των τάσεων [42] στις ρίζες των ελαστικών φύλλων και όχι στο μέσο τους. Προ-εντοπίζοντας, έτσι, τα σημεία παραμόρφωσης αποτρέπεται η (ενοχλητική και θορυβώδης) ακαριαία κάμψη και επαναφορά ολόκληρου του ελαστικού φύλλου - η οποία εκτός των άλλων δεν χαρακτηρίζεται για τη γραμμικότητά της... Επιπλέον, η κλίση των ελαστικών φύλλων επιτρέπει την αρκετά αποτελεσματική αντίσταση του τροχού στις αντίθετες ροπές που ασκούνται στο εσωτερικό τμήμα του τροχού (ροπή κινητήρα) και στο εξωτερικό (επαφή με το οδόστρωμα). Η διαφορά αυτή των ροπών τόσο κατά την επιτάχυνση όσο και κατά το φρενάρισμα καταπονεί περισσότερο σε εφελκυσμό (ή συμπίεση) τα ελαστικά φύλλα και όχι σε κάμψη (όπως θα συνέβαινε αν τα ελαστικά φύλλα ήταν διατεταγμένα ακτινικά). Τέλος, όπως βλέπουμε και στο Σχ. 4, το ελαστικό τμήμα του τροχού διαθέτει μια ακτινική ελαστική νεύρωση [50] η οποία συνδέεται με τα εγκάρσια ελαστικά φύλλα [40]. Η νεύρωση αυτή παραλαμβάνει ακτινικά φορτία από το πέλμα περιορίζοντας την υπερβολική παραμόρφωση των ελαστικών φύλλων [40] ενώ βοηθά και στη συνολική ενίσχυση της δομής του όλου ελαστικού τμήματος. Εξετάζοντας τώρα την περιοχή του πέλματος (Σχ. 4) παρατηρούμε ότι το πέλμα δεν είναι επίπεδο αλλά διαθέτει μια καμπυλότητα (κορώνα) [60]. Σύμφωνα με τους σχεδιαστές της Uniroyal, η καμπυλότητα αυτή σε συνδυασμό με τη νεύρωση [50] επιτρέπει την ομαλή φόρτιση όλης της διάταξης αποφεύγοντας τις έντονες ασύμμετρες καταπονήσεις. Επιπλέον, η μορφή του τελικού πέλματος του ελαστικού [61] (Σχ.3) με τα επάλληλα αντικριστά τριγωνικά τακούνια ευνοεί την καλή κατανομή των δυνάμεων σε ολόκληρη την περιοχή του πέλματος ενώ επιπλέον το τριγωνικό σχήμα των τακουνιών μειώνει σημαντικά και τον παραγόμενο θόρυβο κατά την κύλιση. Η υιοθέτηση του νεύρου [50] έγινε μετά από τα πρώτα αποτυχημένα πειράματα και όταν τα κεκλιμένα φύλλα [40] δεν κατάφερναν να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά το σύνολο των καταπονήσεων του τροχού (κυρίως των στρεπτικών ροπών). Έτσι η προσθήκη του ελαστικού νεύρου [50] “χάλασε’’ την ομοιομορφία της συμπεριφοράς του ελαστικού τμήματος του τροχού ως προς τον εγκάρσιο άξονα. Για να επανέλθει λοιπόν η ομοιόμορφη καταπόνηση των ελαστικών φύλλων [40] απαιτήθηκε η τοπική αύξηση της πίεσης στην περιοχή του ελαστικού νεύρου [50] - και ακριβώς αυτός είναι ο ρόλος της ύπαρξης της “κορώνας’’ στο πέλμα. Ωστόσο, η καμπυλότητα αυτή στους τροχούς ενός οχήματος που είναι λίγο έως πολύ επίπεδο την ώρα που στρίβει (σε αντίθεση βέβαια με τα δίτροχα οχήματα) οδηγεί στη μείωση της πρόσφυσης του τροχού όταν το όχημα διανύει μια στροφή. Οι σχεδιαστές της Uniroyal άρχισαν τους πειραματισμούς με διάφορες καμπυλότητες ελαστικών και για να κάνουν τη ζωή τους πιο εύκολη, δημιούργησαν τον όρο ‘’ποσοστό καμπυλότητας’’ όπου, Καμπυλότητα% = (Ακτίνα Καμπυλότητας Κορώνας / Μέγιστο Πλάτος Πέλματος) Χ100 . Πειραματικά, διαπιστώθηκε ότι όταν το ποσοστό καμπυλότητας της κορώνας πέσει κάτω από το 300% (μικρή ακτίνα, άρα μεγάλη καμπυλότητα), η μείωση της πρόσφυσης ξεπερνά το 12% της αρχικής! Ιδανική λοιπόν περιοχή καμπυλότητας είναι το 400% με 600% όπου το ελαστικό παρουσιάζει μια αποδεκτή μείωση της πρόσφυσης της τάξης του 2-3%. (Εκτός κι αν υπάρχει κάποιο σύστημα “ενεργού μεταβολής του κάμπερ”, το οποίο, βέβαια, δεν ήσαν σε θέση ούτε καν να διανοηθούν οι σχεδιαστές ελαστικών εκείνης της εποχής...) Το άκαμπτο τμήμα του τροχού (ζάντα) είναι παρόμοιο με τα αντίστοιχα τμήματα των συμβατικών τροχών αφού και εδώ συναντάμε ένα πρεσαριστό φύλλο από χάλυβα ή αλουμίνιο (σχήματα 5, 6). Το μόνο σημαντικό στοιχείο αυτού του τμήματος είναι η αυξημένη απαιτούμενη ακαμψία, για την επίτευξη της οποίας απαιτείται η διαμόρφωση ορισμένων νευρώσεων [84]. Όπως διαπιστώθηκε πειραματικά, η μείωση της ακαμψίας της ζάντας συμβάλλει ιδιαίτερα στην αύξηση των κραδασμών - και ειδικά σε ορισμένες συχνότητες περιστροφής όπου οι ‘’κυκλικές’’ επαναλαμβανόμενες φορτίσεις οδηγούν σε φαινόμενα συντονισμού. Η ιδέα αυτή ήταν η καλύτερη απόόσες ανάλογες είχαν προταθεί μέχρι τότε – απείχε όμως ελάχιστα από το σημείο εκείνο που θα την καθιστούσε “λειτουργική”. Και κάπως έτσι, πέρασαν 20 χρόνια... Η απάντηση της Michelin Η είσοδος της Michelin στο χώρο των ελαστικών χωρίς αεροθάλαμο έγινε περίπου ταυτόχρονα με τη Uniroyal, στα τέλη της δεκαετίας του ’80, όταν και κατοχύρωσε την ιδέα του σχεδιαστή της Daniel Laurent. Η ιδέα του Laurent αν και βασίζεται, κι αυτή, στην απορρόφηση δυνάμεων και κραδασμών μέσω της παραμόρφωσης ελαστικών διατάξεων, εν τούτοις η φιλοσοφία λειτουργίας της είναι τελείως διαφορετική από την προσέγγιση της Uniroyal. Εδώ, όπως βλέπουμε και στο σχήμα 7, οι ελαστικές βάσεις [34, 35] του πέλματος [4] είναι διατεταγμένες σε ομοαξονικά τμήματα κώνων μεταβαλλόμενης κωνικότητας και όχι σε εγκάρσια κεκλιμένα ελαστικά φύλλα. Η διάταξη δεν είναι τόσο πολύπλοκη όσο μπορεί να φαντάζει - αρκεί να φανταστούμε μια τομή του τροχού πάνω σε μια διάμετρό του. Πλέον, μπορούμε να δούμε πως οι ομοαξονικοί κώνοι [34,35] φαίνονται σαν ένα ελαστικό παραλληλόγραμμο (Σχ.7). Η λειτουργία αυτής της διάταξης είναι στην πράξη παρόμοια με αυτή των διπλών ψαλιδιών στις αναρτήσεις των οχημάτων!! Μάλιστα ο Laurent φρόντισε να χωρίσει ακτινικά αυτό το σύστημα των ελαστικών κώνων σε πολλά επιμέρους τμήματα έτσι ώστε η συνολική στήριξη του πέλματος του τροχού να γίνεται από μεγάλο αριθμό ‘’ελαστικών ψαλιδιών’’ που λειτουργούν αυτόνομα και δεν επηρεάζονται από τα γειτονικά τους (Σχ. 8, 9). Αυτό που είχε λοιπόν να κάνει ο σχεδιαστής ήταν να σχεδιάσει και να προδιαγράψει τις διαστάσεις και τη συμπεριφορά αυτών των “πολλαπλών, μικρών αναρτήσεων” - μια φαινομενικά απλή δουλειά που, στην πράξη, αποδείχθηκε αρκετά δυσκολότερη από τη θεωρία! Ας παρακάμψουμε όμως τις δυσκολίες και τα προβλήματα και ας δούμε μερικά ακόμα στοιχεία της ιδέας του Laurent που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Ένα από αυτά τα στοιχεία, είναι ο τρόπος στήριξης ολόκληρου του συστήματος των ελαστικών συνδέσμων με πάνω στη άκαμπτη ζάντα του τροχού. Κατά την κατασκευή λοιπόν της ζάντας από δύο πρεσαριστά μεταλλικά φύλλα τα οποία στη συνέχεια συνδέονται, διαμορφώνεται η περιοχή στήριξης του ελαστικού τμήματος [220] (Σχ. 7). Στη συνέχεια τοποθετούνται τα άκρα [32, 33] των ελαστικών συνδέσμων [34, 35] μέσα στην υποδοχή της ζάντας και ασφαλίζονται με μία ειδική σφήνα. Με τον τρόπο αυτό είναι ασφαλισμένο το ελαστικό τμήμα ενώ είναι δυνατή και η εύκολη αντικατάστασή του όταν φθαρεί το πέλμα του τροχού από την τριβή με το οδόστρωμα. Ένα ακόμα σημαντικό σχεδιαστικό στοιχείο αφορά τη διαμόρφωση των πελμάτων των ελαστικών στοιχείων [312]. Όπως φαίνεται λοιπόν στα σχήματα 8 και 9, τα πέλματα [311, 312] των ελαστικών βάσεων [3] είναι διαμορφωμένα σε σχήμα βέλους. Όταν λοιπόν ο τροχός πιεστεί στο οδόστρωμα (Σχ. 8), λόγω της παραμόρφωσης του εξωτερικού πέλματος πολλές από τις ελαστικές βάσεις [3] θα κληθούν να απορροφήσουν την παραμόρφωση. Ωστόσο οι ελαστικές βάσεις είναι σχεδιασμένες έτσι ώστε να παραλαμβάνουν ακτινικές δυνάμεις και δεν πρέπει να φορτίζονται διαφορετικά (π.χ σε στρέψη). Έτσι λοιπόν τα λοξά πέλματα μειώνουν σημαντικά τη συμμετοχή των ελασμάτων που δεν είναι κάθετα στο οδόστρωμα στη συνολική στήριξη του τροχού. Αφού πλέον το ελαστικό δεν διαθέτει αεροθάλαμο και, την ίδια στιγμή, η δομή των ελαστικών διατάξεων κοντά στο πέλμα του τροχού είναι “ανοικτή’’ χωρίς να σχηματίζει επιμέρους κλειστούς θαλάμους, υπάρχει ένας εύκολος και πολύ αποτελεσματικός τρόπος αύξησης της πρόσφυσης του τροχού στο βρεγμένο οδόστρωμα. Όπως μπορούμε να δούμε και στο σχήμα 8, η απαγωγή του νερού δεν χρειάζεται να γίνεται μόνο προς τα πλαϊνά του πέλματος του τροχού, αλλά μπορεί να γίνει και προς τα... πάνω, διαπερνώντας το ίδιο το πέλμα! Με άλλα λόγια, αν δημιουργήσουμε ειδικά σχεδιασμένες περιφερειακές οπές (οι οποίες θα εκμεταλλεύονται την παραμόρφωση του πέλματος έτσι ώστε να λειτουργούν ως υποτυπώδεις αντλίες), θα επιτύχουμε μία εντυπωσιακή αύξηση της ικανότητας απαγωγής νερού από την περιοχή ανάμεσα στο πέλμα και τον δρόμο. Με τον τρόπο αυτό, είναι προφανές ότι αυξάνεται δραματικά η πρόσφυση ενώ μειώνεται σημαντικά και το φαινόμενο της υδρολίσθησης. (Αφού λοιπόν, στη θεωρία, η παραπάνω ιδέα της Michelin “δια χειρός Laurent” είναι τόσο αποτελεσματική, γιατί δεν έχει ήδη δημιουργηθεί κάποιο σχετικό εμπορικό προϊόν, ενώ - όπως θα δούμε και παρακάτω -, η ίδια η Michelin καταθέτει στα τέλη του ’90 τα σχέδια μιας τελείως διαφορετικής ιδέας σε σχέση με τα ελαστικά χωρίς αεροθάλαμο;) Πριν απαντήσουμε στην παραπάνω ερώτηση ας δούμε για μια στιγμή τι συμβαίνει στη θεωρία και το πώς αυτή δεν κατέστη δυνατόν να μετουσιωθεί σε πράξη. Κι επιστρέφοντας στη θεωρία, ας θυμηθούμε την αρχή λειτουργίας των ελαστικών αποσβεστήρων του συγκεκριμένου τροχού. Όπως είπαμε και παραπάνω, οι ελαστικές διατάξεις απόσβεσης των κραδασμών λειτουργούν όμοια με τα διπλά ψαλίδια στις αναρτήσεις των οχημάτων, κάτι που υποδεικνύεται και στο σχήμα 10. Μεταβάλλοντας λοιπόν τα μήκη των “ελαστικών ψαλιδιών’’ [34, 35] μπορούμε να μεταβάλλουμε και την τροχιά που θα ακολουθήσουν τα σημεία “καμπής” των ψαλιδιών [36, 37] κατά την παραμόρφωση του ελαστικού, άρα και την όδευση του “ποδιού” [31]. Στην πράξη όμως για να γίνει εφικτή η κινηματική μελέτη αυτού του συστήματος, πρέπει τα συγκεκριμένα σημεία καμπής να έχουν την απαιτούμενη, αυξημένη αντοχή, ενώ και το ίδιο το ‘’πόδι’’ [31] θα πρέπει να είναι τελείως άκαμπτο. Τα παραπάνω λοιπόν “λεπτά’’ σημεία σχετικά με το σχεδιασμό και τη λειτουργία του εν λόγω συστήματος αποδεικνύουν πως η απόσταση που χωρίζει τη θεωρία από την πράξη είναι συνήθως πολύ μεγάλη! Στην πράξη λοιπόν ο ελαστικός αυτός τροχός παρουσιάζει μεγάλα προβλήματα σταθερότητας κυρίως λόγω της κάμψης του “ποδιού’’ [31] ως αποτέλεσμα της κεντρομόλου στις στροφές. Η υπερβολική λοιπόν κάμψη του ποδιού σε μία απότομη αλλαγή κατεύθυνσης είναι επόμενη θα οδηγήσει στην –εξίσου απότομη - μείωση της πρόσφυσης. Η επιστροφή της Michelin: Ο πρόγονος των Tweels! Τα χρόνια πέρασαν και φαινομενικά τίποτα δεν άλλαζε δραματικά στον τομέα των ελαστικών. Κι όμως, η Michelin δεν είχε ξεχάσει την πατέντα του 1987 ακόμα και αν, στην πράξη, η όλη προσπάθεια είχε αποδειχθεί αποτυχημένη. Ύστερα λοιπόν από μία δεκαετία, το 1997, καταθέτει τα σχέδια και τις αναλύσεις μιας ακόμα ευρεσιτεχνίας σχετικά με τα “ελαστικά χωρίς αεροθάλαμο”. Υπεύθυνος της σχεδίασης, αυτή τη φορά, είναι ο Francois Hottebart ο οποίος άλλαξε τελείως τη φιλοσοφία λειτουργίας του νέου ελαστικού σε σχέση με την παλαιότερη ιδέα. Ο νέος τροχός, αποτελούνταν και πάλι από τα τρία βασικά τμήματα, την άκαμπτη ζάντα, το ελαστικό πέλμα και το ενδιάμεσο ελαστικό τμήμα, ενώ τα πρώτα δύο τμήματα δεν ήταν και τόσο διαφορετικά από τα συνηθισμένα. Εκεί όμως που τα πράγματα γίνονται ενδιαφέροντα είναι στο ενδιάμεσο τμήμα που απορροφά τις ανωμαλίες του οδοστρώματος μέσω της παραμόρφωσής του. Κοιτάζοντας το ελαστικό τμήμα που αντικαθιστά τον συμβατικό αεροθάλαμο (Σχ. 11), παρατηρούμε αρκετά ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες. Για άλλη μια φορά το ρόλο της απόσβεσης των κραδασμών τον έχουν αναλάβει εγκάρσια τοποθετημένα ελαστικά φύλλα (όπως και στην περίπτωση της Uniroyal), τα οποία όμως τώρα είναι διατεταγμένα ακτινικά σε ζεύγη [5]. Ο αριθμός των ζευγών των ελαστικών φύλλων είναι μεγάλος για πιο ομοιόμορφη φόρτιση του πέλματος ενώ χαρακτηριστικό είναι και το γεγονός πως τα δυο ελαστικά φύλλα του κάθε ζεύγους συνδέονται στο ίδιο σημείο [51]. Τα σημεία σύνδεσης των ελαστικών φύλλων με το πέλμα και με τη ζάντα είναι αρθρωτά, ενώ αρκετά ενδιαφέρουσα είναι και η εξής λεπτομέρεια, την οποία μπορούμε να δούμε στη μεγέθυνση του σχήματος 11β: Η διάμετρος του εξωτερικού [4] τμήματος (που αποτελεί και τον φορέα του πέλματος) του τροχού και η διάμετρος του “κέντρου” [3] του τροχού έχουν επιλεγεί έτσι ώστε η διαφορά τους να είναι μικρότερη από το ελεύθερο ακτινικό μήκος καθενός από τα ελαστικά φύλλα. Αυτό σημαίνει ότι, μετά την τοποθέτησή του, κάθε ελαστικό φύλλο θα παραμένει προφορτισμένο, εμφανίζοντας μία ελαφριά κάμψη ανάμεσα στα άκρα του. Εδώ, αξίζει να κάνουμε έναν παραλληλλισμό με τις γνωστές μας ακτίνες του ποδηλάτου. Όπως ξέρουμε, οι ακτίνες αυτές, μετά την τοποθέτησή τους στη ζάντα, “κουρδίζονται” (από τα βιδωτά “καψούλια” που τις συγκρατούν στο εσωτερικό της ζάντας) εις τρόπον ώστε να παραμένουν μόνιμα προφορτισμένες σε εφελκυσμό – γεγονός που τις καθιστά ανίκανες να παραλάβουν θλιπτικά φορτία. (Κατά προσέγγιση, δηλαδή, οι ακτίνες του ποδηλάτου “συγκρατούν”, σε κάθε περιστροφή, το επάνω μόνο μέρος της ζάντας και όχι αυτό που βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος! Αντίθετα, με την θλιπτική προφόρτιση των λυγισμένων “ακτίνων” του τροχού του F. Hottebart, αυτές στηρίζουν το κάτω τμήμα του τροχού: αυτό που βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος). Η προφόρτιση αυτή των φύλλων του ελαστικού τροχού της Michelin, βοηθά τόσο στην άμεση και γραμμική συμπεριφορά του ίδιου του τροχού όσο και στη μείωση του εκπεμπόμενου θορύβου. Και προκειμένου να αποφευχθεί η ηχηρή πρόσκρουση μεταξύ των δύο φύλλων κάθε “ζεύγους”, σε περίπτωση στιγμιαίας αποφόρτισής τους, ο σχεδιαστής έχει προβλέψει (σχήμα 12) την ύπαρξη ενός ενδιάμεσου αποστάτη [563]. Κατά τη διάρκεια της κύλισης του τροχού στο οδόστρωμα, όπως φαίνεται και στα σχήματα 13Α και 13Β (για λόγους απλότητας παρουσιάζεται η λειτουργία ενός μόνο ελαστικού φύλλου από κάθε ζεύγος), διακρίνονται 3 περιοχές με διαφορετικά χαρακτηριστικά λειτουργίας. Η περιοχή R3 είναι η αρχή και το τέλος της συμπίεσης των ελαστικών φύλλων και η περιοχή που από την προφόρτιση περνάμε στην κανονική – πλήρη φόρτιση (περιοχή R2). Η περιοχή λειτουργίας R1 είναι η περιοχή ηρεμίας του ελαστικού όπου τα ελαστικά φύλλα είναι συμπιεσμένα μόνο λόγω της προφόρτισης. Μία άλλη δυσδιάκριτη αλλά σημαντική περιοχή βρίσκεται λίγο πριν και λίγο μετά την περιοχή R3 και αποτελεί λεπτό σημείο στο σχεδιασμό του εν λόγω ελαστικού τροχού. Στην κρίσιμη αυτή περιοχή το εξωτερικό πέλμα παραμορφώνεται σε τέτοιο βαθμό ώστε είναι πιθανή η πλήρης αποφόρτιση των ελαστικών φύλλων με πιθανά αποτελέσματα τη μη γραμμική συμπεριφορά κατά την επερχόμενη συμπίεση, την αύξηση του θορύβου ή ακόμα και την αναστροφή της φοράς της παραμόρφωσης (λυγισμός) των ελαστικών φύλλων. Το βασικότερο όμως πρόβλημα που αντιμετωπίζει αυτή η διάταξη είναι η αδυναμία της να διαχειριστεί τις ροπές που ασκούνται στον τροχό τόσο κατά τη φάση του φρεναρίσματος όσο και κατά τη φάση της επιτάχυνσης. Για το λόγο αυτό ο σχεδιαστής έχει εφοδιάσει το κάθε ζεύγος ελαστικών φύλλων με ένα επιπλεόν ζευγάρι μέσων σταθεροποίησης. Αυτά τα σταθεροποιητικά στοιχεία μπορεί να είναι είτε εύκαμπτα σύρματα [6] σταθερού μήκους (Σχ. 14) είτε αντίστοιχοι ιμάντες ή αρθρωτοί σύνδεσμοι (Σχ. 15) ή ό,τι άλλο μπορεί να μεταδώσει ροπή μεταξύ του πέλματος και της ζάντας του τροχού (ακόμα και συμβατικές, εφελκυόμενες ακτίνες!). Προφανώς είναι απαραίτητη η ύπαρξη των σταθεροποιητικών στοιχείων εκατέρωθεν του ζεύγους των ελαστικών φύλλων έτσι ώστε να είναι δυνατή η μετάδοση ροπών ανεξαρτήτως φοράς κίνησης του τροχού. Michelin Tweel Από τα παραπάνω καταλαβαίνει κανείς ότι ακόμα και αυτή η νεότερη ιδέα της Michelin είναι δύσκολο να δουλέψει στην πράξη αφού είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη και διαθέτει μεγάλο αριθμό κινούμενων και φορτιζόμενων τμημάτων τα οποία στην πράξη θα δημιουργούν εντονότατους θορύβους κατά τη διάρκεια της περιστροφής του τροχού. Η ιδανικότερη λύση λοιπόν θα ήταν ο συνδυασμός της ολοκληρωμένης κινηματικής λειτουργίας και αντοχής του παραπάνω σχεδίου του Hottebart με την απλή και αθόρυβη λύση της Uniroyal. Φτάνουμε λοιπόν στο 2005 και η Michelin ανακοινώνει την ύπαρξη των Tweel, των ελαστικών χωρίς αεροθάλαμο που ανέπτυξε και που σύμφωνα με την οποία θα αποτελέσουν τη νέα γενιά ελαστικών για τα αυτοκίνητα του άμεσου μέλλοντος. Όλα καλά μέχρι εδώ, εκτός από το γεγονός πως τα Tweel μοιάζουν με αυτό που πριν λίγο ορίσαμε ως ιδανική λύση. Είναι δηλαδή ένα ‘’πακέτο’’ που συνδυάζει τα προτερήματα των παλαιότερων σχεδίων τόσο της Michelin όσο και της Uniroyal. Και δεν έχει κανείς παρά να το διαπιστώσει, εξετάζοντας τα επι μέρους στοιχεία από τα οποία το “πακέτο” αυτό συντίθεται. Πώς όμως γίνεται η Michelin να κάνει χρήση αυτού του “πακέτου’’ τη στιγμή που η Uniroyal κατέχει τα δικαιώματα χρήσης μιας πατέντας που αποτελεί το βασικό concept του; Και όμως γίνεται! Mόλις περάσουν 17 χρόνια από την αρχική πατέντα (και 20, αν αυτή έχει κατατεθεί σχετικά πρόσφατα, σύμφωνα με νεώτερους νόμους) αυτή θα θεωρηθεί πλέον “τεχνική στάθμη” τα δικαιώματα της οποίας ανήκουν σε όλη την ανθρωπότητα και όχι, αποκλειστικά, στον αρχικό δημιουργό. Κι αυτό, ακριβώς, έγινε το 2005 με την πατέντα της Uniroyal! Το μόνο λοιπόν που είχε πλέον να κάνει η Michelin ήταν να συνδέσει, σε ένα ενιαίο κομμάτι, τη λειτουργία των ελαστικών φύλλων με τη λειτουργία των σταθεροποιητικών στοιχείων έτσι ώστε να δημιουργήσει έναν ελαστικό τροχό με απλή δομή και πολύ καλή λειτουργία. Έτσι λοιπόν στα Tweels παρατηρούμε την ύπαρξη αλλεπάλληλων ελαστικών φύλλων σε σχήμα ανεστραμμένου V με τα οποία συνδέεται η ζάντα με το εξωτερικό πέλμα. Η γωνία αυτών των V είναι σχετικά μικρή - και στα δοκιμαστικά μοντέλα που μέχρι στιγμής έχουν παρουσιαστεί, κυμαίνεται από τις 15 έως και τις 30 μοίρες. Το τελικό λειτουργικό αποτέλεσμα είναι άκρως ικανοποιητικό όπως φαίνεται και στις φωτογραφίες των δοκιμών που έχει δώσει στη δημοσιότητα η Michelin. Τα όποια προβλήματα νεότητας θα λυθούν αργά ή γρήγορα ενώ η σχετικά απλή κατασκευαστικά δομή του ελαστικού αυτού θα ευνοήσει μελλοντικά τη μείωση του κόστους παραγωγής αλλά και την αυξημένη αξιοπιστία του τελικού προϊόντος. Οι δυνατότητες που θα προσδώσουν επίσης αυτά τα ελαστικά στα οχήματα του μέλλοντος είναι αξιοθαύμαστες, τόσο στο θέμα των επιδόσεων (μεγάλη επιφάνεια επαφής) όσο και στο θέμα της ασφάλειας (εξάλειψη του φαινομένου των κλαταρισμένων ελαστικών). Το μόνο που μένει λοιπόν να δούμε είναι εάν θα επαναληφθεί για άλλη μια φορά η ιστορία της Michelin με καθολική επικράτηση των Tweels στην παγκόσμια αγορά οχημάτων. Και σε κάποιες δεκαετίες από τώρα, τα τεχνικά άρθρα να αναφέρουν ότι η επανάσταση στην αυτοκίνηση δεν ήταν η εφεύρεση του αεροθαλάμου αλλά η οριστική κατάργησή του! LEZANTES ΑΝΟΙΓΜΑ Το Tweel είναι ένας ελαστικός τροχός της Michelin ο οποίος λειτουργεί χωρίς οποιουδήποτε είδους αεροθάλαμο. Μιά σειρά από ακτινικά νεύρα φροντίζουν, μέσω της ελεγχόμενης παραμόρφωσής τους, να υποκαταστήσουν το στρώμα αέρα των συμβατικών ελαστικών (όσον αφορά τον τομέα της άνεσης) εξαλείφοντας τον κίνδυνο κλαταρίσματος. Το υλικό των ακτινικών νεύρων είναι πλαστικό, ενισχυμένο με ίνες, στην παρούσα, πειραματική μορφή των Tweels, γεγονός που παρέχει την απαιτούμενη αξιοπιστία παραμόρφωσης που στα δεκάδες χαρακτηρίζουν εκατομμύρια την διάρκεια κύκλων ζωή φόρτισης/ ενός τροχού αυτοκινήτου. Το αυξημένο κόστος του συγκεκριμένου υλικού αποσβένεται από το γεγονός ότι ο ελαστικός τροχός παραμένει στο αυτοκίνητο εφ όρου ζωής και το μόνο που χρειάζεται περιοδική αντικατάσταση, λόγω φθοράς, είναι η λεπτή λωρίδα ελαστικού που παίζει το ρόλο του πέλματος. Στις εφαρμογές “οχημάτων χαμηλής ταχύτητας” (ποδήλατα, αργά commuters, χειροκίνητα αμαξίδια) για τις οποίες προορίζεται το Tweel, η κατασκευή του είναι εξ ολοκλήρου από πλαστικό, για ελαχιστοποίηση του βάρους. Στην περίπτωση όμως των “αυτοκινητικών” εφαρμογών, η ύπαρξη ενός μεταλλικού κέντρου κρίνεται απαραίτητη προκειμένου να αποφευχθεί η δομική αλλοίωση που μπορεί να προκληθεί εξ αιτίας της γειτνίασης του “κέντρου” με τη θερμότητα που εκπέμπουν τα δισκόφρενα. Ιδαίτερης σημασίας ιδιότητα των Tweels είναι η δυνατότητα που παρέχουν στο σχεδιαστή να προσδιορίσει επακριβώς την επιθυμητή ακτινική ελαστικότητα του τροχού, διαχωρίζοντάς την απολύτως από την εγκάρσια ελαστικότητά του. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν (θεωρητικά, τουλάχιστον) να έχουμε έναν τροχό αυτοκινήτου που θα προσφέρει άνεση αντίστοιχη με αυτή ενός ελαστικού με 70άρι προφίλ και, ταυτόχρονα, την ακρίβεια χειρισμών και την αμεσότητα στην απόκριση του τιμονιού ενός ελαστικού με... 30άρι προφίλ. Αυτή κι αν είναι επανάσταση! --------------- ΣΧΗΜΑΤΑ ------------------- Α---UNIROYAL 1 Η αρχική ιδέα των τροχών Τweel δεν προέρχεται από τη Michelin αλλά από αυτή την πατέντα της Uniroyal η οποία χρονολογείται από το 1986 και αφορά σε απόπειρα κατασκευής ρεζέρβας αυτοκινήτου “χωρίς αέρα”. Η ιδέα εγκαταλείφθηκε, για πολλά χρόνια, ξεχασμένη (ως “μη - υλοποιήσιμη”) στα συρτάρια του αρχικού δημιουργού μέχρι τη στιγμή που έληξε η περίοδος των αποκλειστικών του δικαιωμάτων. Εκείνη τη στιγμή, η Michelin αποφάσισε να την κάνει να λειτουργήσει, επιλύοντας τις θεμελιώδεις αρχικές της ατέλειες. Για λογαριασμό της, αυτή τη φορά... Θα καταφέρει όμως να αναβαθμίσει την σημερινή, πειραματική της μορφή, σε “εμπορικό προϊόν” ή, τελικά, θα κρατήσει τα “Tweels” μακριά από τη γραμμή παραγωγής, περιορίζοντάς τα στον ρόλο του “τεχνολογικού εκθέματος”; 2 Χαρακτηριστικό στοιχείο του ελαστικού τροχού της Uniroyal ήταν η ανισοκατανομή των ελαστικών του νευρώσεων, προκειμένου να αποφευχθούν οι συντονισμοί κατά την κύλιση. 3 Κάτοψη της μορφής του πέλματος της πειραματικής ρεζέρβας Uniroyal. Δεν είναι μόνο η μορφή των τακουνιών που θυμίζει έντονα λάστιχο μοτοσυκλέτας... 4 ...αλλά και η καμπυλότητα του πέλματος, μέσω της οποίας ελαχιστοποιούνταν οι έκκεντρες φορτίσεις. 5,6 μεταξύ του ελαστικού τμήματος του τροχού και της πλύμνης, η Uniroyal παρέμβαλλε μία ατσάλινη “ζάντα” της οποίας η ακαμψία ήταν, λίγο-πολύ, παραπλήσια με αυτή των συμβατικών τροχών. (01_Uniroyal_NORMAL TERRAIN_stress.analysis) Θεωρητικό μοντέλο παραμόρφωσης – κατανομής τάσεων στον ελαστικό τροχό της Uniroyal. --------B-MICHELIN – ΕΚΔΟΧΗ ΠΡΩΤΗ 7, Τομή του κάτω ημίσεως της πρώτης απόπειρας (1987) της Michelin να κατασκευάσει ελαστικό “συμπαγή” τροχό, δια χειρός Daniel Laurent. Η κατακόρυφη μετατόπιση του πέλματος [4] ελέγχεται από την ελαστική παραμόρφωση των μελών [34, 35] στα σημεία 36 και 37, αντίστοιχα. 8,9 Ο τρόπος που η τοπική φόρτιση του πέλματος προκαλεί διαφοροποιημένες παραμορφώσεις στα ανεξάρτητα μέλη [3] που συνθέτουν τους ελαστικούς “ψευδο”-κώνους του τροχού Laurent. 10 Η κινηματική ανάλυση της παραμόρφωσης των δύο “ψευδο”-κώνων Laurent δεν διαφέρει, στην τομή του σχήματος, από αυτή μιάς ανάρτησης βασισμένης σε ζεύγος ανισομεγέθων ψαλιδιών. (02_Michelin Old Patent) Σχηματική, τρισδιάστατη παράσταση του εσωτερικού του ελαστικού τροχού Laurent. Άξιος προσοχής ο τρόπος που τα πολλαπλά, επάλληλα ελαστικά modules συνθέτουν τους δύο ομόκεντρους “ψευδο”-κώνους πάνω στους οποίους στηρίζεται η αρχή λειτουργίας. --------------C-MICHELIN ΕΚΔΟΧΗ ΔΕΥΤΕΡΗ 11,11Β O “πρόγονος” του Tweel σε αυτήν την πρώιμη εκδοχή της Michelin, βασιζόταν σε ελαστικά φύλλα τοποθετημένα αρθρωτά [51], μεταξύ της εσωτερικής στεφάνης [3] - που προσαρμοζόταν στο κέντρο του τροχού [2] - και της εξωτερικής ζάντας [4]. Επειδή τα ακτινικά αυτά φύλλα είχαν ελεύθερο μήκος μεγαλύτερο από τη διατιθέμενη (μετά τη συναρμολόγηση του τροχού) απόσταση, παρέμεναν κεκαμμένα εμφανίζοντας μία θλιπτική δύναμη προφόρτισης στα άκρα τους. 12 Η τοποθέτηση αποστατών [563] μεταξύ των δύο μελών εκάστου ζεύγους ακτινικών ελασμάτων [561, 562] διασφάλιζε την αποφυγή μιάς κρουστικής επαφής, μεταξύ τους, όταν αυτά αποφορτίζονταν, σε κάθε περιστροφή του τροχού. Χωρίς αυτούς τους αποστάτες, μπορείτε να φανταστείτε τον θόρυβο; 13 Η διαφοροποίηση της παραμόρφωσης ανάμεσα στα ελάσματα που βρίσκονται στο κάτω (φορτισμένο) μέρος του τροχού και το επάνω. Για λόγους απλοποίησης, απουσιάζει το ένα από τα δύο μέλη καθενός ζεύγους ακτινικών ελασμάτων. 14 Προκειμένου να καταστεί δυνατή η μεταφορά της ροπής στρέψης (κινητήριας ή επιβραδυντικής) από το αυτοκίνητο στο δρόμο και αντίστροφα, προτάθηκε η ενίσχυση του ελαστικού τροχού με προφορτισμένα σύρματα [6, 61]. Κατ’ αρχήν, τουλάχιστον. 15 Η ενίσχυση του ελαστικού τροχού με αρθρωτούς συνδέσμους. Στο επάνω σχήμα βλέπουμε τους “τεντωμένους” συνδέσμους όταν στον τροχό ασκούνται φορτία επιτάχυνσης. Στο κάτω, την λυγηρότητα των συνδέσμων όταν τα φορτία είναι επιβραδυντικά – η ανάγκη ύπαρξης μιάς επι πλέον σειράς συνδέσμων, με αντίθετη φορά, είναι εμφανής. -----------ΤWEEL (0Α1,0Α2,0Α3 0Β1 0Β2 0Β3) Σχηματική παράσταση κατανομής τάσεων και παραμορφώσεων σε ένα συμβατικό λάστιχο (πάνω) και σε έναν ελαστικό τροχό Tweel (κάτω) όταν ασκηθούν στα πέλματα και των δύο (από αριστερά προς τα δεξιά): Α) Κατακόρυφο φορτίο Β) Κατακόρυφο φορτίο και, ταυτόχρονα, φορτίο πέδησης Γ) Κατακόρυφο καταύθυνσης (0C) φορτίο και, ταυτόχρονα, στρεπτικό φορτίο αλλαγής Σχηματική παράσταση κατανομής τάσεων – παραμορφώσεων του Tweel όταν του ασκηθεί σχεδόν σημειακό φορτίο (πέρασμα πάνω από αιχμηρή προεξοχή) ΒΟΧ Μία ιστορία με απόπειρες για δημιουργία ελαστικών τροχών... - Παρά το γεγονός ότι, ευθύς εξ αρχής, πολλοί ήταν αυτοί που αντιμετώπισαν με ενθουσιασμό την άνεση που πρόσφεραν οι αεροθάλαμοι, εντούτοις δεν έπαψαν να υπάρχουν και οι σκεπτικιστές που, στις αρχές του 20ου αιώνα, έβλεπαν μπροστά τους όχι μία “καινοτομία άνεσης” αλλά έναν... κακό μπελά! - Και από μία άποψη, δεν είχαν και τόσο άδικο, αν αναλογιστούμε την αναξιοπιστία των πρώτων “πνευματικών επισώτρων” αλλά και την ποιότητα των δρόμων της εποχής που ενίσχυαν αυτή την αναξιοπιστία στον μέγιστο βαθμό. - Για όλους αυτούς τους σκεπτικιστές, το πρόβλημα βρισκόταν στην αδυναμία των “αμαξοτροχών” να ακολουθήσουν, σε ταχύτητα, τα λάστιχα με αεροθάλαμο χωρίς να υποβαθμιστεί η άνεση των επιβατών αλλά και χωρίς να τεθεί σε κίνδυνο η αξιοπιστία της δομής των ίδιων των τροχών. Εξυπακούεται ότι αν γινόταν εφικτό να εφευρεθούν “αμαξοτροχοί” με ίδια ακτινική ελαστικότητα με αυτή των “πνευματικών” τροχών, η ιστορία (κατά την άποψη των εφευρετών, τουλάχιστον) θα ξαναγυρνούσε στο σημείο από όπου ξεκίνησε, λίγα χρόνια πριν. - Μόλις το 1909, ο Mervin Lowry από τη Utah των Η.Π.Α καταθέτει τα σχέδια και την περιγραφή για έναν τροχό άμαξας με δυνατότητα παραμόρφωσης της εξωτερικής στεφάνης του. Τα μεταλλικά στοιχεία που συνέδεαν τα στεφάνια με το κέντρο ήταν αρθρωμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να αποσβένουν τις ανωμαλίες του οδοστρώματος μέσω της παραμόρφωσης της εξωτερικής στεφάνης χωρίς, τα ίδια, να εμφανίζουν την οποιαδήποτε (ορατή, τουλάχιστον) ελαστικότητα. Είναι άγνωστο εάν η εν λόγω πατέντα χρησιμοποιήθηκε τελικά στην πράξη, ωστόσο το πρωτότυπο επίδειξης λειτούργησε ικανοποιητικά μπροστά μάλιστα και στους σχετικούς κριτές (Lancaster, Rice). Αν το υλικό των μπράτσων της συγκεκριμένης εφεύρεσης αντικατασταθεί από ανθρακονήματα, οι αρθρώσεις τους από εύκαμπτες συνδέσεις και η εξωτερική στεφάνη απο τιτάνιο, με ένα “στρώμα πέλματος” στην εξωτερική της επιφάνεια, διόλου απίθανο να βρεθούμε μπροστά σε μία αρκετά λειτουργική εκδοχή του Tweel που έχει... προαναγγελθεί εδώ και 95 χρόνια! - Δέκα σχεδόν χρόνια αργότερα, το 1918, ένα παρόμοιο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας απαίτησε και ο W.H. Metz από το Κάνσας των Η.Π.Α, για τη δική του εκδοχή στην ελαστική στήριξη των οχημάτων. - Σε αντίθεση με την ιδέα του Lowry, το στεφάνι είναι τώρα άκαμπτο αλλά οι κλασσικές άκαμπτες ακτίνες των τροχών εκείνης της εποχής έχουν αντικατασταθεί με σπειροειδή ελατήρια. Είναι σχεδόν σίγουρο πως η εν λόγω ιδέα (με το όνομα “Spring Wheel”, παρακαλώ!) δεν ήταν ιδιαίτερα λειτουργική εκείνες τις ημέρες, ωστόσο αποτελεί προπομπό των σύγχρονων συστημάτων - με τη μόνη διαφορά, βέβαια, πως τη θέση των μεταλλικών ελατηρίων έχουν πάρει τώρα τα, ακτινικά διατεταγμένα, ελαστικά φύλλα. - Φυσικά, για να φτάσει κάποιος σε μία τόσο πολύπλοκη ιδέα, αντίστοιχα πολύπλοκο θα πρέπει να ήταν και το πρόβλημα που αντιμετώπιζε. Πολύ πιθανόν, ο τροχός αυτός να μην προοριζόταν για άμαξα ή αυτοκίνητο αλλά για κάποιο αργοκίνητο βαγόνι μεταφοράς εξαιρετικά βαρέων φορτίων πάνω απο, αντίστοιχα, εξαιρετικά ανώμαλο έδαφος (άβυσσος η ψυχή του ανθρώπου...) - Τέσσερα χρόνια μετά τον Metz ένας ακόμα αμερικάνος εφευρέτης ‘’ξαναχτυπά’’. Η ιδέα του F.B. Critchlow μοιάζει αρκετά με τη μεταγενέστερη εφεύρεση της Uniroyal μόνο που λόγω του περιορισμού της τεχνολογίας των υλικών στα μέσα του ’20, η απορρόφηση των κραδασμών βασίζεται στην παραμόρφωση της ειδικά διαμορφωμένης στεφάνης του τροχού. Πώς θα σας φαινόταν η πιθανότητα υλοποίησης της ιδέας αυτής, σήμερα, με στεφάνη κατασκευασμένη από ελαστικές αραμιδικές ίνες (Cevlar) και ακτίνες από – ανελαστικά! - ανθρακονήματα; - Και φτάνουμε, αισίως, στο 1963 για να συναντήσουμε μια πολύ ενδιαφέρουσα εφαρμογή των ελαστικών τροχών χωρίς αεροθάλαμο – έστω και αν προορισμός της ήταν η χρήση σε ένα όχημα όχι και τόσο προσιτό στο κοινό. - Στις αρχές λοιπόν του ’60, η North American Aviation (την οποία τότε απασχολούσε το “καυτό’’ διαστημικό πρόγραμμα των Η.Π.Α) ανέθεσε στον Allan Cummings να σχεδιάσει έναν πτυσσόμενο τροχό (φυσικά, χωρίς αεροθάλαμο) ο οποίος να μπορεί, στην “κλειστή’’ του μορφή, να αποθηκεύεται εύκολα μέσα στον κώνο ενός διαστημικού πυραύλου ενώ, όταν είναι σε έκταση, να μπορεί να κινηθεί σε απολύτως αφιλόξενο έδαφος εκτός της Γης. - Η ιδέα του Καλιφορνέζου μηχανικού ήταν πραγματικά το αποκορύφωμα της απλότητας και της λειτουργικότητας για τα τεχνολογικά δεδομένα της εποχής – φυσικά, όπως μπορεί να δει κανείς και στα συνοδευτικά σχήματα, o Cummings δεν χρειάστηκε να κάνει τίποτε περισσότερο από το να “αντιγράψει” τη βασική αρχή λειτουργίας μιάς κοινής, κοινότατης... ομπρέλας! - - ΛΕΖΑΝΤΕΣ - (990,444) - Oι δύο προτάσεις του Lowry για ελαστικό τροχό με άκαμπτες ακτίνες οι οποίες εκμεταλλεύονται (ως ελατήριο) την ελαστικότητα της περιφερειακής στεφάνης σε ολόκληρο το μήκος της. ‘Οχι και τόσο άσχημη ιδέα. Μόνο που το ίδιο περίπου έκαναν και οι “ακτίνες ποδηλάτου”, πάνω στις οποίες, για πολλές δεκαετίες, βασίστηκε η κατασκευή των τροχών αυτοκινήτων και (μέχρι και σήμερα) των μοτοσυκλετών – η διαφορά του τροχού του Lowry από τους συμβατικούς, “ακτινικούς” τροχούς είναι ότι, στον δικό του τροχό, όλες οι ακτίνες (αλλά και ολόκληρη η περιφέρεια της εξωτερικής στεφάνης) συμμετέχουν στη διαχείρηση των φορτίων. - (1,331,716) - Τι είχε στο μυαλό του ο Metz όταν σχεδίαζε, πριν από 85 χρόνια, έναν τόσο πολύπλοκο τροχό; Αν, πάντως, το καλοσκεφτεί κάποιος, ο τροχός αυτός δεν διαφέρει από το θεωρητικό μοντέλο υπολογισμού των ακτινικών τάσεων σε ένα Tweel! - (1,512,820) - O “Ενδοτικός Τροχός” (“Resilient Wheel”) που επινόησε, το 1920, ο Francis Critchlow. Μία λαμπρή ιδέα που, δυστυχώς, δεν υποστηρίχθηκε – στην εποχή της – από εκείνα τα εξίσου λαμπρά υλικά που θα της έδιναν τη δυνατότητα να αποδειχθεί βιώσιμη, μετά την υλοποίησή της. Προσέξτε πάντως, τις σημαντικές ομοιότητες του τροχού του Critchlow με την “ελαστική ρεζέρβα” που η Uniroyal μελέτησε 65 χρόνια αργότερα και η οποία απετέλεσε τον πρόγονο των σημερινών (και, πιθανώς, αυριανών) Michelin Tweel. - - - (3234988) - Οι... διαστημικοί “τροχοί - ομπρέλες” που ο Allan Cummings σχεδίασε, το 1963, για λογαριασμό της North American Aviation. Την αιτία πίσω από την πρωτότυπη αυτή ιδέα, αναζητείστε τη στα προβλήματα... παρκαρίσματος που αντιμετώπιζε μία σεληνάκατος στο εσωτερικό του διαστημοπλοίου!
© Copyright 2024 Paperzz
