Zaletą kół z włókna węglowego jest lekka wydajność

Dlaczego felgi z włókna węglowego zapewniają lepszą, lekką wydajność

Rola redukcji masy w pojazdach wysokiej wydajności

Zmniejszenie masy niezawieszonej – czyli tych elementów znajdujących się poniżej układu zawieszenia – znacząco wpływa na sposób prowadzenia samochodu. Przejście na lżejsze felgi wyraźnie poprawia parametry jazdy. Obliczenia również się potwierdzają: usunięcie około 4,4 funta z wirujących części sprawia wrażenie, jakby z całej konstrukcji zniknęło około 22 funty, według najnowszych badań z Automotive Materials Review 2024. Gdy masa znajdująca się poza resorami jest mniejsza, zawieszenie działa skuteczniej. Opony dłużej pozostają w kontakcie z jezdnią na nierównych drogach, co oznacza, że kierowcy mogą cieszyć się płynniejszym przejazdem nawet w nieidealnych warunkach.

Porównanie włókna węglowego z aluminium i stalowymi stopami

Koła karbonowe ważą około połowę mniej niż podobne modele aluminiowe i są o około 70% lżejsze niż stalowe, a mimo to zachowują wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Metale mają tendencję do uginania się lub odkształcania plastycznego po długotrwałym działaniu dużych obciążeń, natomiast włókno węglowe działa inaczej dzięki swoim unikatowym właściwościom kierunkowym. Oznacza to, że producenci mogą wzmocnić konkretne miejsca, w których gromadzi się największe naprężenie, szczególnie w kluczowych punktach, gdzie szprychy się łączą. Najnowsze testy wykazały, że koła karbonowe potrafią wytrzymać o około 12 procent większą siłę boczną podczas pokonywania zakrętów w porównaniu do odpowiedników ze stopu aluminium, według badań przeprowadzonych przez PWC Materials Lab w 2023 roku.

Nauka o materiałach dotycząca włókna węglowego jako materiału podkładowego do produkcji kół

Kompozyty z włókna węglowego wykonane z płótna nitkowego związanego żywicami utwardzanymi termicznie oferują doskonałe właściwości tłumienia drgań. Gdy koła obracają się z dużą prędkością, materiały te skuteczniej tłumią powstające drgania niż tradycyjne rozwiązania. Dlatego Porsche zastosowało koła węglowe jako wyposażenie standardowe w nowych modelach 911 GT3 RS. Efekt? Zauważalne obniżenie poziomu hałasu i wibracji w kabinie. Niezależne testy wykazały około 18-procentowe zmniejszenie poziomu NVH w porównaniu z kołami magnezowymi, co przekłada się na ogólnie bardziej płynną jazdę.

Wpływ lekkiego projektu kół na przyspieszenie i hamowanie

Samochody sportowe wyposażone w koła węglowe mogą osiągnąć prędkość 60 mph z postoju o około 0,3 sekundy szybciej niż te z tradycyjnymi kołami aluminiowymi dzięki zmniejszonej bezwładności obrotowej. Kiedy chodzi o siłę hamowania, różnica staje się jeszcze bardziej widoczna na torze. Droga hamowania skraca się o około 8%, co przekłada się na około 26 stóp mniej potrzebnych do zatrzymania się przy prędkościach autostradowych, ponieważ masa poruszająca się do przodu jest mniejsza. Inną wartą wspomnienia zaletą jest sposób, w jaki włókno węglowe rozpraszają ciepło w porównaniu do stopów metali. Przy współczynniku przewodzenia ciepła wynoszącym zaledwie 15 W/mK w porównaniu do znacznie wyższego 205 W/mK dla aluminium, te lekkie koła nie przekazują tyle ciepła na elementy hamulcowe podczas intensywnej jazdy. Oznacza to, że kierowcy doświadczają mniejszego spadku skuteczności hamulców (brake fade) podczas ekstremalnej jazdy na torze lub trasach o wysokiej dynamice.

Ulepszone dynamika i prowadzenie pojazdu dzięki kołom z włókna węglowego

Zmierzone ulepszenia w prowadzeniu i stabilności na zakrętach

Koła karbonowe znacznie zmniejszają bezwładność obrotową – aż o około 27 procent w porównaniu do standardowych kół aluminiowych, według danych Ford Performance z zeszłego roku. Dzięki temu samochody reagują znacznie szybciej podczas wchodzenia w zakręty i lepiej utrzymują stabilność na ich środkowych odcinkach, gdzie sytuacja staje się trudna. To, co czyni te koła wyjątkowymi, to ich sztywność, która jest o około 40 procent większa niż w przypadku kół aluminiowych kowanych. Oznacza to, że ciężar jest rozkładany znacznie równomierniej na powierzchni opon w trakcie intensywnego pokonywania zakrętów, gdy zaczynają działać duże siły boczne. Jeszcze jedną dużą zaletą jest bardzo niewielkie rozszerzanie się przy wzroście temperatury. Włókno węglowe rozszerza się jedynie o 0,5 części na milion na każdy stopień Celsjusza, podczas gdy aluminium rośnie aż do 23,1 ppm/°C. Dzięki temu minimalnemu rozszerzaniu opony trzymają się drogi w sposób ciągły nawet w ekstremalnych warunkach jazdy, co przekłada się na mniejsze występowanie nadmiaru podsterowności podczas pokonywania szybkich zakrętów.

Opinie kierowców na temat reakcji i kontaktu z drogą

Badania przeprowadzone w całej branży wykazały, że przejście na felgi z włókna węglowego może skrócić czas reakcji kierownicy o 15 do 22 milisekundy. Może się to wydawać niewiele, dopóki nie zrozumie się, że przekłada się to na około 1,3 stopnia ostrzejszego skrętu przy prędkościach autostradowych. W przeprowadzonych testach niewidocznych dla kierowców, większość zawodowych kierowców (około 80%) regularnie zauważała większy kontakt z drogą podczas jazdy na felgach z włókna węglowego. Zwracali uwagę na subtelne różnice w fakturze nawierzchni, które zwykłe felgi po prostu nie przekazują. Co sprawia, że jest to możliwe? Materiał ten tłumaczy irytujące wibracje o wysokiej częstotliwości, ale jednocześnie pozwala na przekazywanie ważnych wrażeń o niskiej częstotliwości przez konstrukcję pojazdu, dostarczając kierowcy lepszych informacji o tym, co dzieje się pod kołami.

Studium przypadku: Felgi z włókna węglowego w Formule 1 i wysokiej klasy supercarach

Koła z włókna węglowego pojawiły się po raz pierwszy w Formule 1 w 2022 roku i już teraz przynoszą duże różnice. W trudnych zakrętach, takich jak Copse Corner w Silverstone, samochody wyposażone w takie koła pokonują zakręty o około 18% szybciej dzięki zmniejszonej masie niezawieszonej. Weźmy na przykład McLaren Solus GT – po zamontowaniu kół z włókna węglowego zamiast tradycyjnych aluminiowych, udało się skrócić czas okrążenia legendarnego toru Nürburgring o prawie pół sekundy. Jak to możliwe? Technologia produkcji pochodzi bezpośrednio z motorsportów. Wykorzystuje się tu zautomatyzowaną technikę układania włókien w 7 osiach, która tworza koła do użytkowania na drogach ogólnodostępnych, przeznaczone dla hiper-samochodów, zdolne do wytrzymywania imponującego momentu skręcającego wynoszącego 63 000 funto-stopni bez najmniejszego trudności.

Zalety efektywności paliwowej i zrównoważonego rozwoju wynikające z technologii lekkich kół

Bezpośredni związek między redukcją masy a poprawą zużycia paliwa

Gdy koła są lżejsze, łatwiej się obracają, ponieważ występuje mniejszy opór ruchu, co oznacza, że samochód potrzebuje mniej energii, aby przyspieszyć. Przejście na koła węglowe zmniejsza tzw. "masę niesprężystą" o około połowę w porównaniu do standardowych kół aluminiowych. To sprawia, że silnik mniej się męczy podczas przyspieszania. Zgodnie z niektórymi badaniami przeprowadzonymi niedawno w sektorze motoryzacyjnym, usunięcie około 300 kg z ciężarówek dzięki zastosowaniu lżejszych kół przekłada się na oszczędność od 900 do 1500 litrów oleju napędowego rocznie. Dla zwykłych kierowców także, zmniejszenie masy kół o 10 procent zwiększa ogólnie zużycie paliwa o około 2–3 punkty procentowe. Może się to nie wydawać dużo, ale z czasem te drobne usprawnienia znacząco sumują się zarówno dla indywidualnych właścicieli, jak i operatorów flot pojazdów.

Pomiar oszczędności paliwa: Dane z testów producentów dotyczących lekkich konstrukcji w kołach samochodowych

Symulacje OEM pokazują, że koła z włókna węglowego zwiększają zużycie paliwa o 46% w cyklach jazdy miejskiej ze względu na częste zatrzymywanie się i uruchamianie. Na przykład:

Oszczędności te uzupełniają się o 15-20% dłuższą żywotność płytki hamulcowej i zmniejszenie emisji CO2. Chociaż rzeczywiste wyniki różnią się w zależności od stylu jazdy, konsekwentna przewaga wagi sprawia, że koła z włókna węglowego są przekonującą aktualizacją zrównoważonego rozwoju.

Trwałość, niezawodność i długoterminowa wartość kół z włókna węglowego

Mit i rzeczywistość: Czy koła z włókna węglowego są kruche?

Pomysł, że koła z włókna węglowego są kruche, odzwierciedla przestarzałe postrzeganie materiałów kompozytowych. Współczesna produkcja produkuje koła z 7x większa odporność na uderzenia niż stopy aluminium w testach uderzenia o krawężnik zgodnych ze standardem przemysłowym (Ponemon 2023). W przeciwieństwie do metali, które ulegają trwałemu odkształceniom, struktura pleciona włókna węglowego rozprowadza naprężenia, zachowując integralność konstrukcji.

Odporność na korozję i zmęczenie w ekstremalnych warunkach

Koła z włókna węglowego nie cierpią na problemy utleniania, które dotykają tradycyjne materiały, takie jak aluminium czy stal. Testy wykazują, że korodują one jedynie w tempie około 0,003% rocznie, gdy są wystawione na działanie mgły solnej, co jest znacznie lepsze niż wskaźnik 0,12% dla aluminium. Pod względem wytrzymałości na działanie stresu inżynierowie Formuły 1 zauważyli również coś interesującego. Ich koła z włókna węglowego potrafią wytrzymać około trzy razy więcej cykli obciążenia przed uszkodzeniem w porównaniu do magnezowych kół wyścigowych używanych w tej dyscyplinie sportu. Co więcej, koła te zachowują swoją wytrzymałość i stabilną wydajność nawet przy znacznych wahaniach temperatury, od minus 40 stopni Fahrenheita do 300 stopni Fahrenheita. Taka stabilność termiczna czyni je idealnym wyborem na wszelkiego rodzaju ekstremalne warunki, w których zwykłe metalowe koła zawiodłyby.

Gwarancja i porównanie trwałości z tradycyjnymi materiałami kołowy

Wiodący producenci oferują teraz 10-letnią gwarancję na koła z włókna węglowego, co stanowi podwojenie typowego okresu 5-letniej gwarancji dla kół aluminiowych. Ta pewność wynika z przeprowadzonych testów starzenia przyspieszonego, które wykazały:

Kombinacja przedłużonego czasu użytkowania, zmniejszonego zużycia eksploatacyjnego oraz długotrwałej wytrzymałości sprawia, że koła z włókna węglowego są liderem pod względem kosztów całkowitych cyklu życia, mimo wyższego kosztu początkowego.

Często zadawane pytania o kołach z włókna węglowego

Pytanie: Jakie są główne zalety kół z włókna węglowego?

Odpowiedź: Koła z włókna węglowego oferują doskonałą lekką konstrukcję, zmniejszając masę niezależną i poprawiając prowadzenie, przyspieszenie, hamowanie oraz oszczędność paliwa w porównaniu do tradycyjnych kół metalowych.

Pytanie: Czy felgi z włókna węglowego są bardziej kruche niż metalowe felgi?

Odpowiedź: Nie, nowoczesne procesy produkcji wytwarzają felgi z włókna węglowego o wysokiej odporności na uderzenia, co czyni je trwałe i niezawodne nawet w ekstremalnych warunkach.

Pytanie: Jak felgi z włókna węglowego poprawiają oszczędność paliwa?

Odpowiedź: Dzięki zmniejszeniu masy, felgi z włókna węglowego obniżają opory ruchu, wymagając mniej energii do przyspieszania i znacząco poprawiając oszczędność paliwa.

Pytanie: Czy felgi z włókna węglowego mają dłuższą trwałość niż felgi aluminiowe?

Odpowiedź: Tak, felgi z włókna węglowego zazwyczaj charakteryzują się dłuższą żywotnością i są objęte dłuższą gwarancją dzięki swojej wytrzymałości oraz odporności na korozję i zmęczenie materiału.