Prednosti karbonskih koles za lahkonadno zmogljivost

Zakaj aluminijasta kolesa omogočajo odlično lahko učinkovitost

Vloga zmanjšanja teže pri vozilih z visokimi zmogljivostmi

Zmanjšanje nedeformabilne mase, torej delov, ki so nameščeni pod sistemom ovije, veliko pomeni za voznike lastnosti avtomobila. Zamenjava koles z lažjimi izboljša zmogljivost. Tudi izračuni potrjujejo to: odstranitev približno 4,4 funta pri rotirajočih delih dejansko pomeni prihranek okoli 22 funtov na celotni konstrukciji, kar je pokazala študija iz Automotive Materials Review 2024. Ko je podvozje lažje, se ovija učinkoviteje. Na neravnih cestah se gume dlje ohranjajo v stiku z voziščem, kar pomeni bolj udobno vožnjo, tudi ko razmeri niso popolni.

Kako se ogljikovo vlakno primerja z aluminijem in jeklenimi zlitinami

Kolesa iz ogljikovega vlakna so približno polovico lažja od aluminijastih istega tipa in okoli 70 % lažja od jeklenih, a kljub temu dobro zdržijo natezno trdnost. Kovine se sčasoma upognejo ali deformirajo pod dolgotrajnim napetostnim obremenjevanjem, ogljikovo vlakno pa se obnaša drugače zaradi svojih edinstvenih smernih lastnosti. To pomeni, da lahko proizvajalci okrepijo tista mesta, kjer se največkrat nabere napetost, še posebej točke, kjer se spojišča povezujejo. Nekatere nedavne preiskave so pokazale, da kolesa iz ogljikovega vlakna zdržijo pri zavijanju približno 12 % večjo stransko silo v primerjavi z ustvarjenimi aluminijastimi kolesi, kar je bilo ugotovljeno v raziskavi PWC Materials Lab iz leta 2023.

Materialna znanost o ogljikovem vlaknu kot kolesnem osnovnem materialu

Kompoziti iz ogljikovih vlaken, izdelani iz pletenih filamentnih plošč, zlepljenih s termoreaktivnimi smolami, ponujajo izjemne lastnosti dušenja vibracij. Ko se kolesa vrtijo pri visokih hitrostih, te materiale boljše od tradicionalnih rešitev absorbirajo nastale vibracije. Zato je Porsche vključil ogljikova kolesa kot standardno opremo na svojih novih modelih 911 GT3 RS. Rezultat je zaznavno zmanjšanje hrupa in neugodnosti znotraj kabine. Neodvisni testi kažejo približno 18-odstotno zmanjšanje ravni NVH (hrup, vibracije in tresenje) v primerjavi z magnezijevimi kolesi, kar skupaj prispeva k bolj tekoči vožnji.

Vpliv zasnove lahkotnih koles na pospešek in zaviranje

Športna vozila, opremljena s kolesi iz karbonskih vlaken, lahko do 60 mph pospešijo iz mirovanja približno 0,3 sekunde hitreje kot tista s tradicionalnimi aluminijevimi kolesi, in sicer zaradi zmanjšane rotacijske vztrajnosti. Kar zadeva zavorno moč, se razlika na dirkališču še poveča. Zavorna pot se skrči za okoli 8 %, kar pomeni približno 26 stopinj manj potrebnih za zaustavitev pri avtocestnih hitrostih, saj je naprej manj mase v gibanju. Druga prednost, ki jo velja omeniti, je različno načino, kako karbonska vlakna prenašajo toploto v primerjavi s kovinskimi zlitinami. S toplotno prevodnostjo 15 W/mK v primerjavi z znatno višjo aluminijevo 205 W/mK, ta lahkotna kolesa med agresivnim vožnjo ne prenašajo toliko toplote na zavorne komponente. To pomeni, da vozniki občutijo manj zmanjšanja zavorne moči, ko vozila vozijo po dirkališčih ali po cestah s povečanimi zmogljivostmi.

Izboljšana dinamika vozila in vodenje s kolesi iz karbonskih vlaken

Izmerjene izboljšave pri vodenju in stabilnosti v zavojih

Kolesa iz ogljikovih vlaken zmanjšajo vrtilno vztrajnost precej, dejansko približno za 27 odstotkov v primerjavi s standardnimi aluminijastimi kovinske kolesnice glede na podatke Ford Performance iz lanskega leta. To omogoča avtomobilom bistveno hitrejšo reakcijo pri vkrivanju v ovine in pomaga ohranjati boljšo stabilnost na srednjih delih ovinkov, kjer postane vožnja zahtevna. Posebnost teh koles je njihova togost, ki je približno za 40 % večja kot pri kolesih iz kovanega aluminija. To pomeni, da se teža med intenzivnim vkrivanjem, ko delujejo velike stranske sile, po površini pnevmatike porazdeli bistveno natančneje. Druga velika prednost je majhno raztezanje koles ob povišanju temperature. Ogljikovo vlakno se raztegne le za 0,5 delov na milijon na stopinjo Celzija, aluminij pa kar za 23,1 ppm/°C. Zaradi tega minimalnega raztezanja ostanejo pnevmatike tudi pri ekstremnih voznih pogojih trdno pritisnjene na cesto, kar pomeni manj problemov z podvrtljivostjo, ko se vozi skozi hitre ovine.

Povratna informacija voznika o odzivnosti in občutku za cesto

Testi v industriji kažejo, da prehod na kolesa iz ogljikovega vlakna lahko zmanjša čas odziva volana za 15 do 22 milisekunde. To morda ne zveni kot veliko, dokler ne ugotovite, da to pomeni približno 1,3 stopinje natančnejšega krmiljenja pri avtocestnih hitrostih. Ko so bili v okviru testov v vozilih brez označb preverjani strokovni vozniki, je večina (približno 80 %) dosledno omenila, da se počutijo bolj povezani z voznim pasom, ko so vozili s kolesi iz ogljikovega vlakna. Zaznali so subtilne razlike v teksturi vozišča, ki običajna kolesa preprosto ne prenašajo. Kaj omogoča to? Material dejansko zmanjša te zmerne visokofrekvenčne vibracije, hkrati pa omogoči, da pomembnejše nizkofrekvenčne občutke potujejo skozi okvir vozila in tako vozniku posreduje boljše informacije o tem, kar se dogaja pod pnevmatikami.

Študija primera: Kolesa iz ogljikovega vlakna v Formuli 1 in visokorazrednih supersportnih avtomobilih

Kolesa iz ogljikovega vlakna so se v Formuli 1 pojavila že leta 2022 in so že imele učinek. Na težkih zavojih, kot je Copse Corner v Silverstoneu, avtomobili s temi kolesi zavijajo približno 18 % hitreje zaradi zmanjšane nespremljene mase. Vzemimo za primer McLaren Solus GT – ob uporabi koles iz ogljikovega vlakna namesto običajnih aluminijastih koles je avtomobilu uspelo zmanjšati čas kroga na znani stezi Nürburgring za skoraj pol sekunde. Kako je to mogoče? Tehnika izdelave prihaja neposredno iz motorsportne tehnologije. Uporabljena je tehnika avtomatskega nanosa vlaken na 7 osi, ki ustvari ulično homologirana hiperkolesa, sposobna prenašati izjemnih 63.000 navorovih nihurov brez napak.

Učinkovitost porabe goriva in trajnostne prednosti tehnologije lahkotnih koles

Neposredna povezava med zmanjšanjem mase in izboljšano učinkovitostjo porabe goriva

Ko kolesa postanejo lažja, se lažje vrtijo, ker je manj upora gibanju, kar pomeni, da avto potrebuje manj moči za pospeševanje. Zamenjava kovinskih koles z ogljikovimi vlakni zmanjša tako imenovano "neposredno težo" za približno polovico v primerjavi z običajnimi aluminijastimi kolesi. To pomeni, da motorju ob pospeševanju deluje manj težko. Po nekaterih nedavnih raziskavah v avtomobilski industriji odstranitev približno 300 kilogramov z velikih tovornjakov zaradi lažjih koles pomeni letno prihranek med 900 in 1.500 litri dizelskega goriva. Tudi za običajne voznike pomeni zmanjšanje teže koles za 10 odstotkov povečanje učinkovitosti porabe goriva za približno 2 do 3 odstotka. Morda se ne zdi veliko, vendar se ti majhni izboljšavi sčasoma za posamezne lastnike in operaterje vozilnih parkov znatno izplačata.

Merjenje prihranka goriva: Podatki iz preskusov proizvajalcev o lažji konstrukciji avtomobilskih koles

Simulacije OEM-ov kažejo, da se s pomočjo koles iz ogljikovih vlaken izboljša gorivna učinkovitost v mestnih voznih ciklih za 4–6 % zaradi pogostih zustavkov in začetkov. Na primer:

Te prihranke dopolnjuje 15–20 % daljše življenjske dobe zavornih plošč in zmanjšane emisije CO₂. Čeprav se dejanski rezultati razlikujejo glede na slog vožnje, pa je stalna prednost mase koles iz ogljikovih vlaken in naredi iz njih privlačno izbiro za trajnostno nadgradnjo.

Vzdržljivost, zanesljivost in dolgoročna vrednost koles iz ogljikovih vlaken

Mitska vprašanja in dejansko stanje: Ali so kolesa iz ogljikovih vlaken krhka?

Predstava, da so kolesa iz ogljikovega vlakna krhka, odraža zastarele predstave o kompozitnih materialih. Sodobna proizvodnja ustvarja kolesa z 7-krat višjo odpornostjo proti vplivu v primerjavi z aluminijevimi zlitinami pri standardnih industrijskih testih trka ob robnike (Ponemon 2023). Za razliko od kovin, ki se trajno deformirajo, prepletena struktura ogljikovega vlakna preusmeri napetost, hkrati pa ohrani strukturno celovitost.

Odpornost proti koroziji in utrujanju v ekstremnih pogojih

Kolesa iz ogljikovih vlaken ne trpijo za težavami oksidacije, ki prizadenejo tradicionalne materiale, kot sta aluminij in jeklo. Testi kažejo, da se korozija pojavlja le približno 0,003 % na leto ob izpostavljenosti razpršenemu slanemu vodnemu aerosolu, kar je veliko bolje kot pri aluminiju s stopnjo 0,12 %. Kar zadeva trajnost pod napetostjo, so inženirji Formule 1 opazili tudi nekaj zanimivega. Njihova kolesa iz ogljikovih vlaken prenesejo približno trikrat več ciklov obremenitve pred okvaro v primerjavi z magnezijem dirkalna kolesa uporabljenim v športu. Poleg tega ta kolesa ohranjajo trdnost in dosledno zmogljivost tudi ob drastičnih temperaturnih nihanjih med minus 40 stopinj Fahrenheita in 300 stopinj Fahrenheita. Takšna toplotna stabilnost jih naredi idealne za različne ekstremne pogoje, v katerih bi se navadna kovinska kolesa sesula.

Poredbena garancija in življenjska doba s tradicionalnimi kolesnimi materiali

Vodilni proizvajalci zdaj ponujajo 10-letno garancijo za kolesa iz karbonskega vlakna, kar je dvakrat toliko kot običajnih 5 let garancije za aluminijasta kolesa. Ta zaupanje izhaja iz pospešenih testov staranja, ki kažejo:

Kombinacija daljše življenjske dobe, zmanjšanega vzdrževanja in dolgoročne vzdržljivosti postavlja kolesa iz karbonskega vlakna v vodilni položaj glede stroškov v življenjski dobi, kljub višji začetni ceni.

Pogosta vprašanja o kolesih iz karbonskega vlakna

V: Katere so glavne prednosti koles iz karbonskega vlakna?

A: Kolesa iz ogljikovih vlaken ponujajo odlične zmogljivosti pri nizki teži, kar zmanjšuje nedeformabilno maso in izboljšuje obvladovanje, pospešek, zaviranje ter učinkovitost porabe goriva v primerjavi s kovinskimi kolesi.

V: So kolesa iz ogljikovih vlaken bolj krhka kot kovinska kolesa?

A: Ne, sodobne proizvodne tehnike izdelujejo kolesa iz ogljikovih vlaken z visoko odpornostjo proti vplom, kar jih naredi trdna in zanesljiva tudi v ekstremnih pogojih.

V: Kako ogljikova kolesa izboljšajo učinkovitost porabe goriva?

A: Zaradi zmanjšanja teže kolesa iz ogljikovih vlaken zmanjšajo upor, zaradi česar je za pospeševanje potrebne manj sile in je poraba goriva znatno izboljšana.

V: Ali kolesa iz ogljikovih vlaken ponujajo daljše življenjsko dobo kot aluminijasta kolesa?

A: Da, kolesa iz ogljikovih vlaken imajo praviloma daljšo življenjsko dobo in so opremljena z daljšo garancijo zaradi svoje trdnosti ter odpornosti proti koroziji in utrujenosti materiala.