Krótko po zaprezentowaniu pierwszego samochodu napędzanego parą (przez Nicolasa Josepha Cugnota w 1769r.) rozpoczął się dla kół okres dynamicznego rozwoju. Pierwsze pojazdy mechaniczne miały koła drewniane, okute metalem . Wraz z rozwojem motoryzacji, zaczęto doceniać wpływ koła na własności trakcyjne pojazdów. Robert Thomson wynalazł oraz opatentował oponę pneumatyczną w roku 1845. Jego pierwszy projekt wykorzystywał znaczną ilość lekko wypełnionych powietrzem dętek wewnątrz skórzanej opony.
Projekt ten został bardziej doceniony niż późniejsze projekty ponieważ przebicie jednej dętki nie powodowało ujścia powietrza w całej oponie, oraz poprzez zmianę ciśnienia istniała możliwość zmiany warunków jazdy.
Niestety, wynalazek ten nie miał powodzenia od momentu gdy rozpoczęły się niekończące się problemy z montażem oraz produkcją tych opon. Pomysł ten został ożywiony przy okazji gdy pewien chirurg weterynarii zauważył, iż opony te będą perfekcyjnie służyły w rowerze trójkołowym jego 10-letniego syna: wyprodukował on oponę pneumatyczną z bieżnikiem. Odniesiony w tym względzie sukces zachęcił chirurga, John’a Dunlop’a do zareklamowania swojej opony w The Irish Cyclist, w grudniu 1888. W maju kolejnego roku nowa opona przeżywała swój rozkwit.
W czasie Belfast Cycle Race zwycięstwo zostało odniesione dzięki oponom pneumatycznym z gumy, od tego czasu opinia publiczna zainteresowała się tymi oponami. Niestety opona oryginalna miała również swoje minusy. Utrudniony był w niej dostęp do dętki ponieważ opona był przytwierdzona do koła. W roku 1890 CK Welsh opatentował projekt obręczy koła oraz jej zewnętrznego pokrycia z nierozciągliwym wewnętrznym występem obręczy koła. Wynalazek ten zwiastował nadejście nowoczesnej opony. Przez wiele lat opona rozwijała się aż do osiągnięcia obecnych kształtów. Do dwóch z najważniejszych technicznych procesów rozwojowych należy stworzenie opony radialnej przez Michalin w roku 1948: projekt ten wpłynął na lepszą przyczepność pojazdu do podłoża jak i trakcję.
Poprzednia struktura polegająca na stykaniu się warstw po skosie, oraz przebiegających poprzecznie kordach, okazała się być strukturą bardzo trwałą, jednakże ściany opony były zbyt twarde i uniemożliwiały elastyczne poruszanie się po podłożu szczególnie w trakcie manewrowania.
Michalin produkował swoje gumowe kordy ułożone w sposób promieniowy co zapewniało zabezpieczenie przeciwwstrząsowe dla opony, lepsza kontrolę nad pojazdem dzięki elastycznym ścianom opony, co wpłynęło na ulepszenie trakcji jak i manewrowania oraz hamowania.
W owym czasie opona pneumatyczna była produkowana wraz z dętka: nowy projekt został wprowadzony w latach 20-stych, kiedy to dętka została usunięta z opony, jednakże technologia opony nie była wystarczająco zaawansowana, i nie została zaakceptowana w przemyśle oponiarskim.
Udało się to w roku 1972, kiedy to Dunlop wyłączył dętkę z opony i wyprodukował opony bezdętkowe, które stały się ‘normą’ wśród producentów opon. Dętki są jednak cały czas wykorzystywane w celu rozwiązania problemu przebijania opon, kiedy to oczekuje się by opona była bezpieczna na drodze.
Przez wiele lat, badania oraz rozwój, podyktowane potrzebami różnych rynków, sprawiły iż przemysł motoryzacyjny opon mógł spełniać różne oczekiwania. Skala zastosowań była ogromna: od zawodów typu Formuła 1 do zastosowań pojazdów tak ogromnych jak budynki.
Wszystkie opony wpływają na wygodną jazdę, znaczną odporności na przebicia oraz osiągnięcia. Wiele nazwisk kojarzących nam się z ogumieniem takich jak – Goodyear, Dunlop, Michalin, Mirelli oraz Bridgestone – wymieniając tylko kilka z nich – miało swój wkład w sukces nowoczesnej opony samochodowej. Przedsiębiorstwa te, jak i również inne, działają na skale światową: centrum produkcji znajduje się w Chinach i Indiach, ale i również w innych krajach Europy oraz Stanów Zjednoczonych. Jednakże, z całą pewnością Dunlop na zawsze pozostanie kojarzony z bezdętkową pneumatyczną oponą radialną, dziedzictwem pozostanie również miara cali (inch), która jest obecnie używana globalnie do mierzenia średnicy koła.
Zamiana na pomiary metryczne nie dotyczy parametrów technicznych – wszystkie koła są rozmiarów 13,14,15,16,17,18 oraz 19 dla samochodów zwykłych, np. – ‘kod’ ten dotyczy średnicy koła…13” itd.
Jak produkuje się oponę? Do produkcji opon wykorzystuje się wiele surowców, w tym m. in.: różne rodzaje kauczuków. tkaniny kordowe, sadze, druty stalowe oraz substancje olejowe. Proces produkcyjny zaczyna się od wymieszania kauczuków ze specjalnymi olejami, sadzą, przeciwutleniaczami, przyśpieszaczami i innymi dodatkami. Dobór tych elementów decyduje o właściwościach otrzymanego produktu. Jest on ściśle chronioną tajemnicą każdego producenta. Końcowym efektem tego etapu jest uzyskanie mieszanki gumowej.
Kauczuk decyduje o elastyczności opony, a co za tym idzie o jej przyczepności. Jego wadą jest fakt, że bardzo szybko się zużywa i źle znosi niską temperaturę (poniżej 5-7 stopni powyżej zera nadmiernie twardnieje). Do lat 20. przy produkcji opon stosowano niemal wyłącznie kauczuk, jednak takie opony zużywały się po przejechaniu 3-4 tys. kilometrów. Szukano sposobu na podniesienie żywotności opony. Do mieszanki zaczęto używać sadzy, co nie tylko ją utwardziło, ale i nadało czarnego koloru.
W latach 70. udało się podnieść przyczepność i żywotność opon dzięki wprowadzeniu przez Metzelera krzemionki do mieszanki. Krzemionka dobrze znosi niską temperaturę, zachowując swoją elastyczność i dlatego przewagę tego pierwiastka stosuje się przy produkcji opon zimowych.
Drugim etapem produkcyjnym jest przygotowanie elementów opony surowej, takich jak: osnowa, opasanie, czoło bieżnika, boki, wykładzina wewnętrzna, ekran, wypełniacz. Bieżnik, boki czy wypełniacz otrzymywane są z odpowiednich rodzajów mieszanek gumowych w procesie wytłaczania. Odpowiedni zarys szablonu, przy właściwym ciśnieniu i temperaturze, nadaje kształt elementowi surowemu.
Przygotowanie elementów tkaninowo-gumowych i stalowo-gumowych odbywa się w procesie kalandrowania. Kordy, czyli tkaniny techniczne, pokrywane są obustronnie cienką folią odpowiedniej mieszanki gumowej. Powierzchnia tkanin pokrywana jest odpowiednimi środkami, zapewniającymi przyczepność do gumy. Kordy tekstylne impregnowane są tzw. układem adhezyjnym lateksowo-żywicznym, a włókna stalowe i druty pokrywa się mosiądzem lub brązem.
Następnie, po nagumowaniu, kordy są cięte na odpowiednią szerokość oraz pod wymaganym kątem. Otrzymujemy materiał do budowy części nośnej opony, czyli osnowy lub do opasania, zapewniającego sztywność części czołowej opony. Drut stalowy, po nagumowaniu, zwijany jest w pierścień o odpowiedniej średnicy, a po wbudowaniu go w oponę służy do zamocowania jej na obręcz koła.
Wszystkie półprodukty, zgodne z wymogami określonymi w dokumentacji konstrukcyjno-technologicznej, używane są do budowy opony surowej. Proces ten odbywa się w jednym lub dwóch stadiach (w zależności od budowy maszyn).
Pierwszy etap to wbudowanie drutówki wraz z wypełniaczem w warstwę kordu z wykładziną wewnętrzną, pełniącą rolę dętki i nałożenie boków opony. Na tę formę nakłada się opasanie stalowe (kord stalowy nagumowany, ułożony w dwie warstwy o krzyżujących się niciach kordu). Wzajemne położenie warstw decyduje o parametrach jezdnych opony.
Kolejnym etapem jest proces wulkanizacji. Oponę surową pokrywa się płynami antyadhezyjnymi, zapobiegającymi przywarciu do formy lub membrany. Pod wpływem temperatury mieszanki gumowe przekształcają się w ciało o jednorodnych własnościach – gumę posiadającą cechy elastyczne w szerokim zakresie temperatury. Wulkanizacja odbywa się w prasach z formami segmentowymi lub dwupołówkowymi z membraną gumową, do których wprowadzane są media wulkanizujące. Oponę surową nakłada się na membranę i zamyka się prasę. Pod wpływem ciśnienia wewnątrz membrany oraz temperatury, opona surowa wypełnia zarys w formie. Proces biegnie w ściśle określonym czasie oraz przy odpowiedniej temperaturze i ciśnieniu. Zewnętrzny kształt opony wraz z rzeźbą bieżnika odwzorowany jest na formie wulkanizacyjnej.
Ostatnim etapem jest kontrola techniczna otrzymanego produktu. W ten sposób wytwarza się 80 proc. opon na rynku. Fabryki ogumienia różnią się jedynie stopniem zautomatyzowania poszczególnych etapów produkcyjnych.
Kalendarium
- 1843 – Charles Goodyear zapoczątkował proces wulkanizacji
- 1846 – Robert William Thomson wynalazł i opatentował oponę pneumatyczną
- 1888 – Pierwsza komercyjna rowerowa opona pneumatyczna wyprodukowana przez Dunlop
- 1889 – John Boyd Dunlop opatentował oponę pneumatyczną w Wielkiej Brytanii
- 1890 – Dunlop wraz z William’em Du Cros rozpoczął produkcję opony pneumatycznej w Irlandii
- 1890 – Barlett Clincher wprowadził obręcze koła.
- 1891 – Unieważnienie patentu Dunlop’a na rzecz patentu Thomson’a
- 1892 – Udoskonalenie opony o stopki opony w Stanach Zjednoczonych.
- 1894 – E.J. Pennington wynalazł pierwszą oponę balonową
- 1895 – Michalin wprowadził pierwszą samochodowa oponę pneumatyczną
- 1898 – Opatentowanie stopki zaworu przez Schrader’a.
- 1900 – Wprowadzenie kordu opony przez Palmer’a (Anglia) oraz BFGoodrich’a (Stany Zjednoczone)
- 1903 – Przedsiębiorstwo oponiarskie Goodyear opatentowało oponę bezdętkową, jednakże została ona wprowadzona dopiero w roku 1954
- 1904 – Goodyear oraz Firestone rozpoczął produkcję opon wzmocnionych kordami
- 1904 – Wprowadzenie obręczy koła do samodzielnego montażu co umożliwiło kierowcom naprawę opon uszkodzonych.
- 1906 – Pierwsza pneumatyczna opona do samolotów
- 1908 – Frank Seiberling wynalazł oponę z rowkami, co wpłynęło na lepszą trakcję
- 1910 – Przedsiębiorstwo BFGoodrich wynalazło oponę o dłuższej żywotności poprzez dodanie węgla do gumy
- 1919 – Zapowiedź Goodyear’a oraz Dunlop’a o wprowadzeniu opony pneumatycznej do samochodów ciężarowych
- 1938 – Goodyear wprowadził oponę z kordami celulozowymi
- 1940 – BFGoodrich wprowadził pierwszą komercyjną oponę z kauczuku syntetycznego
- 1946 – Michalin wprowadził oponę radialną
- 1947 – Goodyear wprowadził pierwszą oponę nylonową
- 1947 – BFGoodrich wprowadził oponę bezdętkową
- 1963 – Użycie kordów poliestrowych przez Goodyear’a.
- 1965 – Armstrong Rubber wprowadził oponę opasaną z włókna szklanego
- 1967 – wprowadzenie opon typu Polyglass przez Firestone i Goodyear
- 1968 – Departament ds. Transportu w Stanach Zjednoczonych wprowadził numerację opon na terenie Stanów Zjednoczonych
- 1974 – Pirelli wprowadził szeroka oponę radialną.
Proces produkcyjny opony z 1934 rok
Współczesny proces produkcyjny opony
