„Gördülő ellenállás az az ellenállás (erő, nyomaték), amely akkor lép fel, ha egy testet egy másikon legördítünk. Fellép például gördülőcsapágyakon, gépkocsi kerékabroncson. A gördülési ellenállás a görgő, a kerék vagy abroncs és a pálya deformációjából ered. Például a gumiabroncs gördülési ellenállása nagyobb, mint az acélból készült vasúti kocsi kerekének ellenállása. Hasonlóképpen a homok vagy beton nagyobb ellenállást okoz, mint a kemény acél vasúti sín. A gördülő ellenállás általában sokkal kisebb, mint a száraz csúszósúrlódás.”

Mi csak a szilárd, sima útfelületen gördülő gumiabroncs ellenállását taglaljuk, így a besüppedő talajon haladás nem témánk. Ez azonban fontos a terepjárásnál, mezőgazdasági – szántóföldi – erőgépeknél.

A gördülési ellenállás csak a gumiabroncs jellemzőin, terhelésen múlik. A gördítés ellenállása az abroncs belső gyúrási, deformációs munkája miatt alakul ki. Példaként felhozhatjuk, hogy egy gumilabdát, ha adott magasságról leejtünk, az nem fogja visszapattanáskor elérni a kiinduló szintet. A labda deformációja energiát emészt fel.
Gördülő ellenállás számításához szolgál az alábbi ábra. Az ábrán az erőjáték látható.

Az r sugarú kerék a függőlegesen lefelé irányuló G erővel nyomja a pályát, ennek reakcióereje az N felfelé mutató erő, amely azonban nem a kerék tengelyének függőlegesében, hanem attól d távolságra ébred. A vontatáshoz szükséges erő F_R. A G és N erők alkotta erőpár M nyomatékot okoz:

M = G x d

A vontató F_R erőnek ezzel kell egyensúlyt tartania. Ha például jármű kerekéről van szó, ott ez a vízszintes erő a kerék tengelyében hat, mellyel a keréknek a talajt érintő pontján ébredő száraz súrlódás ereje tart egyensúlyt. Ez a két erő is erőpárt alkot, melynek távolsága a kerék r sugara:

M = F_R x r

A két nyomaték egyenlő, így a gördülő ellenállás ereje így írható:

F_R = (d/r) x G

Másrészről a gördülési ellenállást a száraz súrlódáshoz hasonlóan így is szokás írni:

F_R = f x G

Ahol f a gördülési ellenállási tényező:

f = d/r

Nézzük meg ezek után, hogy az előző, kissé tankönyv ízű elméleten túl, miként is vannak a dolgok a valóságban.

A felelős „felső akarat” – legyen ez az EU – a közlekedési energiafogyasztás és ezzel együtt a széndioxid kibocsátás csökkentése és a közlekedésbiztonság növelése érdekében az autótechnikában előírásokat fogalmaz meg. Ebből nem maradnak ki a gépjárművek gumiabroncsai sem.

Ahogy az energiafogyasztási osztályba sorolási címke a hűtőgépen, vagy mosógépen a vásárlóknak nagyon jó tájékoztatást ad, úgy a gumiabroncs címke is segít a vásárlásban. Sőt, ez lényegesen összetettebb: a fogyasztásra gyakorolt hatása, a nedves tapadás és a zaj is osztályozott. Bizony célszerű ezt nem figyelmen kívül hagyni! (Ne mindig csak a legolcsóbb ár legyen a szempont.)

Az előírások a gyártóknak minimálisan teljesítendő értékhatárt is adnak és besorolási rendszert is tartalmaznak, hogy a jobbak e szerint meg tudják mutatni magukat, piaci előnyre tehessenek szert. Nevezetesen a gumiabroncsokat címkézni kell, erről már e rovatban is írtunk és egyébként reméljük, hogy az autósok részéről közismert. Tehát a tudomány belépett a hétköznapi életünkbe.

A mai leckénk ezen címkeinformáción belül a fogyasztásra utaló besorolás megismerése. És ez nem más, mint a gördülési ellenállás értéke. Ha egy abroncsnak kicsi a gördülési ellenállása, akkor ennek leküzdésére kevesebb energiát kell fordítanunk a „pénztárcánkból”. Ahogy azt az itt megismételt címkép mutatja, ha az autót tolnunk kell, akkor sík úton nem mást, csak a gumiabroncsok gördülési ellenállását kell legyőznünk. (Célszerű szólnunk a kormánynál ülőnek, hogy vegye ki sebességből és ne nyomja a féket sem…)

A címke első oszlopa mutatja az abroncs gördülési ellenállását, áttételesen a tüzelőanyag fogyasztásra gyakorolt hatását.

Látjuk, hogy gyakorlatilag 6 osztály van: A-B-C-E-F-G. Az A osztályba sorolt abroncs a leggazdaságosabb.

Vizsgáljuk meg, hogy műszakilag milyen paraméter alapján történik a besorolás. (Mi csak a személygépjárművek abroncsait tárgyaljuk, ezek csoportja a C1.)

A jellemző a gördülési ellenállás, illetve a gördülési ellenállási tényező. Ezt az előírások angol rövidítéssel jelölik: RRC (Rolling Resistance Coefficient).

Értékét próbapadon mérik az ENSZ EGB (UN ECE) Reg.117.02 előírásban foglaltak szerint, mely egyezik az ISO28580 szabvánnyal. Az alábbi táblázatból az kiderül, hogy ezeket a mérések vizsgáló (minősítő) laboratóriumban végzik, próbapadokon (Indoor Method – machine test). Az előírások függnek attól, hogy típusvizsgálat (Type Approval) a cél vagy a címkézés (Labelling).

A vizsgálóberendezés végeredményben a gördülési ellenállási erőt méri. Az abroncsot neki szorítják a nagy átmérőjű (1,7 m sugarú) dobnak, a dobot forgatják a gumiabroncs gördülési ellenállása ellenében.

A mérőberendezés látható a következő képen.

Az RRC, tehát a gördülési ellenállási tényező dimenzió nélküli szám, tehát nincs mértékegysége. Pontosabban viszonyszám, esetünkben erő/erő. Mértékegységben N/kN. Azt mondja meg, hogy az abroncs útfelületre merőleges 1 kN terhelésekor hány Newton erő kell a gördítéséhez.

A címkén és a mellette lévő táblázatban (lásd korábbi képünket!) az A osztályú abroncsnál a gördítéshez kisebb vagy egyenlő 6,5 N erő kell, míg a legrosszabb esetben ez nagyobb, mint 12,1 N.

Mit keres a hivatalos táblázatban (lásd a képünket!) és az európai előírásokban, valamint az átvett, lefordított anyagban mértékegységként a [kg/tonna]. Sehogyan sem jó! És az SI mértékegységnek sem felel meg. Egyszerűen rossz!

A gumiabroncs gördülési ellenállása – mint már elemeztük - szoros összefüggésben áll a járművek tüzelőanyag-fogyasztásával és ezáltal a széndioxid kibocsátással. A gördülési ellenállás tulajdonképpen nem más, mint a vezetés közben az útfelület és a gördülő autógumi között folyamatosan fennálló hatás. Miközben az autógumi futófelülete érintkezik az útfelülettel, minden fordulatnál deformálódik és torzul. Ez az alakváltozás az autógumi felmelegedésével és energia leadásával jár. A gördülési ellenállás leküzdéséhez vonóerő szükséges. A vonóerő létrehozásához pedig tüzelőanyag. Gondoljunk úgy a gördülési ellenállásra, mintha a gépkocsinak állandóan egy 1%-os emelkedőn kellene felmennie.

A gördülési ellenállás leküzdése a gépkocsik tüzelőanyag-fogyasztásának kb. 15%-át teszi ki. A gördülési ellenállás kb. 40 km/h sebességig a meghatározó menetellenállás állandó sebességű haladásnál. Ebből jól látható, hogy a kis gördülési ellenállással rendelkező abroncsok segíthetik a tüzelőanyag megtakarítást.

Az abroncscímke jelölése szerint az „A" osztályba tartozó, alacsony gördülési ellenállással rendelkező autógumik, akár 7,5%-kal is csökkenthetik a gépjármű fogyasztását a „G" osztályba tartozókhoz képest.

Napjainkban egy kis gördülési ellenállású gumiabronccsal bárki csökkentheti gépkocsijának fogyasztását.

Néhány adat a Michelin-től, tőlük idézünk. Becsléseik szerint világszerte 12 milliárd liter a megtakarított tüzelőanyag 1992 óta a MICHELIN Energy takarékos gumiabroncsok használatával. 1992 óta több mint 400 millió Michelin alacsony gördülési ellenállású gumiabroncsot értékesítettek Európában. 1992 óta a MICHELIN Energy energiatakarékos gumiabroncsok alkalmazása elképesztő mértékben, 30 millió tonnával csökkentette a gépkocsik CO₂-kibocsátását. Ha az összes európai személygépkocsira Michelin Energy gumiabroncsot szerelnének fel, akkor évente körülbelül 3 milliárd liter (mintegy 100 000 tanker) tüzelőanyagot lehetne megtakarítani. Természetesen más gumiabroncs-gyártóknak is vannak A vagy B besorolású abroncsai.

A gördülési ellenállás a legjobb anyagú, szerkezetű abroncsnál is változik a levegő nyomásával, a terheléssel és kis mértékben a sebességgel. Ha a levegő nyomása a névleges alá csökken vagy a terhelés nem megengedett értékű – a gördülési ellenállás lényegesen megnő.

Ne felejtsük el a gumiabroncs nyomását a gépkocsi terheléséhez igazítani!

Ez nem csak a fogyasztásnak tesz jót, hanem abroncs szerkezetét is megóvja. Különösen igaz ez mostanában, amikor az autóval a család nyaralni megy és sokan legszívesebben még a háromajtós hálószoba szekrényt is magukkal vinnék…

Menetellenállásokat taglaló sorozatunk következő részben a légellenállással foglalkozunk. Ennek kutatásában jelentős a magyarok szerepe.

Dr. Nagyszokolyai Iván

az Autótechnika főszerkesztője

(Az Autótechnika folyóiratban a témához kapcsolódó számtalan szakmai cikk jelent meg, ezek a lap előfizetőinek visszamenőleg is olvashatóak a http://autotechnika.hu oldalon. További információt is itt találhatnak.)