fék

Egy megdöbbentő fékszerkezet, avagy mik azok a rácuppanó, a vákuum erejét kihasználó szerkezetek

2015.06.22.

Egy igazán meglepő, sőt megdöbbentő vészfékszerkezetet mutatott be a Magyarországon is gyárral rendelkező, a biztonsági övekről ismert svéd Autoliv cég, melynek a Torricelli Vacuum Brake (Torricelli vákuum-fék) nevet adta. Az autó féktávolságát 40%-kal képes csökkenteni. Ennek apropóján – kis technikatörténeti, fizika kultúrtörténeti körképpel – bevezetésként néhány vákuumos „rácuppanó” szerkezetet is nézzünk meg.

Kezdjük mindjárt a „blikkfangos” cím helyesbítésével: a „rácuppanó” szleng kifejezéssel a szívással egymáshoz kapcsolódó felekre, szerkezetekre utalok. Ez sem túl szerencsés, de első közelítésben elmegy, ki fog derülni egy-egy műszaki megoldás ismertetésével, mire is gondolok. A "vákuum ereje" kifejezés nem pontos. A vákuumos rásegítő talán a legismertebb az autótechnikában, de a működtető vákuumos cellák, például a turbó vaste gate (megkerülő szelep) mozgatásánál is általánosan használtak. Nem a vákuum ereje, hanem a környezeti levegő nyomása (súlyerejéből következően) adja az erőt. Ha egy dugattyú vagy membrán egyik oldalán kisebb a levegő nyomása, mint a környezeti levegőnyomással terhelt másik oldalé, akkor erőkülönbség, és elmozdulás jön, illetve jöhet létre. Minél kisebb a levegőnyomás az egyik kamrában, néha mondjuk, hogy nagy a depresszió, tehát minél jobban ritkítjuk a levegőt („levákuumoljuk”), annál nagyobb lesz az erő. A vákuum – írja a lexikon szószedet – egy olyan térfogat, ami lényegében nem tartalmaz anyagot, így a benne lévő nyomás sokkal alacsonyabb, mint a standard lágnyomás. A szó latin eredetű, a „vacuus” melléknév jelentése: „üres, valamitől megfosztott, szabad”, jóllehet egy tér soha nem lehet teljesen üres. A „tökéletes vákuum”, mint olyan inkább csak filozófiai fogalom. Valóságban még soha nem figyeltek meg „tökéletes vákuumot”, és a kvantumelmélet szerint nem is lehetséges.

A vákuumot, a környezeti nyomásnál kisebb nyomás egy tervezett értékét, vákuumszivattyúval állítjuk elő. A vákuumos fékszervo szervo-szivattyúja, ha Otto-motoros az autó erőforrása, akkor maga a belső égésű motor. Ha dízel, vagy fojtószelep nélküli Otto-motor az erőforrás, akkor egy külön szivattyú szükséges hozzá. „Csak” ennyit a címkorrekcióhoz…

A vákuum erejét, azaz a levegő nyomásából eredő erőt egy ma már nevezetes fizikatörténeti kísérlettel mutatta be Otto von Guericke (1602-1686) német tudós, feltaláló és politikus. Guericke, a magdeburgi egyetem névadója, legnagyobb érdemeit a levegő mechanikai tulajdonságainak vizsgálatával és a légüres tér, azaz vákuum fizikájának megalapozásával szerezte, neki köszönhetjük a légszivattyú feltalálását is. Nevezetes kísérletét, mellyel nagy feltűnést keltett, 1654-benRegensburgban az egybegyűlt fejedelmek előtt mutatta be. Ebben a kísérletében a maga által kifejlesztett légszivattyúval két üreges félgömb (ezek a „Magdeburg-i féltekék” néven híresültek el) közül kiszivattyúzta a levegőt, mellyel vákuumot hozott létre. A gömb két ellentétes oldalára 8-8 lovat állítva és a lovakat húzásra kényszerítve azt tapasztalta, hogy a 16 ló nem volt képes a két félgömböt széthúzni.

Rajz Guericke fő művéről, a magdeburgi féltekékkel végzett kísérletről: a vákuum – pontosabban a külső levegő nyomása – úgy összetartotta a fém félgömböket, hogy a lovak nem bírták kettéválasztani

Az első használható belső égésű motort is a légnyomás hajtotta! N. A. Otto és Eugen Langen atmoszférikus motorja volt az első gázmotor, mely ipari felhasználásra, sorozatgyártásban készült. Képünk azt az emlékművet mutatja Köln-Deutz-ban, mely ennek állít emléket. Ezzel a motorral alapozták meg a Deutz gyárat.

Az atmoszférikus motorba a dugattyú alá bekerült, közel környezeti nyomású gáz-levegő keveréket meggyújtották, az szabadon „fellőtte” a dugattyút, melyhez fogasléc csatlakozik. A hengerben felfelé elmozduló dugattyú vákuumot hozott létre a hengertérben. Amikor mozgása elérte a felső holtpontját, ennek nem volt pontosan behatárolt helyzete, a fogasléc fogaskerékhez csatlakozott. A külső levegő (a vákuum ellenében) lefelé, az AHP felé tolta a dugattyút, az a fogaslécen keresztül megforgatta a lendítőkereket. Ehhez a kerékhez csatlakozott a transzmissziós dob, lapos bőrszíjas áttétellel, mely, például egy gyárban, a szerszámgépeket forgatta.

Most jutunk el a „rácuppantáshoz”!

A versenyautóknál a kocsi pályához való tapadása a legalapvetőbb tényező. A leszorító erőről sokszor hallunk. Ez határozza meg az átvihető vonóerőt és fékerőt, és ami sokszor még ennél is lényegesebb, a kanyarodási sebességet. Mi határozza meg a leszorító erőt? Első helyen a gépkocsi súlyereje. Ez bizony több verseny menetállapotban kevés, valahogy virtuálisan növelni kellene.

Ezt a feladatot az aerodinamika tudja megoldani. A szárnyak, légterelő alkalmatosságok (oldalszekrények, hasalján kialakított diffúzorok, ravasz kipufogógáz áram vezetések, kötények). Mindennek a leszorító erőt kell növelnie. Az F1 autó önmagában is szárnyprofilú, a felette elhaladó levegő nagyobb sebességű, mint az alján, így emelőerő alakul(hat) ki. Ha sikerül(ne) az autó alatti levegőnyomást csökkenteni, az csökkenti a felhajtóerőt, növeli a leszorító erőt.

„Cuppantsuk” rá az útra az autót! Szívjuk meg a kocsi alatti légteret!

Ennek egyik lehetősége, ha az oldalszekrényekbe olyan szárnyakat teszünk, melyek nem leszorító erőt generálnak, hanem szívóhatást fejtenek ki. Az 1978-as szezont Colin Chapman szoknyás vagy kötényes Lotus 79-ese uralta, az első autó, ami teljesen ki tudta használni a ground effect hatást. A Lotus 79-es széles oldaldobozaiba fordított szárnyprofilt helyeztek, ami szívóhatást keltett. Ennek eredményeképpen, bár az autó az egyenesekben veszített némi sebességet, a kanyarokban azonban a tapadás és a nagyobb kanyarsebesség révén bőven behozta azt. A Lotus a keskeny Cosworth motor miatt elég széles oldaldobozt tudott készíteni ahhoz, hogy kihasználja a ground effect hatást.

„Cuppantsuk” rá az útra az autót porszívóval! Szívjuk meg ventilátorral a kocsi alatti légteret!

A Brabham-Alfa Romeo BT46, mely ugyan követte volna a Lotus építését, széles és lapos 12 hengerű Alfa Romeo boxer motorja miatt ezt nem tehette, nem volt helye. A Brabham technikai igazgatója, Gordon Murray mégis megtalálta a kiskaput a Formula 1 technikai szabálykönyvében: rászerelt az autóra egy nagy ventilátort. A porszívó alapelvére építve növelte az autó tapadását, vákuumot generált az autó alatt, és a földre szívta a kocsit. A többi csapat azonban fellázadt, mondván, a kocsi hátul okádta a levegőt, és nem csak a levegőt, esetenként a földről felszívott köveket szórta a mögötte haladóra. Ezt a műszaki megoldást be kellett tiltani.

A porszívósok másik híressége a Chaparral 2J.

A Chaparral egy amerikai versenycsapat, mely 1963-1970 között épített versenyautókat. A 2J-t szinte teljesen körbe talajig érő, lexan anyagú kötény övezi. Azért. hogy a kötény mindig éppen csak érintse a talajt, a felfüggesztést szintszabályozással látták el. A kocsi farára két nagy, mint a leírás mondja, tankból átvett hűtőventillátor került. Ezeket egy önálló, kéthengerű, 2-ütemű motor hajtja. A ventillátorok szívják meg a kocsi alatti teret. A „porszívóval” a leszorító erő a súlyerő 1,25-1,5-szeresére nőtt. Komoly előnye, hogy a leszorító erő a kocsi sebességének nem függvénye, mint a szárnyasoknál. A Chaparral 2J 1970-ben indult a Can-Am versenysorozatban, mindenkinél gyorsabb volt, de nyerni, műszaki hibák sorozata miatt, nem tudott. Ezt a konstrukciót is, és nem csak azért mert szórta a köveket, elérte a végzete: betiltották. Azóta veterán versenyautó találkozók, így például Goodwood Festival of Speed, nagy figyelmet keltő szereplője.

Most jutunk el oda, amiért a cikk megíródott!

(Remélem, főleg a fiataloknak, eddig sem volt az írás érdektelen.) 

Az Autoliv AB a napokban mutatta be gyártóknak és a szaksajtónak Autonomous Emergency Braking (AEB – automatikus vészfékezés fékszerkezete) technikai megoldását, melynek a Torricelli Vacuum Brake nevet adta.

Célja, hogy vészhelyzetben jelentősen csökkentse a fékutat. A tesztek azt mutatják, hogy a fékutat 40%-kal is képes lerövidíteni. Az Autoliv szakértőinek megállapítása szerint vészhelyzetben általában késve fékez a vezető és nem is képes a teljes fékerőt kifejteni. (Mint tudjuk a fékasszisztens erre már ad megoldást – érzékeli, hogy a vezető vészfékezni akar, de nem nyomja le, számos okra visszavezethetően, teljesen, teljes erővel a fékpedált. A rendszer felismeri a vészfékezési szándékot és kifejti a maximális fékerőt.) Azon esetekben, melyek váratlanok (pl. keresztbe kifutó gyermek) és mindez rossz látási körülményekkel párosul, a rendszer kameráival felismeri a tragédia veszélyét, és automatikusan aktiválja az új fékszerkezetet.

Mi is ez az új fékszerkezet?

A gépkocsi hasa alá rögzített szerkezet, féklap felülete 0,3 m2, mely ilyen esetben rendkívül gyorsan, 0,1 másodpercen belül lecsapódik és vákuummal létrehozott
kb. 15 000 N erővel „rácuppan” az útra. Ezek után súrlódással fékezi az autót. A talajtfogó, vákuumos féket 70 km/h-ig működtetik, így az elővárosi, városi közlekedésbiztonságot tudja növelni.

Az új fékszerkezet nevét Evangelista Torricelliről (1608-0674), a barokk kor egyik legjelentősebb fizikusáról, matematikusáról kapta. Ő mérte meg először a levegő nyomását, neki sikerült először hosszabb ideig vákuumot fenntartania. 

Mint azt Ola Boström, az Autoliv Research szenior vezetője elmondta, természetesen még sok fejlesztő munka kell ahhoz, hogy a szerkezet autógyártói sorozatban gyártható legyen. Mai kifogás vele szemben az, hogy túl nagy lassulást hoz létre, mely a bennülőket veszélyezteti. Ezért valószínűleg a biztonsági öveket is át kell tervezni, de ez a munka házon belül marad.

Dr. Nagyszokolyai Iván

az Autótechnika folyóirat főszerkesztője

Video: https://www.youtube.com/watch?v=nbSi-eK-ng4

 

Az oldal fő támogatója

 

2020.10.23
Pozitív lett a koronavírus-tesztje Lawrence Strollnak, a Forma-1-es Racing Point csapat....
2020.10.23
Hivatalosan is megerősítették, hogy 2021. január 11-én rántják le a leplet az új Le Mans-i....
2020.10.23
Zalaegerszeget az M7-es autópályával köti össze az első, közel 6 kilométeres szakasz. ..
2020.10.23
Az amerikai izomautó üzembentartója 200 ezer forintos bírságra számíthat a több mint 100 km/h-s....
2020.10.23
SUV és szedán is érkezik tisztán elektromos hajtáslánccal a Jaguar-Land Rovernél, ám a tervezetnél....
2020.10.22
Sokaknak családtag volt, és nemcsak autópótlékként szolgált, ma egyre ritkább, pláne veterán....
2020.10.22
Ivan Lazarevic Szerbiából küldte rajzát az Autós Nagykoalíció és az autoszektor.hu karikatúra....
2020.10.22
Az elkövetkező hetekben a közelgő mindenszentek és halottak napja alkalmából egyre többen....
2020.10.22
37.710 eurójába került idén a németeknek az újautó vásárlása, jelentősen többe, mint egy évvel....
2020.10.22
Álomkezdés öt csillaggal: az ID.3 a lehető legmagasabb minősítéssel zárta az Euro NCAP (European....