Counteract
Prawidłowe działanie WWW wymaga zainstalowania w przeglądarce wtyczki Adobe Flash

Jak to działa?

 
  1. Kiedy koło zaczyna się obracać, kuleczki rozkładają się równomiernie we wnętrzu opony dzięki sile odśrodkowej.
  2. Kiedy prędkość, a wraz z nią siła odśrodkowa niewyważenia zwiększa się i „ciężki punkt” szarpie zawieszeniem koła w górę i w dół, kuleczki dzięki bezwładności zaczynają przesuwać się w kierunku przeciwnym. 
  3. Kuleczki kontynuują swój ruch do momentu, kiedy koło jest wyważone.
  4. Dzięki siłom przyciągania elektrostatycznego, po zatrzymaniu pojazdu kuleczki nie opadają, lecz utrzymują się na oponie w pozycji wyważenia. Jeżeli po dłuższym postoju lub powolnej jeździe po wybojach opadną na dno opony, wystarczy krótki odcinek jazdy z normalną prędkością, aby koło ponownie się wyważyło.
 
Dzięki swym unikalnym właściwościom Kuleczki COUNTERACT łączą w sobie zalety tradycyjnego wyważania ciężarkami z automatyczną samoregulacją, cechującą preparaty stosowane wewnątrz opon, a przy tym pozbawione są ich wad.
 
ELEKTROSTATYCZNOŚĆ W WYWAŻANIU OPON
Roger LeBlanc, James D.Brown, Dr Inż., emerytowany profesor Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Zachodniego Ontario, London, Kanada
 
Wprowadzenie
Od wielu lat (LeBlanc 1916) wiadomo i było to wielokrotnie demonstrowane, że po umieszczeniu sypkiego materiału wewnątrz obracającego się ciała, wszelkie niewyważenie obrotowe zostanie automatycznie skorygowane. Ten proces wyważania został z powodzeniem zastosowany do opon pojazdów samochodowych wiele lat temu (Fogal 1991, Heffernan 1998). Przy wyważaniu opon problem polega na tym, że gdy pojazd się zatrzyma, niewyważenie powraca, ponieważ materiał spada pod wpływem grawitacji do najniżej położonej części opony. Zanim pojazd nabierze prędkości i materiał zostanie ponownie rozmieszczony tak, by wyważyć koło, skutki niewyważenia mogą być nawet poważniejsze niż w sytuacji, gdyby żaden materiał w ogóle nie był do opony wprowadzany. Swobodnie poruszający się, nie ustabilizowany materiał może też przesuwać się gdy pojazd zwalnia lub przyśpiesza. Potrzeba więc jakiejś metody utrzymania materiału w pożądanym miejscu podczas zatrzymywania się i ruszania z miejsca. Niniejszy artykuł ukazuje metodę, która dowiodła już swej skuteczności w przypadku opon ciężarowych i jest teraz implementowana w oponach do aut osobowych. Bazuje ona na wprowadzaniu do wnętrza opon małych, kulistych koralików wykonanych z izolatora. Dzięki swym właściwościom elektrostatycznym kuleczki w naturalny sposób gromadzą ładunek, gdy zaczynają toczyć się wewnątrz opony. Ładunek, który jest wystarczająco duży by utrzymać je w pożądanym miejscu w oponie, gdy koło przestaje się obracać.
 
Wewnętrzne wyważanie opon
Jeżeli pewna ilość szklanych kuleczek umieszczona zostanie wewnątrz obracającego się ciała, jakim jest opona, siła odśrodkowa oddziaływująca na kuleczki, wraz z siłami powodowanymi przez niewyważenie, automatycznie przesuną kuleczki do miejsca, w którym zniwelują one niewyważenie. Jest to pokazane na rysunku 1. W górnej części rysunku, gdy obraca się koło niewyważone, istnieje dodatkowa, przesuwająca się dookoła siła, skupiająca się w jego „ciężkim punkcie”, która potrafi unieść oponę z drogi, jeśli niewyważenie jest wystarczająco duże. Na ilustracji niżej widać oponę z kuleczkami w środku – grupują się one w miejscu przeciwległym do „ciężkiego punktu” i całkowicie wyważają oponę. Jakiekolwiek nadwyżkowe kulki rozmieszczają się równomiernie na całym obwodzie opony. W ten sposób uzyskujemy perfekcyjne dynamiczne wyważenie opony. Jedyny problem polega więc na tym, aby utrzymać kuleczki w pożądanym miejscu, gdy koło jest już wyważone.
 
 
 Rys. 1
 
Efekt tryboelektryczny
Jeśli dwa niepodobne materiały stykają się ze sobą, zawsze następuje transfer ładunku między nimi tak, że jeden z nich przejmuje elektrony i staje się naładowany ujemnie, a drugi je traci, uzyskując ładunek dodatni w miejscu styku. Ta względna zdolność materiałów do gromadzenia dodatniego ładunku została ujęta w tzw. szeregu tryboelektrycznym. (Szereg tryboelektryczny – zestawienie materiałów pod względem biegunowości i wielkości ładunku wytwarzanego podczas zetknięcia i rozdzielania dwóch materiałów. Pozwala zauważyć, które materiały wykazują większą skłonność do elektryzowania się ładunkiem dodatnim, które zaś ujemnym.) Taki szereg dla kilku materiałów został pokazany w poniższej tabeli.
 
 
 
W kontakcie ze sobą materiał stojący w tym szeregu wyżej naładuje się dodatnio, a materiał znajdujący się niżej ujemnie. Na przykład jeżeli twarda guma zetknie się z polichlorkiem winylu (PVC), naładuje się dodatnio, a PVC ujemnie. Jednakże w zetknięciu gumy ze szkłem, guma naładuje się ujemnie, a szkło dodatnio.
 
W praktyce, jeśli umieści się szklane kulki w oponie, szkło naelektryzuje się dodatnio, a guma przejmie nadmiarowe elektrony. Ponieważ guma opony jest lekko przewodząca, elektrony „spłyną” do ziemi na styku opony z drogą. Z drugiej strony szkło jest bardzo dobrym izolatorem. Gdy kuleczki toczą się dookoła opony po jej wewnętrznej stronie, tracą elektrony w każdym kolejnym punkcie kontaktu z gumą, mogą więc zakumulować całkiem znaczny ładunek dodatni. (rys. 2)
 


Rys.2

Siły przyciągania elektrostatycznego
Kiedy naelektryzowane ciało znajdzie się w pobliżu powierzchni nawet słabego przewodnika, ładunki o przeciwnej polaryzacji będą się przyciągać. Ta siła zwana jest siła przyciągania elektrostatycznego. Jej wielkość może być obliczone przy założeniu, że cały ładunek zgromadzony jest w środku szklanej kulki i że indukowany ładunek w przewodniku będzie równej siły i znajdzie się w odległości od powierzchni równej promieniowi kulki. Siłę tę łatwo obliczyć według wzoru:
 
Fe = q (+) q (-) / 4pe0 r2
 
Fe – siła przyciągania elektrostatycznego ( w niutonach)
q – ładunek elektryczny cząstki ( w kulombach)
e0 – przenikalność elektryczna próżni (8.854 · 10-12 F·m-1)
r – promień
 
Dwie siły - przyciągania grawitacyjnego i przyciągania elektrostatycznego - mają porównywalną wartość dla kulek o wielkości do 0,5 mm i ładunkach rzędu kilku pC na każdą z nich. W ten sposób jeśli ładunki przynajmniej tej wielkości wytworzone zostaną na powierzchni kuleczek, to kiedy koło przestanie się obracać, kuleczki będą utrzymywane w miejscu przez siłę przyciągania elektrostatycznego przewyższającą siłę grawitacji.
 
Pomiar naładowania szklanych kuleczek
Ładunki elektryczne szklanych kulek do wyważania kół, umieszczonych w oponie ciężarowej i używanych przez kilka miesięcy, zostały zmierzone następującą procedurą. Koło zostało zdjęte z osi, powietrze spuszczone poprzez wykręcenie wkładki zaworowej a stopki odbite z obręczy poprzez uderzanie młotem. Przy użyciu łyżek jedna strona opony została zsunięta z obręczy by uzyskać dostęp do wnętrza opony. Kulki na powierzchni wewnętrznej opony ukazane są na rysunku 1. Rysunek 5 pokazuje z bliska wnętrze opony z przyczepionymi do niej kuleczkami. Te kuleczki miały średnicę około 0.15 mm. Porcja kuleczek została zebrana z opony plastikową łyżką i umieszczona w puszce Faradaya celem zmierzenia całkowitego ładunku tej próbki przy użyciu elektrostatycznego woltomierza o czułości 0,001 nC. Ta sama próbka kulek została potem zważona z dokładnością 0.01 g. Standardowy pomiar ładunku kulek przyczepionych do wewnętrznej powierzchni opony dawał wyniki od 0,2 do 2 nC na gram. Przy tej wielkości kuleczek 1 gram to około 2000 sztuk, więc ładunek pojedynczej kulki wyniósł od 0,1 do 1 pC. Jest to ładunek wystarczający, by jego siła przezwyciężyła siłę grawitacji i przytwierdziła kulkę do opony. Ciemny obszar po prawej stronie fotografii to miejsce z którego pobrano próbkę do pomiaru.
 
Kilka istotnych uwag
Proces ładowania kuleczek zależy od transferu ładunków między powierzchniami różnych materiałów. Z tego powodu warunki panujące wewnątrz opony są ważne. Powinna być ona w miarę wolna od zanieczyszczeń substancjami takimi jak na przykład pasty montażowe czy środki penetrujące, ponieważ mogłyby one przenieść się na powierzchnię kuleczek, wskutek czego substancja na powierzchni kulek i na powierzchni gumy byłaby taka sama. A gdy stykają się dwa takie same materiały, transfer ładunku nie zachodzi.
 
Wilgoć w oponie również stanowi problem. Jeżeli we wnętrzu opony jest dużo wilgoci, szklane kuleczki mogą pokryć się jej cienką warstwą, tak jak i guma opony. W efekcie znowu stykać się będą dwie takie same substancje i transfer ładunku nie zajdzie. Nawet przy niewielkiej ilości wilgoci w oponie, lekko wilgotna powierzchnia kuleczek może stać się lepszym przewodnikiem. Wtedy bez względu na to, jak bardzo naładowane zostały kuleczki, mogą się one rozładować stykając się z częściowo przewodzącą gumą opony.
 
W dobrych, czystych i suchych warunkach kuleczki pozostawały w pożądanym miejscu tygodniami.
 
Konkluzje
Szklane kuleczki umieszczone wewnątrz opony ciężarowej ładują się elektrostatycznie w kontakcie z gumą, gdy koło toczy się po drodze. Ich ładunek elektryczny jest wystarczający, by siła przyciągania między kuleczkami a oponą przewyższała siłę grawitacji. W rezultacie efekt wyważenia utrzymuje się, gdy koło stoi w miejscu kilka godzin, a nawet dni.
 
Literatura
LeBlanc, „Automatic Balancers for Rotating Masses” US Patent # 16949 (1912)
LeBlanc, „Tire balancing using glass beads” US Patent # 6128952 (2000)
Fogal, „Method of balancing a vehicle wheel assembly” US Patent # 5073217 (1991)
Hefferman „Tire Balancing” US Patent # 5728243 (1998)
 

Artus spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp.k.
ul. M.Skłodowskiej-Curie 75
87-100 Toruń
e-mail:

czynne: pon. - pt. w godz.
8.00 - 16.00

Telefony:
Sekretariat:
tel. 56 645 35 24
fax 56 648 09 41

Dział Handlowy:
tel. 56 645 35 24 wew. 25, 26
kom. 607 77 54 24
e-mail:


Sklep:
tel. 56 648 27 78
kom. 609 850 360

Copyright © Artus spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp.k.