Felge: tri uloge automobilskog naplatka

Felge, tj. naplatci se često biraju po izgledu, ali naplatak, osim što čini kotač, automobilu služi za nekoliko korisnih stvari, od hlađenja kočnica do ground efekta.

Projektiranje optimalnog automobilskog naplatka (njem. Felge) slijedi tri glavna principa. Prvi se tiče osnovne uloge kotača pa felga mora biti dovoljno čvrsta. Promjer se određuje u skladu s drugim parametrima vozila, kao i izgled, ali povoljno je birati lagani materijal jer kotač spada u neovješenu masu vozila.

Drugi se tiče hlađenja kočnica pa naplatak ne smije onemogućavati strujanje zraka i izmjenu topline. Krakovi nekih naplataka dizajnirani su slično impelerima pa pospješuju efekt ventiliranja, a proizvode se i ratkape (njem. Radkappe; poklopac kotača) dizajnirane u tu svrhu. Treći princip vezan je uz drugi, a tiče se aerodinamičkih svojstava.

Nerijetko su kotači na putničkim automobilima uvučeni pod karoserijski lim i iz razloga skrivanja aerodinamički nepovoljnog utjecaja rotacije kotača na otpor zraka. Naplatak može biti projektiran i da pruža relativno mali otpor, a da ne zatvara prostor strujanju zraka za hlađenje kočnica. Ventilacijski efekt rotacije kotača može se iskoristiti i za isisavanje zraka ispod automobila i iz prostora oko kotača. Time se smanjuje visoki pritisak vrtložnog zraka (u aerodinamici često zvanog prljavog zraka) u prostoru blatobrana, smiruje, ubrzava i usmjeruje protjecanje zraka ispod automobila (ground efekt) i pomaže se usmjeriti strujanje zraka prema drugim ventilacijskim ili aerodinamičkim elementima automobila.

Savjet u slučaju kupnje novih naplataka
Omjer čvrstoće i težine, ventilacijska i aerodinamička svojstva bitne su odrednice naplatka, ali za cestovne automobile kupci ih najčešće biraju po izgledu. Ako se odlučite na zamjenu naplataka na svojem vozilu, držite se preporuka proizvođača (obično postoji nekoliko dimenzija koje se ugrađuju na isti model pa za col ili dva veći promjer uz odgovarajući profil guma nije problem) i važećih prometnih propisa (tehnički pregled). Bitno je da pri hodu ovjesa i zakretanju kotača nema struganja i da naplatak ne smeta radu kočnica. Bez većih izmjena, izbor naplatka ograničava centralni provrt i broj i razmak rupa za vijke. Postoje standardi za svaki model automobila, ali obratite pozornost i na širinu naplatka (npr. oznaka 7.5J znači tip profila naplatka i širinu od 7,5 cola, tj. 190,5 mm), kao i na offset ili ET naplatka. Širina i ET osjetno mijenjaju i geometriju kotača (ležanje, trag, ponašanje pri zakretanju) pa se mogu očekivati i drugačija vozna svojstva. Ona nisu nužno bolja od tvorničkih, ali to ovisi o početnim postavkama automobila. Potreban je i dodatni oprez pri kupnji naplataka korištenih u izvanrednim uvjetima (npr. off-road i utrke): zbog raznih tipova korozija i pogotovo zbog zamora materijala, naplatak može i puknuti za vrijeme vožnje.

Broj vijaka i dubina felge
ET (njem. Einpresstiefe) je mjera odstupanja plohe montiranja naplatka od centra naplatka. Negativni iznos znači da je ploha bliža centru auta (felga je duboka, npr. Lancia na fotografiji na kraju teksta), a pozitivni da je bliža vanjskoj strani kotača (npr. prednji kotači kamiona).

Što se tiče broja vijaka, današnji standardi za aute su uglavnom 4 i 5 vijaka za držanje kotača, a za zaštitu od krađe često se koristi sigurnosni vijak za koji je potreban poseban ključ. Razmak rupa za vijke mjeri se na nekoliko načina, ovisno o broju vijaka:

3: promjer zamišljene kružnice koja prolazi centrima provrta
4, 6, 8: od centra do centra nasuprotnih provrta
5, 7: od centra jednog provrta do vanjskog ruba nasuprotnog provrta

Zanimljivo je da neki japanski cestovni modeli ne koriste vijke i provrte u glavčini nego navoje na glavčini i matice kojima se pričvrste naplatci, što je često rješenje za trkaće automobile.

Slitine za naplatke
Osim čelika, materijal za naplatke su razne slitine. Najčešće su aluminijske, a za trkaće i športske modele koriste se i još lakše magnezijske ili pak ugljična vlakna. U svakodnevnoj primjeni prednost čelika su relativno jednostavno ravnanje u slučaju deformacije i zaštita od hrđanja, dok naplatak od slitina pri oštećenju češće puca i popravak nije uvijek moguć, a neke slitine su podložne galvanskoj koroziji. Ipak, prednosti korištenja slitina višestruko su korisne. Naplatak od slitina ima manju masu i bolju vodljivost topline u odnosu na ekvivalentni čelični; tako se smanjuje neovješena masa vozila i lakše rasprši otpadna toplina od kočnica/kočenja. Jeftiniji naplatci od slitina se lijevaju, a kvalitetniji su uglavnom kovani.

Svojstva kočnica i uloga materijala naplatka
Najkraće rečeno, kočnice stvaraju trenje, tj. pretvaraju kinetičku energiju u toplinsku kako bi usporile vozilo. Ako se pregriju, materijali korišteni u kočnicama cestovnih automobila gube svojstva, tj. pločica i disk sve više klize i gubi se kočna sila. Za ekstremne uvjete, poput trkaćih, koriste se skupi ugljično-keramički kompoziti koje pak uglavnom treba zagrijati na određenu temperaturu da bi postali efikasni (ali i trpe više temperature, a to znači i da više topline prijeđe na druge elemente automobila). Svaki kočni sklop treba hladiti, a to se rješava strujanjem zraka kako bi se izmijenila toplina. Neki automobili, kako bi težište približili centralnoj osi, diskove smještaju na poluosovinama bliže sredini vozila (npr. Lancia Aurelia, Alfa Romeo 75, Citroën DS…), ali najčešće su kočnice smještene na glavčinama pa dizajn naplatka može osigurati nužno strujanje zraka. Primjeri dizajna usmjerenog na ventiliranje, tj. na hlađenje kočnica su felge na Nissanu 300ZX (Z32) te naplatak s ratkapom na BMW M5 (E34), ali se na to svojstvo pazi i na brojnim suvremenim cestovnim i sportskim automobilima.

Ground efekt
Pri automobilskoj aerodinamici, ground efekt je korištenje Bernoullijevog i Venturijevog principa (ukratko, pri kretanju prostorom određenog presjeka, fluidu s porastom brzine pada dinamički tlak) i viskoznosti zraka (korištenje graničnog sloja zraka pri tlu i ispod vozila) za postizanje downforce-a (nadtlak koji pritišće automobil na cestu). Naplatak svojim okretanjem može pomoći ispumpavanju zraka ispod automobila (kako bi se stvorila ta razlika tlakova, tj. podtlak ispod i nadtlak iznad automobila), a može i deflektirati zrak koji struji uz bok automobila od sebe, kako bi smanjio otpor zraka. Aerodinamičke posljedice dizajna kotača nije jednostavno kontrolirati jer je takva priroda dinamike fluida, a i dinamika kotača i vozila uključuje razne uvjete: dimenzije, brzinu vrtnje, hod ovjesa, kut zakretanja, temperaturu itd.

Osim izvlačenja zraka ispod automobila samom dinamikom kretanja vozila, neki proizvođači, poput Brabhama BT46 iz sezone F1 1978., koristili su ventilatore za ispumpavanje zraka pod autom (dok to novim pravilnicima nije bilo zabranjeno). Gordon Murray koji je BT46 i dizajnirao, pripremio je i novi automobil zvan T.50, nasljednik McLarena F1. I T.50 koristi ventilator u sprezi s difuzorima kako bi stvorio downforce.

Neovješena masa
Osim zbog manje inercije, lagani naplatak se bira i zbog niže neovješene mase za vozilo. Radi se o masi komponenti poput felgi, guma, djelom samog ovjesa itd., zapravo svega što ovjes automobila ne nosi. Osvrnimo se posebno na kotač. Kotač automobila u kretanju reagira na neravnine podloge (ceste) i oscilira na određeni način. Što je kotač lakši (računajmo i težinu gume, no ovom prilikom ne i njena svojstva deformacije), to će brže i lakše pratiti podlogu (zbog rada ovjesa). Kraće rečeno, lakši kotač osigurava više prijanjanja. Težina znači i inerciju, pa pokretanje i zaustavljanje traži više energije (makar tu zbog rotacije veliku ulogu igra i rub kotača, tj. guma), a i opruge i amortizeri imaju više posla smiriti određene vibracije težeg kotača pri naglim kretanjima i kočenjima (problem poskakivanja). U nekim slučajevima teži kotač je prednost: manje vibracija se prenosi na ostatak automobila (u konačnici na putnike) ako guma apsorbira više vibracija, a čitavi kotač je teži, tj. ima veću inerciju.