Jak zmieniały się klocki hamulcowe

13 Lut 2018

Klocki hamulcowe w ciągu ponad 100 lat ewoluowały od drewnianych bloczków obitych skórą do testowanych w warunkach laboratoryjnych elementów wykorzystujących setki starannie opracowywanych mieszanek ciernych.

 

Historia klocków hamulcowych sięga czasów, gdy podstawowym środkiem lokomocji były pojazdy konne. Proces hamowania odbywał się wtedy poprzez dociskanie drewnianego klocka do koła za pomocą specjalnej dźwigni. Rozwiązanie takie było również wykorzystywane w początkowej fazie rozwoju motoryzacji. Karl Benz w swoich pierwszych konstrukcjach pojazdów mechanicznych stosował właśnie drewniane klocki, tyle że obite skórą.

Kolejnym etap w rozwoju klocków nastąpił wraz z wprowadzeniem specjalnie preparowanych materiałów ciernych. Pierwsze z nich powstały pod koniec XIX wieku i składały się z bawełny nasycanej lepkimi substancjami tzw. bitumami. Niestety w stosunkowo niskiej temperaturze, bo przy ok. 150 °C materiały te ulegały rozkładowi, przez co traciły swoje właściwości cierne i wytrzymałościowe.

Po pewnym czasie bawełna została więc zastąpiona przez tkaninę azbestową zbrojoną drutem mosiężnym. Odporność termiczna, elastyczność, właściwości cierne oraz łatwość łączenia się z środkami wiążącymi sprawiły, że azbest na kilka kolejnych dziesięcioleci stał się głównym składnikiem materiałów ciernych. Dopiero w latach 70., gdy odkryto, że ma on także właściwości rakotwórcze, zaczęto poszukiwać jego zamienników i zastępować go mieszaninami tworzonymi m.in. z włókien szklanych, wełny mineralnej, włókien syntetycznych, wełny stalowej, włókien naturalnych.

Rozwój wymusza modyfikacje

Kolejne modyfikacje wymusił dynamiczny rozwój motoryzacji w ostatnich kilku dziesięcioleciach, w tym tendencja do zwiększenia rozmiarów i osiągów pojazdów. Przykładowo masa samochodu kompaktowego wzrosła o około 40-50%, zwiększyła się też prędkość maksymalna przeciętnego auta, poprawiła się ponadto przyczepność opon pozwalając na uzyskiwanie większych opóźnień podczas hamowania.

Klocki hamulcowe przez ostatnie kilkadziesiąt lat na pozór niewiele się zmieniły. Wizualnie wyglądają podobnie, zbudowane są z metalowej płytki nośnej i materiału ciernego. Dzisiaj jednak częściej niż kiedyś wyposaża się je w nakładki antypiskowe, tzw. shimy, oraz czujniki zużycia, elektryczne lub akustyczne. Różnice też widać w rozmiarach. Na przykład przedni klocek VW Golfa I miał powierzchnię około 30 cm2, zaś objętość materiału ciernego wynosiła około 21 cm3. Ostatni model Golfa VII  posiada hamulce przednie wyposażone w klocki o powierzchni około 62 cm2 i objętości materiału około 74 cm3 – mówi Tomasz Orłowski, kierownik w Dziale Badań i Rozwoju firmy Lumag, odpowiedzialny za rozwój klocków hamulcowych Breck.

Wymogi się zwiększają

Wprowadzanie przez producentów samochodów coraz większej liczby modeli w coraz krótszym czasie, wymusiło na producentach układów hamulcowych skrócenie czasu w jakim opracowywane są nowe produkty. Nie byłoby to możliwe bez nowoczesnych metod badawczo-rozwojowych i obliczeniowych umożliwiających przeprowadzanie zaawansowanych testów laboratoryjnych, które w dużym stopniu zastępują próby drogowe. Testy na drogach publicznych, torach wyścigowych lub w ekstremalnych warunkach górskich są ostatnim etapem poprzedzającym wprowadzenie nowych produktów na rynek.

Zwiększanie oczekiwań i wymogów dotyczących układów hamulcowych sprawia, że tworząc materiały cierne trzeba mieć na uwadze takie kwestie jak odpowiednio wysoki i stabilny współczynnik tarcia, niskie zużycie tarczy i materiału ciernego, brak wibracji, pisków i różnych innych hałasów pochodzących od hamulców. Oddzielną sprawą są wysokie wymagania ekologiczne, a więc brak w mieszance ciernej metali ciężkich, antymonu, a w niedalekiej przyszłości również miedzi.

Zmiany dokonywane w ostatnich latach w procesie tworzenia i produkcji klocków hamulcowych wydają się niewielkie i można się spotkać z opinią, że ograniczają się do składu mieszanki ciernej. Niektóre dają się jednak łatwo zauważyć. Dobrym przykładem są tu montowane w pojazdach z segmentu premium oraz SUV-ach klocki hamulcowe z przymocowanymi do blaszki nośnej specjalnymi ciężarkami, które mają za zadanie zmienić częstotliwość drgań własnych klocka i w ten sposób wyeliminować lub znacznie zredukować piski hamulca – dodaje Tomasz Orłowski.

Nowe technologie

Przez lata zmianie uległ też sam proces produkcyjny. Obecnie często stosuje się nowe sposoby obróbki cieplnej, na przykład tzw. schorching, polegający na krótkim nagrzewaniu powierzchni materiału ciernego do temperatury 600-800 °C. Operacja ta zwiększa odporność na zjawisko „fadingu”, czyli gwałtownego zmniejszenia się skuteczności hamownia przy szybko rosnącej temperaturze hamulców.

Dodatkowo nowe generacje klocków wymagają odpowiedniego materiału łączącego blachę nośną z materiałem ciernym. Ta tzw. międzywarstwa musi mieć odpowiednią wytrzymałość mechaniczną, ale również dobre właściwości elastyczne (tłumienie pisków) i termiczne (bariera cieplna).

Pomimo tych wszystkich wymagań oraz znacznie krótszego czasu, jaki można poświęcić na opracowanie nowych mieszanek ciernych do coraz liczniejszych i nowocześniejszych modeli samochodów, gromadzona przez lata wiedza oraz nowe metody i urządzenia badawcze pozwalają renomowanym producentom zaoferować klocki  cechujące się bardzo dobrymi parametrami użytkowymi i jednocześnie odpowiadające surowym normom ekologicznym.

 

POWIĄZANE POSTY

Zostaw Komentarz