Fot. Auto Partner

Każdy mechanik samochodowy rozumie znaczenie układu hamulcowego dla bezpieczeństwa jazdy i zna zasady poprawnej wymiany tarcz i klocków. Czy jednak wie, co to znaczy "dobra" tarcza i "dobry" klocek hamulcowy?

Produkcja tych elementów stosowanych w pojazdach cywilnych i używane do niej materiały – to stosunkowo proste zagadnienie. Podobnie jak ich cykliczna wymiana. Nikogo zatem nie powinien dziwić fakt, że zainteresowanych tym producentów jest wielu i równie liczne są opinie użytkowników o ich produktach. Aby odpowiedzieć na pytanie, co rzeczywiście oznacza "dobry hamulec", należy uświadomić sobie, iż wartość opóźnień osiąganych podczas hamowania zależy w głównej mierze od przyczepności opon do nawierzchni. Nieskuteczne więc będą hamulce gwałtownie blokujące koła (oczywiście układy ABS nie dopuszczają do długotrwałego utrzymywania tego stanu). Skuteczne zaś pozwalają w sposób kontrolowany przez kierowcę dozować siły hamowania. Dlatego producenci klocków stosują (a przynajmniej powinni stosować) w mieszankach ciernych dodatki zmiękczające, np. grafit.

Wymagania stawiane klockom hamulcowym są następujące:

• cicha praca w trakcie hamowania i po jego zakończeniu;
• niski poziom emisji pyłów;
• stosukowo wolne zużycie elementów ciernych;
• wysoka skuteczność, nawet w wysokich temperaturach;
• niska cena.

Spełnienie przedstawionych wymagań technicznych jest możliwe dzięki odpowiedniej modyfikacji struktury i składu chemicznego materiału ciernego. Niestety, obecnie materiały cierne są efektem daleko idących kompromisów, zwłaszcza pomiędzy niskim zużyciem a poziomem emisji pyłów. Dlatego w rynkowej ofercie dostępne są klocki określane jako "twarde", charakteryzujące się niskim pyleniem, lecz równocześnie przyspieszające zużycie tarczy hamulcowej, oraz klocki "miękkie", których właściwości są dokładnie odwrotne. Każdy z producentów stara się znaleźć "złoty środek", opracowując coraz to nowsze mieszanki, pozwalające godzić przeciwstawne oczekiwania.

Współczynnik tarcia dla trzech rożnych materiałów ciernych

Tematyka pary ciernej tarcza-klocek jest dużo bardziej złożona. Poruszający się pojazd posiada energię kinetyczną wprost proporcjonalną do jego masy i kwadratu prędkości. Zadaniem układu hamulcowego jest nic innego, jak jej wytracenie, poprzez zamianę na ciepło wytwarzane na powierzchni styku klocka z tarczą. Podczas hamowania (w wyniku tarcia o siebie tych dwóch elementów) generowane są duże ilości ciepła, a temperatury osiągają nawet 400°C, co jest wartością bezpieczną dla pojazdów osobowych. Powyżej tej wartości dochodzi do zjawiska tzw. fadingu, czyli zaniku siły hamowania.

Wpływ współczynnika tarcia na siłę tarcia (a) i temperaturę (b) materiału ciernego klocka

Spośród dwóch tarcz o jednakowym zastosowaniu lepsza pod względem ograniczania zjawiska fadingu i wzrostu temperatury jest ta o większej masie. Ma bowiem większą pojemność cieplną, czyli wielkość fizyczną określającą ilość ciepła potrzebną do zmiany o jeden stopień temperatury danego ciała, proporcjonalną do ilości materii, a więc do masy.

Trudniej więc będzie rozgrzać tarczę o większej masie i tym samym zbliżyć się do niebezpiecznych granic temperatury jej użytkowania.

Mówiąc o rozgrzewaniu się elementów, nie można pominąć kwestii związanych z chłodzeniem tarcz. Poprawny projekt tarczy hamulcowej, uwzględniający wewnętrzne użebrowanie służące najskuteczniejszemu chłodzeniu, jest istotny na tyle, że coraz powszechniejsze w użyciu stają się kierunkowe tarcze hamulcowe, które przy błędnym zamontowaniu nie będą spełniać założonych warunków chłodzenia.

Skuteczność hamowania i trwałość hamulca zależą od kompatybilności obu współpracujących elementów ciernych

Warunki eksploatacji mają niebagatelny wpływ na to, jak zachowywać się będą tarcze i klocki hamulcowe podczas użytkowania. Mało kto wie, że zużyte elementy układu kierowniczego, nie właściwa geometria i niewyważenie kół, czy nawet niewłaściwe momenty ich przykręcania wpływają negatywnie na tarcze hamulcowe, szczególnie te o dużych średnicach – gdyż zmieniają ich wymiary geometryczne przez nierównomierne zużycie. Należy natomiast zwrócić szczególną uwagę na jeden z błędów popełnianych przez kierowców, a mianowicie utrzymywanie wciśniętego pedału hamulca po zatrzymaniu samochodu po długotrwałym hamowaniu z dużych prędkości. Jak już wspomniano, chłodzenie tarcz jest rzeczą bardzo istotną, a utrzymywanie kontaktu klocka z tarczą uniemożliwia wystudzenie elementów w obszarze styku. Ostatecznie dochodzi do miejscowej zmiany struktury materiału tarczy, a to prowadzi do zmiany współczynnika tarcia i w efekcie – do spadku skuteczności hamowania.

Powyższe aspekty dotyczą okresu eksploatacji i więcej mówią o kierowcach, niż o produktach i producentach.

Jednak czy to wszystko? Oczywiście, nie. Nie mniej ważnym aspektem przyszłego poprawnego działania układu hamulcowego jest sposób transportu i składowania tarcz hamulcowych.

Intensywność i regularność zużycia tarczy hamulcowej zależy w znacznym stopniu od stanu innych części pojazdu

Na rynku można już spotkać tarcze przekraczające średnicę 350 mm i wagę 7,5–8 kg, a więc są to elementy ciężkie. W związku z tym sposób ich transportu i przechowywania jest nie mniej istotny, niż wcześniej opisywane aspekty fizyczne. Niedokładność w składowaniu (nadmierne lub nierównomierne obciążenie tarcz podczas składowania) może doprowadzić do ich odkształceń jeszcze przed montażem.

Tweet

dr inż. Paweł Fabiś
specjalnie dla dirmy Auto Partner