Keramičke disk-kočnice: ovo su najvažnijih stvari o njima

Visokoučinkoviti kočni diskovi omogućavaju najbržim automobilima na svijetu zaustavljanje pri 400 km/h u samo deset sekundi…

Visoke brzine nije lako postići, posebice kad se, kao kod Bugatti Chirona, letvica postavi na 420 km/h. No, još ga je teže zaustaviti, jer se velik dio kinetičke energije (koja raste s kvadratom brzine) pretvara u toplinu.

Ona se manjim dijelom prenosi na okolni zrak, a većim dijelom ‘upijaju’ je kočni diskovi, koji se kod snažnog kočenja zagrijavaju do crvenog usijanja. Time se brzo iscrpljuju mogućnosti kočenja i javlja se fading, proces kod kojeg dolazi do naglog opadanja kočne sile i otkazivanja kočnica. Spasonosno rješenje ponudila je keramika, koja se odavno dokazala u kočnicama zrakoplova i bolida Formule 1.

Bugatti Chiron samo je unaprijedio tehnologiju prethodnog Veyrona 16.4, a već nekoliko godina tu tehnologiju koriste najubojitiji modeli Porschea, Ferrarija, Mercedes-Benza, BMW-a, Jaguara. Tehnologiju budućnosti iz trkaćih bolida prenijeli u serijske automobile. Što je ‘tajna’ tog koncepta? Kočni diskovi serijskih automobila izrađuju se od sivog lijeva.

Keramički kočni diskovi najprije su se dokazali u trkaćim bolidima i zrakoplovima, a potom su uspješno primijenjeni i u Top Gun automobilima. Trenjem između kočnih pločica i diska ostvaruje se moment kočenja na kotačima, koji se u kontaktu s podlogom pretvara u kočnu silu i zaustavlja automobil.

Kočnice pretvaraju kinetičku energiju automobila u toplinu, te se kod intenzivnog i višestrukog kočenja diskovi zagrijavaju, ponekad i do temperature crvenog usijanja (više od 850 Celzijevih stupnjeva). To su granične vrijednosti kada se znatno pogoršavaju mehanička svojstva diskova.

 

Tada znatno padaju čvrstoća i tvrdoća, te se ubrzava trošenje (brazdanje) diska. Još je gore što tada drastično opada koeficijent trenja i dolazi do zloglasnog kočionog ‘fadinga’  (otkazivanja kočnica). Zbog toga je učinkovitost klasičnih kočnica ograničena i ne može se prekomjerno povećati pritisak i trenja između kočionih obloga i diskova.

Stručnjaci vodećih svjetskih proizvođača automobila problem su riješili ugradnjom diskova od keramike. Keramički diskovi izdržavaju temperature do 1600 Celzijevih stupnjeva a istodobno su 70 posto lakši od klasičnih, pa imaju manje momente inercije i stvaraju manje neogibljene mase. Veća otpornost na visoke temperature omogućuje znatno povećanje pritisaka između kočionih pločica i diskova, što uz isti ili sličan koeficijent trenja jamči znatno veći moment kočenja.

Time se omogućuje i znatno povećanje intenziteta kočenja, bez opasnosti od kočionog ‘fadinga’. Lakši kočioni diskovi znatno smanjuju štetne neogibljene mase i povećavaju dinamičku stabilnost automobila. Kočioni diskovi novih cestovnih jurilica najvećeg ranga napravljeni su po ‘recepturi’ trkaćih bolida.

To samo potvrđuje da su sportska natjecanja (posebice Formula 1) poligon za razvoj novih tehnologija. U prvoj se fazi izrađuju polovice diskova, od kompozitnog materijala, miješanjem ugljičnih vlakana s tekućim polimerom. Nakon otvrdnjavanja i lijepljenja nastaje ‘sirovi disk’ koji se zagrijava na 1000 Celzijevih stupnjeva.

Tada čestice polimera isparavaju i na njihova se mjesta uguravaju atomi ugljika. Proces traje i do deset sati, te se postiže kompaktna i visokootporna struktura ‘spremna za najteže zadatke’. Keramički se diskovi izrađuju se u posebnim kalupima, u više faza,  pri visokim temperaturama i tlakovima, što mu osiguravaju učinkovitost i trajnost.

Za pretvaranje karbonskih diskova u keramičke, potreban je postupak siliciranja. Pri temperaturi od 1420 Celzijevih stupnjeva, karbonski se diskovi uranjaju u tekući silicij, te ga upijaju poput spužve. Nastaje iznimno tvrd i otporan silicijev karbid, koji se po mehaničkim svojstvima približava dijamantu.

Keramički su diskovi upola lakši od klasičnih i lako podnose temperature i preko tisuću Celzijevih stupnjeva. Veća otpornost na visoke temperature omogućuje znatno povećanje pritisaka između kočionih pločica i diskova.Postojanost geometrije (hrapavosti) površine jamči povećanje koeficijenta trenja.

Time se omogućuje i znatno povećanje intenziteta kočenja, bez opasnosti od kočnog ‘fadinga’. Kako bi se dodatno poboljšala učinkovitost kočenja, u sredini diska ugrađeni su žljebovi u obliku evolventnih zavojnica (kao kod zupčanika). Tako se pri vrtnji diskova ostvaruje efekt ventilatora, koji usisava svjež zrak u središte diska te ga izbacuje kroz rupice na plohama diska.

Bolje i temeljitije hlađenje povećava učinkovitost kočnica i kočenja, posebice kod velikih brzina, kad su diskovi izloženi prekomjernom zagrijavanju.Pri brzini od 100 km/h cestovni bolidi mogu stati u samo 30 metara, što je za deset posto kraće u usporedbi s najboljim klasičnim diskovima, uz usporenje od 1,5 g.

Dakle, na tijelu vozača javljaju se sile 50 posto veće od težine tijela (preuzimaju je sigurnosni pojas i ruke vozača). Ne treba ni spominjati koliko je to važno za sigurnost vožnje, jer metri zaustavnog puta često prave razliku između sreće i nesreće. Usprkos znatno intenzivnijeg kočenja, keramički diskovi imaju neusporedivo veću trajnost i osiguravaju ravnomjernije kočenje.

To posebice vrijedi kod kočenja pri brzinama većim od 200 km/h. Dugotrajni su testovi pokazali kako se može očekivati ‘životni vijek’ i preko 300.000 km što je prilog poboljšanju i olakšavanju održavanja automobila. Tako na iscrpljujućim utrkama 24 sata Le Mansa nije bilo potrebno mijenjati kočne diskove.

Keramički su diskovi znatno otporniji na visoke temperature, no imaju i znatno bolja svojstva na niskim temperaturama. Poznato je da klasični diskovi, dok su hladni, imaju znatno lošiji intenzitet kočenja, što može biti vrlo neugodno i opasno.

Keramički diskovi reagiraju znatno brže, posebice u kritičnim situacijama kad se kočnice aktiviraju nakon dugotrajne vožnje bez kočenja (tada se diskovi potpuno ohlade). Osim otpornosti na visoke temperature, kočna sila kod hladnih keramičkih kočnica za više od 25 posto veća je nego kod hladnih klasičnih disk-kočnica.

Time se ne iscrpljuju prednosti manje mase keramičkih diskova. Lakši kočni diskovi znatno smanjuju štetne neogibljene mase te povećavaju dinamičku stabilnost automobila. Ne treba zanemariti ni smanjenje ukupne mase za 10 do 15 g, jer je kod sportskih automobila svaki kilogram važan.

Kočni diskovi novih Porschea napravljeni su po ‘recepturi’ trkaćih bolida, što samo potvrđuje da su sportska natjecanja (posebice Formula) 1 poligon za razvoj novih tehnologija. Nakon dokazivanja u ultrasportskim serijskim automobilima, keramičke će se kočnice zasigurno proširiti i na ‘obične’ automobile.

Sve ipak nije potpuno ružičasto, jer tehnologija keramičkih diskova nije nimalo jeftina. Treba računati s povećanjem cijene i za više od 3000 eura po automobilu, što je prihvatljivo samo za najskuplje automobile.

Autoportal No.1 


Komentari

loading...