Wielu kierowców rzadko zastanawia się, w jaki sposób funkcjonują poszczególne elementy pojazdu. Refleksja przychodzi dopiero wtedy, kiedy mamy do czynienia z usterką, która wpływa na komfort użytkowania auta lub na jego bezpieczną eksploatację.
Tarcze to jeden z najważniejszych elementów układu hamulcowego i od nich w dużej mierze zależy bezpieczeństwo kierującego pojazdem i jego pasażerów. Co jest ważne, aby działały one prawidłowo i na co zwrócić szczególną uwagę podczas eksploatacji? Zapoznaj się z krótkim poradnikiem ABE na temat tarcz hamulcowych.
Tarcze hamulcowe zarówno latem, na równej i suchej drodze, jak i zimą, na śliskiej, pokrytej lodem nawierzchni, mają jedno zadanie – sprawić, aby samochód wyhamował jak najszybciej. To bardzo istotny element całego układu hamulcowego, dlatego warto przyjrzeć mu się dokładniej.
Podczas hamowania cały proces rozgrywa się na styku tarczy i klocka hamulcowego. Noga, naciskając na pedał hamulca, w ułamku sekundy – poprzez układ hydrauliczny lub elektryczny – powoduje dociśnięcie klocków do tarczy. W tym momencie, w ciągu kilku sekund, cała masa samochodu, pasażerów i bagażu musi wyhamować do ZERA!
Oznacza to, że energia pędzącego pojazdu, w tym Twoja i Twojej rodziny, zamienia się prawie całkowicie w ciepło na styku klocka i tarczy. Taki skumulowany strumień energii rozprasza się w tarczy hamulcowej dzięki sile tarcia zaledwie w kilka sekund.
Energia kinetyczna = masa (samochód + Ty + Twoja rodzina + bagaże + …) x (prędkość)2
Energia zależy liniowo od masy, ale wykładniczo – w drugiej potędze od prędkości pędzącego samochodu. Oznacza to, że samochód mknący z prędkością 140 km/h po autostradzie może mieć prawie 8 razy większą energię niż ten sam pojazd, jadący z maksymalną prędkością w terenie zabudowanym.
W ABE wymagamy, aby tarcza poradziła sobie z tak ekstremalną dawką energii za każdym razem w każdych warunkach atmosferycznych i terenowych. Czasami przy zjeździe z góry hamujemy kilkanaście razy w ciągu kliku minut. Tarcze i klocki rozgrzewają się wówczas do temperatury 600-700° C, a my nadal oczekujemy że układ hamulcowy zadziała bez zarzutu. Dlatego w laboratorium, zanim dopuścimy tarcze do sprzedaży, poddajemy je całej serii badań, sprawdzając jak poradzą sobie nawet w ekstremalnych warunkach.
Czego oczekujemy od tarcz hamulcowych i co w nich sprawdzamy?
Parametry geometryczne, czyli wysokość, grubość i średnicę, które muszą być zgodne z deklaracją. Wszystkie wymiary muszą mieścić się wąskich widełkach, czyli w tzw. granicach tolerancji. Nie zadowalamy się sprawdzeniem jednej tarczy. Cyklicznie na linii produkcyjnej system kontroli jakości wybiera przypadkową tarczę, dla której sprawdzane są parametry geometryczne. W ten sposób sprawdzany jest każdy wymiar, ale również niezwykle istotne bicie poosiowe.
Wymagamy, aby przy pełnym obrocie tarczy hamulcowej wskazówka czujnika umieszczona przy krawędzi nie przemieści się o więcej niż 0,05 milimetra, czyli o grubość włosa. Ta wartość jest kluczowa nie tylko dla komfortu, ale również dla bezpieczeństwa podczas hamowania. Nadmierne bicie możemy rozpoznać pod nogą, po drganiach przenoszonych na pedał hamulca, co powoduje wydłużenie czasu reakcji kierowcy, czyli wpływa na drogę hamowania.
Droga zatrzymania = droga podczas reakcji + droga hamowania (na autostradzie w ciągu sekundy przy maksymalnej dopuszczalnej prędkości pojazd pokonuje prawie 40 metrów).
Sprawdzamy również chropowatość powierzchni ciernej, ponieważ zbyt duża nierówność może zmniejszać powierzchnię przylegania klocka hamulcowego do tarczy, a tym samym zmniejszać maksymalną siłę tarcia.
Siła tarcia = (pole powierzchni trącej) x (siła nacisku) x (współczynnik tarcia)
To, na co kierowca ma wpływ podczas hamowania, to siła nacisku nogi na pedał hamulca. Ale pamiętajmy, że pedał wciśnięty do podłogi oznacza tylko, że układ hydrauliczny przeniesie maksymalne ciśnienie na powierzchnię tłoczków. W związku z tym siła nacisku jest ograniczona. Dlatego tak ważne jest z czego i w jaki sposób tarcza hamulcowa została wykonana.
Struktura metalograficzna i skład chemiczny tarczy hamulcowej
Czego oczekujemy od tarczy?
- odporności mechanicznej – gwałtowne hamowanie nie może powodować odkształceń w strukturze tarcz,
- odporności na zużycie – siła tarcia nie jest za darmo. W trakcie eksploatacji grubość tarczy maleje, co oznacza, że maleje również zdolność do odprowadzania energii cieplnej i pogarsza się wentylacja pary ciernej (klocek vs tarcza),
- odporności na szoki termiczne – szybkie schłodzenie tarczy w skrajnych przypadkach może zdeformować tarcze, wpływając na przekroczenie dopuszczalnego bicia poosiowego, a nawet do popękania powierzchni ciernej,
- odporności na korozję – przy długich przerwach w eksploatacji, zwłaszcza w sezonie zimowym, odsłonięta powierzchnia tarczy podlega utlenianiu (korozji). Wilgoć i warstwa soli znacznie przyspieszają ten proces.
Dlatego w laboratorium dokładnie analizujemy z czego zbudowana jest tarcza, czyli jakie składniki tworzą materiał i jak została ona wykonana (jakie procesy cieplno-chemiczne zostały przeprowadzone). W tym celu pobieramy wycinki, które posłużą do badania struktury.
Taki proces, a więc wyprawa w głąb materiału, to preparatyka.
Delikatnie wycinamy próbkę. Należy robić to ostrożnie i powoli, ponieważ cięcie (wskutek tarcia) może podnieść temperaturę, a wysoka temperatura zmienia strukturę metalu! Następnie inklidujemy próbkę, czyli zatapiamy ją w foremce w żywicy. W kolejnych krokach szlifujemy, docieramy, polerujemy i wygładzamy jej powierzchnię. Następnie, po procesie trawienia, ujawnia się struktura metalograficzna, w której wypatrujemy wszelkich nieregularności, wtrąceń czy innych nieprawidłowości.
Wszelkie błędy powstałe podczas procesu odlewania i obróbki cieplno-chemicznej będą powodowały osłabienie właściwości wytrzymałościowych. Niejednorodności w strukturze to potencjalne miejsca, w których spiętrzać się mogą naprężenia mechaniczne i termiczne, co w skrajnych przypadkach doprowadzić może do powstania mikropęknięć i degradacji materiału. Również wszelkie zanieczyszczenia w strukturze i wady odlewnicze, np. rzadzizny, wpływają negatywnie na stabilność wytrzymałościową tarczy.
Badania w komorze klimatycznej umożliwiają dokładną obserwację, jak tarcze hamulcowe radzą sobie w niekorzystnych warunkach. W podwyższonej wilgotności, przy dużym zasoleniu, czyli w warunkach znacznie przekraczających wszelkie normy, tarcze przechodzą przyśpieszoną eksploatację. W ten sposób możemy sprawdzić, czy ich deklarowana odporność jest prawdziwa.
Tarcze hamulcowe przed:
I po badaniu korozyjnym, po 192 h nieprzerwanej propagacji soli i wilgoci:
Dopiero po takich badaniach powstaje końcowy raport na temat jakości danej partii produkcyjnej.
Raport – podsumowanie:
Raport jest tylko wycinkiem całości, zdjęciem, pokazującym bieżącą sytuację. Oczywiście jest to „zdjęcie” jedno z wielu podobnych badań i kontroli. Aby uzyskać zadowalające efekty, takich zdjęć musi powstać o wiele więcej. Dopiero wówczas możemy sprawdzić, czy nasze starania idą w dobrą stronę i czy uzyskujemy poprawę jakości produktu.