Sodobni zavorni sistemi in sistemi pomoči pri zaviranju so zelo impresivni. Njihovi proizvajalci med seboj tekmujejo, da bi zagotovili najučinkovitejše in najugodnejše zavorne rešitve. Vendar pa je bila pot do doseganja današnjih inženirskih rešitev dolga.
Začetki zavornih sistemov
Pomen zavor v sodobnih avtomobilih je nesporen. Zavorni sistem je danes eden najpomembnejših avtomobilskih sistemov. Vendar pa zavore niso bile vedno tako pomembne. Na začetku avtomobilske industrije so se izumitelji osredotočili na ugotavljanje, kako avtomobil spraviti v pogon in ne na to, kako ga ustaviti. Takratni zavorni sistemi so bili notranji upor strojev v kombinaciji z drugimi preprostimi sredstvi. Prvi avtomobili so se ustavljali z vzvodi, ki so pritiskali leseno ploščico na platišče kolesa, ali z drugimi zavornimi sredstvi, ki so jih uporabljali v kočijah. Ker so bili avtomobili dejansko podobni vagonom, so z njimi delili veliko oblikovnih značilnosti.
Vendar pa ni minilo veliko časa, preden so opazili, da takšne improvizirane zavore niso bile preveč učinkovite. Lesene ploščice so se v stiku s kolesi hitro obrabile in niso zagotavljale zadostne zavorne moči na strmih cestah, ljudje pa so hoteli voziti hitreje in hitreje. Preizkušene so bile različne rešitve, in sicer z namenom pretvorbe kinetične energije v toplotno energijo preko učinkovitejšoe metode. Uporabljalo se je vse več učinkovitih oblog, npr. iz bakra, kar je povečalo silo trenja. Vendar pa so imele pomembno pomanjkljivost – ob stiku s kovinskimi kolesi so bile zelo glasne. Da bi ta problem odpravili, jih je bilo treba prekriti z mehkimi materiali za trenje, npr. azbestom, bombažem ali gumo. Take rešitve so zadostovale, saj avtomobili niso mogli voziti hitro.
Pnevmatike – nov izziv za avtomobilske zavore
Na razvoj zavor so v veliki meri vplivale pnevmatike. Zagotavljale so večje udobje na neravnem terenu in omogočale vožnjo pri višjih hitrostih, vendar niso dobro delovale s takratnimi primitivnimi zavorami. Blazinica, pritisnjena neposredno na pnevmatiko, je morda delovala na kolesu, vendar ne na veliko težjem avtomobilu. Tako je bila razvita nova vrsta zavore, taka, ki je skrita znotraj kolesa. V nasprotju s pričakovanji sta bili bobnasta zavora in disk zavora zasnovani približno istočasno.
Prvo disk zavoro je leta 1902 izumil angleški inženir Frederic Wilhelm Lanchester, bobnasto zavoro pa je istega leta patentiral Louis Renault. Tudi drugi inženirji, vključno z Gottliebom Daimlerjem in Wilhelmom Maybachom, so eksperimentirali z bobnastimi zavorami, vendar je prevladovala Renaultova zasnova. Namesto litoželeznega bobna, ovitega z vrvmi, je uporabil veliko učinkovitejšo rešitev, tj. zavorne čeljusti, ki pritiskajo na boben. Ta vrsta zavor je preživela do danes, seveda pa ne brez sprememb.
Hidravlika v zavornih sistemih
Prve avtomobilske zavore so bile popolnoma mehanske in so jih poganjale le voznikove mišice. Sprva so bila z zavorami opremljena samo zadnja kolesa. Avtomobil z zavorami na vseh štirih kolesih je bil zasnovan šele leta 1909, predvsem zaradi nezadostnega inženirskega znanja, ki je oviralo izum zavor, ki bi zagotovile stabilnost avtomobila. Bobni, ki so bili krmiljeni z jeklenimi vrvmi, so delovali z različno močjo, sinhronizacija štirih parov zavornih čeljusti pa je bila nekoliko težavna.
Do preboja je prišlo leta 1917, ko je Malcolm Loughead, ki je kasneje postal znan kot Lockhead, patentiral hidravlične zavore. To vrsto zavor je prvi izumil Hugo Meyer iz Nemčije leta 1895, vendar se ni prijela. Lockeadove zavore so bile prve masovno proizvedene hidravlične zavore. Uporaba hidravlične tekočine je marsikaj spremenila; najprej se je povečala zavorna sila, nato je bila odpravljena težava pokanja in popuščanja kablov, zaradi česar je postala uporaba zavor bolj priročna. Prve hidravlične zavore so bile znane po puščanju, vendar so bile veliko zanesljivejše od mehanskih.
Nekaj let pozneje, leta 1928, je bila dodana dodatna funkcija – pomoč pri zaviranju. Zavorni servo mehanizem je za povečanje zavorne sile uporabljal podtlak, ki je nastal v dovodnem sistemu. Po pritisku na zavorni pedal se je aktiviral glavni valj in ventil je sprostil podtlak iz sesalnega kolektorja. Razlika v tlaku med obema deloma membrane je ustvarila silo, ki je dodatno podpirala bat glavnega cilindra. Sila je bila neposredno sorazmerna z močjo pritiska na zavorni pedal in na ta način je lahko voznik zlahka nadzoroval zavorno silo. Ko so zavore postajale vse učinkovitejše, so lahko avtomobili vozili hitreje in hitreje.
Postopen upad bobnastih zavor
Bobnaste zavore so v avtomobilski industriji dolga leta prevladovale in še vedno jih lahko najdete na zadnji osi nekaterih majhnih in ne zelo močnih avtomobilov, npr. mestnih avtomobilov. Njihov uspeh je bil posledica čistega naključja; robustni, kot so, so bobni odporni na različne cestne razmere in niso tako neučinkoviti, kot mnogi mislijo. Vendar pa imajo težave z visoko temperaturo.
Tesno zaprt zavorni boben je otežil odvajanje toplote. Razširitev zavornih čeljusti je zahtevala veliko sile in uporabo velikega in težkega bobna. Tudi bobnaste zavore so bile pomanjkljive. Čeprav so bile preproste in so imele zaprto ohišje, so se njihove čeljusti pogosto zatikale, kar je povzročilo pregrevanje zavor, to pa je lahko privedlo do nenadne izgube zavorne sile in nevarnih situacij. Na srečo so izumili disk zavore.
Stiskanje ali delovanje disk zavor
Prve sodobne disk zavore so se tako kot številni drugi izumi pojavile v športu. Leta 1993 je Jaguar XK, opremljen s štirimi disk zavorami Dunlop, zmagal na dirki 24 ur Le Mansa. Začela se je revolucija zavornih sistemov.
Za razliko od bakrenih zavornih oblog iz leta 1902 sodobne ploščice niso škripale ali se obrabljale tako hitro. Kmalu so se začele uporabljati naprednejše torne obloge, kot so keramika, polkovinske mešanice ali kevlar. Azbest, za katerega je bilo ugotovljeno, da povzroča raka, so kmalu opustili. Vse zavorne ploščice uporabljajo enako, osnovno prednost disk zavore – večjo učinkovitost tudi med dinamično vožnjo.
Ključnega pomena je odvajanje toplote iz disk zavor. Hladijo se z vetrom, prenašajo toploto na platišča in lahko imajo tudi posebne prezračevalne odprtine. Idealne so za vožnjo v gorah, dinamično vožnjo in zaviranje v sili. Bati pritiskajo na torno oblogo in posledično na zavorni disk. Prav tako so bolj združljive s sistemi za pomoč vozniku, kot sta ABS ali ESP. Izkazalo se je, da je stiskanje boljša metoda zaviranja kot potiskanje in kaliperji imajo prednost pred čeljustmi.
Prihodnost avtomobilskih zavor
Raziskovalni in razvojni centri si še naprej prizadevajo za oblikovanje še učinkovitejših zavor in zavorni sistemi se še naprej spreminjajo glede materialov in konstrukcije. Vedno več proizvajalcev uporablja tako imenovani “scorching,” tj. kratkotrajno segrevanje površine zavornih ploščic na 600-800 C, da bi povečali njihovo odpornost proti popuščanju, tj. zmanjšanju učinkovitosti oblog zaradi temperature. Proizvajalci več pozornosti namenjajo tudi zmanjševanju vibracij in piskajočih zvokov, tako da imajo kvalitetne ploščice vmesni sloj, ki le-te zmanjšuje.
Kaže, da bodo zavorni sistemi kmalu imeli veliko manj dela kot danes. Zaradi razvoja hibridnih in električnih avtomobilov postajajo sistemi za rekuperacijo energije vse resnejša alternativa zavoram. Ti sistemi, do nedavnega znani iz avtomobilov formule 1, so vedno bolj priljubljeni. Energija, ki nastane med zaviranjem, se ne pretvori več v toploto in se nepovratno izgubi, temveč se pretvori v električno energijo. Rekuperacija energije seveda ne bo nadomestila običajnih disk zavor in ne bo zadostovala pri močnem zaviranju, lahko pa zlahka zmanjša obrabo zavornih diskov in ploščic med enostavno in vsakodnevno vožnjo. Kmalu bomo ugotovili, ali so imeli strokovnjaki v svojih napovedih prav.