Keramičke disk-kočnice: ovo su najvažnije stvari o njima

Keramički diskovi

Keramički diskovi

Visoko-efikasni kočioni diskovi omogućavaju najbržim automobilima na svetu zaustavljanje pri 400 km/h u samo deset sekundi

Visoke brzine nije lako postići, posebno kad se, kao kod Bugatti Chirona, letvica postavi na 420 km/h. Ali, još ga je teže zaustaviti, jer se veliki deo kinetičke energije (koja raste s kvadratom brzine) pretvara u toplotu. Ona se manjim delom prenosi na okolni vazduh, a većim delom ‘upijaju’ je kočni diskovi, koji se kod snažnog kočenja zagrevaju do crvenog usijanja. Time se brzo iscrpljuju mogućnosti kočenja i javlja se fading, proces kod kojeg dolazi do naglog opadanja kočione sile i otkazivanja kočnica.

Spasonosno rešenje ponudila je keramika, koja se odavno dokazala u kočnicama aviona 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 trkačkih bolida preneli u serijske automobile. Što je ‘tajna’ tog koncepta? Kočioni diskovi serijskih automobila izrađuju se od livenog železa.

Keramički diskovi

Keramički diskovi

Keramički kočni diskovi najpre su se dokazali u trkačkim bolidima i avionima, a potom su uspešno primenjeni i u ‘top-gun’ automobilima

Trenjem između kočionih pločica i diska ostvaruje se moment kočenja na točkovima, koji se u kontaktu s podlogom pretvara u kočionu silu i zaustavlja automobil. Kočnice pretvaraju kinetičku energiju automobila u toplotnu, te se kod intenzivnog i višestrukog kočenja diskovi zagrevaju, ponekad i do temperature crvenog usijanja (više od 850⁰C). To su granične vrednosti 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 efikasnost klasičnih kočnica ograničena i ne može se prekomerno povećati pritisak i trenja između kočionih obloga i diskova. Stručnjaci vodećih svetskih proizvođača automobila problem su rešili ugradnjom diskova od keramike.

Keramički diskovi

Keramički diskovi

Keramički diskovi izdržavaju temperature do 1600⁰C, a istodobno su 70 posto lakši od klasičnih, pa imaju manje momente inercije i stvaraju manje neproduktivne mase

Veća otpornost na visoke temperature omogućava znatno povećanje pritisaka između kočionih pločica i diskova, što uz isti ili sličan koeficijent trenja garantuje znatno veći moment kočenja. Time se omogućuje i znatno povećanje intenziteta kočenja, bez opasnosti od kočionog ‘fadinga’. Lakši kočioni diskovi znatno smanjuju štetne neproduktivne mase i povećavaju dinamičku stabilnost automobila. Kočioni diskovi novih putničkih trkača najvećeg ranga napravljeni su po ‘recepturi’ trkaćih bolida…

…što samo potvrđuje da su sportska takmičenja (posebno Formula 1) poligon za razvoj novih tehnologija. U prvoj se fazi izrađuju delovi diskova, od kompozitnog materijala, mešanjem ugljičnih vlakana s tekućim polimerom. Nakon otvrdnjavanja i lepljenja nastaje ‘sirovi disk’ koji se zagreva na 1000⁰C. Tada čestice polimera isparavaju i na njihova se mesta uguravaju atomi ugljenika. Proces traje i do deset sati, te se postiže kompaktna i visokootporna struktura ‘spremna za najteže zadatke’.

Keramički se diskovi izrađuju u posebnim kalupima, u više faza,  pri visokim temperaturama i pritiscima, što mu osiguravaju efikasnost i trajnost

Za pretvaranje karbonskih diskova u keramičke, potreban je postupak siliciranja. Pri temperaturi od 1420⁰C, karbonski se diskovi uranjaju u tekući silicijum, te ga upijaju poput spužve. Nastaje veoma tvrd i otporan silicijum karbid, koji se po mehaničkim svojstvima približava dijamantu. Keramički su diskovi upola lakši od klasičnih i lako podnose temperature i preko hiljadu Celzijevih stepena. Veća otpornost na visoke temperature omogućuje znatno povećanje pritisaka između kočionih pločica i diskova.

Postojanost geometrije (hrapavosti) površinegarantuje povećanje koeficijenta trenja. Time se omogućava i znatno povećanje intenziteta kočenja, bez opasnosti od kočnog ‘fadinga’. Kako bi se dodatno poboljšala efikasnost kočenja, u sredini diska ugrađeni su žljebovi u obliku evolventnih zavojnica (kao kod zupčanika). Tako se pri vrtnji diskova ostvaruje efekt ventilatora, koji usisava svež vazduh u središte diska te ga izbacuje kroz rupice na površinama diska. Bolje i temeljitije hlađenje povećava efikasnost kočnica i kočenja, posebno kod velikih brzina, kad su diskovi izloženi prekomernom zagrevanju.

Pri brzini od 100 km/h putnički bolidi mogu stati u samo 30 metara, što je za deset posto kraće u poređenju s najboljim klasičnim diskovima, uz usporenje od 1,5 g

To znači da se na telu vozača javljaju sile koje su za 50 posto veće od težine tela (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 neporedivo veću trajnost i osiguravaju ravnomernije kočenje. To posebno vredi kod kočenja pri brzinama većim od 200 km/h. Dugotrajni su testovi pokazali kako se može očekivati ‘životni vek’ i preko 300.000 km…

…što je prilog poboljšanju i olakšavanju održavanja automobila. Tako na iscrpljujućim trkama ’24 sata Le Mansa’ nije bilo potrebno menjati kočione diskove. Keramički diskovi znatno su otporniji na visoke temperature, ali 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, posebno u kritičnim situacijama kad se kočnice aktiviraju nakon dugotrajne vožnje bez kočenja (tada se diskovi potpuno ohlade).

Osim otpornosti na visoke temperature, kočiona 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 kočioni diskovi znatno smanjuju  nepotrebnu masu i povećavaju dinamičku stabilnost automobila. Ne treba zanemariti ni smanjenje ukupne mase za 10 do 15 g, jer je kod sportskih automobila svaki kilogram važan. Kočioni diskovi novih Porschea napravljeni su po ‘recepturi’ trkačkih bolida, što samo potvrđuje da su sportska takmičsnje (posebice Formula) 1 poligon za razvoj novih tehnologija.

Nakon dokazivanja u ultrasportskim serijskim automobilima, keramičke će se kočnice sigurno proširiti i na ‘obične’ automobile. Sve ipak nije potpuno ružičasto, jer tehnologija keramičkih diskova nije nimalo jeftina. Treba računati s povećanjem cene i za više od 3000 eura po automobilu, što je prihvatljivo samo za najskuplje automobile.

Autor: Željko Marušić
Preuzeto sa: autoportal.hr


Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Neophodna polja su označena *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.