Konstruowane auta osiągają coraz większe prędkości, zużywają coraz mniej paliwa i wydzielają coraz mniej szkodliwych substancji. Ale jazda samochodem to nie tylko prędkość. Dla zachowania bezpieczeństwa niezbędne są skuteczne hamulce. Oczywiście przy hamowaniu liczy się rodzaj nawierzchni, warunki atmosferyczne, odpowiednie do danej pory roku opony, jednak sprawne i dobrej jakości hamulce to podstawa bezpieczeństwa.
Jak ustalili fachowcy od bezpieczeństwa na drodze, przeciętna reakcja kierowcy na pojawienie się przeszkody przed jego autem i wciśnięcie pedału hamulca to 0,8-1 s. Do tego trzeba doliczyć 0,3-0,4 s. na zadziałanie układu hamulcowego. W związku z tym przy prędkości 30 km/h droga zatrzymania wynosi ok. 17 m, przy 50 km/h - ok. 32 m, przy 70 km/h - to już ok. 52 m, a przy 90 km/h prawie 80 m. Przy większych prędkościach, jak np. 130 czy 150 km/h do zatrzymania potrzeba odpowiednio 140 i 170 m. Te liczby mówią same za siebie. Szczególnie przy szybkiej jeździe przy hamowaniu odpowiedzialny za to układ pracuje pod ogromnym obciążeniem, dlatego też hamulce powinny być skuteczne nawet w wysokich temperaturach, materiał, z którego zostały wyprodukowane powinien zapobiegać ich odkształcaniu, a współczynnik tarcia być stały w każdych warunkach pracy układu.
Dlatego też producenci elementów układu hamulcowego na bieżąco udoskonalają swoje produkty, stosując do ich tworzenia coraz to nowe materiały i nowoczesne technologie produkcji, aby zapewnić swoim klientom części najwyższej jakości, a co najważniejsze – gwarantujące maksimum bezpieczeństwa.

Minimalizacja negatywnego wpływu na otoczenie
Jak podkreśla Ireneusz Pawłowski, Marketing Specialist Brembo Poland, najwyższe standardy bezpieczeństwa muszą iść jednak w parze z minimalizacją negatywnego wpływu na otoczenie. Ten fakt determinuje działania podejmowane przez inżynierów Brembo szukających coraz to doskonalszych rozwiązań przy jednoczesnym poszanowaniu środowiska naturalnego.
- Projekt Cobra poświęcony jest klockom hamulcowym wykonanym z materiałów pochodnych cementu. Ich proces produkcyjny ma znacząco zmniejszyć zużycie wody oraz energii w porównaniu do zastosowania tradycyjnych żywic fenolowych. Nowa technologia ma również zapobiegać emisji gazów oraz wtórnych mikrocząstek, generowanych podczas hamowania przez klocki wytwarzane z żywic konwencjonalnych. Klocki w technologii NAO (Non-Asbestos Organic) to natomiast projekt, mający na celu zredukowania obecności miedzi do 0,5% w stosunku do aktualnie obowiązujących limitów. Miedź obecna w klockach hamulcowych zwiększa odporność materiału ciernego na wysokie temperatury, ale może stanowić aż od 30% ich masy. Są też tarcze hamulcowe malowane w technologii UV farbami na bazie wody utrwalanymi przy użyciu promieniowania UV. W porównaniu do tradycyjnych żywic epoksydowych lub powłok cynkowych nie wymagają rozpuszczalników. Zapewnia to całkowitą eliminację emisji lotnych związków organicznych. Ponadto, utrwalanie powłoki przy zastosowaniu promieni UV nie wymaga wysokich temperatur, czyli wymaga mniej energii – dodaje specjalista z firmy Brembo.
W celu zwiększenia odporności termicznej i mechanicznej tarcz hamulcowych stosuje się też żeliwo z wyższą zawartością węgla, a dodatkowy system wentylacyjny (Pillar Venting Technology) poprawia zdolność chłodzenia. Podobnie jak nawiercanie i nacinanie powierzchni hamującej pomagające rozpraszać ciepło, eliminujące gazy i pyły podczas hamowania oraz fading (zanikanie tarcia). Rozwiązania te znane od lat ze sportu samochodowego coraz częściej znajdują zastosowanie w autach cywilnych. Należy również pamiętać o tarczach węglowo-ceramicznych ważących ok. 50% mniej niż tarcze żeliwne oraz o tarczach skręcanych, pływających oraz kompozytowych, gdzie główna idea to połączenie dwóch różnych materiałów – lekkiego stopu aluminium i magnezu (niska masa, szybkie odprowadzanie ciepła) ze stalą wysokowęglową odporną na tarcie i temperaturę.

Coraz mniej miedzi
- Materiały cierne przechodzą obecnie podobną rewolucję jak przed laty, kiedy to najpierw eliminowano azbest, a później metale ciężkie (ołów, kadm, rtęć i chrom VI) z ich składu. Tym razem eliminowana jest miedź – wyjaśnia dr inż. Tomasz Orłowski, szef działu badań i rozwoju firmy LUMAG. - Miedź używana jest jako czysty metal oraz w stopach głównie jak brąz i mosiądz w postaci proszków, wiórów oraz wełny. Generalnie miedź w materiale ciernym spełnia szereg funkcji, takich jak stabilizacja współczynnika tarcia, ograniczenie zużycia, rozpraszanie ciepła, tłumienie hałasu.

Eliminowanie jednych składników wymusza wyszukiwanie innych oraz postęp w projektowaniu składników specjalnie dedykowanych do materiałów ciernych. Te ograniczenia oraz postęp w budowie pojazdów, zmniejszenia masy hamulców, a szczególnie zwiększenie mocy silników, prędkości maksymalnych i masy pojazdu sprawiły, że konieczne jest opracowanie nowej generacji materiałów ciernych. Wymusiło to wyszukiwanie nowych składników oraz postęp w już stosowanych. Szczególne znaczenie zyskała grupa składników należąca do smarów stałych, czyli grafit, koks naftowy i siarczki metali. Te składniki stabilizują współczynnik tarcia oraz ograniczają zużycie.

Jak przyznaje Tomasz Orłowski, miedź nie stanowi zagrożenia dla organizmów żywych wyżej rozwiniętych, ale może być toksyczna dla niektórych mchów, porostów i glonów oraz ryb i innych organizmów wodnych. Z tego powodu w wielu krajach, głównie w USA i Szwecji, organizacje ekologiczne domagały się wyeliminowania miedzi i jej stopów z materiałów ciernych hamulców samochodowych. W efekcie wprowadzono przepisy, zgodnie z którymi materiały cierne produkowane po 2021 muszą zawierać mniej niż 5% miedzi, a po 2025 roku poniżej 0,5%. Zostało to prawnie usankcjonowane w USA w Better Brake Rule. Wszystkie produkty Breck od początku oferowania ich na rynku mają poziom ekologiczności B według Better Brake Rule, tzn. mają zawartość miedzi poniżej 5% oraz nie zawierają metali ciężkich.
- Prowadzone na szeroką skalę specjalistyczne badania wykazują, że miedź, jako jeden z naistotniejszych obecnie elementów składowych materiału ciernego używanego do produkcji klocków hamulcowych, stanowi istotne zagrożenie dla całego światowego ekosystemu, powodując m.in. wyraźną redukcję tlenu w hydrosystemie - mówi Michał Łyziński, krajowy manager i dyrektor ds. kluczowych klientów Federal-Mogul.

Dozwolony dzisiaj 20-proc. udział miedzi musi być ograniczony do ok. 0,5% w roku 2025. Jej wyeliminowanie stanowi dzisiaj jedno z najważniejszych wyzwań konstrukcyjnych i technologicznych. Firma Ferodo, po 5 latch badań i prób, opracowała pierwszy w świecie materiał cierny, tzw. Eco-Friction, który przy bliskiej zeru zawartości miedzi, zapewnia znakomitą jakość i skuteczność hamowania, czego dowodem było pierwsze praktyczne zastosowanie materiału w najnowszym modelu Mercedesa klasy C. Szeroko prowadzone są również dalsze prace w tym zakresie z innymi, wiodącymi producentami samochodów. Klocki Ferodo Eco-Friction to dzisiejsze rozwiązanie dla wyzwań jutra w zakresie ochrony środowiska, równocześnie dostępne dla OE oraz niezależnego rynku części zamiennych.

Większe tarcze, lepsze hamowanie
Rozwój elementów układu hamulcowego wpływa to także rozwój jego funkcjonalności, m.in. poprzez zapewnienie współpracy z innymi układami w samochodzie. Przykładem tego są np. układy elektroniczne ułatwiające prowadzenie pojazdu, których działanie oparte jest na współpracy z układem hamulcowym. Pośród wprowadzonych w ostatnim czasie udogodnień wymienić można aktywny tempomat, układ awaryjnego hamowania lub utrzymanie pojazdu na pochyleniu ułatwiające kierowcy ruszanie.
- Pośród zmian zachodzących w elementach układu wymienić możemy obecnie wprowadzany przez TRW układ IBC eliminujący serwo podciśnieniowe – mówi Michał Głażewski, TRW Technical Manager & Trainer. - We wprowadzanym rozwiązaniu zastąpione ono zostało wspomagającym układem elektromechanicznym zespolonym w jeden element z pompą hamulcową, układem stabilizacji toru jazdy ESC oraz wszystkimi niezbędnymi czujnikami i przewodami, eliminując jednocześnie potrzebę dostarczania podciśnienia niezbędnego do zasilania serwa.

Koncertując się również na rozwoju elementów ciernych hamulca tarczowego TRW wprowadziło m.in. powłokę Cotec stanowiącą warstwę krzemianów, nanoszonych na materiał cierny w ostatnim etapie produkcji. Jej zadaniem jest zwiększenie współczynnika tarcia w początkowym okresie eksploatacji klocków hamulcowych do poziomu optymalnego, tj. zapewniającego odpowiedni moment hamowania już od montażu. W ostatnim czasie opracowany i wprowadzony również został kompozytowy, nisko pylący materiał cierny DTEC, który przy zachowaniu większej czystości felg zapewnia kierowcy te same opóźnienia i współczynnik tarcia w porównaniu do standardowych kompozytowych materiałów ciernych.

Tarcze hamulcowe, do produkcji których w przypadku większości samochodów osobowych nadal wykorzystuje się żeliwo, również podlegają zmianom. Ich coraz większa średnica ma celu zapewnienia odpowiedniego momentu hamowania w bardziej wymagających, cięższych pojazdach, stawia jednocześnie nowe wyzwania w produkcji poprzez konieczność zwiększania dokładności wykonania, tj. zmniejszanie norm dopuszczalnego bicia osiowego oraz różnicy grubości nowych produktów.

Niezbędna kontrola jakości
Zmiany zachodzą nie tylko w samym procesie produkcyjnym elementów układu hamulcowego, ale także w obszarze kontroli jakości. Jak zaznacza Krzysztof Załuski, Area Sales Manager Otto Zimmermann GmbH, od wielu lat razem z TUV Nord prowadzimy testy bezwładnościowo-dynanometryczne (na hamowniach) i testy eksploatacyjne. Przeprowadzane są zarówno wstępne losowe kontrole, kontrole odbiorcze, wstępne zatwierdzenia próbek, kontrole w trakcie procesu produkcji, a nawet – w razie potrzeby – kontrole końcowe. W celu optymalizacji kosztów, wdrożono program samodzielnej kontroli operatora (OSI), minimalizując kontrole. W razie potrzeby oraz szczególnych wymagań przeprowadza się dodatkowe kontrole dla wsparcia programu OSI.

- Tarcze hamulcowe i bębny hamulcowe są wykonane z nieobrobionych odlewów zawierających płatki grafitu (żeliwo szare). Skład odlewu jest dostosowany do wymagań producenta pojazdu. Różne składniki są dodawane do materiału podstawowego, aby wpłynąć pozytywnie na właściwości odlewu - trwałości i obróbkę. Dodatki w stopie żelaza, takie jak np. miedź, molibden, tytan i węgiel są analizowane w tarczach OE i później wykorzystywane są również do produkcji tarcz Zimmermann’a. Dlatego materiał dla każdej tarczy hamulcowej Zimmermann’a jest taki sam jak w tarczy OE – mówi Krzysztof Załuski.

Jak dodaje Renata Rapacz, pełnomocnik ds. systemu zarządzania jakością/kierownik kontroli jakości w firmie Steinhof, kontrola produktu jest niezmiernie ważnym etapem procesu technologicznego. Materiał sprawdzany jest pod względem wytrzymałości połączenia z płytką oraz ściśliwości klocka. Badany jest współczynnik tarcia według regulaminu R90. Cały proces produkcji odbywa się w sposób ściśle monitorowany. Technologia produkcji klocków hamulcowych w firmie Steinhof oparta jest na zautomatyzowanej linii produkcyjnej. Przed przekazaniem klocków do sprzedaży, aby zapewnić im skuteczną ochronę przed korozją oraz nadać estetyczny wygląd, poddaje się je procesowi malowania proszkowego. Farby używane w tym celu zostały opracowane w taki sposób, aby zapobiec zniszczeniu produktu nawet podczas eksploatacji w ekstremalnych warunkach.

Homologacja ECE R90
Z uwagi na fakt, iż prawidłowe funkcjonowanie układu hamowania ma niebagatelny wpływ na bezpieczeństwo w ruchu drogowym, od 31 marca 2001 roku producentów klocków hamulcowych obowiązuje standard jakościowy R90 określony w dyrektywie Unii Europejskiej 98/12 Anex 15. Na tej podstawie samochody osobowe, pojazdy dostawcze i autobusy, zarejestrowane po 1 stycznia 1999 roku, muszą być wyposażone w homologowane klocki i szczęki hamulcowe używane w tzw. dystrybucji wolnorynkowej (aftermarket). Wyroby dopuszczone do sprzedaży wolnorynkowej muszą posiadać odpowiednie oznakowanie. Aby je jednak uzyskać, klocki i szczęki hamulcowe muszą przejść określone badania. Uzyskany certyfikat potwierdza, że dany wyrób spełnia minimalne standardy bezpieczeństwa określone w dyrektywie UE.

Sylwia Lewandowska-Klauza
redaktor

fot. Lumag