Są klocki i... klocki

Brembo
4.3.2016

Okładziny hamulcowe składają się nawet z 30 połączonych ze sobą związków. Jedne zapewniają odporność na ścieranie, inne na wysoką temperaturę. Skład klocków bywa modyfikowany nawet ze względów estetycznych.

Układ hamulcowy, poza zapewnieniem bezpieczeństwa, ma dość duży wpływ na komfort jazdy i codziennego użytkowania samochodu. Mowa tutaj przede wszystkim o pewnym zatrzymywaniu, ale też o dźwiękach powstających podczas hamowania, jak i emitowanych zanieczyszczeniach.

Skład owiany tajemnicą
Sprawa bezpieczeństwa jest oczywista, ale skupmy się na składzie materiału, z którego powstają okładziny hamulcowe. Mateusz Laska, kierownik działu R&D w firmie Steinhof wyjaśnia, że klocki hamulcowe wykonane są ze specjalnej mieszaniny cechującej się doskonałymi właściwościami ciernymi i odpornością na wysokie temperatury. Skład oraz proporcje poszczególnych składników mieszanek ciernych jest pilnie strzeżoną tajemnicą producentów, stąd też różnice we właściwościach klocków różnych firm. Najczęściej bazą takich mieszanin jest wata stalowa i opiłki miedziane, które wraz z całą gamą innych dodatków (w niektórych przypadkach liczba składników mieszanki sięga 30 różnych materiałów), które spajane są ze sobą substancją spajającą/lepiszczem na bazie tlenku glinu lub różnych gatunków żywic organicznych.

Bez azbestu i z ograniczonym udziałem miedzi
Materiałami, które można uznać za relikt przeszłości w przypadku klocków są tekstolit oraz azbest. Dlatego też obecnie przy produkcji klocków hamulcowych zakazane jest stosowanie jakichkolwiek związków bazujących na metalach ciężkich. Zdaniem Przemysława Onufrzaka, Product Experta Central & Northern Europe (CNE) w Federal-Mogul Motorparts, z uwagi na wymagania w zakresie ochrony środowiska oraz oczekiwania producentów samochodów skład materiału ciernego uległ znacznym zmianom. W latach 90. wprowadzony został zakaz stosowania azbestu, a w roku 2003 całkowicie zakazano stosowania metali ciężkich przy produkcji materiałów hamulcowych. Jednak jak dowodzą ostatnie badania, jeden z nich - miedź - w dalszym ciągu stanowi zagrożenie dla światowego ekosystemu. Dzisiaj dozwolony 20-proc. udział miedzi, zgodnie z międzynarodowymi zaleceniami i regulacjami, musi być ograniczony do poziomu ok. 0,5% w roku 2025.
W trakcie hamowania dochodzi do ścierania się materiału z okładzin hamulcowych oraz tarcz. Pył ten, a wraz z nim wszystkie związki chemiczne znajdujące się w okładzinach i tarczach hamulcowych przenika do środowiska. Najczęściej jest spłukiwany deszczem i przedostaje się do wód gruntowych. Badania przeprowadzone na roślinności dowiodły, że miedź jest wyjątkowo dobrze absorbowana przez niektóre rodzaje mchów i prowadzi do ich obumierania w związku z czym wprowadzono powyższe ograniczenia w jej użyciu.

Klocki ceramiczne
Na rynku dostępna jest cała gama okładzin standardowych oraz coraz popularniejsze klocki niepylące czy też ceramiczne. Głównym ich zadaniem jest dbanie o estetykę pojazdu, a więc zapobieganie ciemnemu nalotowi pojawiającemu się na obręczach auta. Nalot ten jest trudny do usunięcia, a co gorsze - po umyciu samochodu pojawia się w bardzo krótkim czasie. Jak podkreśla Kamil Filochowski, Product Manager w firmie Complex Automotive Bearings dystrybuującej części marki Zinnger, wśród klocków hamulcowych nie istnieją klocki niepylące. Pylenie klocka jest naturalnym procesem związanym z jego pracą. Niepożądane przez użytkownika (i trudne do usunięcia) osady na felgach powstają głównie ze ścierania włókien stalowych znajdujących się w materiale ciernym. Niektórzy producenci oferują klocki o zmniejszonym stopniu pylenia i „standardowym” składzie. Jednak najlepsze pod tym względem efekty osiągają klocki ceramiczne, które nie posiadają włókien stalowych. Ich pył nie jest więc tak mocno brudzący i łatwo go usunąć z felg.
Marco Moretti, Aftermarket Business Unit Marketing Director w firmie Brembo dodaje, że nazwa "ceramiczne” dla produktów wykonanych w technologii NAO (Non-Asbestos Organic – ograniczenie zawartości miedzi do 0,5%) użyta została w celach marketingowych. Pochodzi od firmy Akebono, która 15 lat temu z sukcesem wprowadziła tę nazwę na rynku amerykańskim. Od lat jest ona bardzo popularna w USA, Japonii czy Australii. W ostatnim czasie wiodący producenci klocków hamulcowych dostosowują swoje wyroby do technologii NAO, a niska zawartość metali w materiale ciernym jest alternatywą dla półmetalicznych klocków stosowanych na rynku północnoamerykańskim.

Tabela 1. Skład klocków hamulcowych z uwzględnieniem lokalnych wymogów rynkowych

 

półmetaliczne

niskometaliczne

NAO

ZAWARTOŚĆ

METALI

powyżej 50%

 żelazo, miedź

pomiędzy 10-50%

poniżej 10%

CECHY

Dobre osiągi

Niski komfort

Ekonomiczne

Skuteczność w wysokich temperaturach

Nie pylą

Nie piszczą

Dłuższa żywotność

RYNEK

Azja

USA (tani produkt)

Europa

USA Australia Japonia

Zaletami klocków wykonanych w technologii NAO są:

  • mniejsza ilość pyłu – z uwagi na mniejsze zużycie materiału ciernego w niskich temperaturach roboczych (poniżej 250°C),
  • mniejsza przyczepność (adhezja) pyłu do felg – z uwagi na mniejszą zawartość metali, osadzanie się pyłu powodowane jest jego silnym wychłodzeniem w kontakcie z metalową powierzchnią felgi,
  • niska zawartość metali oznacza niski poziom hałasu,
  • dłuższa żywotność klocka w niskich temperaturach roboczej poniżej 250°C,
  • klocek w technologii NAO powoduje „odkładanie się” warstwy na powierzchni hamującej tarczy, co ogranicza jej zużywanie się w temperaturze roboczej.

Podstawową wadą klocków w technologii NAO jest ich wydajność. Mają one niższy współczynnik tarcia w porównaniu do klocków o niskiej zawartości metali (0,3-0,4 względem 0,4-0,5). Wymagana jest większa siła nacisku na pedał hamulca (+ ok 20%) i odwrotnie - przy tej samej sile nacisku na pedał hamulca jak w przypadku klocków Low Met (niskometalicznych), droga hamowania dla NAO nieco się wydłuża. W temperaturze roboczej powyżej 250°C klocki NAO zużywają się szybciej i wzrasta zużycie tarcz hamulcowych. Nie są to też klocki zalecane do jazdy ekstremalnej, po górach, wyścigów oraz dużej ilości awaryjnych hamowań.

Wskazówki montażowe
Fachowa wymiana klocków hamulcowych wymaga odpowiedniej uwagi i profesjonalizmu. Krzysztof Załuski z Otto-Zimmermann GmbH zwraca uwagę, że dokładna kontrola i oczyszczenie zacisków hamulcowych oraz pozostałych elementów hamulcowych podczas montażu hamulców jest jedną z najważniejszych czynności mających wpływ na bezpieczne hamowanie. Należy sprawdzić, czy na sworzniach prowadzących lub tulejach występują osady lub korozja. Jeśli tak, konieczne jest wypolerowanie części aż do całkowitego wyczyszczenia. Osady lub inne zanieczyszczenia pozostawione na częściach po wymianie tarcz lub klocków mogą spowodować zakleszczenie prowadnic, przez co klocki nie będą pracowały odpowiednio względem tarczy hamulcowej.
Następnie należy sprawdzić, czy uszczelka tłoczka nie jest brudna i czy jest właściwe dopasowana. Jest to jedyny sposób, aby zapobiec przenikaniu wody i późniejszej korozji tłoczka. Kolejną czynnością jest oczyszczenie zacisku hamulcowego. Powierzchnie styku klocków muszą być wolne od brudu i rdzy, tak aby klocki można z łatwością przesuwać w prowadnicach. W tym celu zaleca się użycie specjalnego czyściwa do hamulców.
Również lico tłoka musi być oczyszczone, ponieważ w przeciwnym razie nie będzie możliwe dociśnięcie tłoczka przez klocek. Należy uważać, aby nie uszkodzić uszczelek gumowych.
Kiedy wszystkie elementy zostaną oczyszczone i skontrolowane, można przystąpić do montażu zacisków. Należy pamiętać, aby zwrócić uwagę na moment obrotowy określony przez danego producenta podczas dokręcania śrub. Następnie trzeba wymienić sprężynę mocującą do obudowy.
Innym częstym błędem jest dobranie nieprawidłowych do danego modelu części. Jeśli istnieją jakiekolwiek oznaczenia kierunkowe na klockach to jest to niezmiernie ważne, aby stosować się do zaleceń producenta. W momencie kiedy zostaną zamontowane na niewłaściwej stronie zacisku będzie to miało wpływ na nierównomierne zużycie oraz generowanie dodatkowych szumów.
Najnowocześniejsze klocki są zaprojektowane do tarcia adhezyjnego. Podczas prawidłowego działania systemu hamulcowego tworzy się bardzo cienka, jednorodna warstwa „materiału” klocków hamulcowych, która wykorzystuje procesy dyfuzyjne na powierzchni ciernej tarczy hamulcowej. Tak więc istnieją dwie powierzchnie cierne (tarcz hamulcowych i klocków), które w strefie marginalnej mniej lub bardziej składają się z tego samego materiału (cząsteczek). Zmiana ta może występować w obu kierunkach (dyfuzja).

Okazuje się, że prosta wymiana klocków hamulcowych nie jest zadaniem tak trywialnym, ponieważ wymaga dokładnej kontroli wszystkich współpracujących ze sobą elementów, a także pozostałych części układu hamulcowego. Zawsze należy skontrolować stan tarcz hamulcowych przez pomiar ich grubości oraz bicia. Zaniedbywany jest niestety stan płynu hamulcowego, który też powinien być poddawany regularnej kontroli na zawartość wody.

 

Marco Moretti, Aftermarket Business Unit Marketing Director w firmie Brembo:

Ewolucja samochodów opierała się na ciągłym dążeniu do poprawy osiągów i komfortu co oznaczało coraz to mocniejsze silniki i cięższe samochody. Producenci systemów hamulcowych musieli podążać tą samą drogą wykorzystując mocniejsze komponenty, rozwijając coraz to nowsze i bardziej zaawansowane rozwiązania oraz
technologie w celu zoptymalizowania bezpieczeństwa i wydajności. Obecnie powszechnie panujące przekonanie o konieczności oszczędzania energii oraz redukcji wpływu na środowisko naturalne, radykalnie zmieniło kierunek działań producentów samochodów. Ewolucja podąża w stronę ograniczania zużycia paliwa oraz eliminacji paliw kopalnych. Są to 2 odrębne cele i każdy z nich wymaga odrębnych rozwiązań.
Obniżenie zużycia paliwa można osiągnąć poprzez poprawę wydajności silników poprzez redukcję masy pojazdu oraz odzyskiwanie energii. W układach hamulcowych zredukowano wagę zacisków oraz tarcz hamulcowych poprzez zastosowanie lżejszych materiałów. Z kolei w przypadku klocków główny nacisk kładzie się na materiał cierny.
Zawartość metalu w mieszance ciernej:
Zgodnie z rozporządzeniem 6557 Senatu stanu Waszyngton oraz rozporządzeniem 346 Senatu stanu Kalifornia, odpadki (resztki) materiałów ciernych klocków hamulcowych zawierają miedź,
która jest toksyczna dla wielu organizmów wodnych i jej zawartość musi zostać obniżona.
Maksymalna dozwolona zawartość pierwiastków w materiale ciernym zgodnie z ww. aktami prawnymi przedstawia się następująco:
· Od 1 stycznia 2014 – 0,1% włókien azbestopochodnych, chromu (VI), ołowiu i rtęci oraz 0,01% kadmu.
· Od 1 stycznia 2021 – 5% miedzi
· Od 1 stycznia 2025 – 0,5% miedzi (w stanie Kalifornia)
· Od 1 stycznia 2032 – 0,5% miedzi (w stanie Waszyngton)
Miedzi nie da się zastąpić jednym materiałem. Producenci klocków hamulcowych stale pracują nad składem materiału ciernego tak, aby spełniał on wszelkie normy ekologiczne przy jednoczesnym zapewnieniu wydajności, komfortu i bezpieczeństwa.
Nazwa “ceramiczne” dla produktów wykonanych w technologii NAO (Non-Asbestos Organic – ograniczenie zawartości miedzi do 0,5%) użyta została w celach marketingowych.
Pochodzi od firmy Akebono, która 15 lat temu z sukcesem wprowadziła nazwę „ceramiczne” na rynku amerykańskim. Od lat jest ona bardzo popularna w USA, Japonii czy Australii.
W ostatnim czasie, wiodący producenci klocków hamulcowych dostosowują swoje wyroby do technologii NAO a niska zawartość metali w materiale ciernym jest alternatywą dla półmetalicznych klocków stosowanych na rynku północnoamerykańskim.
Zalety klocków wykonanych w technologii NAO:
CZYSTOŚĆ
· Mniej pyłu – z uwagi na mniejsze zużycie materiału ciernego w niskich temperaturach roboczych (poniżej 250°C)
· Mniejsza przyczepność (adhezja) pyłu do felg – z uwagi na mniejszą zawartość metali. Osadzanie się pyłu powodowane jest jego silnym wychłodzeniem w kontakcie z metalową powierzchnią felgi.
 
KOMFORT
· Niska zawartość metali oznacza niski poziom hałasu.
ŻYWOTNOŚĆ KLOCKA / TARCZY
· Dłuższa żywotność klocka w niskich temperaturach roboczej, poniżej 250 °C
· Klocek w technologii NAO powoduje „odkładanie się” warstwy na powierzchni hamującej tarczy co ogranicza jej zużywanie się w temperaturze roboczej.
·

Optymalne do normalnego codziennego użytkowania – jazda miejska z uwzględnieniem ograniczeń prędkości.
 
Wady klocków wykonanych w technologii NAO:
WYDAJNOŚĆ
· Klocki NAO mają niższy współczynnik tarcia w porównaniu do klocków o niskiej zawartości metali (0,3-0,4 względem 0,4-0,5).
· Wymagana jest większa siła nacisku na pedał hamulca (+ ok 20%)
· I odwrotnie, przy tej samej sile nacisku na pedał hamulca jak w przypadku klocków Low Met, droga hamowania dla NAO nieco się wydłuża
ŻYWOTNOŚĆ KLOCKA / TARCZY
· W temperaturze roboczej powyżej 250 °C klocki NAO zużywają się szybciej
· Wzrasta zużycie tarcz hamulcowych
· Nie zalecane do jazdy ekstremalnej, po górach, wyścigów oraz dużej ilości awaryjnych hamowań.

Jest wiele błędów jakie mogą zostać popełnione podczas wymiany klocków hamulcowych. Najczęstsze z nich to:
· Brak weryfikacji minimalnej grubości tarczy (w wielu przypadkach tarcza powinna zostać wymieniona razem z klockami).
· Płyn hamulcowy nie zawsze jest wymieniany mimo konieczności (zgodnie z instrukcją producenta samochodu).
· Brak wskazówek dla użytkownika jak prawidłowo obchodzić się ze świeżo wymienionymi klockami.
· Brak weryfikacji sprawności zacisku hamulcowego.
· Brak weryfikacji zużycia/uszkodzeń osłon przeciw kurzowych.
· Brak weryfikacji zawieszenia pojazdu.
Głównym zadaniem system hamulcowego jest gwarancja możliwie najlepszego połączenia skuteczności / wydajności z komfortem. Opracowywanie nowych systemów elektronicznych jest częścią tego procesu i ma na niego bardzo znaczący wpływ. Wszystkie element układu hamulcowego są równie istotne. Konieczne są okresowe kontrole systemów hamulcowych a szczególnie kilku elementów, które się zużywają i mają ograniczoną żywotność.
Istnieje kilka ogólnych zasad obowiązujących przy wymianie klocków i tarcz hamulcowych:
1. Wykwalifikowany personel
2. Postępowanie zgodnie z instrukcja obsługi / wymiany
TARCZE
3. Demontaż zużytej tarczy celem dokładnych oględzin wizualnych
4. Wyczyszczenie piasty koła oraz nowej tarczy
5. Ręczne sprawdzenie czy nie ma luzów w łożyskach i czy piasta może się swobodnie obracać
6. Założyć nową tarczę na piastę, używając odpowiednich momentów ustawić ją we właściwej pozycji przed wkręceniem szpilek koła
7. Pomiar bicia tarczy przy użyciu odpowiedniego miernika zegarowego. Czynność należy wykonać uważnie i dokładnie gdyż nieodpowiedni pomiar może skutkować nadmiernym zużyciem tarczy lub wibracjami podczas hamowania.
8. Jeśli wartość pomiaru znacząco odbiega od normy, zdjąć tarczę i dokonać pomiaru samej piasty. W razie konieczności wymienić piastę i dopiero wtedy zamontować tarczę.
Należy pamiętać, że maksymalna wartość drgań piasty może wynosić co najwyżej połowę wartości drgań tarczy.
KLOCKI
9. Usunąć zużyte klocki i sprężynki
10. Oczyścić zacisk, poluzować odpowietrznik zacisku, cofnąć tłoczek lub tłoczki po czym dokręcić odpowietrznik zacisku. W przypadku tylnych zacisków z hamulcem postojowym,
tłok musi zostać wycofany poprzez obrócenie go specjalnym narzędziem postępując zgodnie z instrukcją producenta (w przypadku hamulca elektromechanicznego wymagane urządzenie diagnostyczne).
Podczas cofania tłoka, upewnić się, że ze zbiornika wyrównawczego nie wycieka płyn hamulcowy i usunąć jego nadmiar jeśli to konieczne.
11. Zamontować nowy klocek wraz ze sprężynkami (powierzchnia cierna klocka w stronę tarczy).
12. Zamontować zacisk w pozycji pionowej i używając klucza dynamometrycznego dokręcić śruby odpowiednim momentem.
13. W przypadku zacisków pływających, ręcznie sprawdzić czy zacisk porusza się swobodnie w prowadnicach.
14. Podłączyć przewód wskaźnika zużycia
15. Wciśnij pedał hamulca kilka razy aby klocki zbliżyły się do tarczy. Powtarzaj do momentu aż pedał hamulca uzyska odpowiedni jałowy skok.
16. Sprawdzić poziom płynu hamulcowego w zbiorniku i uzupełnić w razie potrzeby. Używać tylko nowego, rekomendowanego płynu z oryginalnie zamkniętego opakowania. Pamiętać o okresowych wymianach płynu hamulcowego zgodnie z instrukcją producenta.
17. Założyć koło i używając klucza dynamometrycznego dokręcić śruby/nakrętki z właściwym momentem.
18. Powtórzyć operację dla drugiego koła na tej samej osi.
19. Przeprowadzić test drogowy:
· aby upewnić się że nie ma drgań ani hałasów
· aby mieć pewność, że cały układ hamulcowy działa prawidłowo
· zasugerować kierowcy okres rozruchowy na dotarcie elementów (ok 200 km). Na tym dystansie, krótkie i delikatne hamowanie pozwoli na ułożenie się klocka i tarczy względem siebie.

 

Przemysław Onufrzak, Product Expert Central & Northern Europe (CNE) w Federal-Mogul Motorparts:

Z punktu widzenia fizyki proces hamowania polega na zmianie energii kinetycznej poruszającego się pojazdu na energię cieplną. Wymagania, którym muszą sprostać układy hamulcowe są bardzo wysokie, ponieważ w skrajnych przypadkach temperatury mogą sięgać nawet 700°C a ciśnienie w układzie dochodzi do 140 barów. Aby skutecznie zatrzymać samochód na określonym dystansie, materiał cierny zastosowany w klockach i szczękach hamulcowych musi charakteryzować się odpowiednio wysokim i stabilnym współczynnikiem tarcia (µ) niezależnie od prędkości pojazdu, temperatury układu hamulcowego czy ilości powtarzających się cykli hamowań. Współczynnik tarcia jest jednak wartością zmienną i na przykład składniki okładziny gwarantujące wysoki współczynnik tarcia w niskich temperaturach, mogą charakteryzować się jego spadkiem wraz ze wzrostem temperatury. W rezultacie, aby układ hamulcowy działał prawidłowo w pełnym zakresie temperatur i dodatkowo charakteryzował się określoną trwałością, czołowi producenci okładzin przygotowują odpowiednie mieszanki materiału ciernego do konkretnych typów pojazdów. W niektórych przypadkach okładziny stosowane na przedniej osi danego auta powinny charakteryzować się innymi parametrami materiału ciernego niż okładziny stosowane na osi tylnej.

Testy przeprowadzone przez niezależne instytucje dowodzą, że różnice pomiędzy dostępnymi na rynku produktami są bardzo duże. W skrajnych przypadkach, w porównywalnych sytuacjach drogowych, droga hamowania może zostać wydłużona nawet dwukrotnie. Producenci okładzin na pierwszy montaż, którzy dostarczają swoje produkty również na aftermarket, korzystają z mieszanek materiału ciernego o najwyższej jakości. Bazując na doświadczeniu oraz przeprowadzając intensywne testy laboratoryjne i drogowe gwarantują tym samym idealne dopasowanie klocka do konkretnej marki i modelu pojazdu.

Z uwagi na wymagania w zakresie ochrony środowiska oraz oczekiwania producentów samochodów, skład materiału ciernego uległ znacznym zmianom. W latach 90. wprowadzony został zakaz stosowania azbestu, a
w roku 2003 całkowicie zakazano stosowania metali ciężkich przy produkcji materiałów hamulcowych.
Współczesny materiał cierny składa się z mieszanki 15-20 składników. Jednak jak dowodzą ostatnie badania, jeden z nich - miedź - w dalszym ciągu stanowi zagrożenie dla światowego ekosystemu. Dzisiaj dozwolony
20% udział miedzi, zgodnie z międzynarodowymi zaleceniami i regulacjami, musi być ograniczony do poziomu ok. 0,5% w roku 2025.
Inżynierowie Federal-Mogul w ciągu ostatnich 5 lat przebadali ponad 1500 składników i opracowali na tej podstawie takie ich zestawy, które już dzisiaj są w stanie zapewnić ten sam poziom odporności na zużycie i charakterystyk ciernych, w tym samym zakresie temperaturowym. Nie ma jednego składnika, który mógłby zastąpić miedź. Najnowszy materiał cierny powstaje na bazie 20 do 30 składników, przy czym każdy z nich pełni różne funkcje. Gama nisko i bezmiedziowych klocków hamulcowych Ferodo Eco-Friction™ korzysta z pełnego asortymentu materiałów, takich jak: siarczki metali, minerały, składniki ścierne, włókna, składniki ceramiczne i różne typy grafitu. Potwierdzeniem skuteczności nowej mieszanki jest wprowadzenie klocków hamulcowych Ferodo® Eco-Friction® na pierwszy montaż Nowego Audi A4 oraz Mercedesa Klasy C.

Stopień pylenia klocków hamulcowych w oczywisty sposób zależy od materiału ciernego. Obecnie większość sprzedawanych w Europie klocków składa się w co najmniej 20% ze stali oraz żelaza. Oba te składniki są bardzo wydajne, ale jednocześnie pylące i w głównej mierze odpowiadają za uciążliwe brudzenie felg. Dla kierowców, którym przede wszystkim zależy na wyglądzie swoich pojazdów, czołowi producenci przygotowali ofertę produktów niepylących. Jednym z przykładów takiej oferty są klocki JURID WHITE, które dzięki wyeliminowaniu stali oraz żelaza pozwalają utrzymać felgi w czystości.

Wymiana klocków hamulcowych nie jest skomplikowaną czynnością serwisową i nie powinna przysparzać większych problemów. Serwisy nie zawsze pamiętają jednak o przeprowadzeniu szeregu dodatkowych czynności, takich jak kontrola zacisku hamulcowego oraz gumy osłaniającej tłoczek,
kontrola prowadnic zacisku i przewodów hamulcowych. Bardzo ważne jest również sprawdzenie stanu płynu hamulcowego przez pomiar temperatury wrzenia.

Nowe rozwiązania technologiczne wprowadzane przez producentów samochodów wymagają, aby stosowany materiał cierny charakteryzował się stabilnym tarciem statycznym, bez pisków i szumów. Jednak nie mają bezpośredniego wpływu na skład materiału ciernego.

Sprawne i skuteczne działanie układu hamulcowego zależy od jakości zarówno tarczy oraz klocków hamulcowych. Oba te elementy współpracują ze sobą, aby w jak najbardziej efektywny sposób odprowadzić ciepło, które powstaje w wyniku tarcia.
To naturalne, że właściciele starszych, niedrogich samochodów, które poruszają się głównie w mieście, poszukując części zamiennych kierują się przede wszystkim ceną. Musimy mieć jednak świadomość, że montaż tańszych zamienników w autach z większą mocą silnika czy większą masą może mieć negatywny wpływ na wydajność układu hamulcowego - może ona spaść nawet o 30-45% w zależności od prędkości pojazdu. Nie trudno sobie wyobrazić, jakie może to mieć konsekwencje dla kierowcy poruszającego się np. w kolumnie samochodów. Mając na uwadze powyższe, dobierając klocki oraz tarcze hamulcowe należy uwzględnić przede wszystkim parametry techniczne pojazdu oraz warunki, w jakich będzie on wykorzystywany. Musimy również pamiętać, że bezpośrednio po wymianie tarcz lub nawet samych klocków, układ hamulcowy nie działa z pełną skutecznością - poszczególne elementy muszą się wzajemnie dopasować. Jest to tzw. proces docierania, który ze względów bezpieczeństwa powinien być przeprowadzony przed odebraniem pojazdu przez klienta i polega na kilkukrotnym hamowaniu z prędkości około 60 km/h. Przyjmuje się, że nowy układ hamulcowy uzyskuje pełną skuteczność dopiero po przejechaniu około 150-200km.

Mateusz Laska, kierownik działu R&D w firmie Steinhof:

Procesy zachodzące podczas hamowania są badane od dziesięcioleci przez wielu naukowców specjalizujących się w dziedzinie nauki zwanej Trybologią. Samo hamowanie jest procesem bardzo złożonym, na który składa się wiele energii:
- energia cieplna, powodująca nagrzewanie trących się ciał
-energia fal dźwiękowych, wywołująca charakterystyczne zjawiska dźwiękowe towarzyszące tarciu
- energia elektryczna powodująca elektryzowanie trących się ciał
- energia mechaniczna powodująca ścieranie powierzchni
- energia mechaniczna powodująca rozdrabnianie oddzielonych cząstek materiału
Odnosząc się jednak do układu, klocek hamulcowy – tarcza hamulcowa, największy udział w tym bilansie energii ma energia cieplna.
Patrząc na proces tarcia pod kątem materiałowym/mechanicznym, w parze trącej klocek – tarcza zachodzi cały szereg więzi: odkształcenie sprężyste, odkształcenie plastyczne, mikro skrawanie lub ścinanie występów i nierówności, szczepienie warstw granicznych czyli „błonek” pokrywających nierówności powierzchni i ich oddzielanie (tzw. Wyrywanie adhezyjne) oraz szczepienie powierzchni prowadzące do wyrywania materiału (tzw. Oddzielanie kohezyjne).
Rola układu hamulcowego stosowanego obecnie w samochodach osobowych ( układ roboczy, cierny, tarczowy ) ma za zadanie zmniejszyć prędkość bądź doprowadzić do całkowitego zatrzymania pojazdu poprzez zamianę energii kinetycznej na energię cieplną. Upraszczając, energia ta wyrażana wzorem znanym ze szkoły z lekcji fizyki zależna jest od masy pojazdu i kwadratu jego prędkości, co przekładając na układ hamulcowy, powoduje drastyczne zwiększenie ilości wydzielanego podczas hamowania ciepła w przypadku nieznacznego zwiększenia prędkości pojazdu. W skrajnych przypadkach, temperatury osiągane w układzie tarcza-klocek mogą doprowadzić do degradacji lepiszcza używanego przy produkcji klocka powodując jego zniszczenie, nagrzanie się tarczy do temperatur uplastycznienia i w konsekwencji do jej wygięcia. W przypadku oddziaływania dłuższy czas temperaturą nie zagrażającą wytrzymałości lepiszcza klocka lub stabilności wymiarowej tarczy, możemy doprowadzić do nagrzania się zacisku do wysokich temperatur, co może prowadzić do zagotowania się płynu hamulcowego bądź zniszczenia uszczelek tłoczków w zacisku. Każde z opisanych wyżej zdarzeń ma jedną wspólną cechę – sprawia, że hamulec nie działa tak jak powinien, narażając użytkownika na utratę mienia, zdrowia lub życia.
Producenci klocków i tarcz hamulcowym stoją przed wyzwaniem uzyskania idealnego balansu pomiędzy siłą hamowania (współczynnikiem tarcia), zużywaniem się klocka i tarczy oraz temperaturą jaką wydziela układ. Przykładowo, klocki miękkie zwane też pylącymi cechują się wysokimi wartościami współczynnika tarcia, nie nagrzewają ponad miarę tarczy, jednak zużywają się bardzo szybko.

Klocki hamulcowe wykonane są ze specjalnej mieszaniny cechującej się doskonałymi właściwościami ciernymi, będąc jednocześnie odpornymi na wysokie temperatury. Skład oraz proporcje poszczególnych składników mieszanek ciernych jest pilnie strzeżoną tajemnicą producentów, stąd też różnice we właściwościach klocków różnych firm. Najczęściej bazą takich mieszanin jest wata stalowa i opiłki miedziane, które wraz z całą gamą innych dodatków (w niektórych przypadkach ilość składników mieszanki sięga 30 różnych materiałów!) które spajane są ze sobą substancją spajającą/lepiszczem na bazie tlenku glinu lub różnych gatunków żywic organicznych. Materiałami które uznać można za relikt przeszłości w przypadku klocków są tekstolit oraz azbest. Ostatnie doniesienia pozwalają przypuszczać, że kierunkiem rozwoju jest także zastąpienie wiórów miedzianych tańszym i mniej szkodliwym dla otoczenia metalem.

Różnica między klockami pylącymi a niepylącymi sprowadza się w zasadzie do składu materiału użytego do ich produkcji. Sama technologia jest w przypadku obu rodzajów tych klocków zbliżona – sypki materiał cierny zostaje uformowany pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze w formie o kształcie odpowiadającym danemu klockowi, następnie uformowany materiał jest wygrzewany w piecu w celu jego utwardzenia i pozbycia się szkodliwych gazów. Klocki ceramiczne, są odlewane oraz wygrzewane, jednak celem wygrzewania nie jest utwardzenie żywicy lecz połączenie cząstek ceramicznych ze sobą, tworząc bardzo twardy element układu hamulcowego.
Różnice dla klienta są dość znaczne: klocki „pylące” bardzo brudzą felgę pojazdu pyłami powstającymi na ich powierzchni podczas hamowania, cechują się jednak wyższymi wartościami współczynnika tarcia niż ich „niepylące” odpowiedniki. Klocki „pylące” zwane są także miękkimi, ze względu na szybsze zużycie nie powodujące jednak szybkiego zużywania się tarcz hamulcowych. Jednak ze względu na zbyt „agresywną” charakterystykę hamowania klocków pylących, ich szybsze zużycie i brudzenie felg auta, najpopularniejsze są tzw. Klocki „twarde”, nie posiadające tych negatywnych dla większości użytkowników cech. Klocki ceramiczne z kolei, cechują się bardzo dobrymi wartościami współczynnika tarcia, praktycznie brakiem pylenia i bardzo małym zużyciem. Jednak ze względu na swoje właściwości nadają się do współpracy jedynie z tarczami ceramicznymi, gdyż zbyt duże różnice w twardościach i charakterystykach materiałów ceramicznych i metalowych powodowałaby bardzo szybkie zużycie tarczy metalowej. Klocki oraz tarcze ceramiczne cechują się także odpornością na dużo wyższe temperatury w stosunku do klocków klasycznych, co jest bardzo dużym plusem w przypadku zastosowania w sporcie lub autach osiągających duże prędkości. Dodając do tego wyższe koszty produkcji zarówno tarczy jak i klocka oraz charakterystykę typowo sportową, zrozumieć można wysokie ceny jakie życzą sobie za taki układ producenci oraz sprzedawcy.

Najczęstszymi błędami popełnianymi przez mechaników podczas wymiany klocków hamulcowych jest nieprawidłowe przygotowanie powierzchni tarczy hamulcowej, nieumiejętny montaż oraz zaniedbanie czystości podczas montażu. Tarcze hamulcowe przed założeniem nowego zestawu klocków powinny zostać przetoczone, aby pozbyć się bruzd, wgnieceń i wyżłobień jakie pozostawiła po sobie wymieniana para klocków. Brak przestrzegania tej zasady może powodować niedostateczną skuteczność hamulców, szybsze zużycie klocków oraz tarczy a w skrajnych przypadkach, zniszczenie klocka przez przegrzanie bądź wyboczenie przekroju tarczy poprzez różne naciski jednostkowe na powierzchni styku z klockiem. Nieumiejętny montaż może prowadzić do zniszczenia powierzchni przeciwdziałającej piszczeniu klocka podczas hamowania, uszkodzeniu elementów odpowiadających za odciągnięcie klocka z powierzchni tarczy po zdjęciu nogi z gazu, a nawet uszkodzeniu czujnika zużycia i temperatury, skutkując kompletną bezużytecznością owych funkcji w nowoczesnych pojazdach. Brak zachowania czystości podczas montażu może prowadzić do nierównomiernego przylegania klocka do tarczy podczas hamowania, nieodpowiedniego nacisku tłoczka na elementy blachy bazowej klocka powodując odpadanie okładziny ciernej lub jej pękanie. Wielu mechaników nie korzysta także z instrukcji producenta pojazdu podczas wymiany klocków, co w przypadku skomplikowanej i nowoczesnej konstrukcji zacisków hamulcowych może wywołać w.w. problemy.

Prawidłowe działanie układu hamulcowego zależne jest od współpracy wszystkich jego elementów, nie można więc powiedzieć co jest ważniejsze. Dobrej jakości tarcza połączona ze słabej jakości klockami da efekt podobny jak bardzo dobrej jakości klocki z tarczą bardzo tanią. Oba te połączenia będą bardzo odbiegały od parametrów jakimi cechować się będzie para trąca dobrana na zasadzie złotego środka. Prawidłowy montaż powinien przebiegać zgodnie z zaleceniami producenta, gdyż przy obecnym poziomie zaawansowania techniki i elektroniki jaka jest w naszych pojazdach oraz ich różnorodności, do każdego typu pojazdu należy podejść indywidualnie. Docieranie klocków polega na kilkukrotnym zahamowaniu z niewielkiej prędkości (ok 40-45 km/h) i spowolnieniu auta do około 10-15 km/h, powodując nagrzanie się klocka, starcie warstwy wierzchniej materiału i jego utwardzenie i dopasowanie się klocka do tarczy. Po przejechaniu około 50 kilometrów, należy sprawdzić, czy klocki nie są przegrzane (powinny być ciepłe, a świecące na czerwono od temperatury!) Należy pamiętać, że w trakcie docierania się pary trącej siła hamowania jest o wiele niższa niż w dotartym układzie, należy więc zachować szczególną ostrożność i jeździć spokojniej niż zwykle. W przypadku ostrego hamowania świeżo założonymi klockami możemy doprowadzić do ich przypalenia, zniszczenia tarczy, uszkodzenia zacisku, całkowitej utraty zdolności hamowania lub, w ekstremalnych przypadkach, nawet do pożaru.

Kamil Filochowski, Product Manager w firmie Complex Automotive Bearings dystrybuującej części marki Zinnger:

Na wstępie muszę zaznaczyć, że wśród klocków hamulcowych nie istnieją klocki niepylące. Pylenie klocka jest naturalnym procesem związanym z jego pracą. Niepożądane przez użytkownika (i trudne do usunięcia) osady na felgach powstają głównie ze ścierania włókien stalowych znajdujących się w materiale ciernym. Niektórzy producenci oferują klocki o zmniejszonym stopniu pylenia i „standardowym” składzie. Jednak najlepsze pod tym względem efekty osiągają klocki ceramiczne, które nie posiadają włókien stalowych. Ich pył nie jest więc tak mocno brudzący i łatwo go usunąć z felg.

Najważniejsze ,w ostatnich latach, zmiany w składzie okładzin ciernych klocków hamulcowych mają głównie podłoże natury ekologicznej. W celu ochrony środowiska wyeliminowano ze składu azbest. Kolejne ograniczenia dotyczą metali ciężkich takich jak ołów, rtęć, chrom, kadm czy antymon. W USA dodatkowo nie wolno stosować miedzi i ten materiał prawdopodobnie zostanie zakazany również w Europie. Oczywiście wyeliminowanie jednych materiałów wymusza zastosowanie innych, które posiadają podobne właściwości. Z tego względu skład okładzin ciernych zawiera obecnie o wiele więcej składowych niż kilkanaście lat temu.

Najczęstszym błędem popełnianym przy wymianie klocków hamulcowych jest zbyt wąskie patrzenie na kwestie układu hamulcowego. Należy pamiętać, że układ hamulcowy pracuje tak dobrze, jak jego najsłabszy element. Ważna jest zatem systematyczna kontrola zacisków, bicia tarczy oraz okresowa wymiana płynu hamulcowego.

Zarówno zużyte klocki na nowych tarczach, jak i nowe klocki na zużytych tarczach powodują znaczne pogorszenie procesu hamowania. Chcąc omówić różnice pomiędzy oferowanymi na rynku produktami należy wskazać ich cechy charakterystyczne:

  • Klocki z włóknami stalowymi – jest to najczęściej wykorzystywany typ klocków hamulcowych dostępny praktycznie do wszystkich samochodów
  • Klocki ceramiczne – klocki o znacznie zmniejszonym stopniu pylenia, lepszej wytrzymałości cieplnej, preferowane do jazdy w cięższych warunkach (jazda w górach, jazda sportowa), droższe od standardowych
  • Tarcze pełne, wentylowane – standardowy typ tarcz (tarcze wentylowane lepiej odprowadzają ciepło, jednak to producent samochodu decyduje o ich zastosowaniu – najczęściej znajdują się na osi napędowej pojazdu)
  • Tarcze nacinane, nawiercane – tarcze preferowane do jazdy w cięższych warunkach, ze względu na otwory i/lub rowki lepiej odprowadzają pył oraz gaz wytwarzany podczas hamowania, co skutkuje znacznym obniżeniem występowania zjawiska fadingu.

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Tagi artykułu

Zobacz również

autoExpert 7–8 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę