Tarcza hamulcowa

Funkcja

Tarcza hamulcowa jest ważnym elementem układu hamulcowego. Aby pojazd mógł być w każdej chwili bezpiecznie i komfortowo wyhamowany, tarcza hamulcowa i klocki hamulcowe muszą wytworzyć moment hamowania (siłę hamowania). Moment hamowania ten jest przenoszony na piastę koła, a stamtąd na felgę. Podczas hamowania energia kinetyczna pojazdu jest przekształcana w energię cieplną w wyniku tarcia między okładzinami hamulcowymi a tarczą hamulcową. W ten sposób osiąga się zmniejszenie prędkości.

Podczas hamowania wytwarza się ciepło. W 90 procentach przenika ono do tarczy hamulcowej i jest tam tymczasowo magazynowane. Następnie ciepło to jest oddawane do otaczającego powietrza. Tarcza hamulcowa działa zatem jak wymiennik ciepła. Ponieważ może ona przyjąć tylko ograniczoną ilość ciepła, musi ono zostać jak najszybciej oddane do otaczającego powietrza. Pozwala to uniknąć uszkodzeń spowodowanych przegrzaniem.

Historia tarczy hamulcowej

Hamulec tarczowy został pierwotnie opracowany dla sportów motorowych. Jego zastosowanie w tej dziedzinie okazało się tak skuteczne, że w latach 60. zaczęto montować hamulce tarczowe również na przednich kołach samochodów osobowych. Na tylnych kołach, narażonych na mniejsze obciążenia termiczne, hamulce tarczowe przez lata stosowano rzadko.

Zanim zaczęto stosować hamulce tarczowe, używano głównie hamulców bębnowych. Mieli one jednak liczne wady, takie jak problemy z temperaturą, wypaczenie i spadek skuteczności hamowania, wahania współczynnika tarcia, trudności w dozowaniu siły hamowania, duże zużycie oraz hałas (piszczenie). Na kołach tylnych, poddanych mniejszym obciążeniom termicznym, hamulce tarczowe przez wiele lat pozostawały wyjątkiem.

Norma ECE-R90

Tak zwane regulacje ECE Europejskiej Komisji Gospodarczej przy ONZ przyczyniają się do utrzymania stałych standardów jakości na rynku części zamiennych. Już od 1999 roku obowiązuje norma ECE-R90 dotycząca okładzin hamulcowych. Gwarantuje ona, że okładziny hamulcowe dostępne na rynku części zamiennych charakteryzują się takimi samymi parametrami jak produkty montowane fabrycznie. Od 1 listopada norma ECE-R90 obowiązuje również w odniesieniu do tarcz i bębnów hamulcowych. Oznacza to, że warsztaty mogą montować w przypadku wszystkich nowych modeli pojazdów, których produkcja seryjna rozpoczęła się od listopada 2016 r. (SOP 11.16), wyłącznie tarcze i bębny hamulcowe posiadające odpowiednie oznaczenie ECE. Części zamienne do układu hamulcowego, które spełniają wymogi normy, muszą być jednoznacznie oznaczone zarówno na produkcie, jak i na opakowaniu. Kierowcy mają pewność, że części zamienne opatrzone znakiem kontrolnym ECE charakteryzują się takimi samymi parametrami jak części oryginalne.

Materiał tarcz hamulcowych

Materiał, z którego wykonane są tarcze hamulcowe, musi spełniać wysokie wymagania. Musi on wytrzymywać obciążenia mechaniczne wynikające z sił ściskających i rozciągających podczas hamowania, siły odśrodkowe przy wysokich prędkościach obrotowych kół oraz obciążenia termiczne. Tarcze hamulcowe mogą być wykonane z różnych materiałów.

• Tarcze hamulcowe z żeliwa szarego

Zazwyczaj tarcze hamulcowe są wykonane ze specjalnego żeliwa szarego (żeliwa perlitowego). Stop z dodatkiem chromu i molibdenu zwiększa odporność na zużycie i poprawia odporność materiału na pękanie termiczne. Wysoka zawartość węgla zwiększa ponadto szybkość pochłaniania ciepła.

• Tarcze hamulcowe ceramiczne

Tarcze hamulcowe są coraz częściej produkowane z materiałów ceramicznych (ceramika z włóknami węglowymi lub ceramika węglowa). Mają one następujące zalety:

• Wysoka stabilność wymiarowa we wszystkich zakresach temperatur
• Niewielka masa własna
• Dobra responsywność hamulców
• Niezwykle długa żywotność
• Bardzo dobra odporność na zanik hamowania

Oprócz zalet materiały ceramiczne mają następujące wady:

• Słaba przewodność cieplna, co wymaga zastosowania specjalnych materiałów na okładziny hamulcowe
• Bardzo wysoka cena

Ze względu na wysoką cenę ceramiczne tarcze hamulcowe są obecnie stosowane wyłącznie jako wyposażenie dodatkowe w samochodach z silnikami o dużej mocy z wyższych klas.

Hałas podczas hamowania

Pierścień cierny tarczy hamulcowej ma ogólnie tendencję do odkształcania się pod wpływem nagrzewania. Może to prowadzić do powstawania nieprzyjemnych odgłosów i wibracji (szuranie hamulców) podczas hamowania. Aby zapobiec odkształceniu tarczy hamulcowej, renomowani producenci tarcz hamulcowych pracują nad odpowiednimi rozwiązaniami konstrukcyjnymi.

Rodzaje tarcz hamulcowych

Istnieją różne rodzaje tarcz hamulcowych, które służą do regulacji temperatury.

Tarcze hamulcowe wentylowane

Podczas zjazdów z gór pierścień cierny może osiągać temperaturę nawet 700 °C (rozżarzenie do czerwoności). Aby schłodzić przede wszystkim przednią oś, często stosuje się wentylowane tarcze hamulcowe. Mają one znacznie większą powierzchnię, która lepiej nadaje się do wymiany ciepła. Dzięki temu ciepło może być szybciej odprowadzane do otoczenia niż w przypadku tarcz pełnych. Pierścienie cierne wentylowanej tarczy hamulcowej są połączone ze sobą za pomocą mostków w postaci żeber lub wypukłości. Obracająca się tarcza hamulcowa wytwarza podciśnienie, które zasysa powietrze z wnętrza tarczy przez kanał wentylacyjny na zewnątrz.

Tarcze hamulcowe perforowane/rowkowane

Tarcze hamulcowe z otworami lub rowkami charakteryzują się jeszcze lepszym efektem chłodzenia. Mają one również tę zaletę, że są mniej wrażliwe na wilgoć, jednak są droższe i w niektórych okolicznościach mogą generować głośniejsze odgłosy podczas hamowania.

Utrzymanie wartości

Tarcze hamulcowe są narażone na bardzo duże obciążenia mechaniczne i termiczne. Do tego dochodzą czynniki środowiskowe, takie jak rozpryskująca się woda, zanieczyszczenia drogowe i środki odladzające. Dlatego tarcze hamulcowe ulegają naturalnemu zużyciu. Po osiągnięciu granicy zużycia należy je wymienić. Tylko w ten sposób można zapewnić niezawodne działanie układu hamulcowego.

Wielu producentów oferuje obecnie tarcze hamulcowe z powłoką do naprawy układu hamulcowego. Są one pokryte specjalną powłoką, która chroni tarcze hamulcowe przed korozją poza powierzchnią cierną. Tarcze hamulcowe z powłoką zapewniają atrakcyjny wygląd przez długi czas, nawet w przypadku otwartych felg.