Tarcze hamulcowe GIRLING

Doświadczenie GIRLING w produkcji tarcz hamulcowych liczy ponad 50 lat. Obecnie w swojej ofercie GIRLING posiada tarcze zapewniające parametry hamowania identyczne z tymi, jakie gwarantują tarcze montowane fabrycznie przez producentów samochodów (OE). Wszystkie partie tarcz poddawane są badaniom w zakresie parametrów materiału i precyzji geometrycznej. Na krawędzi każdej tarczy hamulcowej GIRLING, oprócz oznaczenia producenta znajduje się także minimalna dopuszczalna grubość wyrażona w milimetrach. Oferta tarcz GIRLING obejmuje ponad 1050 pozycji, w tym tarcze „wysokowęglowe”, co stanowi prawie 98% pokrycia zapotrzebowania rynku.

Historia

Historia motoryzacji, a w szczególności samochodu, związana jest od samego początku ze sportem i wyścigami. Konstruktorzy od zawsze konkurowali ze sobą budując coraz szybsze samochody. Już na początku tego wyścigu zdano sobie sprawę, że samochód należy również bardzo szybko zatrzymać, tym samym wraz z rozwojem silników następował rozwój układów hamulcowych.

Jako pierwsze powstały hamulce bębnowe i taśmowe. Krokiem milowym było opracowanie i wprowadzenie do produkcji w 1914 przez brytyjskiego inżyniera Malcolma Loughead’a (Lockheed’a) systemu hamulców hydraulicznych. Nieco wcześniej, bo już w 1910 roku, zdano sobie także sprawę, że zastosowanie hamulców przy wszystkich kołach pojazdu, znacząco poprawi ich skuteczność.

Jak dotychczas największym osiągnięciem w dziedzinie hamulców, jest opracowanie i zastosowanie w latach 50-tych hamulców tarczowych. Od tego czasu, ta nowatorska konstrukcja zaczęła rewolucjonizować świat motoryzacji.

Zalety hamulców tarczowych

Największą zaletą hamulców tarczowych jest duża zdolność oddawania ciepła. Średnia moc hamowania samochodu o masie 1 tony z prędkości 100 km/h do 0 km/h to około 100 kW. Moc chwilowa może być znacznie wyższa i może przekraczać wartość 1000 kW. Tak duża moc potrzebna do zatrzymania samochodu jest zamieniana na analogiczną ilość ciepła, którą układ hamulcowy musi odprowadzić, aby nie doszło do jego termicznego uszkodzenia – np. stopienia tarczy hamulcowej czy nagłej utraty siły hamowania wywołanej wydobywaniem się gazów z przegrzanego materiału ciernego okładziny. W takich warunkach hamowania, niezaprzeczalnym zwycięzcą jest układ tarczowy. Jego konkurent, hamulec bębnowy przegrywa, gdyż jest układem mocno izolowanym cieplnie, co wynika z jego konstrukcji.

Dużą zaletą układu tarczowego jest także to, że elementy cierne są dociskane do tarczy w kierunku osiowym, a nie promieniowym jak w hamulcu bębnowym i do tego symetrycznie, dzięki temu siły nacisku mogą być bardzo duże. Duże siły nacisku, w połączeniu z materiałem ciernym o wysokim współczynniku tarcia, owocują wysokim momentem hamującym, nawet przy zastosowaniu klocków hamulcowych o niewielkich wymiarach. Gwarantuje to wysoką skuteczność układu i wysoką odporność na przegrzanie gdyż większa, odsłonięta powierzchnia tarcz hamulcowych, to lepsze odprowadzanie ciepła.

Kolejną zaletą hamulców tarczowych jest niska masa i niewielkie rozmiary, a także precyzja dozowania siły hamującej. Siła hamująca w hamulcu tarczowym powstaje na nieco mniejszym promieniu niż w hamulcu bębnowym i nie towarzyszy temu zjawisku efekt samowspomagania. Tym samym jednostkowe naciski powierzchniowe w hamulcach tarczowych, muszą być kilkakrotnie wyższe niż w bębnowych i sięgają 7–8 MPa. Wynika to także z mniejszej powierzchni czynnej elementów roboczych, lecz jest dopuszczalne właśnie dzięki lepszym warunkom odprowadzania energii cieplnej. W rezultacie hamulce tarczowe wymagają stosowania wydajnych układów wspomagania.

Budowa układu hamulca tarczowego jest prosta. Do zewnętrznych powierzchni mocowanej do piasty koła tarczy hamulcowej, wykonanej najczęściej ze staliwa lub żeliwa wysokowęglowego, dociskane są osiowo nakładki cierne (tzw. klocki hamulcowe). Rozwiązanie klasyczne, droższe, to hamulce tarczowe z dwutłoczkowym zaciskiem stałym (sztywnym, nieruchomym). Obudowa zacisku (jarzmo, strzemię) jest mocowana nieruchomo do zwrotnicy lub wspornika koła i przenosi na nie powstające momenty reakcyjne. Hamulec taki jest wytrzymały i efektywny, ale wymaga dużej dokładności wykonania zwrotnicy i mocowań poszczególnych elementów.

Aspekty konstrukcyjne i techniczne

W samochodach popularnych powszechnie stosuje się jedno-tłoczkowe zaciski pływające (wahliwe) lub przesuwne (równolegle do osi koła). Wymagają one mniej miejsca do zabudowy wewnątrz obręczy koła, nadają się więc do nowoczesnych samochodów o ujemnym promieniu zataczania kół przednich, istotnym dla stabilizacji toru jazdy podczas hamowania. Są lepiej chłodzone (od wewnętrznej strony nie ma cylindra hydraulicznego, który mógłby odbierać ciepło od tarczy i okładziny) i mogą realizować także funkcję hamulca postojowego, uruchamianą przez mechanizm mimośrodowy lub kulkowy.

Bardziej kosztowne i skomplikowane rozwiązania wielotłoczkowe, spotyka się w samochodach wyższych klas i pojazdach sportowych. Bezpośredni wpływ na skuteczność hamulców tarczowych i stabilność ich działania ma średnica cylinderków, powierzchnia czynna okładzin i średnica tarczy hamulcowej.

Hamulce tarczowe, są standardowym rozwiązaniem stosowanym na przedniej osi nowoczesnych samochodów osobowych, a coraz częściej stosuje się je również z tyłu, szczególnie w samochodach o większej masie. Ich działanie, a zatem i bezpieczeństwo osób podróżujących samochodem, w dużej mierze zależy od elementu, od którego zyskały swą nazwę – tarczy hamulcowej.

Tarcza obraca się z prędkością dochodzącą do 1500 obr./min, a w wyniku tarcia rozgrzewa się nawet do 900°C, osiągając tym samym jasno żółtą barwę, po czym bywa gwałtownie chłodzona. Jednocześnie wszystkie obecnie produkowane pojazdy są wyposażone w systemy ABS zapobiegające blokowaniu kół pojazdu podczas hamowania, a te najnowsze wykorzystują czujniki prędkości obrotowej koła drugiej generacji współpracujące z pierścieniami magnetycznymi, nierzadko umieszczanymi w korpusie tarczy hamulcowej. Mówiąc o nowoczesnych konstrukcjach warto także zauważyć, iż większość obecnie produkowanych samochodów wyposażona jest w aluminiowe obręcze kół, gwarantujące oprócz zalet czysto technicznych, przede wszystkim estetyczny i elegancki wygląd całego samochodu. Tym samym widoczne stają się elementy układu hamulcowego, a w tym i sama tarcza hamulcowa.

O tym, czy tarcza hamulcowa będzie w stanie skutecznie zatrzymać pojazd i spełnić wszystkie wymagania, o których wspomnieliśmy decyduje kilka parametrów:

• materiał i jakość odlewu,
• jakość obróbki wszystkich powierzchni tarczy,
• jakość montażu tarczy na piaście koła samochodu,
• rozwiązania konstrukcyjne ułatwiające bezpieczny montaż.

Aby spełnić te wszystkie wymagania, produkcja tarcz hamulcowych TRW odbywa się według ściśle określonych, surowych standardów jakościowych. Proces zaczyna się od wysokiej jakości odlewów, zgodnych z odpowiednią specyfikacją producenta pojazdu (OE) i jeszcze bardziej zaostrzonymi wymaganiami GIRLING. Standardowe tarcze wykonywane są z żeliwa szarego perlitycznego z rozmieszczonym równomiernie grafitem płatkowym. Taki materiał o odpowiedniej mikrostrukturze, budowie wewnętrznej pozbawionej wad odlewniczych metalu oraz twardości sprawdza się w większości obecnych na rynku systemach hamulcowych i stosowany jest powszechnie przez wszystkich producentów pojazdów i systemów hamulcowych.

Tarcze „wysokowęglowe”

Niektóre konstrukcje samochodów i stosowane w nich układy hamulcowe bardzo często rozgrzewają tarcze hamulcowe do temperatur ponad 500°C. Częsta praca standardowej tarczy z tak wysokimi temperaturami grozi powstawaniem naprężeń wewnętrznych i odkształceń powierzchni ciernych, czego skutkiem jest odczuwanie drgań na kole kierownicy podczas hamowania. Rozwiązaniem tego problemu są produkowane przez GIRLING tarcze hamulcowe o innym, składzie chemicznym żeliwa, nazywane handlowo „Wysokowęglowymi”.

Tarcze wysokowęglowe GIRLING są dostępne do niektórych modeli samochodów szczególnie narażonych na ciężkie warunki pracy w układzie hamulcowym. Tarcze takie są droższe w produkcji i bardziej kłopotliwe podczas obróbki mechanicznej, do której są stosowane szybkoobrotowe automaty obróbkowe ze specjalnej konstrukcji nożami, a czas ich obróbki jest dłuższy niż w przypadku tarczy standardowej. Tarcze wysokowęglowe charakteryzują się kilkoma ważnymi cechami:

• są bardziej odporne na powstawanie naprężeń wewnątrz materiału spowodowanych gwałtownymi zmianami temperatury
• skuteczniej rozprowadzają ciepło wewnątrz struktury materiału
• lepiej tłumią wibracje powstające podczas hamowania z wysokimi temperaturami, a tym samym nie powodują powstawania wibracji koła kierownicy podczas hamowania

Przedstawione zestawienie ma jedynie charakter orientacyjny. Właściwy dobór tarczy może zostać wykonany jedynie przez wykwalifikowany warsztat samochodowy. Zastrzegamy prawo do błędów w powyższym zestawieniu.