A fékrendszerek fejlődése: Karbon-kerámia, szinterezett és organikus fékbetétek összehasonlítása

Az elmúlt években egyre többen követjük figyelemmel a különböző gyorsasági autó- és motorversenyek közvetítéseit, sőt aki teheti élőben is meglátogat egy-két versenyt. Ezeken legtöbbször a félelmetes csúcs- és kanyarsebességek, látványos kigyorsítások nyűgöznek le minket, azonban - mint az utcai közlekedés vonatkozásában is már-már közhellyé vált tény - a fékezések ugyanolyan fontosságúak, mint a fenti látványelemek. A közvetítések közben, motoros médiumokban, tuning-termék ismertetőkben, ha valami űr-extra-tudományos műszaki megoldásról van szó, általában a karbon-szó a top 3-ban van. Nehéz? Karbon! Melegszik? Karbon! Nem néz ki jól? Karbon! Ja, és nincs fék? Karbon!

A fékezés alapjai és kihívásai

Miként is áll meg a motorkerékpár? A motor a haladása közben tömegéből és sebességéből adódóan adott mozgási energiával rendelkezik. Fékezéskor a fékbetéteket a féktárcsa/fékdob súrlódó-felületére passzírozva ezt igyekszünk a bekanyarodáshoz/megálláshoz megfelelő szintre vagy nullára csökkenteni, de mivel ez áldozatok nélkül nem megy, az energiát hővé alakítjuk, amely a fékrendszer elemeit, illetve ezen keresztül a környezetet melegíti. A fékezés hatására a motor eleje “összeül”, az összenyomott első rugók a kereket az útfelületre nyomják, a gumiabroncs összenyomódik és ezáltal nagyobb felületen érintkezve még inkább növeli a súrlódási erőt, amely a lassulást még jobban elősegíti. Ennyire egyszerű!

A fékbetétek súrlódó-felületre való passzírozásakor fellépő igénybevétel hatására ezek az elemek kopnak. A súrlódás másik következménye az energia felzabáltatása közben a melegedés, amely gyorsítja a kopást, illetve csökkenti a fék hatékonyságát. A melegedés hatására a fékbetétek anyagába beszivárgott nedvesség „felforr”, a gőzbuborékok a súrlódó felületek közé kerülve csökkentik a fék hatékonyságát.

További gubancok jöhetnek, amikor a fék hatékonyságát méretváltoztatással akarjuk növelni: ha a féktárcsa átmérőjét növeljük, nagyobb erőkaron fejti ki hatását a fékbetét: fékezési nyomaték = erőkar x fékezőerő, azaz nagyobb erőkar x fékezőerő = nagyobb fékezési nyomaték. A nagyobb féktárcsa viszont több anyagot igényel, tehát nehezebb, mindezt megforgatva tehetetlenségi nyomatéka méretéből és tömegéből adódóan még nagyobb, azaz kanyarodáskor nem nagyon akar majd az eredeti forgási síkjából kitérni, tehát a kormányzási erő-szükséglet nagyobb lesz. Hát akkor csökkentsük a tárcsa vastagságát (ezzel tömegét) és csak a nagy átmérőre koncentráljunk! Logikusnak tűnik, ezzel viszont a hőleadási képesség csökken, a működési hőmérséklet magasabb lesz, amely hatékonyság-csökkenést, hosszabb féktávot, továbbá gyorsabb kopást, tárcsa-vetemedést, stb. okoz. A méretnövelés tehát segíthet, de kompromisszumokat kell kötni.

A komoly fékezéskor erős melegedés lép fel, amit viszont az acél/öntött vas nem visel el. Kell egy könnyű, kopásálló, magas hőmérsékletet elviselő anyag. Na itt jött a képbe a karbon!

Karbon felni útmutató

Fékrendszerek evolúciója: a dobféktől a tárcsafékig

A fékrendszer az autó egyik legfontosabb biztonsági eleme. A biztonságos és folyamatos lassítás érdekében a féktárcsa mellett fékbetétre is szükség van. A tárcsafék olyan fékberendezés, amely a kerékkel együtt forgó féktárcsára ható súrlódással lassítja, illetve állítja meg az autót. A technika fejlődésével párhuzamosan a mérnökök folyamatosan újabb és újabb reformötletekkel álltak elő. A féktárcsákat eredetileg a motorsport számára fejlesztették ki. A sportban elért sikerek után az 1960-as években már a közúti gépjárművek első kerekeire is felkerült.

A korábban használt dobféknek számos gyenge pontja volt a kialakításából származóan: hőmérsékleti problémák, torzulás, fékhatékonyság-csökkenés, nagy kopás és zaj jellemezte. Bár a dobfék átlagos használatban nem rossz szerkezet, amit talán az is mutat, hogy egyes vadonatúj elektromos autók hátsó kerekeit is ilyenek lassítják, a tárcsafékek több előnyt hordoznak magukban hozzájuk képest. Egyrészt hatásosabbak, másrészt jobb hűtésük révén jobban bírják a tartós, vagy ismételt fékezést, harmadrészt - azonos hatásosság mellett - könnyebbek, mint a dobfékek. A MotoGP történetében a 70-es években jelentek meg a tárcsafékek, amelyek hatékonysága idővel egyre nőtt még a „hagyományos” anyagok alkalmazásával is.

Karbon-kerámia fékrendszerek: A csúcstechnológia

A karbon fékeket először nagy teljesítményű és nagyméretű katonai repülőgépeken alkalmazták, ahol a magas költséget ellensúlyozta a kisebb tömeg, az alacsony karbantartási igény és a hosszú élettartam. Szériagyártásban gépjárműveken először a Porsche alkalmazott karbon-kerámia fékeket 2001-ben, majd mások is követték (pl. Ferrari Enzo).

Karbon-karbon vs. Karbon-kerámia

A versenysportban és az utcai célokra használt anyagok és működésük között alapvető különbség van. A versenygépeken ún. karbon-karbon tárcsákat használnak, míg utcai használatra ún. A karbon-karbon megfogalmazás mögött kétféle állapotú karbon elegye áll: a szilárdságot biztosító szénszálak és az anyagszerkezetet megerősítő amorf szén (mint az elektromos motorok szénkeféiben) keveréke. A karbon-karbon féktárcsák és fékbetétek akár még a versenyek során látványos, vörösen izzó állapotukban is képesek tartósan és megfelelően üzemelni, míg ilyen körülmények között a fém tárcsák már anyagszerkezeti változást szenvednének.

A karbon-kerámia, mint féktárcsa és fékbetét anyag a hétköznapi autókban (már amennyire a Porsche-k, Ferrari-k és társaik agy nevezhetők…) történő, elérhető(?) költségű alkalmazás kapuit megnyitó választás volt, mivel e párosítás előállítási költsége a karbon-karbonénak kb. negyede. Tulajdonságait tekintve szintén kiemelhető a kiváló fékhatás még erősen felmelegedett állapotban is, illetve a karbon-karbonnal ellentétben már „hideg” állapotban is működőképes.

Vásárlási útmutató Honda Civic alkatrészekhez

A karbon-kerámia fékek előnyei

A karbon-fékek előnyeit hosszan lehet sorolni, a legfontosabbakat megpróbáltuk csokorba szedni: A karbon alkalmazásával kiváló hatékonyságú fékrendszert kapunk, a tárcsa és a betétek gond nélkül elviselik a komolyabb fékezésekkor fellépő magas hőmérsékleteket is. A specifikus felhasználási területeken (pl. repülőgépek) a bekerülési költséget ellensúlyozza az alacsony karbantartási költség és a kis tömegből adódó üzemanyag-megtakarítás, így ezen esetekben gazdaságosnak minősíthető.

További előny, hogy a karbontárcsa tömege kb. fele az acéltárcsáénak, amely több szempontból is előnyös: kisebb az első futómű rugózatlan tömege, kisebb a sokat emlegetett giroszkóp hatás, tehát könnyebb a kanyarodás, nagyobb a stabilitás; kisebb a tehetetlenségi nyomaték, tehát a forgó tömeg felgyorsítási és lelassítási hajlandósága is nagyobb; a versenysportban kevésbé lényeges, de a fogyasztásra is jó hatással van az előbbiek miatt. A szénszál erősítéses kompozit alapanyag máris sejteti a kerámia féktárcsa egyik legnagyobb előnyét a vastárcsával szemben. Mivel a vas sűrűsége köbcentinként 7,8 gramm, a karbon-kerámiáé azonban még az alumíniumnál is kevesebb, csupán 2,3 gramm, ezért azonos külső méretek mellett a karbon-kerámia tárcsa sokkal könnyebb lehet. Konkrétan kevesebb, mint feleannyit nyom, mint egy hasonló méretű vastárcsa. Ha ezt négy tárcsára vetítjük, akkor mérettől függően akár 25-30 kiló is megspórolható a karbon kerámia tárcsákkal.

A mai világban, amikor a fogyasztás és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése érdekében ádáz küzdelem folyik grammok megtakarításáért (vagy azért, hogy amit megspóroltak, azért cserébe újabb extrákat építhessenek be az autóba), már önmagában a tíz kilókban mérhető csökkenés sem közömbös, de a tömegcsökkentés kerekenként nézve is egyértelmű előnyökkel jár. Kisebb a rugózatlan tömeg, ami egyszerre javítja a vezethetőséget és az utazási kényelmet. A könnyebb féktárcsa miatt kisebb tömegű kereket a rugózás-csillapításnak egyszerűbb a földhöz ragasztani, vagyis javul a tapadás, aminek mind gyorsításkor, mind kanyarodáskor, mind fékezéskor csak előnyét látni. Az össztömeg csökkentése kedvezően hat az autó gyorsulóképességére, azonban nemcsak emiatt. Mivel a kerekekkel együtt a féktárcsák is forgó tömegek, ezért amikor az autót gyorsítják, nemcsak az össztömeget kell egyenes irányú lendületbe hozni, hanem a forgó tömegeket is fel kell pörgetni, ami szintén teljesítményt igényel. Minél kisebb tehát a forgó tömeg, annál jobban gyorsul az autó.

A műanyag-jellegű kerámia alapanyag használata azzal a műanyagok esetében jól ismert előnnyel is jár, hogy nem hajlamos a korrózióra. A karbon-kerámia féktárcsa nem rozsdásodik, és nincs kitéve az ebből eredő kopásnak sem. Szintén az alapanyag-választásból eredő előny, hogy a karbon-kerámia féktárcsák az ismételt erőteljes fékezések hatására nem tágulnak, illetve nem hajlamosak olyasfajta a deformációra, mint a vastárcsák. Ebből következően nem romlik a pedálérzet, és ez is összefügg azzal az el nem hanyagolható előnnyel, hogy a kerámiaféket szinte nem lehet túlterhelni. A kopási és élettartambeli tényezői sokkal jobbak az acéltárcsákénál (utóbbi kb. 150-300 ezer km az élettartama, ami az acél tárcsákhoz viszonyítva akár négyszeres szorzó lehet). Normális, utcai használatban majdnem biztosra vehető, hogy az autó egész élettartama alatt nem kell féktárcsát cserélni, de még versenyszerű használat mellett is tízszeres élettartammal lehet számolni a vastárcsákhoz képest. A kopásmentesség környezeti előnyt is hoz magával.

A karbon-kerámia fékek hátrányai és használata

Ahogyan az előnyök között többször megjegyzésre került, a karbon fékek egyik nagy hátránya, hogy igen érzékenyek a hőmérsékletre: üzemi hőmérsékleti tartományuk alsó értéke alatti értékek esetén (400°C) fékhatás gyakorlatilag nincs, ilyenkor azonban kopásuk is jelentős. Nedves körülmények között az üzemi hőmérséklet elérése és annak megtartása még nehezebb az „extra hűtés” miatt, így a fékhatás gyengesége és a fokozott kopás miatt ilyen körülmények között nem használhatók ki a karbon előnyei.

tudnivalók a karbon kipufogóvégekről

Hogyan használandó a karbon-fék? A karbon fékek használati módja főképp az üzemi hőmérséklethez kötődő tulajdonságok miatt alapvetően eltér az acéltárcsás fékekétől. Mivel hideg állapotban a fékhatás elenyésző, először fel kell melegíteni a tárcsát és a betéteket. Ezt követően a fékhatás megérkezik, de hogyan? A kb. 400°C-os küszöb eléréséig, a fékezés első pillanataiban nem történik „semmi”, majd amint ezt átlépi a hőmérséklet (kb. 100°C/0,1 sec) a fékhatás megérkezik, de olyan brutálisan, hogy pontosan emiatt kell a pilótának nagyon észnél lennie, ha nyeregben akar maradni. A kerámiafék hidegen, jellemzően ugye városban hallhatóan csikorog, nyikorog, darabos, s mintha nem fogna… Fog persze, csak nem erre, nem a csorgásra találták ki, hanem az extrém pályázásra féktávtól féktávig, arra, hogy üzemmelegen fáradhatatlanul és zokszó nélkül lassítsa az autót.

A sok-sok előnyt azonban nem mérik ingyen. A karbon-kerámia fékrendszerek még a nagy teljesítményű sportautók jelentős részéhez is csak felár, méghozzá forintban kifejezve milliós nagyságrendű felár ellenében rendelhető meg. Az egyik legfrissebb típushoz, a Mercedes SL 55 AMG-hez például több mint négymillió forintért kínálják ezt az extrát. A Tesla a Model S Plaidhez kétszer ennyiért, 20 000 dollárért, azaz több mint nyolcmillió forintért kínál karbon-kerámia fékrendszert. A válasz mindjárt a felhasznált anyagokkal kezdődik. Bármilyen szénszál alapú tárgy kerül szóba a horgászbotoktól kezdve spojlerekig bezárólag, egyik sem az olcsó kategóriát gazdagítja. De ugyanez igaz a felhasznált epoxigyantákra és a többi felhasznált anyagra. Miközben az anyagköltség sem alacsony, legalább akkora, ha nem még nagyobb tétel a gyártási eljárás. Itt elegendő talán a formában sütést felemlegetni, ami órákat, de akár napokat is igénybe vehet. Ráadásul rengeteg a kézimunka. A hűtőbordákat például a két síktárcsa között úgy alakítják ki, hogy egyesével illesztik a helyükre azokat a betéteket, amelyek helyén majd a légrés tátong. Ezek miatt a tárcsák gyártási átfutási ideje hetekben mérhető. Az alapanyagok árát és a gyártás körülményességét és hosszú időtartamát figyelembe véve talán érthető, hogy a karbon-kerámia tárcsák nem tömeggyártmányok, inkább manufakturális termékek. Vagyis sokkal kisebb számban készülnek, ami végül is egy újabb árfelhajtó tényező.

Fékbetétek típusai és jellemzőik

A fékbetétek különböző anyagokból, pontosan anyagkeverékekből készülnek, amelyek rendre acélból készült hátlaphoz vannak ragasztva. Talán ritkábban találkozni fékbetéttel kapcsolatos kérdésekkel a fórumokon, mint a „milyen olajat tegyek a motoromba” témával, holott legalább ilyen fontos kérdés. Ugyanis az egyikkel hidegen lesz nyúlós a fékhatás, míg amelyik remekül fog az első méterektől, az később a túlmelegedés miatt okozhat csalódást.

Organikus fékbetétek

Olyan szerves alapanyag, mely szálak és töltőanyagok keverékéből készül, amit gyanták egyvelegével rögzítenek egymáshoz. Egyes organikus termékekhez ma már olyan összetevőket használnak, mint a kevlár- és a szénszál, hogy növeljék a tartósságot. Ezek jellemzően lágyabb felépítésű betétek, ami változatosabb és progresszívebb visszajelzést biztosít a tárcsához préselődés során. Ez ellentétben áll a szinterezett változatok hirtelen tapadásával, „harapásával”, ahogy a motorosok emlegetik, tehát ez nagyobb kontrollt biztosít alacsonyabb sebességnél. Továbbá az organikus kivitelek kevésbé kopnak, így alkalmi motorosoknak, akik nem akarják gyakran cserélni a tárcsákat, egyben nem járnak pályázni, előnyös választás lehet. Ez eddig egészen jól hangzik, de hátránya is van: hogy gyorsabban kopik és kevésbé tűri a nagy hőterhelést, így pályafelhasználásra nem alkalmasak, hiszen ha elérik a maximális üzemi hőmérsékletet, gyorsan elmelegednek és egyszerűen nem tudunk majd megszokott módon lassítani.

„Kerámia” fékbetétek (Organikus típus)

Kerámia fékbetétek tényleg jobban működik, és mit csinálnak pontosan? Ez az a kérdés, amit sokan feltesznek, és a válasz valójában az, hogy ez csak egy jelző szó egy organikus fékbetétre, ami kevesebb fémszállal, és esetleg műszállal készült. Kerámia fékbetétek általános elnevezése a betétek azon csoportjának, amit NAO-ként, vagy azbesztmentes fékbetétekként ismertek. Az EBC Brakes volt természetesen az úttörője ennek a technológiának, visszanyúlva a 70 éves gyökerekhez, amikor még része volt a BBA csoportnak, és gyártott ilyen termékeket, amit Top Dog néven ismertek az Egyesült Királyságban. A Kerámia fékbetétekben Aramid szálakat használnak, és biztosan NEM kerámia szálakat, ugyanis, habár néhány Távol-keleti gyártó éppenséggel Kerámia szálakat használ, az rákkeltő hatású, és majdnem olyan veszélyes, mint az azbeszt. Az organikus betéteket jó hírű beszállítók készítik, amik kis mennyiségben TARTALMAZHATNAK keramikus részecskéket, (nem szálakat) szemcse formában, de ez csak egy adalékanyag, a többi természetes úton kibányászott érc mellett, ami megszokott a fékbetétekben úgy, mint a vermikulit vagy a barit kristályok, amik segítségével elkészülnek a megfelelő fékbetétek. Ha olyan autónk van, ami kerámia fékbetétekkel van szerelve, és a kereskedő vagy a szerelőnk azt javasolja, hogy cseréljük ki kerámia alapú fékbetétre, akkor mondjuk meg neki, hogy olvassa el ezt a cikkel, mert valójában nincs különbség.

Szinterezett fékbetétek

Szinterezés során hő és nyomás hatására összeolvadnak a fémrészecskék, és egy rendkívül magas kopásállóságú anyag jön létre. Ebből fakadóan jól alkalmazhatóak az ilyen betétek nagyobb igénybevételre, például versenypályán vagy egésznapos hágózásokon. A szinterezett fékbetétek még szélesebb működési tartománnyal büszkélkedhetnek, tapadásuk alig változik az első méterektől a legkeményebb féktávokig. Emellett jól kezelik az extrém hőterhelést, és jellemzően tovább tartanak, mint a fenti típusok, ráadásul még esőben és sárban is jól teljesítenek. Igen ám, de legyünk vele tisztában, a szinterezett betétek fékezéskor zajosabbak, mint az organikusak, drágábbak is, sőt - miként a zaj is utal rá - nagyobb kopást okoznak a féktárcsákon! Kerámiaszálak és nemvas fémszálak felhasználásával készülnek, amelyeket extrém nyomáson és hőmérsékleten préselnek össze. A képlékeny fémszálak mérsékelt súrlódási együtthatóval rendelkező súrlódási anyagot eredményeznek a jó kezdeti „tapadás” érdekében, míg a hőálló kerámiaszálak és a kötőanyagok csökkentik a fékbetétek hőbomlását és gázosodását, amelyek hozzájárulnak pályán a fékezés „elhalványulásának”, azaz a fékhatás csökkenésének elkerüléséhez.

Félig szinterezett fékbetétek

Kiváló alternatíva azok számára, akik a szinterezett és az organikus betétek erényeit keresik egy betétben. A félig szinterezett típusok, mint például egyes EBC egyes betétei fékbetétek, ötvözik a szinterezett betétek élettartamát az organikus változatok alacsony kopásával és progresszív érzetével.

Brembo és SBS fékbetét típusok áttekintése

A bevált lehetőségek motortípusonként változóak, érdemes a típus szerinti fórumokon (pl. PONTOSAN olvasd el a csomag tartalmát - ezt minden fékbetétnél feltüntetjük. Általában tárcsánként kell egy készlet! A Brembo és SBS széles választékot kínál különböző felhasználási területekre, legyen szó utcai használatról vagy versenypályáról.

A fékek jövője és a mindennapi használat

Tehát akkor miért is kell nekünk a karbon-fék? Egyelőre úgy tűnik, hogy marad a versenyzők és a Porsche-, Ferrari-tulajdonosok „úri huncutsága”, a hétköznapi használatban a jelenlegi megoldások jó eséllyel még sokáig megmaradnak, mivel előállítási költségük és hatékonyságuk megfelel a jelenlegi nagyszériás közlekedési eszközök komfortos, biztonságos és gazdaságos üzemeltetéséhez. Nekünk, utcai halandóknak jó lesz a gyári rendszer is. Sokan szeretnének jobb fékhatást, ezért különböző betétekkel, tárcsákkal "variálnak".

Itt azonban érdemes lehet megállni még egy pillanatra. A karbon-kerámia féktárcsákat többnyire nagy teljesítményű belső égésű motoros sportautókhoz kínálják. A jövő azonban állítólag az elektromos autóké, amelyek annyira nem használnak féket (mert elektromosan lassítanak), hogy egyes gyártók hátulra egyenesen dobfékeket szerelnek. Éppen ez a korróziós indok az egyik, ami miatt helye lehetne a korrózióra érzéketlen karbon-kerámia féktárcsáknak az elektromos autókon. A másik érv sokkal prózaibb és hétköznapibb. A legerősebb sportautókat egyre inkább nem belső égésű motor, hanem elektromotor hajtja, ezzel azonban együtt jár a tömeg növekedése is. Nagyobb tömeget pedig csak hatásosabb, és a hosszú, vagy ismétlődő fékezést jobban bíró fékrendszerrel lehet lassítani, illetve megállítani. Azaz leginkább karbon-kerámia fékekkel, nem véletlen, hogy a Porsche Taycanhoz és a Tesla erőteljesebb modelljeihez is kínál ilyet a gyártójuk.

tags: #karbon #keramia #fekbetet #sinter #összehasonlítás

• Felső motorvédő burkolat Golf IV-hez
• Jinma kuplung alkatrész útmutató
• Tiguan kulcs nélküli nyitása
• teljes körű Ford szervizszolgáltatások Sopronban
• Elektronikai hibaelhárítás Toyotákhoz