Brzdový kotúč

Brzdový kotúč má zvyčajne podobu disku alebo platničky, ktorá je pevne spojená s nábojom kolesa a otáča sa spolu s ním. Počas brzdenia sa trecí povrch brzdového kotúča stláča medzi brzdovými doštičkami, čím vzniká brzdný účinok.

Brzdový kotúč je jednou z hlavných súčastí kotúčových bŕzd. Najčastejšie má tvar taniera, ktorého okraj tvorí hlavnú treciu plochu zachytenú brzdovými doštičkami. Brzdový kotúč je pevne spojený s nábojom kolesa, a preto sa otáča spolu s celým kolesom. Trecie segmenty v podobe brzdových doštičiek sú umiestnené na kruhovej trecej ploche brzdového kotúča. Brzdové doštičky sú umiestnené v brzdovom strmeni, ktorý sa neotáča spolu s kolesom a je pevne spojený s tehlicou. Zovretie brzdového kotúča vytvára treciu silu, ktorá premieňa pohybovú energiu pohybujúceho sa vozidla na tepelnú energiu.


Materiály brzdového kotúča:

Ideálny materiál brzdového kotúča má nízku hustotu, ktorá ovplyvňuje výslednú hmotnosť brzdy, vysokú tepelnú vodivosť a minimálny koeficient tepelnej rozťažnosti. Pre predstavu si pozrite tabuľku porovnania materiálov:

MATERIÁL HUSTOTA
[kg.m-3]
TEPELNÁ VODIVOSŤ
[W.m-1.K-1]
Koeficient tepelnej rozťažnosti
[x106.K-1]
Sivá litina (3,4% C) 7800 62 10-13
Al-MMC 2700 182 18-25
Keramika + uhlíkový kompozit 1700 300 0,1-1,5
 

V praxi sa brzdové kotúče najčastejšie vyrábajú z temperovanej liatiny alebo oceľovej liatiny. Liatina sa používa z dôvodu lepšej metalurgickej stability, jednoduchšej výroby a nižších výrobných nákladov. Na zlepšenie vlastností materiálu sa používajú legujúce prvky, ako je molybdén, meď, chróm alebo titán. Pomocou týchto prvkov dosahuje výsledná zliatina optimálnejšiu homogénnu štruktúru a lepšie teplotné parametre. Bežné oceľové kotúče strácajú svoju účinnosť približne od teploty 800 °C, po ktorej začnú brzdy slabnúť v dôsledku prehriatia. Prehriatie bŕzd má tiež negatívny vplyv na nadmerné opotrebovanie bŕzd a môže spôsobiť deformáciu brzdových kotúčov. Ďalším častým problémom oceľových diskov je rýchla korózia trecích plôch pri zastavení vozidla.

 

Na opačnom póle trhu sú kompozitné disky pre športové a luxusné vozidlá vyrobené z oceľovej keramiky alebo ešte lepšie z uhlíkovej keramiky. Takéto brzdové kotúče majú vynikajúce tepelné a mechanické vlastnosti – nevyblednú. Keramická zložka zaručuje nadpriemernú trvanlivosť a tepelnú odolnosť. V kombinácii s uhlíkovou matricou majú takéto kotúče veľmi malú tepelnú rozťažnosť a veľmi nízku špecifickú hmotnosť (brzdový kotúč je zvyčajne súčasťou neodpružených hmôt, preto je nízka hmotnosť dôležitá). Vďaka vysokej tepelnej vodivosti sú keramické disky veľmi odolné voči prehriatiu. Bohužiaľ, ich hlavnou nevýhodou je ich značne vysoká cena a tendencia vŕzgať, keď sú studené. Tento typ brzdového kotúča bol totiž pôvodne vyvinutý na pretekárske účely a optimálny brzdný výkon dosahuje pri prevádzkových teplotách do približne 200 °C, čo je pri bežnej jazde nepoužiteľné. Životnosť karbón-keramických bŕzd je v porovnaní s bežnými brzdami mnohonásobne dlhšia, ale nie doživotne, ako často počúvame. Ak zohľadníte kúpnu cenu, ich použitie je vhodnejšie na jazdu na okruhu.


Chladenie brzdového kotúča:

Brzdové kotúče možno rozdeliť na neventilované a ventilované. Odvzdušnenie diskov zabezpečujú axiálne otvory, drážky alebo vnútorné rebrá, pozri obrázky vyššie. Dobré chladenie bŕzd má vplyv na ich účinnosť a odolnosť voči vyblednutiu pri vysokom zaťažení.

Neventilované disky sú štandardnou výbavou väčšiny vozidiel. Ich výroba je najjednoduchšia, a preto sú najlacnejšie. Majú maximálnu kontaktnú plochu pre brzdové doštičky, ale na druhej strane sú náchylné na prehrievanie (spekanie) a vädnutie bŕzd.

Ventilované – vŕtané kotúče sa vyznačujú veľkým počtom otvorov prechádzajúcich brzdnou plochou. Cieľom vŕtania otvorov do diskov je zabezpečiť cestu pre rýchlejší odvod tepla. Plyn nahromadený počas brzdenia môže uniknúť cez vyvŕtané otvory a nie je zachytený medzi povrchom kotúčov a doštičiek. To zohráva dôležitú úlohu pri možnom zahrievaní brzdových doštičiek a vädnutí bŕzd pri vysokom zaťažení. Vŕtané disky sú tiež o niečo ľahšie. Na druhej strane otvory oslabujú štruktúru disku, čo môže viesť k vzniku trhlín. Vŕtané kotúče pôsobia čiastočne ako brúska, takže sa brzdové doštičky opotrebúvajú o niečo viac.

Ventilované – drážkované disky sa vyznačujú drážkami na trecej ploche. Drážky odstraňujú prach z brzdových doštičiek a zabraňujú ich spekaniu. Drážkované kotúče bývajú pri brzdení hlučnejšie. Drážky slúžia aj ako indikátor opotrebovania disku.

Ventilované – vnútorne chladené disky sú charakteristické špirálovým labyrintom, ktorý akoby spájal dvojicu diskov. Disk však tvorí jeden celok. Keď sa brzdový kotúč otáča, vnútorné kanály v tvare špirály spôsobujú prúdenie vzduchu, ktorý účinne odvádza teplo z brzdových kotúčov. Ďalšou výhodou je, že vnútorne chladené disky sú konštrukčne širšie, majú vyššiu pevnosť v ohybe, a preto sú menej náchylné na možné tvarové deformácie.

 


Konštrukcia brzdového kotúča:

Plné brzdové kotúče – sú vyrobené z jedného kusu, do tejto kategórie patrí väčšina bežne používaných brzdových kotúčov. Výhodou jednodielnej konštrukcie je jednoduchá montáž a výroba, t. j. z toho vyplývajúce nízke náklady. Medzi nevýhody patrí vplyv tepelnej rozťažnosti, ktorá v prípade pevného disku spôsobuje vnútorné napätie v celom disku. Tepelné namáhanie môže mať za následok trvalé skrútenie disku. Ďalšou nevýhodou je prenos tepla z disku na náboj kolesa a jeho ložiská, čo znižuje ich životnosť. Tomu sa dá čiastočne predísť použitím kotúča v tvare hrnca, ktorý predlžuje tepelnú dráhu do stredu kotúča.

 

 

Delené brzdové kotúče – hoci sú konštrukčne zložitejšie, majú jednu veľkú výhodu, môžu kombinovať dva rôzne materiály, pretože sú rozdelené na dve časti – ráfik a strmeň. Napríklad korunka môže byť vyrobená z tvrdenej liatiny s vysokým obsahom uhlíka a šálka zo špeciálnej hliníkovej zliatiny. Vďaka vhodnej kombinácii konštrukčných materiálov je výsledný brda disk nielen ľahší, ale predovšetkým umožňuje oveľa lepší odvod tepla.

 

Veniec a rotor môžu byť spojené pohyblivým spôsobom. Liatinový veniec sa môže mierne pohybovať v axiálnom smere (smerom von) vzhľadom na rotor. Vďaka tomuto riešeniu je menej pravdepodobné, že sa dvojdielne disky budú deformovať alebo prasknú v dôsledku nadmerného tepla.

Ďalšou výhodou je úspora nákladov, ak len vymieňate opotrebovaný liatinový veniec.


Teplotné namáhanie brzdových kotúčov:

Tepelné namáhanie brzdy je jedným z hlavných problémov pri konštrukcii bŕzd. Pri bežne používaných materiáloch, ako je sivá liatina, sú kritické teploty až okolo 700 °C. Označuje sa ako teplota červeného tepla. Pri tejto teplote trecie plochy vyhrievaných brzdových kotúčov žiaria v okolí jasne červenou farbou. Táto teplota nepredstavuje pre sivú liatinu problém z pevnostného hľadiska, pretože teplota tavenia je až 1150 °C. Problémom sú štrukturálne zmeny v materiáli a s tým spojený vznik lokalizovaných oblastí s odlišnými vlastnosťami. Takto poškodené brzdy strácajú účinnosť a životnosť a počas brzdenia vibrujú.

 


Na počítačovej simulácii je vidieť rozdiel medzi neventilovanými diskami a diskami s chladením.


Vedeli ste, že …?

Disky s integrovanou parkovacou brzdou – parkovacia brzda je vo väčšine prípadov mechanicky ovládaná. Páka ručnej brzdy pôsobí prostredníctvom tiahla na brzdové čeľuste a vytvára brzdný účinok. V prípade kotúčových bŕzd sa takáto metóda nedá použiť, pretože by boli potrebné oveľa väčšie ovládacie sily. Preto niektoré vozidlá používajú kombináciu kotúčových a bubnových bŕzd. Brzdový kotúč má teda treciu plochu pre brzdové doštičky aj pre bubnové čeľuste (čeľuste), pozri obrázok.