Klocki hamulcowe – świadomy wybór

Sprowadzane z zagranicy kilku i kilkunastoletnie samochody to podstawa koniunktury na tzw. aftermarkecie.

Przykładem są części układów hamulcowych, a w szczególności klocki i szczęki hamulcowe. Dość powszechne mniemanie, że dobry klocek hamulcowy to taki, który nie piszczy, nie pyli i pozwala przejechać 100 tys. km jest odczuciem drugorzędnym. Podstawowy wymóg to skuteczność hamowania, a więc stabilny, wysoki współczynnik tarcia materiału ciernego w każdych warunkach. Czym więc kierować się przy wyborze klocków hamulcowych? Jakie stosować kryteria?

Charakterystyki hamowania

Oto garść podstawowych informacji, które mogą być pomocne przy ocenie i doborze właściwych dla nas klocków hamulcowych. Dane te bazują na badaniach i praktyce firmy Ferodo, jednego z głównych dostawców tych elementów do większości producentów samochodów w Europie i USA

(74% najlepiej sprzedających się aut w Europie wyposażonych jest oryginalnie w klocki Ferodo).

Dobry klocek hamulcowy to taki klocek, którego materiał cierny zapewnia:

a. stabilny, wysoki współczynnik tarcia w niskich i wysokich temperaturach (na ogół

0.37 w zakresie temperatur 0 - 500°C) - wyrażany zależnością µ = f (T)

b. stabilny, wysoki współczynnik tarcia przy różnych prędkościach jazdy - zależność µ = f (v)

c. stabilny, wysoki współczynnik tarcia przy różnych ciśnieniach w układzie hamulcowym -zależność µ = f (p)

d. odporność na tzw. zjawisko fadingu (krótkotrwałego spadku współczynnika tarcia, występującego po kilku hamowaniach po rozpoczęciu jazdy) - µ = f (z, t)

e. szybki powrót do własności pierwotnych po hamowaniu (szybka regeneracja, głównie temperaturowa) - µ = f (t, T)

f. zdolność do cichego hamowania i bez wibracji

g. niskie zużycie klocków i tarcz hamulcowych

Graficznie, wymagania te można przedstawić w postaci zależności (infografika)

Idealną sytuacją byłaby taka, gdyby współczynnik tarcia, a zatem i stabilność hamowania, był stały w całym obszarze hamowania. Jednak praktyka jest nieco odmienna. Przykładowe

charakterystyki hamowania (zależność współczynnika tarcia od prędkości podczas hamowania przedstawia Rys. nr 1)

Prowadzone badania testowe z reguły dotyczą serii hamowań z prędkości 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160 km/h do zatrzymania. Przykładowe, rzeczywiste przebiegi współczynnika tarcia przy takich testach pokazano na Rys. nr 2.

Analiza przebiegów wskazuje, że przy niższych prędkościach wzrost współczynnika tarcia podczas hamowania jest stosunkowo duży. Może to być przyczyną nieoczekiwanych pisków. (im większy współczynnik tarcia lub im gwałtowniejszy jego wzrost, tym większa podatność materiału ciernego na piski). Hamowanie z wyższych prędkości powoduje w tym materiale:

1. obniżkę współczynnika tarcia z początkowego ok. 0.45 (przy hamowaniu z prędkości 60 km/godz.) do ok. 0.35 (przy hamowaniu z prędkości 140 km/godz.), czyli o ponad 23% - przy dopuszczalnym normatywnie spadku ok. 15%

2. zmianę charakteru jego przebiegu (na "nieckowy") co także może być przyczyną pisku na początku i końcu hamowania

3. stosunkowo duży spadek współczynnika tarcia (a więc i skuteczności hamowania) wraz ze wzrostem temperatury klocka (przy hamowaniu z 160 km/godz., współczynnik ten spada do ok. 0,29 - z 0,45 przy prędkości 40 km/godz.)

Rys. 3 pokazuje przykładowe przebiegi zmian współczynnika tarcia w funkcji początkowej prędkości hamowania (dla różnych materiałów ciernych klocków).

Żółta linia określa dobry materiał (duża stabilność prędkościowa). Czerwona linia charakteryzuje materiał cierny o złej jakości.(skuteczność hamowania przy prędkości 120 km/h jest ok. 30% niższa niż przy prędkości 40 km/h). Co to oznacza w praktyce można sobie łatwo wyobrazić.

Przemawiającą do wyobraźni jest analiza stabilności temperaturowej materiału ciernego klocka. Przykładowo pokazuje to rys. 4.

Do temperatury ok. 150°C, wszystkie materiały zachowują się sposób zbliżony. Dopiero powyżej tej temperatury różnice pomiędzy poszczególnymi materiałami radykalnie się powiększają. Przy temperaturze ok. 250°C, współczynnik tarcia materiału A (fioletowa linia) spada do poziomu ok. 0.22. Porównując tę wartość np. z odpowiadającym punktem na linii żółtej (0.41), różnica wartości jest prawie dwukrotna. Można z dużym przybliżeniem przyjąć, że przy temperaturze 300°C, droga hamowania przy użyciu klocków z materiału A będzie

dwukrotnie dłuższa niż w przypadku zastosowanego materiału Ferodo.

Kolejną właściwością materiału ciernego, cenną przy ocenie jakości klocków, jest jego podatność na zjawisko fadingu.

Rysunek nr. 5 przedstawia to zjawisko w sposób graficzny. Po założeniu nowych klocków hamulcowych i kilku hamowaniach zmniejsza się chwilowo współczynnik materiału ciernego, a więc skuteczność hamowania. Zjawisko to jest o tyle niebezpieczne, że kierowca, niespodziewanie, wciskając pedał hamulca, nie odczuwa efektu hamowania. Gdy efekt ten wystąpi przy większej prędkości samochodu, szczególnie jadącego w kolumnie pojazdów, efekt hamowania może być niebezpieczny. Zjawisko spadku współczynnika tarcia po 8 hamowaniach szczególnie drastycznie obrazuje przebieg różowy (materiał B). "Brak hamulca" po kilku hamowaniach jest szczególnie wyczuwalny przy materiałach klocków kiepskiej jakości.

Dobre klocki mają ten spadek realnie niewielki. Wiąże się ono z uwalnianiem żywic fenolowych z materiału klocka przy określonych temperaturach i chwilowym "smarowaniem" tarcz (do momentu odparowania żywicy z tarczy). Niektórzy producenci wyżarzają wstępnie klocki by zmniejszyć efekt fadingu. Jednakże zjawisko to, choć w znacznie mniejszym stopniu, występuje zawsze po kolejnym uruchomieniu pojazdu. Tym mniej odczuwalne im lepsza jest jakość materiału ciernego.

Rada dla warsztatu

Nasuwa się zatem prosty wniosek pod adresem wszystkich warsztatów samochodowych montującym klocki hamulcowe. Przed oddaniem samochodu w ręce klienta powinno się dokonać jazdy próbnej z kilkunastoma ostrymi hamowaniami. Uniknie się w ten sposób wielu komentarzy oraz niepotrzebnego rozczarowania kierowcy. Rzeczywisty obraz zachowań rożnych popularnych klocków hamulcowych sprzedawanych na rynku polskim przedstawiono na rys. 6. (test AMS)

Linia żółta obrazuje przebieg współczynnika tarcia materiału Ferodo, który używany jest w nowej, ekonomicznej ofercie klocków FSL, zastępującej dzisiejszą grupę produktów Target. Pozostałe linie obrazują własności "temperaturowe" kilku najbardziej popularnych na rynku klocków hamulcowych. Wartości ich współczynników tarcia dla różnych temperatur nie są zbyt stabilne (zwłaszcza klocków BiC), co powoduje niejednolitą skuteczność ich hamowania przy różnych temperaturach. Wyraźnie spadkowe są również wykresy współczynników tarcia wraz ze wzrostem początkowej prędkości hamowania dla tych konkurencyjnych materiałów ciernych.

Zdając sobie sprawę z uciążliwości odczytu tego typu informacji dla przeciętnego użytkownika pojazdu, ograniczę się tylko do tych kilku danych, które, być może, posłużą mechanikom samochodowym do lepszego zrozumienia niektórych ważnych zjawisk i procesów występujących podczas hamowania i związaną z tym potrzebą głębszej analizy instalowanych klocków. Oczywiście nie wszystkie te dane są w posiadaniu warsztatów samochodowych, ale warto by były one prezentowane chociażby podczas szkoleń czy publikacji wewnętrznych.

Na wysokich tonach

Piski w układzie hamulcowym są efektem wibracji powodowanych przez siły tarcia powstające pomiędzy klockami hamulcowymi, a tarczą. Im większy jest współczynnik tarcia materiału ciernego, a także jego wzrost w trakcie hamowania, wynikający z charakterystyki materiału lub czynników zewnętrznych, np. absorbcji wody, tym większa jest energia przekazywana tarczy hamulcowej, a przez to większa podatność na generowanie pisków.

Dodatkowo wibracje (a więc i piski) mogą wzmacniać niesprawne elementy układu hamulcowego i zawieszenia, w szczególności:

 tarcze hamulcowe o nierównomiernej grubości (powyżej 0,02mm) i biciu poprzecznym przekraczającym 0,05mm, (również tarcze pokryte czarną rdzą po długim postoju)

 nadmierny luz na zamocowaniach lub prowadzeniach klocków

 luzy w łożyskach kół i elementach zawieszenia

 Powstawaniu pisku sprzyja:

- dłuższe parkowanie, podczas którego tarcze hamulcowe ulegają utlenianiu, a materiał cierny absorbuje wilgoć z powietrza, co powoduje wzrost współczynnika tarcia,

- powolne przemieszczanie się pojazdu typu stop-jazda w korkach ulicznych

Przy takiej jeździe, w wyniku częstego używania hamulca, temperatura klocków przekracza 200°C. Wzrost temperatury sprzyja uwalnianiu się żywicy fenolowej z materiału ciernego, zmieniając jego powierzchnię i wzrost współczynnika tarcia

- długotrwała jazda "w dół" (pokonywanie wzniesień), podczas której temperatura klocków osiąga wartość powyżej 400°C. "Płynąca" w tej temperaturze żywica fenolowa powoduje przemieszczanie się materiału ciernego ku powierzchni klocka, zwiększając jego współczynnik tarcia (zwłaszcza po schłodzeniu). W warunkach ekstremalnych dochodzi często do wypalania się żywicy fenolowej, a cząsteczki metalu wycieranej tarczy, pozostając na powierzchni klocka, generują głośny, wysokotonowy pisk (tarcza - fioletowa, powierzchnie boczne materiału ciernego klocka- białe).

Reasumując

- przy doborze klocków hamulcowych warto zapoznać się z ich własnościami technicznymi wskazanymi powyżej. W przypadku braku danych lepiej zaufać jest znanym firmom, dostarczającym swe produkty na pierwszy montaż.

- wszystkie mieszanki cierne stosowane na nakładki klocków hamulcowych, w szczególnych warunkach mają tendencje do piszczenia. Większą podatność mają mieszanki o wyższym współczynniku tarcia, a zwłaszcza te, których współczynnik tarcia nie jest stabilny w warunkach zmian prędkości początkowej hamowania, ciśnienia w układzie hamulcowym i temperaturach hamowania.

- wyższy współczynnik tarcia materiału ciernego (zwłaszcza w wyższych temperaturach) zapewnia zwiększoną skuteczność hamowania (skróconą

drogę hamowania) a tym samym podnosi bezpieczeństwo jazdy.

.