W pierwszych latach automobilizmu do hamulców nie przywiązywano zbyt dużej wagi. Chodziło w końcu o to, aby poruszać się jak najszybciej. Zresztą przy rozwijanych wówczas prędkościach i natężeniu ruchu bardzo wydajne hamulce nie były potrzebne. Stosowane rozwiązania przypominały to, co znamy z dzisiejszych rowerów turystycznych.
Dopiero 35 lat od wynalezienia samochodu hamulce trafiły również na przednią oś. Wcześniej hamowano wyłącznie tylnymi kołami, często za pomocą hamulców, w których drewniane elementy cierne dociskane były do obręczy koła. Krokiem milowym stało się zastosowanie po raz pierwszy w 1919 roku hydraulicznych hamulców bębnowych opracowanych przez firmę Lockheed.
Hamulce tarczowe czyli długa droga do tarcz
Później przyszła pora na podciśnieniowe wspomaganie układu hamulcowego, które powstało w zapomnianej już prawie firmie Hispano Suiza. Dopiero te dwa wynalazki - hydrauliczny układ hamulcowy i wspomaganie podciśnieniowe - utorowały drogę do powszechnego stosowania hamulców tarczowych opatentowanych już w 1902 roku przez firmę Lanchester.
Pierwszym wielkoseryjnym autem fabrycznie wyposażonym w hamulce tarczowe przedniej osi był Citroen DS zaprezentowany w 1955 roku. Sześć lat później na rynku pojawił się Mercedes 300SE - pierwszy samochód wyposażony w hamulce tarczowe wszystkich czterech kół. Dziś trudno sobie wyobrazić współczesne auto bez hamulców tarczowych przynajmniej na przedniej osi.
Co zadecydowało o sukcesie tego rozwiązania? Przede wszystkim lepsze parametry eksploatacyjne niż w przypadku hamulców bębnowych.
Czy hamulce tarczowe mają same zalety?
Hamulce tarczowe są z reguły lżejsze, bardziej wydajne i mniej podatne na usterki. Wbrew pozorom właściwie nieosłonięta tarcza hamulcowa jest mało wrażliwa na brud. Dzięki siłom odśrodkowym w trakcie jazdy wszelkie zanieczyszczenia samoczynnie odpadają. Hamulce tarczowe dużo lepiej znoszą intensywną eksploatację, są odporne na przegrzanie, ich serwisowanie jest zazwyczaj łatwiejsze niż hamulców bębnowych.
Hamulce tarczowe mają również wady. Przede wszystkim do wytworzenia siły hamującej potrzebna jest znacznie większa siła niż w przypadku klasycznych bębnów. Wadę niwelują układy wspomagania, jednak w roli hamulców awaryjnych lepiej spisują się bębny.
Czy po 50 latach stosowania tarcz da się jeszcze udoskonalić ich konstrukcję? Oczywiście! W przyszłości można się spodziewać poprawy wydajności osiągniętej dzięki zastosowaniu nowych, lepszych materiałów oraz zastąpieniu hydrauliki sterowaniem elektromagnetycznym. To jednak tak naprawdę tylko udoskonalenia detali patentu pochodzącego z 1902 roku. Nadal nie pojawiło się żadne nowe rozwiązanie mogące w niedalekiej przyszłości zastąpić hamulce tarczowe.
Jak działają hamulce tarczowe?
Działanie hamulca tarczowego polega w największym skrócie na tym, że siły hamowania wytwarzane przez tłoczki osadzone w zacisku hamulcowym zwalniają lub unieruchamiają za pośrednictwem klocków tarczę hamulcową zespoloną z kołem. Nacisk płynu potrzebny do poruszenia tłoczków wytwarzany jest w pompie hamulcowej i przekazywany przewodami.
Przeczytaj też:
- 5 rad: jak dbać o hamulce?
- Hamulce biją i hałasują tuż po wymianie. Co mogło pójść źle?
- Hamulce i systemy bezpieczeństwa: czy twój mechanik potrafi je obsługiwać?
W samochodach sporadycznie występują hamulce o zacisku nieruchomym, w którym tłoczki umieszczone są w nieruchomej obudowie i symetrycznie dociskają z obu stron tarczę hamulcową. Znacznie częściej stosowane są hamulce o zacisku pływającym, w których tłoczek lub tłoczki hamulcowe znajdują się tylko po jednej jego stronie, ale jest on zamontowany w sposób ruchomy.
Dzięki temu tłoczek dociska wewnętrzny klocek bezpośrednio do tarczy. Równocześnie, na skutek wymuszonego w ten sposób ruchu zacisku, do tarczy zostaje również dociśnięty zewnętrzny element cierny zwalniający ruch obrotowy.
Tarcze hamulcowe na różne okazje
Konstrukcja tarczy hamulcowej powinna być przystosowana do wymagań, jakim musi sprostać układ hamulcowy. W przypadku aut lekkich, nierozwijających znacznych prędkości oraz zwykle w przypadku tylnych hamulców tarczowych stosowane są tarcze z litego metalu.
Auta, w których narażone są one na większe obciążenia, mają najczęściej tarcze wentylowane zapewniające znacznie lepsze odprowadzanie ciepła (wyglądają jak dwie lite tarcze połączone poprzecznymi ściankami). W pojazdach wyczynowych tarcze dodatkowo są wiercone lub nacinane. Producenci eksperymentują też z elementami wykonanymi z tworzyw ceramicznych i kompozytów.
Tłoczek wraz z uszczelniaczami
Tłoczek hamulcowy przenosi nacisk płynu hamulcowego na klocek hamulcowy. Osadzony w cylinderku hamulcowym uszczelniacz zapobiega wydostawaniu się płynu oraz zapewnia właściwy luz między tarczą a klockiem. W razie niesprawności często wystarczy właśnie wymiana elementów uszczelniających dostępnych w formie zestawów naprawczych. Podczas wymiany klocków hamulcowych tłoczek musi zostać wepchnięty do środka cylinderka hamulcowego.
W przypadku zacisków hamulcowych wyposażonych dodatkowo w mechanizm hamulca awaryjnego robi się to inaczej. Jest on bowiem dodatkowo osadzony na gwintowanym trzpieniu, którego przesunięcie uruchamia hamulec. Taki tłok wyposażony jest najczęściej w specjalne wgłębienia ułatwiające wkręcenie go do środka cylinderka.
Klocki hamulcowe
W hamulcach tarczowych siła hamowania powstaje w wyniku tarcia okładzin ciernych o tarczę hamulcową. Z fizycznego punktu widzenia następuje zamiana energii kinetycznej pojazdu na ciepło. Już z tej definicji widać, że w trakcie pracy klocki hamulcowe narażone są na olbrzymie obciążenia termiczne.
Materiały z których je wykonano, muszą wytrzymać temperatury dochodzące do 1000 stopni Celsjusza oraz znosić gwałtowne rozgrzewanie i schładzanie. Niewłaściwe klocki hamulcowe bardzo często są najsłabszym ogniwem całego układu hamulcowego. Zamiast oryginalnych części można stosować zamienniki, ale tylko najwyższej jakości.
Zacisk hamulcowy
Zacisk hamulcowy stanowi obudowę tłoczków oraz element mocujący wkładek ciernych. W przeciwieństwie do tarczy hamulcowej przytwierdzony jest do nieruchomej części układu jezdnego auta. Rozróżnia się zaciski nieruchome, zaciski pływające, zaciski przesuwane oraz zaciski z wbudowanym mechanizmem hamulca awaryjnego.
Poza sposobem mocowania zaciski mogą mogą się również różnić ilością osadzonych w nich tłoczków. Szczególnie w autach sportowych i motocyklach zastosowanie znajdują elementy wyposażone nawet w kilka tłoczków. Ich zaletą jest możliwość przenoszenia większych sił na elementy cierne. Za wadę takich rozwiązań należy uznać skomplikowanie konstrukcji całego układu i większy koszt.
Mocowanie tarczy hamulcowej
Tarcza hamulcowa przymocowana jest do piasty koła za pośrednictwem niewielkich śrub ustalających lub szpilem mocującym koło. Nawet jednak po odkręceniu ich najczęściej nie da się wyjąć tarczy. Zazwyczaj trzeba w tym celu zdemontować również zacisk hamulca wraz z elementami ciernymi.
Wskaźnik zużycia tarczy hamulcowej
Na tarczy hamulcowej znajdują się przeważnie wskaźniki zużycia. Najczęściej są to specjalne wgłębienia na jej obwodzie. Jeżeli klocek hamulcowy dotrze do oznaczonego w ten sposób miejsca, tarczę trzeba wymienić. Jeżeli nie ma wskaźników, grubość tarczy można zmierzyć suwmiarką.
Hamulec ręczny
W niektórych samochodach zacisk hamulca zasadniczego uzupełniono o mechanizm hamulca awaryjnego. Układ taki można poznać po wystającej dźwigni uruchamiającej hamulec awaryjny, oraz innej konstrukcji tłoczka poruszanego gwintowanym trzpieniem (w momencie, gdy działa on w roli hamulca awaryjnego).
