Kotoučová brzda
Kotoučová brzda je druh třecí brzdy . V provedení jako součást kotoučové brzdy, která je zpožděním o jeden na brzdovém kotouči namontovaném na náboji kola a brzdovém třmenu ležící brzda s vyrobenými brzdovými destičkami , v provedení jako celostranová a kotoučová brzda přitlačením brzdových kotoučů k sobě. Jedná se o nejběžnější typ v motorových vozidlech ve formě částečné kotoučové brzdy před bubnovou brzdou a stále více se používá také jako brzda jízdního kola .
Při brzdění se kinetická energie vozidla pomocí tření mění na teplo . Otěru ve formě brzdového prachu je tribologické opotřebení jev, který je nejlépe vidět na přední kola ve formě vrstvy prachu.
příběh
Za vynálezce kotoučové brzdy je považován Brit Frederick W. Lanchester , který obdržel patent v roce 1902. Lanchesterová kotoučová brzda byla do osobních vozů Lanchester instalována od roku 1905 ; bylo ovládáno mechanicky.
Joel H. Hendrick a Arthur H. Fay z Massachusetts obdrželi americký patent (č. 526317, přihláška v listopadu 1893) na kotoučovou brzdu pro jízdní kola již v roce 1894 . Také Elmer Ambrose Sperry až 1898 kotoučové brzdy se používají k početně jím elektrické vozidlo.
V roce 1940 Hermann Klaue , který později stavěl jízdní kola, vyvinul v Argus Motoren Gesellschaft , který dodával mimo jiné průmysl bojových letadel , plně potaženou kotoučovou brzdu se samostužujícím a otočným pouzdrem brzdy a nechal si ji patentovat. Takové brzdy existovaly například na Arado Ar 96 a od roku 1942 na obrněném vozidle VI Tiger , které je proto třeba považovat za první sériově vyráběné „motorové vozidlo“ s kotoučovými brzdami.
Koncem roku 1946 byla představena koncepce Tuckeru '48 s kotoučovými brzdami, ale vůz se na trh dostal pouze v malé sérii s bubnovými brzdami. V roce 1950 společnost Crosley Motors dočasně instalovala letecké kotoučové brzdy do „hot shot“. Lucas Girling uvedl na trh první kotoučovou brzdu pro motocykly v roce 1952. V Evropě dostal závodní vůz Jaguar C-Type v roce 1953 čtyři kotoučové brzdy Dunlop a vyhrál s nimi Le Mans. V roce 1955 byl Citroën DS představen s pohonem předních kol a vnitřními kotoučovými brzdami vpředu. Prvním evropským sériovým vozidlem s kotoučovými brzdami na všech kolech byl roadster Austin-Healey 100 S.
V motocyklech měl čtyřválec MV Agusta 600 o výkonu 50 hp zpočátku od roku 1966 kotoučové brzdy ovládané lankem, ale ty byly později nahrazeny duplexními bubnovými brzdami. Honda CB 750 Four od roku 1969 s 67 kW je první ve velkém měřítku výrobní stroj s hydraulicky ovládané kotoučové brzdy.
konstrukce
Kotoučová brzda se skládá z brzdového kotouče spojeného s kolem nebo dvojkolí a nosiče brzdy, ke kterému je připevněn brzdový třmen . Brzdový třmen (také nazývaný brzdový třmen ) obklopuje brzdový kotouč; obsahuje brzdové destičky a brzdové písty, které tlačí brzdové destičky axiálně na kotouč.
V motorových vozidlech je brzdový kotouč ve většině případů připevněn přímo k náboji kola . Může být ale také připevněn uvnitř, s poháněnými nápravami na diferenciálu ( Citroën DS, GS a Alfa Romeo Alfetta, DKW F 102 a Audi F 103, Audi 100 C1, NSU Ro 80 , Jaguar E až Jaguar XJ ). Tento design se nazývá vnitřní brzda . V závodních automobilech se to také stalo na nepoháněných nápravách, brzdný moment byl přenášen pomocí brzdových hřídelů. Výhodou je nižší neodpružená hmotnost. U řízených náprav lze snadno dosáhnout malého poloměru drhnutí (osa otáčení kloubu řízení ve středu kontaktní plochy pneumatiky). Výsledkem je, že vůz při brzdění zůstává v jízdním pruhu, i když má povrch vozovky různé úrovně přilnavosti. Nevýhodou je vysoké zatížení hnacího hřídele z brzdného momentu. Další nevýhodou jsou někdy vysoké náklady na opravu při výměně brzdových kotoučů kvůli montážní poloze.
V případě kolejových vozidel jsou brzdové kotouče obvykle připevněny k hřídeli dvojkolí a v případě dvojkolí jsou často umístěny mezi disky kol. V případě poháněných dvojkolí, kde tento prostor obvykle není k dispozici, jsou brzdové kotouče připevněny k oběma stranám disků kol (kotoučové brzdy kol ), u kolejových vozů často také na vnější straně. Brzdové kotouče umístěné mezi kotouči se obvykle skládají z několika částí, takže je lze měnit, aniž byste museli tlačit na disky kol. Pro lokomotivy ES64U2 a ES64U4 od společnosti Siemens je k dispozici speciální řešení ve formě vysoce výkonného výstupu s pružinovým brzdovým hřídelem . Zde další rychlostní stupeň, který je v záběru s velkým ozubeným kolem instalovaným pružinou, přenáší sílu z dvojkolí na brzdový hřídel. Brzdové zařízení tak zcela patří k odpružené hmotě.
Protože brzdový kotouč slouží pouze k brzdění, lze materiál kotouče přizpůsobit požadavkům brzdy. Průměr kotouče do značné míry určuje brzdný moment a tím i brzdný výkon. U silných vozidel průměr kola omezuje vnitřní průměr ráfku a tím i průměr brzdového kotouče. Aby bylo možné dimenzovat brzdové kotouče co největší, musí být použita co největší kola nebo brzdové třmeny s několika písty, a tedy i větší brzdové destičky.
Brzdový kotouč
Plně kotoučové brzdy
Rozlišuje se mezi částečnými a plnými kotoučovými brzdami: Jako třecí plocha je k dispozici buď jen určitá část ( sektor ), nebo celá oblast kotouče. Například v tancích , letadlech a zemědělských strojích jsou plné kotoučové brzdy . Jsou robustní a odolné proti oděru a vzhledem ke své velké hmotnosti jsou také relativně teplotně stabilní, což při občasném používání nevyžaduje chlazení. Plnokotoučová brzda, označovaná také jako vícekotoučová brzda, je v zásadě vícekotoučová spojka, ve které je jedna strana nehybná, pouze ta, když je uvedena v činnost, třecí spojení není přerušeno, ale vytvořeno. Lamelová brzda se skládá z nejméně 3 kotoučů, z nichž většina běží v olejové lázni. Na rozdíl od sekčních kotoučových brzd vícediskové brzdy nepotřebují brzdový třmen.
Letadlové kotoučové brzdy se skládají - v závislosti na velikosti letadla - ze svazku střídavě rotujících a nehybných brzdových kotoučů, které jsou uspořádány jako lamelová spojka. Jedna část disků zabírá uvnitř vnějšího ozubení nepohyblivé osy čepu podvozku jako ozubená spojka , druhá polovina třecích kotoučů přenáší brzdný moment na kolo prostřednictvím vnitřního ozubení zpracovaného přímo do věncového prstence Obvod pouzdro brzdy je distribuováno a při ovládání stlačuje celý plovoucí svazek tření a brzdových kotoučů v axiálním směru.
Částečné kotoučové brzdy
Obecně dobré chlazení a vysoký kontaktní tlak s kotoučovými brzdami umožňují velké zpomalení. Maximální brzdná síla závisí na součiniteli tření použitých materiálů, aktuální teplotě a tlaku, kterým jsou brzdové destičky přitlačovány na kotouč. V praxi hraje roli také znečištění jako prach, vlhkost nebo zbytky oleje.
Při častém lehkém brzdění s mírně znečištěnými brzdovými kotouči se na kotoučích a destičkách může tvořit sklo, což vede k horšímu chování při brzdění. Aby byl v moderních osobních automobilech zachován brzdový systém, jsou brzdová obložení čas od času automaticky za nízkého tlaku na brzdový kotouč, když je vozidlo v pohybu, aby se odstranila vrstva s nečistotami. Pokud se tak nestane a již došlo k zasklení, je třeba vyměnit opotřebitelné části nebo zpomalit řazení.
chlazení
Stejně jako u všech třecích brzd, kotoučové brzdy při brzdění zcela přeměňují kinetickou energii vozidla na teplo. Tato tepelná energie se zpočátku ukládá hlavně do brzdového kotouče, který ji značně zahřívá. U kotoučových brzd jsou brzdové plochy odkryté, a proto mohou rychle uvolňovat teplo zpět do okolního vzduchu. Pro lepší odvod tepla může být brzdový kotouč navržen s vnitřním větráním. Poté má vnitřní radiální kanály chladicího vzduchu. Tím se zvětší plocha pro odvádění tepla do vzduchu a při otáčení se v důsledku odstředivé síly vytvoří proud vzduchu , jako u radiálního ventilátoru . Výsledkem je, že brzdný účinek klesá méně se stoupající teplotou ( blednutí brzd ). Nevýhodou je větší celková šířka a požadovaná pevnost brzdového třmenu a vyšší hmotnost, která zvyšuje neodpruženou hmotu. Na druhou stranu bubnové brzdy umožňují pouze mírný odvod tepla díky menší povrchové ploše v poměru k jejich objemu.
Brzdové kotouče motocyklů nebo pro zvýšené požadavky, například v motoristickém sportu, jsou často perforované nebo štěrbinové, to znamená, že jsou opatřeny malými otvory v celé brzdné ploše nebo mají na povrchu kotouče drážky, které probíhají šikmo ven (při jízdě vpřed) . To má pozitivní vliv na chování odezvy za mokra, protože mezi odpařovací vodou se mezi brzdovým obložením a brzdovým kotoučem nemůže vytvářet žádný parní polštář. Tepelná napětí v materiálu v důsledku tepelného příkonu při brzdění lze tedy lépe kontrolovat než u pevných disků. Tyto výhody však přicházejí za cenu zvýšeného opotřebení obložení: V důsledku vysokého kontaktního tlaku vede stlačitelnost obložení ke zvýšenému opotřebení, zejména při vysokých teplotách. U brzd Porsche nejsou otvory vyvrtány, ale z důvodu stability jsou odlity přímo kotoučem.
Příklad výpočtu zahřívání brzdy najdete v článku Brzdový kotouč .
Materiály
Běžným materiálem pro brzdové kotouče je šedá litina, zatímco brzdové kotouče z nerezové oceli lze nalézt také u jednostopých vozidel . V případě kombinované brzdy je třecí kroužek ze šedé litiny spojen pouze s hliníkovým kelímkem brzdového kotouče pomocí litých čepů z nerezové oceli. Je lehčí než litinový kotouč stejné velikosti a díky nižší neodpružené hmotnosti jsou zlepšeny vlastnosti odpružení podvozku.
U vysoce výkonných a drahých luxusních a sportovních vozů jsou nabízeny brzdové kotouče z uhlíkové keramiky (CMC), kompozitní materiál z keramických vláken vyrobený z uhlíkových vláken a karbidu křemíku . Tyto disky mají díky korozní odolnosti a nižšímu opotřebení delší životnost. Když provozní teplota stoupne, brzda CMC vykazuje menší vyblednutí . Jsou o 40 procent lehčí než kovové disky a i zde se zlepšuje ovladatelnost díky nižším neodpruženým hmotám. Keramické disky jsou mnohonásobně dražší než disky ze šedé litiny, což v současné době brání masovému používání.
Podobný, přesto lehčí materiál, jmenovitě se zesíleným uhlíkovým vláknem (CFC), byl v roce 1971 připraven k praxi a byl na stroji čtvrté řady v brzdách použitého nadzvukového letadla Concorde . V tuto chvíli Dunlop díky Concorde zkoumal možné materiály už deset let. V dalším průběhu se tyto brzdové kotouče staly standardem při stavbě osobních letadel a používají se také v automobilových závodech . Drahý a velmi lehký materiál však vykazuje špatné chování při brzdění za studena, a proto není vhodný pro silniční provoz. Karbonové povrchy mají o něco vyšší koeficient tření než šedá litina.
Litinové brzdové kotouče odolávají teplotám až 1000 ° C, kotouče z karbidu křemíku 1300 ° C a karbonové kotouče 2000 ° C.
Posuvné měřítko
Rozlišuje se mezi jednopístkovými a vícepístkovými třmeny a mezi pevnými a plovoucími třmenovými brzdami. Brzdový píst se resetuje pomocí speciálně tvarovaného těsnění v brzdovém třmenu.
Jednopístkové třmeny mají pouze jeden brzdový píst, nacházejí se hlavně v automobilech a malých motorových dvoukolkách nebo sportovních kolech a obvykle jsou stavěny jako brzdy s plovoucím třmenem. Aby se kontaktní tlak rovnoměrněji rozložil na třecí plochu a snížily ovládací síly, jsou instalovány třmeny s několika písty. Motocykly bez posilovačů brzd mají proto obvykle 4 a ve sportovních modelech také 6 a 8 pístové brzdy. Účinek a chování při brzdění lze dále zlepšit pomocí jednotlivých obložení pro několik pístů.
Typy brzdových třmenů
- V případě brzdy s pevným třmenem je skříní pevného třmenu také nosič brzdy, je nepohyblivý a brzdové písty jsou umístěny na obou stranách brzdového kotouče. Brzda s pevným třmenem má tedy dvakrát více pístů než brzda s plovoucím třmenem. Brzdy pro vysoké zatížení jsou obvykle pevné třmenové brzdy, ve kterých je třmen odlitý nebo frézovaný z jedné části; také se jim říká monoblokové brzdy .
- Plovoucí třmen brzdy má pouze jeden brzdový nosič, který je našroubován na kola ložiskové skříně. K tomuto nosiči je připevněn pohyblivý plovoucí třmen, který se skládá z brzdového válce připevněného na jedné straně a vychylovacího zařízení, které ovládá protilehlé brzdové obložení. Rozlišuje se (dnes již zastaralá) plovoucí rámová brzda , (také zastaralá, zřídka instalovaná) kyvadlová nebo výklopná brzda a (aktuální) plovoucí brzda .
Radiální brzdy
Takzvaná radiální brzda je kotoučová brzda, ve které jsou brzdové třmeny radiálně přišroubovány, a tím lze měnit vzdálenost k nápravě kola. Tento design pochází ze závodů, kde jsou namontovány brzdové kotouče různých průměrů v závislosti na trase, počasí, teplotě a dalších vlivech. Radiálně šroubované brzdové třmeny lze přizpůsobit průměru použitého brzdového kotouče. Za tímto účelem se vzdálenost mezi osou kola a brzdovým třmenem mění pomocí podložek mezi brzdovým třmenem a držákem brzdového třmenu na přední vidlici. To znamená, že brzdové třmeny a destičky nemusí být vyměněny. To šetří čas a usnadňuje přestavbu, protože není nutná žádná montáž na hydraulice . Radiální brzdy lze vzhledem ke své konstrukci realizovat pouze jako pevné třmenové brzdy.
Obvodová brzda
U takzvaných obvodových brzd, které jsou k dispozici pro motocykly a automobily, je brzdový kotouč upevněn na vnější straně ráfku místo na vnitřní straně náboje kola a je zevnitř obklopen brzdovým třmenem. Výsledkem je, že účinný průměr brzdového kotouče může být téměř stejně velký jako průměr ráfku a na stejný brzdný moment je třeba vyvinout nižší sílu. U některých modelů Audi (například V8 , 200 20V a 100 S4 ) a Porsche (například 356 Carrera 2 ) existoval podobný design s vnitřně obklopenými brzdovými kotouči . U těchto však není vnější okraj brzdového kotouče připevněn k ráfku, ale je spojen s nábojem kola prostřednictvím speciálního nosiče náboje.
aktivita
Protože zdvih brzdového obložení je obvykle jen několik málo desetin milimetru, materiály jsou velmi tvrdé a požadovaný kontaktní tlak je proto velmi vysoká, brzda musí být ovládána prostřednictvím přenosu síly. Toho lze dosáhnout hydraulicky nebo mechanicky. Delší dráha ovládacího prvku (brzdový pedál, ruční páka) se převede na kratší dráhu brzdy a o stejný faktor se zvýší přítlačná síla.
Hydraulické
Protože kotoučová brzda vyžaduje vyšší přítlačnou sílu než bubnová brzda kvůli nedostatku vlastního vyztužení (C * = 0,76), je hydraulický přenos síly mezi hlavním brzdovým válcem a brzdovým válcem (brzdovým pístem) větší. Ze stejného důvodu jsou posilovače brzd standardním vybavením lehčích vozů od konce 80. let minulého století . Hydraulické ovládání brzd také umožňuje snadné rozdělení brzdné síly mezi několik podřízených válců, například v případě vícepístkových brzdových třmenů nebo dvoukotoučových brzd na dvoukolkách.
Mechanicky
Z důvodu technické jednoduchosti (bez hydraulických tlakových vedení) se nyní u jízdních kol používají také kotoučové brzdy ovládané lankem. Často se mluví o mechanických kotoučových brzdách zjednodušeně . Nezbytné přeměny tažné síly ovládacího lanka na tlak brzdových destiček na kotouči je dosaženo závitovým vřetenem uspořádaným v brzdovém třmenu , který se otáčí ovládací pákou, na kterou působí tažná síla bowdenu na vnější straně . Zdvih závitu vyvíjí lineární sílu na nosnou desku obložení a tlačí ji na kotouč. V dřívějších letech byly motocykly vybaveny také brzdami, které fungovaly podle tohoto principu, například MV Agusta 600 .
Parkovací brzda
U vozidel se čtyřmi kotoučovými brzdami působí parkovací brzda (ruční brzda) obvykle na zadní kola. K tomu slouží dva různé typy. Jakmile jsou brzdové destičky přitlačeny na brzdový kotouč pomocí systému pák na brzdovém třmenu, čímž se dosáhne brzdného účinku. Druhá možnost je, že náboje zadních brzdových kotoučů jsou konstruovány jako malé brzdové bubny a že obsahují konvenční čelisti bubnových brzd, na které působí pouze parkovací brzda.
literatura
- Bert Breuer, Karlheinz H. Bill: Brzdový manuál: Základy, komponenty, systémy, dynamika jízdy. Vieweg + Teubner, 2006, ISBN 978-3-8348-0064-0
- Skupina MAN Nutzfahrzeuge: Základy technologie užitkových vozidel Kirschbaum Verlag, 2004, ISBN 3-7812-1640-3
webové odkazy
Individuální důkazy
- ↑ a b Olaf von Fersen (Ed.): Století automobilové technologie. Osobní vozy. VDI Verlag 1986, ISBN 3-18-400620-4 , s. 410-411.
- ↑ Patent US526317A na espacenet.com
- ^ Tony Hadland, Hans-Erhard Lessing: Bicycle Design. Ilustrovaná historie. MIT Press, Cambridge / London 2014, ISBN 978-0-262-02675-8 , s. 286 a násl.
- ^ Karlheinz H. Bill: Brzdový manuál . Vieweg + Teubner Verlag, 2006, ISBN 3-8348-0064-3 , s. 7 .
- ↑ https://www.google.gg/patents/US2323052 Kotoučová brzda pro použití v motorových automobilech, letadlech a podobně US 2323052 A
- ↑ Historie TRW - viz 1952
- ^ Uhlíkové brzdy pro Concorde , Flight International, 30. prosince 1971, s. 1031
- ↑ Michael Trzesniowski: technologie závodních vozů. Vieweg + Teubner Verlag, 2. vydání 2010. ISBN 978-3-8348-0857-8 , s. 432-433
- ↑ Patentová přihláška DE102008023327 : brzda kola. Registrováno 13. května 2008 , zveřejněno 19. listopadu 2009 , přihlašovatel: Porsche AG, vynálezce: Thomas Kirschner, Gerd Seifert.