KözútTech

Ha nincs, ami megállít…

 

A labdarúgás axiómáihoz tartozik a csapatépítéssel kapcsolatos legelső mondat: “Végy egy jó kapust.”

Valami hasonló dologra kellene gondolni a fékek vonatkozásában is, amikor Egyszeri T. József pimpelni kezdi az autóját – de akkor is, amikor a hagyományos értelemben vett autós állampolgár vásárol féket a szekerére. Természetesen egyik sem teszi.

Hiába az oly sokszor emlegetett halálos szentháromság (fék-kormány-futómű), sajnos pont erre szoktuk a legkevesebb pénzt gondot fordítani. A tunertől a vasárnapi söfőrig általában az az elsődleges, hogy a gépsas menjen, és csak utána jön, hogy meg is álljon. Abba ritkábban gondolnak bele, hogy a lassulás képessége sokkal fontosabb ütőlap a veszélyhelyzet nevű, általában többszereplős kártyajátékban.

Az autóversenyzés majdhogynem egyidős az autózással, és hát nem túlzok, ha azt mondom, hogy a korai racse járgányok vicc kategóriába illő fékekkel vágtak neki a futamoknak. Nos igen, a régi konstruktőrök is sokkal jobban szerettek motort építeni, mint fékrendszert. Aztán győzött a realitás, és neki kellett feszülni a lassításnak is: olyan erősek lettek a versenyautók az 1910-es és ’20-as évekre, hogy nem volt alkalmuk elérni a végsebességüket, mert szinte rögtön a fékre kellett lépnie a pilótáknak. Helyesbítek: a legtöbb esetben is nem lépésről, hanem kézi beavatkozásról beszélünk: a szalagfékeket ugyanis kézzel kellett húzni.

Ajánlom figyelmedbe ezt a tavaly megrendezett futamot, amiben háború előtti Grand Prix autók (nem másolatok) csaptak össze öt kör erejéig. Szánd rá azt a 10 percet, mert ilyet aligha látsz majd a jövőben. Ja igen, a háború előtti alatt az I. világháborút kell érteni…

 

A kengyeltől a féktárcsáig

Szájbarágós sztorizás nélkül gyorsan szaladjunk el a jelenig.

A tengelyre szerelt dobfékek az 1900-as évek elején már kísérleti fázisban voltak. Ezeket még kívülre építették, és a melegben történő, kellemetlenül nagy hőtágulás következtében szerpentineken nem volt tanácsos közlekedni velük. A szervizintervallum nagyjából 500 kilométer (!).

Pár évre rá a hátsó tengely két dobféke a keréken belülre került, így kevésbé volt kényes az időjárási körülményekre. Ugyanis ekkor még csak a hátsó tengely volt fékezett… Így már 1600 kilométert is kibírtak szerviz nélkül.

A dobfék a mai napig jelen van az autóiparban, bár ma már csak a kiseb méretkategóriákban gyakori, ott is csak a hátsó tengelyen, esetleg kézifékként. Sokan jót mulatnak egy mai autón hátsó dobfék láttán, pedig nincs valódi okuk rá. Ma már tudjuk, hogy fékezés során a terhelés jelentős része az első tengelyre hárul, és egy 1-1,1 tonna körüli hatchbacknek nincs szüksége annál nagyobb fékezési teljesítményre hátul, mint amit a dobféke tud. Ráadásul jóval hosszabb tud lenni a szervizintervalluma, mint a tárcsaféké.

Belemehetnénk a szerkezettanába, de szerintem felesleges időhúzás. Autóipari szempontból ma ez már nem kimondottan releváns technika, majd a leendő motorkerékpáros rovatban megrágjuk kicsit jobban a témát.

Ami viszont érdekesebb, az az 50-es évektől indul – illetve indulna.

Mint minden sok pénzt érő dolog, a tárcsafék eredete is kissé szövevényes. Mert bár szériában az 50-es években kezdték el használni, maga a fékezési elv már 1898-ban (!) lézetett, bizonyos Elmer Ambrose Sperry szerelte fel őket saját elektromos autójára (hagyok időt…), és a fék szintén teljesen elektromos működtetésű volt! Ebből is látszik, mekkora újítás az elektromos járgány és a brake-by-wire rendszer. Egyébként a fazon alkotta meg a giroszkopikus iránytűt is, csak úgy mellékesen.

Mondjuk ha megnézed a gépet, túlzásnak érzed az autó kifejezést, de 1898-ban ez mocsok nagy dobás volt.

Sperry autója

Azonban a villanyjárgány az első csatát elvesztette, Sperrynek is jobban bejött az iránytű biznisz, így a technológia egy időre feledésbe merült.

Míg nem a 40-es években újra elkezdődtek a kísérletek a dobfék kiváltására. 1953-ban a Dunlop már előállt a maihoz nagyon hasonló tárcsafék-rendszerrel, amit a C-Type Jaguarba szereltek be (megjegyzem, az első C-k még dobfékkel jöttek ki). Nem ez volt az első tárcsafékes jármű, de technikai értelemben mégis mérföldkőnek számít.

A hármas JAG

Innentől jöttek a reszelések: nyeregtípusok, vákuumos rásegítés, hidraulika, légfék, ABS, és egyéb segédelektronikák. Ezeket egy kicsit jobban kibontom a folytatásban és a következő részekben.

 

Szerkezettani alapok

Kezdjük talán azzal, hogy miért tudta legyűrni a tárcsafék a dobféket. Nos, egyszerűen azért, mert kompaktabb, könnyebben és gyorsabban szerelhető, nem mellékesen üzembiztosabb a dobféknél – és ami különösen fontos: azonos átmérőben jellemzően nagyobb hőterhelést képes elviselni. Ennek oka sem különösebb titok: a fékdob egy zárt rendszer, e miatt már önmagában sokkal nehezebben hűthető. Az alapkonstrukció olyan geometriai előnyökkel rendelkezik, amelyek törvényszerűen monopolhelyzetbe hozták.

A féktárcsák lassítására is sok kezdetleges módszer létezett, de csak egy maradt meg a mai napig: a féknyereg-fékbetét páros. Pontosabban trió, hiszen a féknyergekben értelemszerűen mindkét oldalon találunk egy-egy betétet. Bizonyos esetekben egy tárcsán akár két nyereg is lehet, például amikor külön nyereg felel a kézifék funkcióért.

A nyereg feladata a két fékbetét tárcsához szorítása, amikor a kedves páciens úgy óhajtja. Ebből a beszédes nevű féknyeregből a szorongatás módja szerint többféle verzió él még a mai napig.

Nézzünk szét egy kicsit a mai csoportosításban.

A ma létező tárcsafékek alaptípusai
(tankonyvtar.hu)

Fix nyerges tárcsafék

Ez a legősibb, legtöbb anyagot tartalmazó, és legüzembiztosabb típus. Fixen a futóműhöz rögzítve, mindkét oldalt dugattyúsorral, amik a betéteket nyomkodják. Mivel ez a legkevésbé spórolós fajta, ma már ikább a drágább (és gyors) autókon találkozunk vele. Sokan elavultnak hiszik, de szerintem tárcsafékből a mai napig a legkompromisszummentesebb választás. Stílszerűen írhatnám, racse autón alap.

Úszónyerges tárcsafék

Mint mindennél, itt is hamar kutatni kezdték a lehetőségét a büdzsé lefaragásának. Hamar meg is született az azóta óriási számban elterjedt úszónyerges fékek családja, melyből több változat is fut az utakon. Lényegük azért közös: csak az egyik oldalon vannak dugattyúk, a nyereg másik oldala pedig működés közben szintén képes rászorulni a tárcsára, mivel nincs fix pozíciója. Innen az “úszó” elnevezés.

Kérdezhetnéd, hogy na de melyik oldalt nincs dugattyú? Ez konstrukciófüggő, de az alapelv mindig az, hogy ott hagyják el a munkahengereket, ahol szarabb a hűtés. Kb. ennyin eldől a dolog.

Úszó ökölnyerges tárcsafék: Ezt találod meg a legtöbb kis- és középkategóriás személyautóban. A nevét onnan kapta, hogy a zárási mechanizmusa az ököl összeszorításához hasonlít. Nagyon jól eldugott, minden külső hatástól védett vezetőcsapok húzzák össze a nyereg mindkét oldalát. A szerelése könnyebb, mint a fix nyergesé, de ez általánosságban is elmondható. Nézzünk meg egy ilyet működés közben:

Keretes úszónyerges tárcsafék: Ez szinte koppra ugyanaz, mint az előző, csak itt egy komplett keretet varázsolnak a betétek köré. A dugattyú(sor) szorítása okán nem csak a saját oldalán lévő betétet nyomja, hanem egyúttal húzza magára a keretet is, így ez utóbbi is szorítja a másik betétet.

Kombinált úszónyerges tárcsafék: Mindkét előbb említett fékkel van egy kis gond, az elsővel pláne – mégpedig az, hogy csak korlátozottan terhelhetők a fix nyergeshez képest. Ezért, hogy a nagyobb tömegű járműveket se kelljen feltétlen fix nyerges rendszerrel ellátni, kitalálták a két úszós kombinációját, ami már kellő működtető erőt enged meg a kisteherautók kategóriájának is.

 

Mitől jó egy fék?

Nem fogunk belemászni fékezési teljesítmény számításokba, méretezési elvekbe, mert szerintem baromi hosszúra nyúlna a cikk, és minden bizonnyal unalmassá is tenné.

Elkerülve ezt a win-win szituációt, csak annyit említek meg, hogy egy autó fékrendszere akkor van megfelelően méretezve, ha a maximális fékezési teljesítménye minimum megközelíti az autó motorjának névleges teljesítménye tízszeresét.

Kicsit átköltve magyarra: akkor jó a féked egy 100 lovas autónál, ha olyan tempóban tudsz lassulni, mint ahogy egy 1000 lovas gyorsul. Merésznek tűnhet a tízszeres szorzó, és persze hozzá kell tegyem, hogy ez elsősorban átlagos közúti autókra igaz, de bőven többszörös az érték az 1000 lóerő körüli/feletti hipersportautóknál is. Ott kell még csak igazán annak lennie.

Méretezési szempontból sokkal kisebb gond, ha a fékrendszer túlmérezetett, mintha alul. Ez utóbbit aligha kell külön magyaráznom, de a túlméretezésből is akadhatnak gondok – például ha bizonyos elemei a rendszernek (pl. főfékhenger) nem követték le a rendszer teljesítménybeli növekedését. E mellett fontos, hogy megmaradjon a szabályzhatóság a teljes fékezési tartományt tekintve.

Nagyon sok mai autó olyan fékekkel jön ki, amelynek a pedálját lenyomva akár csak 10-20 milliméterre is szinte azonnal lefejeled a szélvédőt. Finoman fékezni velük kihívást jelent a lakosság túlnyomó többsége számára, és ez nem feltétlenül az ő hibájuk.

Halkan (pontosabban apró betűvel) teszem hozzá, hogy a fékhatás hirtelen nagynak tűnik ugyan, de ez csak a pedál hangolása annak érdekében, hogy azt higgye a vevő, hogy szuper fék van alatta. “Ez igen, ezt én vettem!” A valóságban e miatt semmivel nem áll meg hamarabb, mint egy lineárisra vagy alig progresszívre hangolt pedállal, csak az érzet más – szárazon esetleg nyer egy minimális időt a pedálúttal. Cserébe mikor jön egy kis fagy, a jóember meg épp csak hozzáér a fékhez, már kapaszkodik is egymásba az menetstabilizátor és a blokkolásgátló, hogy valahogy egyenesben tartsák a bódét.

A jó fék tehát azon túl, hogy hamar megállít, jól szabályozható.

A megállításról szólnom kell annyit, hogy a féktávolság csak részben függ a fékezés erejétől.  Ha nagyon tudományosak akarunk lenni, akkor a következő határpontokon keresztül halad a fékezés:

  1. Objektív reakció felszólítás
  2. Láblevétel a gázpedálról
  3. Fékpedál megérintése
  4. Fékezés keződpontja
  5. A maximális lassulás kezdete
  6. A jármű megállása

Belátható, hogy az első három pont között eltelt idő jelentős részben rajtunk, vezetőkön múlik. Egy elbambulással, telefonálással, bármi egyéb marhasággal, ami elvonja a figyelmünket az útról, drasztikus tempóban emésztjük fel az ütközés előtti legnagyobb fékutat – és kérünk egyre többet a féktől.

A második három pont már inkább az autóé, ha még adtunk neki esélyt egyáltalán. Az 5. és a 6. pont közötti időért viszont nem csak a fék felel, bármilyen meglepő is. Itt az a döntő, hogy a futómű, elsősorban a gumiabroncs mennyit enged levinni az útra a fent említett fékezési erőből. Szóval a jó fék nagyobbat fog a gumiabroncsnál, ami ideális esetben eleve magasra helyezi a mércét.

Emellett persze örülünk neki, ha sokáig képes ugyanazt a fékhatást produkálni, és lehetőleg ingyen adják. Ezekre visszatérek lentebb.

 

Hőterhelés és anyagfelhasználás

Az, hogy mennyit bír a féktárcsa/fékbetét, és hogy mekkora erővel szorongatható, jelentős részben a megválasztott anyagoktól függ. Általánosságban véve a nyereg és a tárcsa szinte mindig valamilyen acél alappal rendelkezik, a fékbetéteknél kicsit nagyobb a szórás. Nyilván a pontos összetétel aligha publikus a gyártóknál, de az elemi iskolát tudjuk: az ún. dörzsanyag, amely a tárcsával érintkezik, kötőanyagok (pl. gyanta), töltőanyagok (pl. vas-oxid), kenőanyagok (pl. grafit) és fémek (pl. acélszövet) mixtúrájából áll. Ma már nem mindegyik betét tartalmaz acélt, ezeket is gyártják keramikus eljárásokkal.

Ezen túlmenően az is világos, hogy a fékek aktív és passzív hűtésére rá is lehet segíteni. Erre szolgálnak például a különböző furatok, barázdák a féktárcsákon, vagy a tárcsa palástjába bemart mélyedések. A fontossága szemléletése gyanánt nézzük meg két 262 milliméter átmérőjű tárcsa hőmérsékleti diagramját, ahol a hűtés az egyetlen különbség:

262 milliméter átmérőjű hűtött ((b), fekete vonal) és tele ((a), vörös vonal) féktárcsa hőmérsékletének alakulása terhelés alatt az idő függvényében
(sciencedirect.com)

És itt jön el a pont, ahol beszélnünk kell a hüvelygombáról, azaz a kerámia féktárcsa közúton történő használatáról.

Úgy hihetnénk, hogy a karbonszálas kerámia tárcsát a tartóssága hívta életre, pedig nem ez volt a fő szempont. Ha ide tévedtél, valószínűleg sejted, hogy az autósportban (főleg abba a szektorban, ahol nem számít a pénz) mindenre szívesen ádoznak, amivel tömeget lehet megspórolni. A 70-es évek közepén tört be az F1-be az újítás, amivel kerekenként 10-12 kg-ot (!) spróroltak a csapatok. Egy teljes szett nyereggel nem nyom többet 6 kilónál.

Hiába óriási szenvedés az előállítása (nem is csinálja sok cég a Brembon kívül), hiába emészt fel embertelen pénzeket, ekkora fogásért nem tudják elég drágán adni, hogy ne keljen el.

E mellett igaz, hogy sokkal jobban bírja a hőterhelést az acélnál, és jóval később is fogy el.

Porsche karbon-kerámia fékrendszer
(brembo.com)

A baj vele az ára mellett az, hogy számottevően magasabban helyezkedik el az üzemi hőmérséklet-tartománya, mint egy acél tárcsának. Röviden, hidegen rohadtul nem fog.

A versenypályán nyilván megkötik ezt a kompromisszumot, ott van hely és idő melegíteni a féken – és még úgy is megéri az egyéb tulajdonságai miatt, ha hidegen tapos bele a pilóta, és néhány tizedmásodpercig semmi nem történik.

De ha kigurulsz egy hidegebb napon egy ilyen fékrendszerrel, és kicsit sem melegítesz rá a fékre, az első taposásnál kellemetlen meglepetések érhetnek.

Megkíván tehát némi kompromisszumot a használata, ráadásul törékenyebb is acél társainál, ami a néhol egész kellemes útjainkon okozhat fejvakarásokat.

Ne érts félre, szerintem szuper dolog a kerámia-szénszál kompozit tárcsa, de az árán kívül egyéb áldozatot is kell hozni a megfelelő használathoz. Nem biztos, hogy ezt csak közútra megéri megvenni. A pályanap más téma, ilyen jellegű, akár vegyes használatnál már van értelme a dolognak.

Az árát kicsit kerülgegettem ennek a dolognak. Ha megnéztek egy autó konfigurátort egy racsésabb gépnél, amihez lehet ilyet feláras extraként kérni, akkor egy, két, vagy akár három millió forintokat látsz a karbon fék csomag, vagy akármilyen más fantázianévvel felvértezett opció mellett. Ha a két ellenérv közül egyik sem zavar, akkor ezt neked találták ki.

Ellenkező esetben pláne érdemes lesz elolvasni a folytatást.

Kapcsolódó cikkek

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.

'Fel a tetejéhez' gomb