Frâne pe disc din ceramică

Discurile ceramice

Discurile de frână de înaltă eficiență permit celor mai rapide mașini din lume să oprească la 400 km/h în doar zece secunde

Viteza mare nu este ușor de realizat, mai ales atunci când, la fel ca la Bugatti Chiron, bara este setată la 420 km/h. Dar este și mai greu să te oprești, deoarece o mare parte din energia cinetică (care crește odată cu pătratul vitezei) este transformată în căldură. Într-o măsură mai mică, este transferat în aerul înconjurător și, într-o măsură mai mare, este „absorbită” de discurile de frână care sub frânare puternică, sunt încălzite la roșu. Acest lucru epuizează rapid capacitățile de frânare și provoacă decolorarea, un proces care determină căderea bruscă a forței de frânare și defectarea frânei.

O soluție de salvare a fost oferită de ceramică, care a fost dovedită de mult timp în frânele avioanelor și mașinilor de Formula 1 Porsche, Ferrari, Mercedes-Benz, BMW, Jaguar. Tehnologia viitorului a fost transferată de la mașinile de curse la mașinile de producție. Care este „secretul” acestui concept? Discurile de frână ale mașinilor de producție sunt fabricate din fontă.

Discuri ceramice

Discurile de frână din ceramică au fost dovedite mai întâi la mașinile de curse și la avioane, apoi au fost aplicate cu succes la mașinile „top-gun”.

Fricțiunea dintre plăcuțele de frână și disc creează un moment de frână pe roți, care în contact cu substratul, se traduce prin forța de frânare și oprește mașina. Frânele transformă energia cinetică a mașinii în căldură, iar cu frânarea intensă și multiplă, discurile se încălzesc, uneori la o temperatură roșie (mai mare de 850°C). Acestea sunt valori limită atunci când proprietățile mecanice ale discurilor sunt afectate semnificativ. Apoi, rezistența și duritatea scad semnificativ, iar uzura discului este accelerată.

Coeficientul de frecare scade apoi drastic și se produce „decolorarea” frânei. Prin urmare, eficiența frânelor convenționale este limitată, iar presiunea și fricțiunea dintre plăcuțele de frână și discurile nu pot fi crescute excesiv. Experții de la cei mai mari producători auto din lume au rezolvat problema instalând discuri ceramice.

Discuri ceramice

Discurile ceramice rezistă la temperaturi de până la 1600⁰C, în timp ce sunt în același timp cu 70% mai ușoare decât cele clasice, deci au momente mai mici de inerție și produc o masă mai puțin neproductivă

Rezistența mai mare la temperaturi ridicate permite o creștere semnificativă a presiunii între plăcuțele de frână și discuri, care, cu același sau similar coeficient de frecare, garantează un cuplu de frânare semnificativ mai mare. Acest lucru permite o creștere semnificativă a intensității frânării fără riscul „decolorării” frânei. Discurile de frână mai ușoare reduc semnificativ masele neproductive dăunătoare și sporesc stabilitatea dinamică a mașinii. Discurile de frână ale noilor alergători de pasageri de cel mai înalt grad sunt realizate conform „rețetei” mașinilor de curse.

Competițiile sportive (în special Formula 1) sunt un teren de testare pentru dezvoltarea de noi tehnologii. În prima fază, părți ale discurilor sunt realizate din material compozit prin amestecarea fibrelor de carbon cu un polimer lichid. După întărire și lipire, se formează un „disc brut” care este încălzit la 1000⁰C. Apoi, particulele de polimer se evaporă și atomii de carbon sunt împinși în locurile lor. Procesul durează până la zece ore, rezultând o structură compactă și foarte rezistentă „pregătită pentru cele mai dificile sarcini”.

Discurile ceramice sunt realizate în matrițe speciale, în mai multe faze, la temperaturi și presiuni ridicate, care asigură eficiența și durabilitatea acestuia.

Pentru a converti discurile de carbon în cele ceramice, este necesar un proces de siliciu. La o temperatură de 1420 karC, discurile de carbon sunt scufundate în siliciu lichid și absorbite ca un burete. Se produce o carbură de siliciu foarte dură și rezistentă, care se apropie de diamant prin proprietăți mecanice. Discurile ceramice sunt la jumătate la fel de ușoare ca cele tradiționale și rezistă cu ușurință la temperaturi de peste 1000° C. Rezistența mai mare la temperaturi ridicate permite o creștere considerabilă a presiunii dintre plăcuțele de frână și discuri.

Stabilitatea geometriei (rugozității) suprafeței garantează o creștere a coeficientului de frecare. Acest lucru permite o creștere semnificativă a intensității frânării, fără pericolul „decolorării” frânei. Pentru a îmbunătăți eficiența frânării, canelurile sub formă de bobine involut (ca în cazul angrenajelor) sunt instalate în mijlocul discului. Astfel, atunci când discurile se rotesc, se creează un efect de ventilator care aspiră aer proaspăt în centrul discului și îl expulzează prin găurile de pe suprafețele discului. O răcire mai bună și mai aprofundată crește eficiența frânelor și a frânării, în special la viteze mari, când discurile sunt expuse la încălzire excesivă.

Dacă vrei să afli mai multe lucruri despre mașini poți vizita oricând site-ul autochelu.ro.