Zaciski hamulcowe - budowa oraz działanie przedstawione na filmie

Po raz pierwszy na świecie układ hamulcowy wykorzystujący tarcze oraz zaciski pojawił się oczywiście w sportach motorowych. Zostały w nie wyposażone Jaguary C startujące w 1953 roku w 24-godzinnym wyścigu Le Mans. Pierwsze miejsce zdobyli kierowcy Tony Rolt i Duncan Hamilton, a 4 okrążenia za nimi na metę przyjechała kolejna załoga Jaguara – Stirling Moss, Petter Walker. Nie można oczywiście powiedzieć, że to hamulce dały dwa miejsca na podium Jaguarowi, ale z pewnością im w tym pomogły.

Zasada działania hamulców tarczowych jest bardzo prosta. Tarcza stanowi element czynny, ponieważ obraca się wraz z kołem. Przymocowana jest do piasty koła na sztywno. Gdy zatrzymuje się więc tarcza, zatrzymuje się także wał, do którego jest przymocowana, np. półoś. Elementem biernym są klocki hamulcowe znajdujące się w zacisku.

Ten ostatni przymocowany jest na stałe do zwrotnicy koła. Klocki są elementem ciernym, w liczbie przynajmniej dwóch znajdują się po obu stronach tarczy i mogą poruszać się w kierunku prostopadłym do niej. Naciskając pedał hamulca, powodujemy wysuwanie się tłoczka hamulcowego, który dopycha klocki do tarczy. W wyniku siły tarcia energia kinetyczna samochodu zamieniana jest na energię cieplną.

W zacisku zazwyczaj znajdują się dwa klocki hamulcowe, choć może być ich więcej. Ich liczba zawsze jest wielokrotnością dwóch, aby po każdej stronie tarczy znajdowało się tyle samo klocków. Dzięki temu tarcza jest ściskana równomiernie i nie występują z tego powodu odkształcenia. Dociskanie natomiast może odbywać się za pomocą jednego lub więcej tłoczków. Jeden tłok występuje w zaciskach pływających, czyli takich, które opisałem powyżej.

Tłok dociska najpierw jeden klocek do tarczy, a następnie obudowa zacisku porusza się w przeciwną stronę, dociskając drugi klocek. Zaciski pływające z dwoma tłokami spotyka się niezwykle rzadko. Zaciski stałe mają przynajmniej dwa tłoczki lub ich wielokrotność. Dociskają one klocki z dwóch stron niemal jednocześnie. Mają różną średnicę i najmniejszy tłoczek zawsze hamuje pierwszy, co przekłada się na równomierne ścieranie się klocka.

Cofanie się klocków i tłoków zapewnia odpowiednia konstrukcja uszczelki i pompy hamulcowej. Tłok jednak nie cofa się do swojej wyjściowej pozycji, ale jedynie o kilka dziesiątych milimetra, aby klocki nie tarły niepotrzebnie o tarczę. Dzięki temu nawet jeśli klocek się zużywa, jest coraz cieńszy, to i tak zawsze znajduje się w bardzo bliskiej pozycji w stosunku do tarczy, co przekłada się na szybką reakcję po naciśnięciu pedału hamulca.

Większość zacisków pływających odlewana jest z żeliwa. Wyjątki spotyka się w droższych i sportowych samochodach. Zaciski pływające są ogólnie gorsze od stałych. Cechują się mniejszą sztywnością i łatwiej wpadają w wibracje. Słabo znoszą wysokie temperatury, gorzej pracują przy dużych naciskach.

W zwykłym zacisku także tłoczek wykonany jest z ciężkiego żeliwa, a następnie chromowany, aby zmniejszyć tarcie. Pomimo tych wad są jednak tańsze w produkcji i dlatego znajdują zastosowanie w większości seryjnie produkowanych samochodów - w codziennym użytkowaniu sprawdzają się rewelacyjnie.

W sporcie samochodowym używa się większych tarcz i większych zacisków. Oprócz poprawy hamowania ma to służyć także lepszemu odprowadzaniu ciepła. Przed rdzą zaciski zabezpiecza się, lakierując je specjalną farbą o dobrych właściwościach rozpraszania ciepła. Tłoczki wykonane są ze stali nierdzewnej albo (w droższych modelach) z azotowanego tytanu.

Dla zmniejszenia masy układu stosuje się także dwuczęściowe tarcze hamulcowe. Środkowa ich część, flansza, zrobiona jest np. z aluminium, a tylko powierzchnia cierna z żeliwa. Waga w sportach motorowych jest niezwykle ważna i dzięki obniżeniu masy nieresorowanej poprawia się również prowadzenie samochodu.

W wyniku zastosowania stopów aluminium zmniejsza się nie tylko masa podzespołów, ale także polepsza się odprowadzanie ciepła. Lepsze chłodzenie uzyskuje się również dzięki użyciu większej liczby tłoczków. W efekcie powietrze swobodniej przepływa po ich tylnej stronie. Także ścianki tłoczków mogą być wtedy cieńsze, a wtedy mniejsza ilość ciepła przekazywana jest do płynu hamulcowego.

Najbardziej wydajnym, a zarazem najdroższym rozwiązaniem jest chłodzenie zacisków cieczą – najczęściej wodą. Niewielki układ chłodzący wymaga zastosowania filtra, chłodnicy, zbiorniczka cieczy oraz elektrycznej pompy. Takie rozwiązania stosowane są np. w samochodach rajdowych klasy WRC na asfaltowych odcinkach, na których temperatura hamulców jest bardzo wysoka.

Produkowane zaciski można podzielić na dwie grupy – z przeznaczeniem do codziennego użytku i wyłącznie do sportu. Pierwsze są lepiej zabezpieczone antykorozyjnie i przed zabrudzeniami za pomocą gumowych osłonek. Producent liczy się z tym, że nie będą one podlegały częstym kontrolom i dlatego muszą być bezawaryjne. Użycie cięższych materiałów pozwala obniżyć ich cenę.

Sportowe zaciski muszą być przede wszystkim lekkie i odporne na wysokie temperatury, przez co zastosowane materiały nie należą do tanich. Zabrudzenia oraz korozja nie są w tym przypadku problemem, ponieważ stan tych zacisków jest kontrolowany bardzo często. Ze względu na wysokie temperatury gumowe osłonki w ogóle by się nie sprawdziły.

Jeśli chcemy w swoim samochodzie zamontować większe tarcze oraz zaciski, często możemy użyć odpowiedników z mocniejszego modelu, w którym seryjnie już były takie montowane. Przy niewielkim szczęściu przełożymy je bez większych problemów. W niektórych przypadkach będzie trzeba wymienić również zwrotnicę lub przerobić mocowania zacisków. Należy także sprawdzić, czy większy komplet tarcz z zaciskami zmieści się w obręczach kół.

Na razie nie zanosi się na to, aby hamulce tarczowe zostały zastąpione jakimś lepszym rozwiązaniem. Istnieją koncepcje np. hamulców elektromagnetycznych, co wyeliminowałoby hydraulikę, ale ze względu na zawodność elektroniki raczej nie ma szans, aby zastąpiły one tradycyjne rozwiązania.

Warto wspomnieć o hamulcach z podwójną tarczą, budowanych przez firmę Delphi, która swój pomysł nazwała Maximum Torque Brake. Przy danej średnicy tarczy hamulcowej udało się uzyskać 1,7 razy większą siłę hamowania niż w standardowym układzie. To pozwala zmniejszyć rozmiary wszystkich elementów, z czego już skorzystały sporty motorowe.