Technologia zacisków hamulcowych i ich działanie

Zaciski hamulcowe to niezbędne elementy układu hamulcowego pojazdu. Ich głównym zadaniem jest zamiana energii hydraulicznej na energię mechaniczną. Dochodzi do niej, kiedy ciśnienie hydrauliczne z pompy hamulcowej oddziałuje na tłoczki w zacisku, generując siłę potrzebną, aby klocki mogły zostać dociśnięte do tarczy, zmniejszając w ten sposób prędkość pojazdu lub całkowicie go zatrzymując.

Typy zacisków hamulcowych: pływające i stałe

Zaciski pływające

Zaciski pływające charakteryzują się tłoczkami (zwykle jednym lub dwoma), które umieszczone są tylko po jednej stronie zacisku.

Tłoczki dociskają jeden z klocków bezpośrednio do tarczy, a drugi klocek jest dociskany w wyniku ruchu korpusu zacisku pływającego, który przesuwa się po specjalnych prowadnicach.

Zaciski pływające są powszechnie stosowane w pojazdach klasy niskiej i średniej oraz w lekkich pojazdach użytkowych (LCV). Są one na ogół wykonywane z żeliwa sferoidalnego.

Zaciski stałe

Zaciski stałe charakteryzują się pojedynczym korpusem, który jest sztywno przymocowany do układu zawieszenia pojazdu.

Znajdują się w nich dwa lub więcej tłoczków, które dociskają klocki hamulcowe naprzeciw siebie. W niektórych przypadkach stosuje się dwa różne tłoczki, które w ramach tej samej półobudowy mają różne wymiary.

Zaciski typu stałego są stosowane w pojazdach klasy średniej i wyższej oraz w samochodach sportowych i na ogół powstają ze stopów aluminium.

Można więc stwierdzić, że zaciski pływające są tańsze i zajmują mniej miejsca. Są wytrzymałe i mogą być uruchamiane przez różne układy. Zaciski stałe są natomiast lżejsze, zużywają się bardziej równomiernie, mają mniejszy moment resztkowy i są bardziej dostosowywane do konstrukcji danego pojazdu.

Zaciski jednoczęściowe i dwuczęściowe

Stałe zaciski mogą mieć postać pojedynczego bloku (tzw. monobloku) lub mogą występować jako dwa oddzielne elementy. Zaciski monoblokowe, powstające z jednego odlewu, cechują się lepszym stosunkiem masy do objętości płynu oraz — za sprawą braku śrub lub nakrętek — elastycznością form. Zajmują też mniej miejsca w kierunku promieniowym, ponieważ nie mają stożkowatego kształtu.

Z kolei zaciski dwuczęściowe są łatwiejsze w produkcji i montażu, ponieważ do ich obróbki maszynowej nie są wymagane specjalne narzędzia.

Prawidłowe działanie zacisków hamulcowych zależy od wielu czynników, m.in. od jakości wykonania poszczególnych komponentów, ich prawidłowego montażu i doboru materiałów. Innymi decydującymi czynnikami dla uzyskania szybkiej i precyzyjnej reakcji układu hamulcowego są: gładkość tłoczka, jakość okładzin i absorpcja objętościowa (tj. objętość płynu hamulcowego, która jest pochłaniana podczas hamowania w wyniku odkształcenia zacisku).

Główne komponenty zacisków hamulcowych

Zaciski hamulcowe składają się z kilku komponentów:

Korpus zacisku: musi wytrzymywać naprężenia, zapewnić odpowiednie osadzenie klocków na tarczy i pomieścić gniazda tłoczków.
Cylinderki: zawierają tłoczek i zapewniają uszczelnienie hydrauliczne, umożliwiając płynny ruch tłoczka podczas hamowania.
Tłoczki: przekształcają ciśnienie hydrauliczne na siłę mechaniczną, przykładając ją bezpośrednio do klocków. Wykonywane są z materiałów termoizolacyjnych, co ma ograniczać przenikanie ciepła z klocka do płynu hamulcowego. Ich konstrukcja zapobiega ich odkształcaniu się w wysokich temperaturach i zapewnia im kompatybilność z płynem hamulcowym.
Prowadnice ślizgowe: umożliwiają ruch względny między korpusem zacisku a stałym wspornikiem, zapewniając równomierny rozkład sił hamowania.
Uszczelki: gwarantują szczelność obwodu płynu hamulcowego i umożliwiają powrót tłoczka do pierwotnej pozycji po hamowaniu (funkcja roll-back), mimo iż jest on poddawany ciśnieniu aż 350 barów i temperaturom od - 40° do + 200°C. W podobny sposób, ale w przeciwnym kierunku, te specjalne uszczelki przywracają tłoczek do prawidłowej pozycji roboczej, jeśli zostanie on wycofany wskutek bocznego odkształcenia tarczy (funkcja knock-back). Dzięki temu skok hamulca nie jest dłuższy niż nominalny. Uszczelnienie tłoczka musi być również kompatybilne z płynem, z którym będzie w kontakcie podczas pracy (płyny hamulcowe EPDM DOT, HNBR w przypadku olejów mineralnych).

Osłony przeciwkurzowe: chronią cylinderek tłoczka przed zabrudzeniami i wilgocią, zapobiegając jego uszkodzeniom i korozji.
Sprężyny klocków hamulcowych: przywracają klocki do pozycji spoczynkowej po hamowaniu. Sprężyna taka utrzymuje również klocki przylegające do poszczególnych tłoczków. Wykonywana jest ze stali nierdzewnej lub stali sprężynowej z powłoką antykorozyjną.
Śruba odpowietrzająca: umożliwia odpowietrzanie układu poprzez wypuszczenie powietrza z zacisku.
Ucha mocujące: są to elementy mocujące zacisk hamulcowy do zwrotnicy. W zależności od wymagań konstrukcyjnych mogą być typu promieniowego lub osiowego.
Otwory promieniowe: umożliwiają stosowanie tarcz o większej średnicy, ograniczają odkształcenia pod wpływem momentu obrotowego i sprzyjają bardziej równomiernemu zużyciu klocków.
Otwory osiowe: są łatwiejsze w wierceniu, ponieważ są równoległe, umożliwiają też montaż zacisków pływających.

Przewody

Inne kluczowe komponenty to przewody prowadzące do zacisków hamulcowych. Przewody mogą być elastyczne, wykonane z gumy i oplotu metalowego i/lub sztywne, w postaci metalowych rurek.

Najbardziej odpowiednie przewody dobiera się w zależności od wymagań konstrukcyjnych i związanych z oczekiwaną wydajnością. Na przykład przewody hamulcowe w pojazdach wyczynowych mogą składać się ze sztywnego odcinka przewodu w pobliżu zacisku, za którym stosowany jest przewód elastyczny. Takie rozwiązanie stosuje się, ponieważ przewód sztywny zapewnia odpowiednią izolację termiczną, aby chronić część elastyczną przed wysokimi temperaturami generowanymi przy zacisku.