Твердый как алмаз

Твердый как алмаз

Не ржавеют, почти отсутствует тормозная пыль. В новом впервые серийно используются новые тормоза Surface Coated Brake (PSCB).

Знакомо ли Вам слово «Widia»? Матиас Лебер улыбается с пониманием. Дело в том, что он, инженер-машиностроитель и эксперт по тормозам в центре разработок в Вайссахе, способен создавать будущее только потому, что знаком с прошлым. А Widia — это его часть. Слово является сокращением от «Wie Diamant» (как алмаз) и с начала ХХ века обозначает удивительно твердый материал, основным компонентом которого является карбид вольфрама. Матиас Лебер очень хорошо знаком со свойствами веществ и их преимуществами. Он с гордостью смотрит на блестящий тормозной диск, лежащий перед ним. Даже в использованном виде его можно повесить на стену как зеркало. Карбид вольфрама не ржавеет и не тускнеет. Однако идеальный вид диска не самое главное достоинство. Намного важнее его прочность.

В новом серийном дебютирует мировая новинка — Surface Coated Brake (PSCB), тормоз с внешним покрытием. Его поверхность состоит из карбида дивольфрама (WC). Вольфрам и углерод соединяются в кристалл такой твердости, что можно резать стекло. Карбид вольфрама — один из самых твердых материалов в мире после алмаза, примерно в десять раз тверже чугуна. Именно это качество особенно интересно для разработчиков тормозных систем.

Матиас Лебер: шеф отдела тормозных систем — ключевой человек в разработке новых PSCB.

Похоже на алхимию

Что, если бы существовали тормоза, которые замедляют так же хорошо, как керамические, настолько же температуростойкие, не ржавеют, не нуждаются в гоночных тормозных накладках, втрое дешевле и при этом намного меньше изнашиваются, на которых почти не образуется тормозная пыль? Похоже на алхимию, и все же — это серьезная технология производства . «Поверьте, это был долгий путь. Иначе мы бы сделали это давно», говорит Матиас Лебер. Однако чудес не бывает. Только упорная конструкторская работа.

Часто новые технологии приходят из автоспорта на обычные улицы, например композитные керамические тормоза, Ceramic Composite Brake (PCCB). Они лучшие из лучших. Также не нужно недооценивать и современные чугунные тормозные диски. До сих пор оставался один пробел: класс особенно мощных , которые не каждый день выходят на гоночные трассы. Для Матиаса Лебера и его команды решение было очевидным: требуется слой твердого металла. Почему бы не применить в тормозах то, что уже сто лет используется как инструментальная сталь?

Все просто: комплект тормозного диска из карбида вольфрама стоил бы столько же, как несколько комплектов керамических тормозов. Кроме того, на протяжении длительного времени отсутствовала технология нанесения карбида вольфрама на несущую поверхность, в данном случае — чугун. , в тесном взаимодействии с фирмой Bosch/Buderus, после многих экспериментов удалось достичь здесь прорыва. С помощью лазера чугунный тормозной диск структурируется с последующим гальваническим покрытием промежуточным слоем, который, как эластичный соединяющий материал, выступает посредником между разными термическими расширениями чугуна и карбида вольфрама. Его частицы попадают на тормозной диск газопламенным напылением на сверхзвуковой скорости. Наблюдая этот процесс, вспоминается световой меч джедая из «Звездных войн». В результате появляется нанесенный слой в 100 микрометров, который сам по себе ничего не решает. Теперь все зависит от тормозных накладок.

«Грандиозная прочность поразила нас самих».
Матиас Лебер

В поисках комбинации

«По меньшей мере, это столько же конструкторской работы», говорит Матиас Лебер. Одно дело лазерная технология и высокоточные автоматизированные процессы производства новых тормозных дисков, другое — тормозные накладки правильного состава. Для зеркально гладкой поверхности требуется специальная накладка, которая удержится на ней. Похоже на то, как слегка надавить пальцем на зеркало и двигаться по нему: палец проскальзывает не равномерно, а снова и снова останавливается на мгновение. Однако слишком мягкая накладка на очень твердой поверхности при высокой скорости вращения быстро изнашивалась бы. В хорошо схватывающую накладку подмешаны микроскопические частицы очень твердых материалов, проникающие в слой карбида вольфрама. Такие накладки буквально когтями вонзаются в диск.

Микроскопические якоря

«Для всех нас результат стал неожиданностью», говорит Матиас Лебер. «Мы знали, что тормоза будут хороши. Но первые испытания превзошли все ожидания». На низких скоростях, благодаря гладкой поверхности, вся тормозная накладка сразу соприкасается со всей поверхностью диска. Это, как если сравнить винил и CD: у чугуна снижается сцепляющая способность, так как углубление каждой канавки на поверхности отсутствует. У карбида вольфрама практически отсутствуют канавки, поверхность зеркально гладкая.

При необходимости большего торможения на высоких скоростях твердые частицы тормозной накладки выбрасывают свои «якоря». «Это, разумеется, приводит к износу и образованию тормозной пыли, но, в сравнении с чугунными тормозными дисками, это на 90 % меньше», заявляет Матиас Лебер. Плюс на 30 % увеличивается ресурс эксплуатации в сравнении с чугунным диском. И все это при прочности близкой к прочности керамических тормозов, но в три раза меньше по затратам. Действительно, при эксплуатации новые тормоза ощущаются как PCCB: усилие на педали остается то же и при нагревания тормозов. При высокой температуре диски не утрачивают эффективности. Наоборот, около 600 градусов они становятся еще агрессивнее.

1) Термическая обработка поверхности: лазер структурирует чугунную поверхность, придает ей шероховатость и очищает.
2) Пластичный промежуточный слой: нанесенный гальванически никель усиливает сцепление чугуна и карбида вольфрама.
3) Слой твердого металла: он состоит из карбида вольфрама; покрытие происходит сверхзвуковым газопламенным напылением.
4) Тормозной диск и суппорт: покрытый чугунный тормозной диск облегченной конструкции с десятипоршневым суппортом.
5) Тормозные накладки PSCB: их особый материал — новая разработка.

Белая накидка в комплекте

При повседневном использовании примерно после 600 километров поверхность тормозных накладок отполирована до блеска. Внешне им подходят белые десятипоршневые суппорты впереди и четырехпоршневые суппорты сзади, используемые в тормозах PCCB. Почему белые? Лебер смеется: «Если на тормозах практически не образуется тормозная пыль, это необходимо показать. Мое предложение, правда, вначале вызвало возражения.» Но тестовые новые после тысяч километров показали: тормоза сохраняют белый цвет.

В первую очередь, новые тормоза PSCB будут серийно устанавливаться только на новых . Для всех последующих новых это предлагается как опция. Являются ли тормоза PSCB идеальным сочетанием прочности, красоты и экономичности, пределом совершенства в разработке тормозных систем? Матиас Лебер качает головой: «Прогрессирующая электрификация автомобилей создаст абсолютно новые формы тормозов. Рекуперативное торможение уже само является абсолютно износостойкой формой замедления и становится для нас особенно интересной. Ведь так можно справиться с 90 % всех обычных процессов торможения. Мы должны и дальше проводить исследования.» В конечном счете, быстрым автомобилям нужны быстрые тормоза. Следовательно, тормоза никогда не смогут быть настолько быстрыми, чтобы нельзя было сделать их еще быстрее.

Текст Торстен Эльбригманн
Фото Франк Ратеринг

Плюсы и минусы керамики: коротко о главном

Керамические колодки являются полным антиподом металлического варианта и имеют массу отличительных особенностей в функционировании – керамика характеризуется массой преимуществ, среди которых выделяются:

• Отсутствие пыли в момент срабатывания – в отличие от органических колодок, керамика не выделять мелкие абразивные частицы во время трения о поверхность диска, в результате чего снижается необходимость в регулярном обслуживании тормозов и повышается эксплуатационный ресурс комплектующих;
• Низкий уровень шума – малое содержание металлов в составе снижает вероятность скрипов или шума во время торможения, благодаря чему колодки будут выигрышно смотреться в автомобиле семейного типа или представительского класса;
• Высокий температурный диапазон – стабильная эффективность торможения у керамики наблюдается в диапазоне от 0 до +600 градусов, что снижает риск блокировки колеса при перегреве суппортов. Данный вариант подойдет для эксплуатации в жарком климате или среднегрузовых автомобилей;
• Меньший коэффициент трения – низкое содержание железа снижает коэффициент сцепления колодок с колесных дисков без потери эффективности торможения, в результате чего замедляется процесс стачивания покрытия диска.

Среди недостатков керамических тормозных колодок выделяются только высокая стоимость и необходимость к прогреву, что не позволяет использовать тормоза в полную меру в начале движения. Керамические колодки становятся все более популярными в странах ЕС и Америки, благодаря высокой надежности и эффективности торможения.

Также главным преимуществом керамики является увеличение эксплуатационного ресурса тормозной системы, что позволяет отдалить плановую замену дисков и суппортов, в отличие от металлического варианта – срок функционирования асбестовых колодок выше на 25-30%.

Каковы преимущества карбоно-керамических тормозов?

0 21 Июля 2016

• Каковы преимущества карбоно-керамических тормозов?
• Керамические тормозные системы
• Основные преимущества и недостатки
• Вредят ли колодки из керамики тормозному диску
• Определяемся с выбором: керамические колодки или металлические

Тормозная система, в первую очередь, должна быть надежной, выдерживать максимальные нагрузки и быстро прерывать движение. Сегодня мы попробуем разобраться в керамической тормозной системе и узнаем, чем же лучше металлических керамические тормозные колодки.

Керамические тормозные системы

Самой распространенной тормозной системой на сегодняшний день является дисковая, где главный элемент – тормозной диск, и к нему прикладывается усилие исполнительного механизма. В существующих тормозных системах торможение выполняется за счет снижения крутящего момента колес путем трения элементов тормозных механизмов. Основная опасность отказа тормозов – перегрев: пар, образующийся в результате трения, мешает повышению эффективности тормозной силы. При перегреве тормозного диска он деформируется (нарушается форма его поверхности), вследствие этого происходит биение диска, передающееся на рулевое колесо и тормозную педаль, и также удлиняется тормозной путь машины. Поэтому к материалам для производства тормозных систем предъявляют особые требования: они не должны истираться, деформироваться, и должны иметь высокую термостойкость.

В 70-х годах появляются карбоновые тормозные системы, которые устанавливались лишь на спортивные авто Формулы-1. Только с 1998 года карбоно-керамические тормозные системы начала устанавливать на свои автомобили компания Ferrari. Керамические тормозные диски изготовляются из карборунда, иными словами карбида кремния. Такие тормоза оказались намного эффективнее чугунных: они легче, коэффициент трения выше на порядок, они не коробятся, рабочий диапазон температур 1200-1400оC; но они более дорогие, и начинают работать, лишь хорошо прогревшись, а до этого коэффициент трения их еще ниже обычных.

Основные преимущества и недостатки

Можно выделить такие основные преимущества керамических тормозных систем:

1. Даже при интенсивной работе керамический диск не коробится, в отличие от металлических дисков.

2. Данные тормозные диски стабильны в работе в широком диапазоне температур (1200-1400оC), а это говорит о том, что различные погодные условия будут несущественно влиять на работу тормозного диска, разогретого до необходимой температуры.

3. Керамическим тормозным системам характерен минимальный выброс пыли, благодаря чему не снижаются тормозные характеристики автомобиля.

4. Керамический тормозной диск на 50% легче металлического, и керамическая тормозная система может уменьшить массу машины на 20 кг, следовательно, уменьшается и неподрессоренная масса, а также нагрузка на подвеску.

5. Использование керамических тормозов дает возможность повысить на 25% коэффициент трения и увеличить результативность торможения в нагретом состоянии до высоких температур.

6. Еще керамические диски долговечны, и их не требуется менять на протяжении 300 тыс. км.

Керамические колодки имеют не только плюсы, но и минусы:

1. Карбоно-керамические тормозные диски плохо работают в холодном состоянии, останавливают автомобиль даже хуже, чем холодные металлические диски.

2. Могут издавать при работе неприятный скрип (но он устраняется добавлением в состав дисков разнообразных металлических примесей).

3. Главным недостатком керамической тормозной системы является ее цена.

Вредят ли колодки из керамики тормозному диску

В результате многих испытаний не было обнаружено, что керамические колодки малоэффективно работают на тормозных дисках. Тормозные колодки из керамики не содержат в своем составе ферросплавов, и благодаря этому не происходит контакт металлов между колодками и диском, а, следовательно, нет повышенного износа тормозного диска и «залипания» поверхностей.

Определяемся с выбором: керамические колодки или металлические

Керамические колодки оптимальны для агрессивного вождения: керамика избавит от образования отработанной пыли, позволит дольше эксплуатировать тормозные диски и имеет много других преимуществ, но они очень дорогие для обычных водителей.

Вполне очевидно, что керамические тормозные колодки в ближайшее время не будут применяться на машинах массового производства, водители свое предпочтение будут отдавать металлическим; но спортивным автомобилям они просто необходимы, так как могут значительно сократить тормозной путь.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Керамические колодки: плюсы и минусы при использовании на автомобиле

Принимая решение о применении таких тормозов для повседневной езды, стоит помнить о свойствах материала.

Керамические колодки обеспечивают значительные плюсы, например:

1. существенно снижают неподрессоренную массу;
2. улучшая управляемость и устойчивость автомобиля.

Но в их использовании есть определенные минусы – они обладают высокой стоимостью по сравнению с обычными и хорошо работают при повышенной температуре, т.е. их нужно предварительно разогревать.

Скажем так – не все, что годится для болида Формулы 1, подходит в чистом виде для серийного автомобиля. Чаще всего керамические колодки ставят на дорогие и спортивные машины, которые при любых дорожных условиях будут двигаться с повышенной скоростью. А для перемещения в обычном городском потоке или при езде по проселку на дачу керамические колодки точно не понадобятся.

Многие компоненты и технические решения, используемые в современном автомобиле, проходят проверку на гоночных трассах. Одним из таких элементов являются керамические тормоза. Однако при всех своих достоинствах широкое их применение в обычном серийном автомобиле вряд ли можно признать целесообразным, хотя и здесь возможны разные мнения.