Disc rupt
Discul de frână este un tip de frecare frână . În varianta de realizare , ca parte a discului de frână , care este întârziere de unul pe roată butuc montat discul de frână și cleștilor de frână culcat frână cu plăcuțe de frână produse, în forma de realizare ca o parte completă și disc de frână prin presarea a discurilor de frână. Este cel mai comun tip la autovehicule sub formă de frână parțială cu disc în fața frânei cu tambur și este din ce în ce mai utilizat ca frână pentru bicicletă .
La frânare, energia cinetică a vehiculului este transformată în căldură prin frecare . Abraziune sub formă de praf de frână este un tribologie fenomen de uzură, care este deosebit de vizibil pe roțile din față sub forma unui strat de praf.
poveste
Inventatorul frânei cu disc este considerat a fi britanicul Frederick W. Lanchester , care a primit un brevet în 1902. Frâna cu disc Lanchester a fost instalată în autoturismele Lanchester din 1905 ; se opera mecanic.
Joel H. Hendrick și Arthur H. Fay din Massachusetts au primit un brevet american (nr. 526317, solicitat în noiembrie 1893) pentru o frână de disc pentru biciclete încă din 1894 . De asemenea, frânele cu disc Elmer Ambrose Sperry la 1898 sunt utilizate pentru vehiculul electric construit de el.
În 1940, Hermann Klaue , care ulterior a construit biciclete, a dezvoltat frâna cu disc complet căptușită cu auto-armare și o carcasă de frână circumferențială la Argus Motoren Gesellschaft , care a furnizat industria avioanelor de luptă printre altele și a avut-o brevetată. Astfel de frâne au existat, de exemplu, pe Arado Ar 96 și începând din 1942 în vehiculul blindat VI Tiger , care, prin urmare, trebuie considerat ca primul „autovehicul” produs în serie cu frâne cu disc.
La sfârșitul anului 1946 a fost prezentat conceptul pentru Tucker '48 cu frâne cu disc, dar mașina a ieșit pe piață doar într-o serie mică cu frâne cu tambur. În 1950 , Crosley Motors a instalat temporar frâne cu disc aerospațial într-o „lovitură fierbinte”. Lucas Girling a lansat prima frână cu disc pentru motociclete în 1952. În Europa, mașina de curse Jaguar C-Type a primit patru frâne cu disc Dunlop în 1953 și a câștigat Le Mans cu ele. În 1955, Citroën DS a fost prezentat cu tracțiune față și frâne cu disc interne în față. Primul vehicul de producție european cu frâne pe disc pe toate roțile a fost Austin-Healey 100 S roadster .
La motociclete, MV Agusta 600 cu patru cilindri de 50 CP avea inițial frâne cu disc acționate prin cablu din față din 1966, dar acestea au fost ulterior înlocuite cu frâne cu tambur duplex. Honda CB 750 patru din 1969 cu 67 CP este prima mașină de producție pe scară largă , cu o frână cu disc acționată hidraulic.
constructie
O frână cu disc constă dintr-un disc de frână conectat la o roată sau un set de roți și suportul de frână la care este atașat etrierul de frână . Etrierul de frână (numit și etrierul de frână ) cuprinde discul de frână; conține plăcuțele de frână și pistoanele de frână , care apasă plăcuțele de frână în mod axial împotriva discului.
La autovehicule, discul de frână este atașat în majoritatea cazurilor direct la butucul roții . Dar poate fi atașat și în interior, cu osii conduse pe diferențial ( Citroën DS, GS și Alfa Romeo Alfetta, DKW F 102 și Audi F 103, Audi 100 C1, NSU Ro 80 , Jaguar E la Jaguar XJ ). Acest design se numește frână internă . La mașinile de curse, acest lucru s-a întâmplat și pe punțile fără motor, cuplul de frânare a fost transmis cu arbori de frână. Avantajele sunt masa mai scăzută. Cu axele direcționate, se poate obține cu ușurință o rază mică de curățare (axa de rotație a articulației de direcție în mijlocul zonei de contact a anvelopei). Drept urmare, mașina rămâne pe bandă la frânare, chiar dacă suprafața drumului are diferite niveluri de aderență. Dezavantajul este sarcina mare pe arborele de antrenare de la cuplul de frânare. Un alt dezavantaj îl reprezintă costurile uneori mari de reparații la înlocuirea discurilor de frână din cauza poziției de instalare.
În cazul vehiculelor feroviare, discurile de frână sunt de obicei atașate la arborele de roți , iar în cazul seturilor de roți, acestea sunt adesea între discurile de roată. În cazul seturilor de roți acționate, unde acest spațiu nu este de obicei disponibil, discurile de frână sunt atașate de ambele părți ale discurilor de roată (frâna cu disc de roată ), iar în cazul vagoanelor de șine deseori și la exterior. Discurile de frână situate între discurile de roată sunt de obicei formate din mai multe părți, astfel încât să poată fi schimbate fără a fi nevoie să apăsați discurile de roată. O soluție specială este disponibilă pentru locomotivele ES64U2 și ES64U4 de la producătorul Siemens sub forma unei ieșiri performante cu arbore de frână cu arc . Aici o altă treaptă de viteză, care se leagă de viteza mare instalată cu arc, transmite puterea de la setul de roți la arborele de frână. Dispozitivul de frânare aparține astfel complet masei arcate.
Deoarece discul de frână este utilizat numai pentru frânare, materialul discului poate fi adaptat la cerințele frânei. Diametrul discului determină în mare măsură cuplul de frânare și, astfel, puterea de frânare. La vehiculele puternice, diametrul roții limitează diametrul interior al jantei și, astfel, diametrul discului de frână. Pentru a putea dimensiona discurile de frână cât mai mari, trebuie folosite cele mai mari roți posibile sau etriere de frână cu mai multe pistoane și astfel trebuie folosite plăcuțe de frână mai mari.
Disc de frână
Frâne pe disc complete
Se face distincția între frânele de disc parțiale și cele complete: Fie doar o anumită parte ( sector ) sau întreaga zonă a discului este disponibilă ca suprafață de frecare. De exemplu, există frâne cu disc complete în rezervoare , avioane și utilaje agricole. Sunt robuste și rezistente la abraziune și, datorită masei lor mari, sunt, de asemenea, relativ stabile la temperatură, ceea ce face ca răcirea să nu fie necesară atunci când este folosită rar. Frâna cu disc complet, denumită și frână cu mai multe discuri, este, în principiu, un ambreiaj cu mai multe discuri în care o parte este staționară, doar că, atunci când este acționată, o conexiune de frecare nu este întreruptă, ci stabilită. O frână multi-disc constă din cel puțin 3 discuri, dintre care majoritatea rulează într-o baie de ulei. Spre deosebire de frânele cu disc secționale, frânele multi-disc nu au nevoie de etrier.
Frânele cu disc ale aeronavelor constau - în funcție de dimensiunea aeronavei - dintr-un teanc de discuri de frână rotative și staționare, care sunt dispuse ca un ambreiaj cu mai multe plăci. O parte a discurilor se angajează intern sub forma unui ambreiaj dințat cu dantura externă a axului staționar al șasiului, cealaltă jumătate a discurilor de frecare transferă cuplul de frânare la roată prin dantura internă lucrat direct în inelul jantei. Circumferința carcasei frânei este distribuită și, atunci când este acționată, comprimă întreaga stivă plutitoare de frecare și discuri de frână în direcția axială.
Frâne cu disc parțiale
În general, o răcire bună și o presiune ridicată de contact cu frânele pe disc permit decelerări mari. Forța maximă de frânare depinde de coeficientul de frecare al materialelor utilizate, de temperatura actuală și de presiunea cu care sunt apăsate plăcuțele de frână pe disc. În practică, contaminarea precum praful, umezeala sau reziduurile de ulei joacă, de asemenea, un rol.
La frânarea ușoară frecventă cu discuri de frână ușor murdare, se poate forma sticlă pe discuri și plăcuțe, ceea ce duce la un comportament de frânare mai slab. Pentru a menține sistemul de frânare în autoturismele moderne, garniturile de frână sunt aplicate automat pe discul de frână din când în când cu presiune scăzută în timp ce vehiculul este în mișcare, pentru a îndepărta stratul cu impuritățile. Dacă acest lucru nu se întâmplă și geamurile au apărut deja, piesele de uzură trebuie înlocuite sau schimbarea trebuie încetinită.
răcire
Ca și în cazul tuturor frânelor de frecare, frânele cu disc transformă complet energia cinetică a vehiculului în căldură la frânare . Această energie termică este stocată inițial în principal în discul de frână, care o încălzește considerabil. Cu frânele cu disc, suprafețele de frânare sunt expuse și, prin urmare, pot elibera rapid căldura înapoi în aerul înconjurător. Pentru o mai bună disipare a căldurii, discul de frână poate fi proiectat cu ventilație internă. Apoi are canale de aer de răcire radiale interne. Acest lucru mărește zona pentru disiparea căldurii în aer și, atunci când se rotește, creează un flux de aer datorită forței centrifuge, ca un ventilator radial . Ca urmare, efectul de frânare scade mai puțin pe măsură ce temperatura crește ( decolorarea frânei ). Dezavantajele sunt lățimea totală mai mare și rezistența necesară a etrierului de frână și greutatea mai mare, ceea ce mărește masa neșurubată. Pe de altă parte, frânele cu tambur permit doar disiparea moderată a căldurii datorită suprafeței mai mici în raport cu volumul lor.
Discurile de frână de pe motociclete sau pentru cerințe sporite, de exemplu în motorsport, sunt adesea găurite sau perforate, adică sunt prevăzute cu găuri mici pe întreaga suprafață de frânare sau au caneluri pe suprafața discului care se desfășoară oblic spre exterior (când se conduce înainte) . Acest lucru are un efect pozitiv asupra comportamentului de răspuns în condiții de umezeală, deoarece nicio pernă de vapori nu se poate acumula între plăcuța de frână și discul de frână datorită apei evaporate. Tensiunile termice din material ca urmare a aportului de căldură în timpul frânării pot fi, prin urmare, mai bine controlate decât cu discurile solide. Cu toate acestea, aceste avantaje sunt la prețul unei uzuri crescute a căptușelii: Datorită presiunii ridicate de contact, compresibilitatea căptușelii duce la o uzură crescută, în special la temperaturi ridicate. Cu frânele Porsche, găurile nu sunt găurite, ci mai degrabă turnate direct cu discul din motive de stabilitate.
Un exemplu de calcul pentru încălzirea unei frâne poate fi găsit în articolul Disc de frână .
Materiale
Un material obișnuit pentru discurile de frână este fonta gri, în timp ce discurile de frână din oțel inoxidabil pot fi găsite și la vehiculele cu o singură cale . În cazul frânei compuse , inelul de fricțiune din fontă gri este conectat numai la cupa de aluminiu a discului de frână prin știfturi din oțel inoxidabil turnat. Este mai ușor decât un disc din fontă de aceeași dimensiune și, datorită masei neprelucrate mai mici, proprietățile de suspensie ale șasiului sunt îmbunătățite.
În mașinile de lux și sport de mare putere și costisitoare, sunt oferite discuri de frână din ceramică carbonică (CMC), un material compozit din fibră ceramică din fibre de carbon și carbură de siliciu . Aceste discuri au o durată de viață mai mare datorită rezistenței lor la coroziune și uzurii reduse. Când temperatura de funcționare crește, frâna CMC arată mai puțin decolorată . Acestea sunt cu 40% mai ușoare decât discurile metalice și, de asemenea, și aici, manevrabilitatea este îmbunătățită din cauza maselor mai puțin suspendate. Discurile din ceramică sunt de multe ori mai scumpe decât discurile din fontă gri, care în prezent împiedică utilizarea în masă.
Un material similar, dar mai ușor, și anume cu carbon din fibră de carbon întărit (CFC), era pregătit pentru antrenament în 1971 și se afla pe mașina a patra serie din frânele avionului supersonic folosit Concorde . În acest moment, Dunlop cercetase posibile materiale de zece ani datorită Concorde. În continuare, aceste discuri de frână au devenit standard în construcția avioanelor de pasageri și, de asemenea, în cursele de automobile . Cu toate acestea, materialul scump și foarte ușor prezintă un comportament slab de frânare la rece și, prin urmare, nu este potrivit pentru traficul rutier. Suprafețele de carbon au un coeficient de frecare puțin mai mare decât fonta gri.
Discurile de frână din fontă pot rezista la temperaturi de până la 1000 ° C, discurile din carbură de siliciu 1300 ° C și discurile de carbon 2000 ° C.
Subler
Se face distincția între etrierele cu un singur piston și cele cu mai multe pistoane și între frânele cu etrier fixe și plutitoare. Pistonul de frână este resetat printr-o etanșare special formată în etrierul de frână.
Etrierele cu un singur piston au un singur piston de frână, se găsesc în principal în mașini și biciclete sportive cu două roți mici sau motorizate și sunt de obicei construite ca frâne cu etrier plutitoare. Pentru a distribui presiunea de contact mai uniform pe suprafața de frecare și pentru a reduce forțele de acționare, sunt instalate etriere cu mai multe pistoane. Motocicletele fără rapoarte de frână au, prin urmare, de obicei 4, iar la modelele sport, de asemenea, frâne cu 6 și 8 pistoane. Efectul și comportamentul de frânare pot fi îmbunătățite în continuare cu căptușeli individuale pentru mai multe pistoane.
Tipuri de etriere de frână
- În cazul frânei cu etrier fix , carcasa etrierului fix este, de asemenea, suportul de frână, este imobil, iar pistoanele de frână sunt situate pe ambele părți ale discului de frână. Prin urmare, o frână cu etrier fixă are de două ori mai mulți pistoane decât o frână cu etrier plutitoare. Frânele pentru sarcini mari sunt de obicei frâne cu etrier fixe, în care etrierul este turnat sau frezat dintr-o singură parte; se mai numesc frâne monobloc .
- Plutitoare cleștilor de frână are un singur purtător de frână , care este înșurubat în carcasa lagărului roții. Etrierul mobil plutitor, care este compus din cilindrul de frână atașat pe o parte și un dispozitiv de deviere care acționează garnitura de frână opusă, este atașat la acest suport. Se face distincția între frâna cu cadru plutitor (acum învechită) , frâna cu pendul sau cu etrier înclinant (de asemenea învechit, rar instalat) și frâna cu etrier plutitoare (actuală) .
Frâne radiale
Așa-numita frână radială este o frână cu disc în care etrierele de frână sunt înșurubate radial și astfel distanța până la puntea roții poate fi variată. Acest design vine din curse, unde discurile de frână cu diametre diferite sunt montate în funcție de traseu, vreme, temperatură și alte influențe. Etrierele de frână cu șurub radial pot fi adaptate la diametrul discului de frână utilizat. În acest scop, distanța dintre puntea roții și etrierul variază prin utilizarea șaibelor între etrierul de frână și suportul etrierului de frână de pe furca din față. Aceasta înseamnă că etrierele și plăcuțele de frână nu trebuie înlocuite. Acest lucru economisește timp și facilitează reorganizarea, deoarece nu este necesară asamblarea hidraulicii . Datorită designului lor, frânele radiale pot fi implementate numai ca frâne cu etrier fixe.
Frână perimetrală
Cu așa-numitele frâne perimetrale , disponibile pentru motociclete și automobile, discul de frână este atașat la exteriorul jantei în loc de interiorul butucului roții și este cuprins de etrierul de frână din interior. Ca urmare, diametrul efectiv al discului de frână poate fi aproape la fel de mare ca diametrul jantei și trebuie aplicată o forță mai mică pentru același cuplu de frânare. A existat un design similar cu discuri de frână cuprinse intern în unele modele de la Audi (de exemplu V8 , 200 20V și 100 S4 ) și Porsche (de exemplu 356 Carrera 2 ). Cu acestea, însă, marginea exterioară a discului de frână nu este atașată la jantă, ci mai degrabă conectată la butucul roții printr-un suport special pentru butuc.
activitate
Deoarece cursa plăcuțelor de frână este de obicei de doar câteva zecimi de milimetru, materialele sunt foarte dure și presiunea de contact necesară este, prin urmare, foarte mare, frâna trebuie acționată printr-o transmisie de putere. Acest lucru poate fi realizat hidraulic sau mecanic. Cursa mai lungă a elementului de acționare (pedala de frână, maneta de mână) este convertită în cursa mai scurtă a frânei și forța de contact este crescută cu același factor.
Hidraulic
Deoarece frâna cu disc necesită o forță de contact mai mare decât o frână cu tambur din cauza lipsei de auto-întărire (C * = 0,76), transmisia puterii hidraulice între cilindrul de frână principal și cilindrul de frână al roții (pistonul de frână) este mai mare. Din același motiv, amplificatoarele de frână sunt echipamente standard la mașinile mai ușoare de la sfârșitul anilor 1980 . Acționările hidraulice ale frânei permit, de asemenea, împărțirea cu ușurință a forței de frânare între mai mulți cilindri slave, de exemplu în cazul etrierelor de frână cu mai multe pistoane sau frânelor cu disc dublu pe două roți.
Mecanic
Din motive de simplitate tehnică (fără conducte hidraulice de presiune), frânele cu disc acționate prin cablu sunt acum utilizate și la biciclete. De multe ori se vorbește despre frânele mecanice pe disc într-un mod simplist . Conversia necesară a forței de tragere a cablului de acționare în presiunea plăcuțelor de frână de pe disc se realizează printr-un fus filetat dispus în etrierul de frână , care este rotit de o pârghie de acționare pe care acționează forța de tragere a cablului Bowden la exterior . Cursa filetului exercită o forță liniară pe placa purtătoare a căptușelii și o apasă pe disc. În anii precedenți, motocicletele erau echipate și cu frâne care funcționau conform acestui principiu, de exemplu MV Agusta 600 .
Frână de parcare
La vehiculele cu patru frâne pe disc, frâna de mână (frâna de mână) acționează de obicei asupra roților din spate. Pentru aceasta sunt utilizate două tipuri diferite. Odată ce plăcuțele de frână sunt apăsate pe discul de frână printr-un sistem de pârghii pe etrierul de frână, obținându-se astfel un efect de frânare. A doua posibilitate este ca butucii discurilor de frână din spate să fie proiectate ca tamburi de frână mici și să conțină saboți de frână de tambur convenționali, pe care acționează doar frâna de parcare.
literatură
- Bert Breuer, Karlheinz H. Bill: Manual de frânare: elemente de bază, componente, sisteme, dinamica conducerii. Vieweg + Teubner, 2006, ISBN 978-3-8348-0064-0
- MAN Nutzfahrzeuge Group: Bazele tehnologiei vehiculelor comerciale Kirschbaum Verlag, 2004, ISBN 3-7812-1640-3
Link-uri web
Dovezi individuale
- ↑ a b Olaf von Fersen (Ed.): Un secol de tehnologie auto. Autoturisme. VDI Verlag 1986, ISBN 3-18-400620-4 , pp. 410-411.
- ↑ Brevet US526317A pe espacenet.com
- ^ Tony Hadland, Hans-Erhard Lessing: Bicycle Design. O istorie ilustrată. MIT Press, Cambridge / Londra 2014, ISBN 978-0-262-02675-8 , pp. 286 și urm.
- ^ Karlheinz H. Bill: Manual de frână . Vieweg + Teubner Verlag, 2006, ISBN 3-8348-0064-3 , p. 7 .
- ↑ https://www.google.gg/patents/US2323052 Frână pe disc pentru utilizare în autovehicule, avioane și altele asemenea 2323052 A
- ↑ Istoria TRW - vezi 1952
- ^ Carbon Brakes for Concorde , Flight International, 30 decembrie 1971, p. 1031
- ↑ Michael Trzesniowski: tehnologia mașinilor de curse. Vieweg + Teubner Verlag, ediția a II-a 2010. ISBN 978-3-8348-0857-8 , pp. 432-433
- ↑ Cerere de brevet DE102008023327 : frână roată. Înregistrat la 13 mai 2008 , publicat la 19 noiembrie 2009 , solicitant: Porsche AG, inventator: Thomas Kirschner, Gerd Seifert.