Kotoučové brzdy fungují na principu tření: po sešlápnutí brzdového pedálu se tlak brzdové kapaliny přenese do brzdového třmenu, jeho píst přitlačí brzdové destičky k rotujícímu kotouči a tření zpomalí otáčení kola. Pohybová, tedy kinetická energie vozidla se při tomto procesu mění na teplo.
Brzdový kotouč je spojený s nábojem kola, zatímco brzdový třmen je pevně připevněný k těhlici. Destičky sevřou kotouč z obou stran, čímž vznikne brzdný moment, který se přes kolo a pneumatiku přenese na vozovku.
Z čeho se skládá kotoučová brzda
Brzdový systém je nejdůležitějším systémem v motorovém vozidle. Funkční brzdový systém vám umožní zpomalit nebo zastavit v okamžiku, kdy to potřebujete. Umožňuje vám to vyhnout se srážce nebo nehodě. Ani ty nejlepší pneumatiky nebudou správně plnit svou funkci, pokud je brzdový systém vadný.
V moderních automobilech převládají kotoučové brzdy. V některých městských vozech se na zadních nápravách stále montují bubnové brzdy. Ale už jen zřídka.
- Brzdový pedál - pedál, který po sešlápnutí iniciuje brzdění, a díky síle na něj také jeho intenzitu.
- Brzdová kapalina - kapalná část brzdového systému, která přenáší brzdnou sílu do celého systému. Je odolná vůči vysokým teplotám a je nestlačitelná, stárne však a absorbuje vodu.
- Hlavní brzdový válec - po sešlápnutí brzdového pedálu začne jeho píst tlačit brzdovou kapalinu a brzdy začínají fungovat.
- Posilovač brzdné síly - přídavné zařízení, které zvyšuje tlak brzdové kapaliny a brzdný výkon.
- Pevné brzdové potrubí - obvykle kovové vedení, které vede brzdovou kapalinu k jednotlivým kolům.
- Pružné brzdové hadice - spojují pevné potrubí s brzdovými třmeny a umožňují pohyb kol při práci zavěšení.
- Brzdový třmen - pevná kovová konstrukce připevněná k těhlici, v níž jsou umístěny brzdové písty a destičky.
- Brzdový kotouč - kovový kotouč připevněný k náboji kola, který se při jízdě otáčí společně s kolem.
- Brzdové destičky - třecí prvky uložené ve třmenu, které se při brzdění přitlačují k oběma stranám kotouče.
V moderních automobilech je účinnost brzdového systému korigována řadou systémů. Patří mezi ně například rozdělovač brzdného účinku, systém proti zablokování kol ABS, protiprokluzový a protismykový stabilizační systém ESP, systém regulace prokluzu pro poháněná kola ASR a ochranný systém proti nehodám nebo srážkám.
Jak probíhá brzdění krok za krokem
- Řidič sešlápne brzdový pedál.
- Hlavní válec začne tlačit brzdovou kapalinu.
- Posilovač brzdné síly zvýší účinek působící na kapalinu.
- Tlak postupuje pevným brzdovým potrubím a následně pružnými brzdovými hadicemi.
- Brzdová kapalina se dostane do brzdového třmenu.
- Tlak kapaliny vysune brzdový píst ve třmenu.
- Brzdový píst přitlačí brzdové destičky k brzdovému kotouči.
- Pracovní plochy destiček začnou třít o pracovní plochy kotouče na jeho vnitřní a vnější straně.
- Tření zpomalí otáčení kotouče, náboje a kola.
- Pneumatika přenese brzdnou sílu na vozovku a vozidlo zpomalí nebo zastaví.
Brzdná dráha závisí na mnoha faktorech - rychlosti, hmotnosti vozu, typu vozovky, stavu pneumatik, stavu zavěšení a fungování aktivních bezpečnostních systémů.
Kotoučové brzdy patří stejně jako bubnové do skupiny třecích brzd. Ke zpomalení vozidla se u nich využívá tření, při němž vzniká brzdný moment mezi otáčející se a pevnou částí brzdy. Při tření se tak pohybová energie vozidla mění v teplo.
Kotouč, destičky a třmen
Brzdové kotouče se obvykle vyrábějí v okrouhlém tvaru a jsou vyrobeny z velmi odolné oceli nebo speciálně upravené litiny, která musí vydržet velmi vysokou tepelnou zátěž. Nejlevnější kotouče se vyrábějí z litiny, kvalitnější mohou být vyrobeny z různých slitin.
U kotoučové brzdy je pohyblivou částí její kotouč, naopak pevnou částí je brzdový třmen, v němž se nacházejí brzdové destičky jako obložení brzdy. Kotouč se otáčí společně s kolem, zatímco třmen a destičky zůstávají vůči vozidlu pevné.
Brzdové destičky jsou namontovány v brzdových třmenech. Každá brzdová destička se skládá ze dvou částí, které jsou umístěny na obou stranách brzdového kotouče.
Plovoucí a pevný brzdový třmen
Kotoučové brzdy se napříč různými aplikacemi neliší pouze průměrem kotoučů, jeho materiálem a provedením, ale také konstrukcí brzdiče neboli třmenu. Rozlišuje se plovoucí brzdový třmen a pevný nebo také monoblokový brzdový třmen.
Plovoucí třmen
Mnohem více rozšířený je plovoucí brzdový třmen. Jeho charakteristickým znakem je použití pístu, případně více pístů, k němuž se přivádí brzdová kapalina pouze z jedné vnitřní strany brzdiče.
To znamená, že píst přímo stlačuje pouze jednu brzdovou destičku. Ta druhá, vnější, je přitlačována posuvnou částí třmenu vzniklou reakční silou působící na dno válce, v němž se píst pohybuje.
Plovoucí brzdové třmeny má naprostá většina aut, například novodobá Škoda Octavia bez ohledu na její generaci.
Pevný neboli monoblokový třmen
Pevné třmeny jsou charakteristické tím, že mají písty z obou stran brzdiče. Každá z destiček má tedy svůj vlastní píst. Pístů může být více; u nejvýkonnějších brzd jsou na každé straně až tři písty, takže takový brzdič je šestipístový.
Kotoučové brzdy s pevným brzdičem běžně používají vozy značek Porsche a Ferrari. Pevné brzdiče jsou dražší a zpravidla také prostorově náročnější než plovoucí.
V minulosti měly pevné třmeny také vozy Škoda 105/120 a jejich deriváty. U vrcholné stotřicítky, dále u modelů 136, Garde a Rapid byly vpředu použity čtyřpístové pevné brzdiče. Na každé straně byly dva písty místo jednoho u běžných verzí těchto škodovek.
Kde jsou kotoučové brzdy umístěny
Zpravidla jsou kotoučové brzdy umísťovány do kol. Otáčející se část brzdy, tedy brzdový kotouč, je tak spojena s nábojem kola.
Existují ale i vozidla, kde jsou kotoučové brzdy umístěny blíže podélné ose jeho symetrie, hned za výstup z rozvodovky, tedy mezi ní a hnací hřídele. V tomto případě konstruktéři sledují snížení hmotnosti neodpružených částí vozu.
S tímto řešením se lze setkat u starších modelů Alfy Romeo, Astonů Martin, ale také u rumunského vozu Oltcit. Takové uspořádání však značně komplikuje výměnu brzdového obložení.
Proč se kotoučové brzdy používají hlavně vpředu
U levnějších, zpravidla menších aut jsou kotoučové brzdy používány pouze na přední nápravě, zatímco vzadu postačí bubnové brzdy. Přední náprava se na zpomalení vozidla podílí přibližně 70 procenty, proto vyžaduje výkonnější brzdy než zadní náprava.
Kotoučové brzdy se stále častěji objevují i na zadní nápravě malých aut. Svého času u některých automobilek platilo, že pokud byl vůz vybaven ABS, měl čtyři kotoučové brzdy, zatímco bez ABS výrobce nabízel na zadní nápravě obyčejnější bubnové brzdy.
Takto to měly vyřešeno například některé modely korejské Kie nebo již zaniklé britské automobilky Rover.
Výhody kotoučových brzd
Lepší chlazení a menší náchylnost k fadingu
Kotoučová brzda je zpravidla účinnější než bubnová, i když má menší třecí plochu. Důvodem je možnost mnohem snáze kotoučovou brzdu chladit. Na rozdíl od bubnové totiž není třecí plocha uzavřena v bubnu.
Kotoučová brzda proto lépe odolává slábnutí brzdného účinku při dlouhodobém nebo opakovaném brzdění. Při přehřátí však může dojít ke zkrácení životnosti, prodloužení brzdné dráhy a výraznému snížení účinku.
Stabilní účinek
Kotoučové brzdy mají vyšší stabilitu brzdného účinku z důvodu malého vnitřního převodu s lineární charakteristikou. Zjednodušeně řečeno nevyžadují tolik pohyblivých částí od ovládací hydrauliky k částem s obložením.
Jednodušší servis
Další výhodou je snazší a rychlejší výměna obložení, pokud jsou brzdy umístěny v kole. Kontrola a výměna kotoučů a destiček je obvykle jednodušší než u uzavřeného bubnového systému.
Nižší hmotnost
Poslední výhodou je až o 20 procent menší hmotnost. Nižší hmotnost je důležitá zejména u neodpružených částí, protože jejich menší hmotnost pomáhá konstrukci zavěšení i jízdním vlastnostem.
Nevýhody kotoučových brzd
Ačkoliv výhody kotoučových brzd převládají, lze u nich najít i některé nevýhody. Z důvodu malého vnitřního převodu brzdy je k jejich ovládání obyčejně zapotřebí větší síla než u bubnové brzdy.
Proto jsou kotoučové brzdy vhodné ve spojení s brzdovým posilovačem. Pokud má auto kotoučové brzdy a nemá posilovač brzdného účinku, brzdy se obtížně ovládají a vozidlo pocitově příliš nebrzdí.
Druhou nevýhodou je obtížnější řešení parkovací brzdy. Pokud jsou kotoučové brzdy použity i na zadní nápravě, je brzdový systém u některých aut opatřen pomocnou bubnovou brzdou. Tuto konstrukci mají například některé vozy Mercedes-Benz.
Jinde bylo možné se setkat se dvěma třmeny: jeden sloužil pro hydraulickou, tedy provozní brzdu, a druhý pro parkovací brzdu. Toto řešení v minulosti používal francouzský Citroën, u něhož parkovací brzda působila na přední kola.
Proč kotoučové brzdy pískají
U kotoučových brzd se může objevit pískání při brzdění. Vzniká vibrací při dosednutí brzdové destičky na píst brzdového třmenu.
K jeho omezení se používají různá opatření, například antivibrační plechy připevněné k zadní straně destičky nebo nalepená protivibrační fólie.
Typy brzdových kotoučů
Existuje několik druhů brzdových kotoučů. Mezi nejjednodušší patří obyčejné nechlazené kotouče bez jakýchkoli zásahů do povrchu komponentu.
Výkonnější vozidla používají chlazené brzdové kotouče, případně perforované nebo vrtané kotouče. Ty mají v sobě vyvrtané otvory, které pomáhají účinněji chladit kotouč.
Odvrtávané kotouče se používají zejména u velmi výkonných automobilů. Otvory však neslouží primárně k odvodu tepla; důvodem je snaha snížit hmotnost kotouče.
I z toho důvodu se u sportovních aut vyrábějí brzdové třmeny z hliníkových slitin. Kotouče jsou běžně vyrobeny z oceli.
Odvětrávané kotouče
U odvětrávaného kotouče je mezi třecími plochami prostor pro chlazení, který je opatřen lamelami nebo jiným vhodným uspořádáním chlazení. Pracovní povrchy brzdového kotouče spojené chladicími lamelami se nazývají věnec kotouče.
Odvětrávaná konstrukce zvětšuje schopnost kotouče odvádět teplo při intenzivním brzdění. Je proto běžná u vozidel, u nichž se předpokládá vyšší zatížení brzd.
Keramické kotouče
Kotouče mohou být zhotoveny také z keramiky, což je technologie používaná u výkonných automobilů. Výhodou keramiky je velmi malá tepelná vodivost a také nízká hmotnost kotouče.
Z toho důvodu nedochází k úbytku brzdného účinku, takzvanému fadingu, při opakovaném nebo dlouhodobě trvajícím použití brzd. Výhodou je také vynikající odolnost proti opotřebení.
Nevýhodou je vysoká cena, která se běžně šplhá do stovek tisíc korun. Technologie keramických brzd přišla do osobních aut po patřičných úpravách ze závodních automobilů a také z dopravních letadel.
Teplo vznikající při brzdění
Při tření brzd vzniká velké množství tepla. Čím více se brzdí, tím větší množství tepla vznikne.
Kotouče a brzdové destičky pro osobní vozy jsou navržené tak, aby dosahovaly nejlepšího brzdného účinku při nízkých teplotách. Pokud se brzdy přehřejí, zkracuje se jejich životnost a prodlužuje se brzdná dráha.
Z hlediska bezpečnosti je přehřátí brzd značným rizikem. Při intenzivním používání se povrch brzdových kotoučů může poměrně rychle ztenčit a opotřebovat.
Pokud se brzdy používají opravdu intenzivně, přehřátí a z něj vyplývající deformace a zvlnění kotoučů také nejsou ničím neobvyklým.
U závodních vozů je situace jiná. S nadměrným zatěžováním, a tedy i přehříváním brzd, se předem počítá, proto se brzdy sportovních aut konstruují tak, aby dosahovaly nejlepšího brzdného účinku při vyšší teplotě.
Zahřátí brzd je u závodních aut žádoucí. Pokud jste se někdy zúčastnili rallye nebo závodu na okruhu, mohli jste si všimnout rozpálených brzd i viditelného štiplavého kouře.
Jak prodloužit životnost brzd
Při brzdění se destičky i kotouče přirozeně opotřebovávají. Čím častěji a intenzivněji budete brzdit, tím dříve vás výměna dílů brzdového systému čeká.
Životnost brzd závisí i na stylu jízdy. Řidiči, kteří jezdí převážně po dálnicích, musí měnit brzdové destičky méně často než ti, kteří jezdí jen po ulicích měst.
Při jízdě v koloně se na brzdy šlápne každou chvíli. Mnozí řidiči však mají ve zvyku šlapat na pedál častěji, než je třeba, a brzdy pak zbytečně zatěžují.
Naučte se přidávat plyn tak, abyste v ideálním případě nemuseli vůbec brzdit. Pokud včas spustíte nohu z plynu a podřadíte při najíždění do zatáčky, křižovatky nebo při vjezdu do obce, brzdy se ani nehnou.
Brzdění motorem
Prudký kopec nesjíždějte s nohou na brzdě. Pokud byste měli brzdu mírně sešlápnutou po celou dobu klesání, kvůli soustavnému tření by teplota kotoučů a destiček prudce rostla.
Při soustavném brzdění nemůže dojít ani k adekvátnímu ochlazování brzdy vzduchem. Protože bude teplota brzd vysoká po dlouhou dobu, jednak se rapidně sníží jejich životnost, jednak bude brzdný účinek mnohem slabší.
Při krizové situaci by pak brzdy nemusely téměř vůbec fungovat. Sjíždění kopce s nohou na brzdě je proto nejen nešetrné, ale také nebezpečné.
Pomoci může brzdění motorem. Pokud se zařazenou rychlostí pustíte plyn, auto začne zpomalovat, na rozdíl od jízdy na neutrál.
Čím vyšší otáčky bude motor mít a čím nižší stupeň převodu zařadíte, tím bude brzdná síla větší. Pomocí podřazování při vyšších otáčkách můžete účinně brzdit i během sjíždění kopců v horách.
Brzdový pedál pak budete potřebovat mnohem méně a brzdy jen tak nepřehřejete. Brzdění motorem má smysl také při vjíždění do křižovatky nebo do obce.
Životnost a opotřebení kotoučů
Stejně jako jiné díly brzdového systému mají i brzdové kotouče svou životnost. Ta je určena především stylem jízdy a jízdními podmínkami.
Průměrný interval výměny brzdových kotoučů se u moderních a odolných produktů pohybuje přibližně na úrovni 100 000 km až 200 000 km, což je asi třikrát delší interval výměny v porovnání s brzdovými destičkami.
Největším nepřítelem brzdových kotoučů je nadměrné teplo nebo mechanické poškození. Při intenzivním používání se povrch kotoučů může rychle ztenčit a opotřebovat.
Většina moderních produktů má zabudovaný mechanický indikátor opotřebení. Nadměrné opotřebení brzdových kotoučů může být indikováno zvláštním skřípavým zvukem během brzdění.
Nejčastější poruchy brzdového systému
- Poškození brzdových kotoučů způsobené opotřebením, přehřátím, zkroucením, poškrábáním nebo nadměrnou korozí.
- Opotřebení, přehřátí, prasknutí nebo nerovnoměrné opotřebení brzdových destiček.
- Stárnutí brzdové kapaliny.
- Zavzdušnění brzdové kapaliny.
- Únik brzdové kapaliny.
- Zkorodované pístky v brzdových třmenech.
- Zablokované pístky nebo pístky, které se pohybují obtížně.
Mezi typické příznaky poruchy brzdového systému patří delší brzdná dráha, obtížné brzdění, měkký brzdový pedál, příliš tvrdý brzdový pedál, špatný brzdný účinek, hluk při brzdění, vibrace volantu při brzdění a viditelné úniky brzdové kapaliny.
Pokud se objeví skřípavý zvuk, vibrace, změna odporu pedálu nebo zhoršení brzdného účinku, je třeba stav brzd zkontrolovat. Brzdový systém by měl být pravidelně kontrolován odborníky a řidič by měl reagovat na případné příznaky opotřebení nebo závad.
Výměna kotoučů a destiček
Na opotřebovaných brzdových kotoučích se běžně neprovádějí opravy a staré součástky je vhodné vyměnit za nové. Samotný proces výměny není náročný a zvládne jej každý majitel auta, který má alespoň základní zkušenosti s opravami vozidel.
Jelikož se však jedná o jeden z hlavních komponentů důležitého bezpečnostního systému, je vhodné nechat tento úkon provést v autoservisu.
Obecně platí, že když jsou opotřebovány pouze brzdové destičky, stačí vyměnit jen ty, pokud jsou kotouče v dobrém stavu, protože mají delší životnost než destičky.
Pokud je však třeba vyměnit i kotouče, musí být spolu s nimi nahrazeny také brzdové destičky. Zaručí se tak plná kompatibilita součástek a účinné brzdění.
Kotoučové brzdy u kolejových vozidel
U železničních vozů je kotoučová brzda obvykle konstruována tak, že na nápravě dvojkolí jsou kromě sedel pro nalisování kol vytvořena ještě sedla pro nalisování brzdových kotoučů.
Na nápravě bývají nalisovány dva až čtyři brzdové kotouče podle požadovaného brzdného výkonu, který závisí na hmotnosti a maximální konstrukční rychlosti vozu.
Brzdové kotouče mohou být při nedostatku prostoru, například u vozů pro přepravu kamiónů nebo u hnacích vozidel, umístěny i na čelních plochách kol. Na pracovní plochu kotoučů jsou přes převodový mechanismus přitlačovány brzdové čelisti s upevněným brzdovým obložením.
Brzdové válce jsou upevněny k rámu podvozku. Jejich síla se přenáší přes převodnice a další mechanické části na brzdové čelisti, které se přitlačí ke kotouči.
Výhody u kolejových vozidel
Použitím kotoučové brzdy v konstrukci kolejových vozidel došlo k odstranění negativních vlastností špalíkové brzdy, které nebylo možné odstranit konstrukčními úpravami.
U špalíkové brzdy se mění součinitel tření mezi brzdovým špalíkem a jízdní plochou kola v závislosti na rychlosti vozidla a teplotě. Při zvyšující se rychlosti a hmotnosti vozidla dochází také ke značnému tepelnému namáhání kol.
K dalším výhodám kotoučové brzdy patří nižší hlučnost, plynulejší brzdění a úspora stlačeného vzduchu, protože k zabrzdění a odbrzdění kotoučové brzdy stačí velmi malý zdvih pístu brzdového válce.
Nevýhody u kolejových vozidel
Na rozdíl od špalíkové brzdy nedochází v provozu vozidla k obrušování, čištění a zdrsnění jízdní plochy. To má za následek snížení součinitele adheze na styku kolo-kolejnice.
Tuto nevýhodu lze odstranit doplněním kotoučové brzdy čisticí brzdou špalíkovou, která přebírá přibližně 30 procent brzdného výkonu.
K nevýhodám kotoučové brzdy patří také nemožnost přímé kontroly přilehnutí brzdových destiček ke kotoučům. Proto musí být pod podélníkem skříně vozu instalovány ukazatele stavu zabrzdění a brzda musí být v pravidelných intervalech kontrolována.
Kotoučové brzdy u nákladních vozidel
Vzduchová kotoučová brzda používá stlačený vzduch k pohybu pístu uvnitř třmenu. Užitková vozidla, jako jsou nákladní automobily, autobusy a přívěsy, vystavují brzdové třmeny vysokým silám, teplotám, vibracím, chladu, vlhkosti, prachu a špíně.
Brzdové systémy užitkových vozidel vyvíjejí upínací síly přes 25 tun, jsou vystaveny teplotám přes 900 stupňů a prudkému zatížení až 25krát silnějšímu než gravitační síla.
Proces brzdění vzduchové kotoučové brzdy
Když je vyžadováno brzdění, tlačná tyč vzduchové komory tlačí přítlačné rameno k otáčení. Tato rotace generuje brzdný zdvih a zvyšuje brzdnou sílu.
Brzdná síla a výchylka se přenášejí na referenční sedlo. Referenční sedlo tlačí na vnitřní třecí destičku pomocí šroubu, čímž eliminuje mezeru mezi destičkou a brzdovým kotoučem.
Po uvolnění brzdového pedálu se uvolní tlak vzduchu ve vzduchové komoře a aktivuje se vratná pružina, která vrátí referenční sedlo a šroub do výchozí polohy.
Pro udržení mezery mezi třecím obložením a brzdovým kotoučem ve vhodném rozsahu je brzda vybavena automatickým kompenzačním mechanismem. Tento mechanismus kontroluje hodnotu mezery v každém pracovním cyklu.
Pokud mezera překročí nastavenou hodnotu, mechanismus ji upraví otáčením dvojice závitů tak, aby mezera mezi třecím obložením a brzdovým kotoučem zůstala mezi 0,7 a 1,2 mm.
Brzdové kotouče v konstrukci
Brzdový kotouč musí vydržet namáhání teplotou 600 °C. Jako materiál pro výrobu brzdových kotoučů se používá šedá litina, pro výrobu náboje může být použita ocelolitina.
U nových konstrukcí může být použita hliníková slitina s keramicky tvrzeným pracovním povrchem. Mezi třecími plochami je prostor pro chlazení opatřený lamelami nebo jiným vhodným uspořádáním chlazení.
Pracovní povrchy brzdového kotouče spojené chladicími lamelami se nazývají věnec kotouče, který je možné z náboje demontovat.
Princip a animace fungování kotoučového brzdového systému
Pro bezpečnou jízdu jsou vedle brzd důležité také pneumatiky. Čím kvalitnější pneumatiky jsou použity, tím může být brzdná dráha kratší. Pokud mají pneumatiky sjetý vzorek, je třeba je vyměnit, protože stav pneumatik významně ovlivňuje přenos brzdné síly na vozovku.