Dowiedz się, jak Brembo produkuje karbonowe tarcze i klocki hamulcowe dla Formuły 1, IMSA i WEC.
Wszystko zaczyna się od okrągłych, puszystych arkuszy materiału. Na pierwszy rzut oka te arkusze z włókna węglowego bardziej przypominają coś z pracowni krawieckiej niż kluczowy element samochodu wyścigowego.
W dziale Brembo Racing te arkusze przechodzą transformację w karbonowe tarcze i klocki hamulcowe przeznaczone do Formuły 1, IMSA i WEC. Te „włochate obwarzanki” z czasem stają się rozżarzonymi na czerwono pierścieniami widocznymi za kołami najszybszych samochodów świata. Oto jak wygląda ten proces.
Pierwszym etapem dla tkanin z włókna węglowego, które Brembo pozyskuje od najlepszych dostawców na świecie, jest maszyna do igłowania (Needler). Każda tarcza hamulcowa składa się z dziesiątek warstw włókna węglowego, a ich liczba zależy od docelowej grubości tarczy. W dotyku materiał bardzo przypomina zwykłą tkaninę.
Needler to prasa mechaniczna wyposażona w bardzo dużą liczbę igieł. Gdy tarcza obraca się, igły przeszywają i łączą ze sobą około 40 warstw włókna węglowego. Ten proces igłowania trwale spaja warstwy materiału, sprawiając, że włóknisty pierścień staje się niezwykle zwarty. Po zakończeniu tego etapu tarcza zyskuje grubość, nadal jest miękka w dotyku, ale wciąż bardziej przypomina pad polerski niż element zdolny zatrzymać samochód.
Karbonowe klocki hamulcowe powstają jednak w inny sposób i nie przechodzą przez proces igłowania w maszynie Needler. Zamiast prasowania w celu uzyskania maksymalnej gęstości, arkusze włókna węglowego układane są warstwowo, niczym stos kartek papieru. „W przypadku klocków zależy nam na znacznie niższej przewodności cieplnej niż w przypadku tarczy” - wyjaśnia Andrea Algeri, Racing Car Market Manager w Brembo.
„Chcemy, aby całe ciepło było pochłaniane przez tarczę, ponieważ obraca się ona wraz z ruchem samochodu i może szybko się schładzać. Gdyby to klocek absorbował całe to ciepło, wzrosłaby temperatura zacisku oraz płynu hamulcowego. Jednym z założeń konstrukcyjnych karbonowego klocka jest ograniczenie przenoszenia ciepła z tarczy do zacisku.”
Po procesie igłowania tarcze trafiają do pieca, gdzie temperatura może sięgać nawet 2 700°F (około 1 482°C). Bogate w węgiel gazy przenikają przez preformy z włókna węglowego i reagują z ich wewnętrzną strukturą, osadzając węgiel wewnątrz splotu w procesie określanym jako chemiczna infiltracja z fazy gazowej (CVI).
To właśnie dlatego te wyścigowe hamulce często określa się mianem hamulców carbon-carbon - nie dlatego, że zarówno tarcza, jak i klocek są wykonane z węgla, lecz dlatego, że w wyniku rozkładu gazu zawierającego węgiel jego atomy osadzają się wewnątrz struktury tarczy.
Nie przegap...
sensify
SENSIFY to pierwszy inteligentny system hamulcowy, który niezależnie kontroluje wszystkie cztery koła
Wytracanie prędkości samochodów wyścigowych z wartości sięgających 217 mph (około 350 km/h) generuje ogromne ilości ciepła, powodując wzrost temperatury tarcz do poziomu bliskiego 1 000°C. Dlatego otwory wentylacyjne w karbonowych tarczach hamulcowych są tak istotne i wręcz niezbędne. To prowadzi nas do kolejnego etapu procesu: wiercenia.
Po tym, jak piec przekształci warstwy tkaniny węglowej w gęsty pierścień, przychodzi czas na obróbkę wykończeniową i usunięcie nadmiaru materiału. Do precyzyjnego wykańczania tarcz wykorzystuje się niezwykle zaawansowaną maszynę, która obrabia ich powierzchnię oraz wykonuje otwory w wewnętrznej strukturze przy użyciu specjalnych wierteł ultradźwiękowych. Tarcze stosowane w samochodach klasy LMDh otrzymują 432 otwory, natomiast w Formule 1 liczba ta przekracza 1 000.
Dla zobrazowania skali postępu w zakresie wentylacji karbonowych tarcz hamulcowych warto przypomnieć, że w 2002 roku, gdy Michael Schumacher zdobywał z Ferrari swój piąty tytuł mistrza świata kierowców, karbonowe tarcze Brembo w Formule 1 miały zaledwie 72 otwory odprowadzające ciepło.
Karbonowe tarcze hamulcowe Brembo muszą sprostać diametralnie różnym wymaganiom dotyczącym trwałości i osiągów w Formule 1 oraz wyścigach długodystansowych, co odzwierciedla dwie skrajnie odmienne filozofie zarządzania obciążeniami cieplnymi.
W Formule 1 absolutnym priorytetem są maksymalne osiągi i minimalna masa, a celem jest zapewnienie trwałości karbonowej tarczy na dystans pojedynczego wyścigu (co najmniej jednego weekendu wyścigowego). Tarcze projektowane są tak, aby wytrzymywać ekstremalne i bardzo gwałtowne cykle cieplne - krótkie, ale wyjątkowo intensywne fazy hamowania - z naciskiem na uzyskanie jak najwyższej siły hamowania w ograniczonym czasie.
Z kolei w wyścigach długodystansowych (takich jak 24-godzinny wyścig Le Mans) wymagana trwałość liczona jest w tysiącach kilometrów, a kluczowym wyzwaniem staje się stabilność termiczna oraz długoterminowa niezawodność strukturalna. Tarcza musi zachować integralność konstrukcyjną i wyjątkowo przewidywalne tempo zużycia przez cały stint, zapewniając stabilną skuteczność hamowania i niezmienne wyczucie pedału przez tysiące cykli oraz przy dużych wahaniach temperatury otoczenia - między dniem a nocą.
Tarcze stosowane w serii LMDh wyposażone są również w trzy wskaźniki zużycia - pierwszy o głębokości około 1 mm, drugi 2 mm, a trzeci, jeszcze mniejszy, 3 mm - które pozwalają zespołom szybko ocenić, ile materiału pozostało do dyspozycji.
Choć każdy zespół ma dostęp do bardzo precyzyjnych czujników monitorujących praktycznie wszystkie parametry pracy tarcz hamulcowych podczas wyścigu - od temperatury po stopień zużycia - te wizualne wskaźniki nadal pozostają wartościowym i skutecznym narzędziem zapasowym na wypadek wątpliwości lub anomalii w telemetrii.
Znajdź najlepsze rozwiązanie dla swojego samochodu
Jak bardzo zużywa się karbonowa tarcza hamulcowa podczas 24-godzinnego wyścigu? Zazwyczaj nie więcej niż o 4-5 milimetrów, a przekroczenie drugiego wskaźnika zużycia podczas 24-godzinnego wyścigu Le Mans należy do rzadkości. Co istotne, tarcze stosowane w wyścigach długodystansowych nie są wyrzucane - zespoły często wykorzystują je ponownie podczas testów lub sesji kwalifikacyjnych kolejnych rund, zarówno ze względów budżetowych, jak i po to, by kierowcy mogli przyzwyczaić się do charakterystyki pracy częściowo zużytego materiału ciernego, z jaką mogą mieć do czynienia pod koniec długiego wyścigu.
Po wykonaniu otworów robot nanosi specjalną powłokę antyoksydacyjną na powierzchnię tarczy, które nie uczestniczą bezpośrednio w procesie tarcia, aby zapobiec utracie gęstości materiału jeszcze przed dostarczeniem komponentu do zespołu. Na każdym etapie procesu produkcyjnego komponenty układu hamulcowego są ważone, co pozwala wychwycić ewentualne błędy lub odchylenia od specyfikacji.
Na końcowym etapie procesu produkcyjnego inżynierowie działu kontroli jakości Brembo sprawdzają każdą pojedynczą tarczę hamulcową. Wykorzystując skanowanie optyczne 3D, testy na obecność zanieczyszczeń oraz inne narzędzia kontrolne, Brembo dba o to, by każdy wyprodukowany komponent układu hamulcowego był w pełni zgodny ze specyfikacją wymaganą przez zespoły-klientów oraz obowiązujące regulaminy. Każda tarcza otrzymuje numer seryjny, który pozwala prześledzić całą jej historię - od użytych surowców aż po zastosowanie w konkretnym wyścigu.
Po zapakowaniu hamulce trafiają drogą lotniczą do zespołów na całym świecie. Hamulce Brembo triumfowały w Le Mans 31 razy z ośmioma różnymi producentami. Ich tarcze wytrzymują znacznie większy przebieg niż ten, jaki samochód pokonuje podczas 24-godzinnego wyścigu Le Mans. W testach laboratoryjnych wytrzymały liczbę cykli hamowania odpowiadającą przebiegowi 3 728 mil (około 6 000 km), znosząc obciążenia cieplne generowane podczas hamowania.
Cały proces - od układania warstw, przez igłowanie, karbonizację, obróbkę mechaniczną, nakładanie powłok aż po kontrolę jakości - trwa około czterech miesięcy. Brembo produkuje rocznie zaledwie około 3 000 tarcz, z czego około 800 przeznaczonych jest dla prototypów klasy LMDh.