Jak z pewnością się domyślacie, mamy do czynienia ze Świętym Graalem materiałów hamulcowych. W rzeczywistości żaden inny element nie oferuje takiej samej kombinacji lekkości, wysokiej przewodności cieplnej i braku rozszerzalności cieplnej jak węgiel.

 

Te cechy skutkują wysokim współczynnikiem tarcia, stabilną i spójną wydajnością oraz niemal natychmiastowym rozpraszaniem ciepła. Aby lepiej poznać ten element, oto 5 ciekawostek na temat jego zastosowania.

 


WĘGIEL NIE JEST WYŁĄCZNY DLA FORMUŁY 1

Niesamowita siła hamowania współczesnych bolidów Formuły 1 – od 300 km/h do 0 w mniej niż 3 sekundy – nie byłaby możliwa bez zastosowania tarcz i klocków węglowych.


Jednak hamulce węglowe nie są wyłączne dla Formuły 1, ale od dziesięcioleci są stosowane w prototypach rywalizujących w 24-godzinnym wyścigu Le Mans oraz w innych wyścigach WEC (World Endurance Championship).

 

Aby jednak w pełni wykorzystać węgiel w wyścigach długodystansowych, należy pokonać główny problem tego rodzaju zastosowań, czyli zużycie! Materiał cierny musi wytrzymać 24 godziny ciągłego użytkowania, w porównaniu do maksymalnie 2 godzin w wyścigach Grand Prix F1.

 

To prawdziwe wyzwanie dla Brembo, które opracowało specjalne rozwiązania najlepiej dopasowane do cięższych samochodów w kontekście, który nie dotyczy wyłącznie czystej wydajności: średnica tarcz jest inna, ponieważ w tym przypadku można osiągnąć średnicę 380 mm przy obręczach 18”, ale grubość wynosi mimo to 32 mm.


​Główne osiągnięcia ostatnich lat koncentrowały się głównie na zmniejszeniu zużycia paliwa, co doprowadziło do opracowania materiałów o niskim zużyciu.

 

W 24-godzinnym wyścigu unikanie wymiany zużytych tarcz i klocków podczas wyścigu oszczędza cenny czas i może być „decydujące” dla jego wyniku. Nowy materiał cierny, który znacznie zwiększył przebieg i zapewnił bardziej efektywną przewodność cieplną, został wprowadzony przez Brembo już w 2001 roku. Pozwolił on Audi R8 zespołu Joest, prowadzonego przez Franka Bielę, Emanuele Pirro i Toma Kristensena, zakończyć wyścig na pierwszym miejscu, bez konieczności wymiany tarcz i klocków ani razu.

 

W ostatnich latach niezwykle niskie zużycie pozwoliło utrzymać niezmienną i powtarzalną wydajność od początku do końca wyścigu.

 

Również Formuła E polega na węglu. W rzeczywistości, począwszy od piątego sezonu (2018/19), Brembo będzie wyłącznym producentem systemów hamulcowych dla tej kategorii.

 

Aby lepiej sprostać wymaganiom samochodu w pełni elektrycznego, stosowany węgiel różni się od tego używanego w Formule 1 i WEC. Ponadto grubość tarcz węglowych w Formule E jest znacznie mniejsza: 24 mm z przodu, 20 mm z tyłu.

 

 

WĘGIEL JEST RÓWNIEŻ STOSOWANY W MOTOCYKLACH

Oprócz głównych kategorii wyścigów samochodowych, tarcze węglowe są również stosowane w Motocyklowych Mistrzostwach Świata, ale tylko w MotoGP.

 

Materiał ten zadebiutował w najwyższej klasie w 1988 roku, a w ciągu pięciu lat stał się absolutnym standardem. Zbyt duża różnica w wydajności, jak również w wadze (hamulce to masy nieresorowane) i w odczuciach, w porównaniu z wcześniej używanymi tarczami stalowymi.

 

Obecnie większość zawodników MotoGP preferuje tarcze o średnicy 340 mm, podzielone na High Mass (szeroka powierzchnia) i Standard (wąska powierzchnia).

Aby zapewnić ten sam moment hamowania i uzyskać dalsze odciążenie, Brembo wprowadziło również lekkie tarcze o średnicy 340 mm.

 

Inni zawodnicy nadal będą używać tarcz o średnicy 320 mm. Ponadto dla każdego rozmiaru tarczy hamulcowej i klocka dostępne są dwa różne związki węgla. Różnią się one początkowym „gryzieniem” i odpornością na wysokie temperatury.

 

W zastosowaniu, gdzie odczucie podczas hamowania jest kluczowe dla zawodnika, Brembo oferuje ogólny wybór aż 10 różnych opcji tarcz hamulcowych. Brak tarcz węglowych w Moto2 i Moto3 wynika natomiast z powodów oszczędnościowych.

 

Podobny powód leży u podstaw wykluczenia węgla z Mistrzostw Świata Superbike od 1994 roku: w tym ostatnim mistrzostwach stosuje się tarcze ze stali nierdzewnej, z których większość jest produkowana przez Brembo.

 

​WĘGIEL: WYSOKA PRZEWODNOŚĆ WSPOMAGA WENTYLACJĘ

Jednym z najbardziej krytycznych aspektów systemów hamulcowych w bolidach Formuły 1 zawsze było radzenie sobie z temperaturami pracy. Aby lepiej sprostać wymaganiom odprowadzania ciepła, wentylacja tarcz węglowych Brembo przeszła stałą ewolucję.

 

W 2005 roku każda tarcza miała około stu otworów wentylacyjnych, podczas gdy obecnie, ze względu na stopniowe zmniejszanie rozmiaru, jest ich ponad 1400. Otwory w tarczach węglowych Brembo mają obecnie średnicę 2,5 mm, są rozmieszczone w 4 lub 5 rzędach i są produkowane z tolerancją obróbki wynoszącą zaledwie 4 setne milimetra.

 

Kształt i liczba otworów są związane z charakterystyką bolidu, w którym tarcza będzie używana. W rzeczywistości do opracowania wentylacji zgodnie z charakterystyką każdego samochodu stosuje się CFD (Computational Fluid Dynamics).


W przypadku prototypów hybrydowych LMP1, gdzie hamowanie regeneracyjne jest większe niż w Formule 1, otworów wentylacyjnych jest mniej. Podczas hamowania w Formule 1 temperatura tarcz może osiągnąć szczyty powyżej 1000 stopni Celsjusza. Natomiast w 24-godzinnym wyścigu Le Mans problem jest często odwrotny, ponieważ w nocy lub podczas faz neutralizacji istnieje ryzyko, że temperatura systemów spadnie poniżej 300 stopni Celsjusza.

 

Jest to granica, poniżej której materiał cierny może cierpieć z powodu niepożądanego efektu szklenia. Jeśli chodzi o Formułę E, maksymalne temperatury wynoszą około 800 stopni Celsjusza, tarcze węglowe Brembo mają obecnie tylko 70 otworów wentylacyjnych o średnicy 6,2 mm na przednich tarczach i 90 otworów o średnicy 4,2 mm na tylnych tarczach.

 


WĘGIEL DZIAŁA RÓWNIEŻ NA MOKRYCH NAWIERZCHNIACH

Od czasu, gdy tarcze węglowe zaczęły być na stałe stosowane w Formule 1, kierowcy nie mogą się bez nich obejść, nawet w przypadku deszczu.

 

Zmniejszona przyczepność spowodowana mokrym asfaltem i bezpośredni kontakt z wodą, który zwiększa wymianę ciepła, powodują spadek temperatury. Ale mimo to, dzięki ogromnej sile hamowania, jaką mają te bolidy, kierowcy potrzebują zaledwie kilku sekcji hamowania podczas okrążenia rozgrzewkowego, aby osiągnąć idealną temperaturę pracy, i to przy tylko częściowej redukcji wlotu powietrza. Ale w przypadku motocykli sytuacja jest inna, tarcze hamulcowe pracują na wolnym powietrzu i chłodzą się znacznie szybciej.

 

Również fakt, że koła są tylko dwa, uniemożliwia przeniesienie całej siły hamowania wytwarzanej przez system węglowy Brembo na podłoże.


Nie bez powodu jeszcze półtora roku temu tarcze stalowe były preferowane od tarcz węglowych, gdy padało. Wynikało to z faktu, że te ostatnie nie mogły zapewnić dobrego współczynnika tarcia, ponieważ nie mogły osiągnąć minimalnej temperatury pracy, która wynosi 250 stopni Celsjusza. Jednak Brembo nigdy nie przestało udoskonalać procesów produkcji swoich materiałów.

 

Tak więc, dzięki zwiększonej mocy motocykli, bardziej wydajnym oponom i zastosowaniu osłon na tarcze, udało się osiągnąć niemożliwe wyzwanie: w 2017 roku, podczas GP Japonii, pomimo deszczu, który nie dawał zawodnikom wytchnienia przez wszystkie 24 okrążenia i który obniżył temperaturę asfaltu do zaledwie 15 stopni Celsjusza, pierwszych 9 zawodników, którzy dotarli do mety, używało tarcz węglowych.

 

 

NA DRODZE LEPSZE SĄ TARCZE WĘGLOWO-CERAMICZNE

Chociaż podczas jazdy na torze tarcze węglowe zapewniają znaczne korzyści wymienione powyżej, nie nadają się do użytku na drodze.

 

Nie nadają się głównie pod względem wydajności, ponieważ codzienna jazda nie pozwala układowi hamulcowemu osiągnąć minimalnych temperatur pracy, których wymaga węgiel.

 

Kolejnym czynnikiem wykluczającym ich stosowanie w samochodach drogowych jest wysokie zużycie: podczas 24-godzinnego wyścigu Le Mans tarcza węglowa prototypu traci 3-4 mm grubości, a klocek 8-10 mm.

 

Nawet jeśli uznaje się niższe zużycie w przypadku supersamochodów drogowych, trwałość byłaby mimo to zbyt niska, aby uzasadnić wydatek. W rzeczywistości, ponieważ kolejnym ograniczeniem tarcz węglowych jest ich wysoki koszt, co pokazuje ich wykluczenie z wielu nie najwyższej klasy mistrzostw samochodowych i motocyklowych.


​Aby przynajmniej częściowo przenieść większość wielu zalet, jakie może zaoferować węgiel, także na samochody drogowe, Brembo stworzyło tarcze węglowo-ceramiczne. Stało się to możliwe dzięki joint venture Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes z Grupą SGL, która jest głównym producentem na świecie.


Tarcze węglowo-ceramiczne oferują oszczędność wagi wynoszącą 5-6 kg w porównaniu z tradycyjną tarczą żeliwną. Mogą one trwać, w zależności od stylu jazdy, tak długo, jak długo trwa życie pojazdu, na którym są zamontowane, a także skracają drogę hamowania z 100 km/h do 0 km/h o około 3 metry.

 

Co więcej, tarcze węglowo-ceramiczne Brembo są odporne na korozję, nie odkształcają się pod wpływem temperatury, nie wibrują, są niezawodne nawet podczas deszczu i zapewniają tę samą siłę hamowania nawet po wielokrotnym użyciu i w niskich temperaturach.