- 24 Μάιος 2019, 18:18
#584477
Από
το ίδιο άρθρο, η περιγράφη για τους δίσκους, πλευστούς ή σταθερούς.
ΔΙΣΚΟΙΤη δοξασία «το μέγεθος δεν παίζει κανένα ρόλο» ας την αφήσουμε για τις φεμινίστριες. Στα φρένα ισχύει ακριβώς το αντίθετο: όσο μεγαλύτερος σε διάμετρο ο δίσκος, τόσο το καλύτερο, όσον αφορά, τουλάχιστον την ποιότητα φρεναρίσματος.
Βέβαια, όλα έχουν κάποιο όριο. Ένας μεγάλος δίσκος είναι βαρύς και αυξάνει το μη φερόμενο βάρος της ανάρτησης αλλά και τα γυροσκοπικά φαινόμενα. Ποιος ο λόγος, για παράδειγμα, να έχουμε πανάκριβες ζάντες μαγνησίου, όταν το σύνολο του τροχού γίνεται «βαρύδι» από τεράστιους ρότορες;
Όλα λοιπόν είναι θέμα συμβιβασμών. Το ζητούμενο είναι: Πόσο μεγαλύτερη μπορεί να είναι η διάμετρος του δίσκου, μέσα στα όρια ενός μέγιστου «επιτρεπόμενου» βάρους χωρίς ο δίσκος να κινδυνεύει από θερμικό πετσικάρισμα; Πάνω σε αυτό το πρόβλημα «τετραγωνισμού του κύκλου», βασίστηκε όλη η έρευνα των τελευταίων χρόνων όσον αφορά τους δίσκους. Και πρωτ' απ' όλα, έπρεπε να δοθεί απάντηση στο ερώτημα: Ποιο είναι το πιο κατάλληλο υλικό για τα δισκόφρενα; Το μαντέμι ή το ανοξείδωτο ατσάλι;
Σχεδόν 30 χρόνια πριν, όταν τα δισκόφρενα πρωτοεμφανίστηκαν, δύο ήταν οι «σχολές» όσον αφορά το υλικό για τις δισκόπλακες. Πρώτη, η ιαπωνική, που επέλεξε το ανοξείδωτο ατσάλι προς χάρη της εμφάνισης και της αντοχής στο χρόνο. Κι ύστερα, η ευρωπαϊκή που, παρά τα προβλήματα οξείδωσης του μαντεμιού, «αφοσιώθηκε» σε αυτό το υλικό, εκτιμώντας τον υψηλό συντελεστή τριβής και την εξαιρετική απόκρισή του στο βρεγμένο.
Από τότε μέχρι σήμερα κανένα από τα δύο υλικά δεν εξελίχθηκε περισσότερο από το άλλο, σε βαθμό που να το «εξαλείψει» τελείως από την αγορά: η χρήση του μαντεμιού έχει περιοριστεί αισθητά αλλά εξακολουθεί να έχει τους πιστούς της, κυρίως (αλλά όχι μόνο...) ανάμεσα σε όσους θεωρούν το κόστος παραγωγής ως ένα σημαντικό κριτήριο προτίμησης.
Σε επίπεδο παραγωγής ο μαντεμένιος δίσκος απαιτεί χαμηλότερου επιπέδου υποδομή ο κάθε δίσκος χύνεται σε καλούπι, με πάχος αρκετά μεγαλύτερο από το τελικό και τορνίρεται κι από τις δυο πλευρές, έτσι ώστε η τελική «εκτεθειμένη» επιφάνεια να ανήκει στον «πυρήνα» του χυτού.. Εξαίρεση αποτελούν οι «αγωνιστικοί» δίσκοι που είναι ελαφρά λεπτότεροι αλλά και από διαφορετικό (και ακριβότερο...) χυτοσιδηρό κράμα.
Οι ατσάλινοι δίσκοι παράγονται από επίπεδο φύλλο ειδικού κράματος, με τη χρήση πρέσας κοπής. H τελική σκληρότητα της επιφάνειάς τους επιτυγχάνεται με θερμική επεξεργασία της επιφάνειάς τους σε επαγωγικό φούρνο: με όλα αυτά, το κόστος τους ανεβαίνει στα ύψη αλλά το κέρδος σε βάρος (χάρηστο μικρό τους πάχος) είναι σημαντικό.
Παρόλο που ο ατσάλινος δίσκος από μόνος του έχει χαμηλότερο συντελεστή τριβής από το μαντεμένιο, εν τούτοις η συνεργασία του με τα τελευταίας γενιάς υλικά τριβής, έχει φέρει το συντελεστή τριβής του ζεύγους δίσκου-τακακιού στα ίδια επίπεδα με το μαντέμι: περίπου στο 0,5.
Στις πρώτες εφαρμογές δισκόφρενων, όλα πήγαιναν καλά. Στην πορεία όμως, και καθώς οι επιδόσεις ανέβαιναν, οι δίσκοι άρχισαν να παρουσιάζουν τα πρώτα τους σημαντικά προβλήματα: οι υψηλές θερμοκρασίες στις οποίες έφταναν οι δίσκοι στις αγωνιστικές εφαρμογές τους ανάγκαζαν να δείχνουν τα πρώτα σημάδια υπερθέρμανσης. Οι ατσάλινοι πετσικάριζαν ενώ στους μαντεμένιους άρχισαν να εμφανίζονται ρωγμές. Και τα δυσμενή φαινόμενα ήταν τόσο πιο έντονα όσο μεγάλωνε η διάμετρος των δίσκων: η οποία βελτίωση της απόδοσης στο φρενάρισμα συνοδευόταν από μια αύξηση σε προβλήματα αξιοπιστίας, όπως αυτά που προαναφέραμε.
H λύση δόθηκε στις αγωνιστικές καταρχήν εφαρμογές με τη μορφή του «πλευστού» δίσκου: ενός δίσκου χωρίς «κέντρο» ο οποίος συνδέεται με ένα χωριστό «κέντρο» μέσω ενός αριθμού πριτσινιών τα οποία επιτρέπουν στο δίσκο να παίζει δεξιά-αριστερά. Τα πλεονεκτήματα αυτής της λύσης οδήγησαν και σε απλουστεύσεις: εμφανίστηκαν δίσκοι, ίδιοι με τους «πλευστούς» οι οποίοι συνδέονται μέσω πριτσινιών με το κέντρο χωρίς όμως να έχουν «πλευρικό παίξιμο». Και οι δύο λύσεις πέρασαν στην παραγωγή, δεδομένου ότι έδωσαν άλλες, νέες, δυνατότητες στη συνέχιση της εξέλιξης: η υιοθέτηση των «πλευστών» δίσκων επέτρεψε την αύξηση τω διαμέτρων τους αλλά και την ελαχιστοποίηση του κινδύνου θερμικού πετσικαρίσματος ακόμα και κάτω από συνθήκες έντονης καταπόνησης. Ας δούμε πώς...
H διαδικασία «πετσικαρίσματος» ενός «μασίφ» δίσκου σταθερά προσαρμοσμένου στο κέντρο του, είναι απλή. O δίσκος υπερθερμαίνεται, όταν «ζοριστεί» και η θερμότητά του διαχέεται προς το αλουμινένιο κέντρο που είναι ψυχρότερο. Το αποτέλεσμα είναι η εξωτερική περιφέρεια του δίσκου να έχει σημαντικά υψηλότερη θερμοκρασία από την εσωτερική― άρα και διαφορετικές θερμικές διαστολές που εξαναγκάζουν την εξωτερική περιφέρεια να παραμορφωθεί σαν «βεντάλια», συμπαρασύροντας και το υλικό του υπόλοιπου δίσκου.
H «διαίρεση» του πλευστού δίσκου λειτουργεί ως θερμικό φράγμα ανάμεσα στον «ενεργό» δίσκο και το κέντρο του τροχού. Με τον τρόπο αυτό, ολόκληρη η θερμότητα του δίσκου «παραμένει» στο δίσκο (προτού αυτός ψυχθεί από τον αέρα) κρατώντας ομοιογενείς (περίπου) θερμοκρασίες σε όλη τη μάζα του. Κάπως έτσι ο κίνδυνος παραμόρφωσης εξαιτίας διαφορετικών τοπικών θερμοκρασιών και διαστολών ελαχιστοποιείται.
Το τρύπημα των δίσκων ή η δημιουργία εγκοπών στην επιφάνειά τους είναι μια «έξυπνη» λύση που προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα και ένα μόνο μειονέκτημα. Το μειονέκτημα είναι η ταχύτερη φθορά των τακακιών καθώς η επιφάνειά τους «ξυρίζεται» συνεχώς από τις τρύπες. Χάρη όμως στις τρύπες, η έναρξη της πέδησης είναι πιο άμεση (χάρη στο καλύτερο αρχικό «πιάσιμο των υλικών τριβής), ιδιαίτερα στο βρεγμένο: εκεί, οι τρύπες δίνουν δίοδο διαφυγής στο νερό, μειώνοντας το αρχικό πλανάρισμα των τακακιών. Φυσικά οι τρύπες μειώνουν και το βάρος των δίσκων αλλά και τη ροπή αδρανείας τους. Στο ερώτημα αν το τρύπημα των δίσκων μειώνει την ενεργό επιφάνεια πέδησης, (αφού τώρα τα τακάκια πιέζουν «λιγότερο» μέταλλο), η απάντηση είναι «όχι», όσο οι τρύπες είναι μικρού μεγέθους. Το τρύπημα όμως θέλει προσοχή. Ενώ οι ατσάλινοι δίσκοι μπορούν να τρυπηθούν ακόμα και σε μια κρουστική πρέσα, οι μαντεμένιοι χρειάζονται τρυπάνι και προσεκτικό φρεξάρισμα των χειλιών στις τρύπες, διαφορετικά, οι συγκεντρωμένες τάσεις θα «ξεσπάσουν» σε ρωγμή, με καταστροφικά αποτελέσματα. Στους μαντεμένιους δίσκους χρειάζεται προσοχή ακόμα και στη διάταξη των οπών για να μη γίνει «η ζημιά»: ας μην ξεχνούμε ότι το μαντέμι δεν είναι ένα ελαστικό υλικό όπως το ατσάλι και η ρωγμή δε θέλει και πολύ για να εμφανιστεί αν «ευνοηθεί» από τις συνθήκες...
Οι δίσκοι «άνθρακα» είναι μια τελείως ειδική περίπτωση που, προς το παρόν, βρίσκει εφαρμογή μόνο στους αγώνες ή σε πολύ σπορ κατασκευές. Και μάλιστα, καθίστανται τόσο περισσότερο απαραίτητοι, όσο ελαφρύτερο είναι το αυτοκίνητο ή, όσο μικρότερος είναι ο λόγος μη-φερομένου προς φερόμενο βάρος). Το ειδικό βάρος του άνθρακα είναι μόλις 1,7 γραμμάρια για κάθε κυβικό εκατοστό. Του σιδήρου κάπου 8, ανάλογα με το κράμα. Εκ πρώτης όψεως, ο δίσκος άνθρακα θα έπρεπε να ζυγίζει λιγότερο από το ένα τέταρτο του μεταλλικού. Στην πράξη ζυγίζει λιγότερο από το μισό: ο δίσκος ανθρακονημάτων χρειάζεται διπλασια χιλιοστά ελάχιστου πάχους σε σχέση με τον μεταλικό. Σύμφωνα με τα στοιχεία ενός κατασκευαστή, ένας δίσκος άνθρακος με διάμετρο 360 χιλ. ζυγίζει 2 κιλα λιγότερα από τον μαντεμένιο αγωνιστικό δίσκο των 380 χιλιοστών που αντικαθιστά. Πολλαπλασιάστε επί δύο (για μπροστά) και έχετε έτοιμο το συμπέρασμά σας. Δεν είναι μόνο το μεγάλο βάρος που αφαιρείται από το μπροστινό σύστημα αλλά και η «γυροσκοπική ευελιξία» που προστίθεται καθώς το βάρος που φεύγει είναι περιστρεφόμενο (και μάλιστα, σε πολύ υψηλές ταχύτητες, δεδομένης της «αγωνιστικής» εφαρμογής...).
Θα σημειώσατε πιο πριν ότι ο δίσκος άνθρακα 360 χιλ. αντικαθιστά μαντεμένιο δίσκο 380 χιλ. και ίσως παραξενευτήκατε. H αλήθεια είναι ότι ο δίσκος άνθρακα διαθέτει 20% μεγαλύτερο συτνελεστή τριβής (μ = 0,6 έναντι 0,5) από το μαντεμένιο.
Πέρα από το ότι είναι πανάκριβοι, οι ανθρακόδισκοι έχουν και το μειονέκτημα ότι απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας για να αρχίσουν να αποδίδουν. Αν δεν ξεπεράσουν τους 200-25ο C, η απόδοσή τους είναι μειωμένη και χρησιμεύει μόνο για τη θέρμανσή τους ώσπου ν' αρχίσουν, πλέον, να «πιάνουν». Μέχρι τότε ο κρύος ανθρακόδισκος είναι μια εν δυνάμει αιτία αγοράς οικοπέδου στο μέλος της ευθείας...
H κατασκευή των δίσκων άνθρακα ακολουθεί παρόμοια διαδικασία με αυτή της παραγωγής ανθρακονημάτων. Δύο μέθοδοι ακολουθούνται αλλά και οι δύο έχουν αρκετά υψηλό κόστος.
H πρώτη προβλέπει τη χημική εναπόθεση μορίων άνθρακα πάνω σε ήδη υπάρχον πλέγμα ανθρακονημάτων. H διαδικασία αυτή είναι αργή και πρέπει να γίνεται σε θερμοκρασία 1.000 C έτσι, ώστε όσο γίνεται περισσότερο μέρος του άνθρακα να κρυσταλλωθεί στη μορφή γραφίτη (εκεί βρίσκεται και η αντοχή του συγκεκριμένου υλικού). Σύμφωνα με τους κατασκευαστές ανθρακόδισκων, στους 1.000 C και μέσα σε ειδικό φούρνο, ο βαθμός «εναπόθεσης» υλικού είναι 100 ώρες, για κάθε εκατοστό του χιλιοστού! Υπολογίστε τώρα πόσες εβδομάδες χρειάζονται για πάχος 40-60 ολόκληρων χιλιοστών!
H δεύτερη μέθοδος βασίζεται στην απευθείας εξανθράκωση-γραφιτοποίηση ινώδους οργανικής ουσίας πλούσιας σε άνθρακα. Οι θερμοκρασίες εδώ είναι υψηλότερες και ο χρόνος που απαιτείται ακόμα μεγαλύτερος, κάποιοι μήνες μέσα στο φούρνο!
Ηθικό δίδαγμα: όσο κι αν τα ποσά που απαιτούνται για έναν ανθρακόδισκο φαίνονται αστρονομικά, το κόστος τους είναι λογικότατο. Ιδιαίτερα αν η χρήση ανθρακόδισκων θα προσφέρει στο κράτημα μιας αγωνιστικής κατασκευής «κάποια δέκατα στο γύρο». Τα ίδια «δέκατα» που κάτω από άλλες συνθήκες θα απαιτούσαν πολύμηνη εξελεκτική δουλειά στον κινητήρα και το σασί από μια πολυάνθρωπη ομάδα. Τελικά, για τη χρήση τους, οι ανθρακόδισκοι είναι... φτηνοί σε σχέση με αυτά που προσφέρουν... Όταν όμως έρχεται η στιγμή που τους χρησιμοποιούν όλοι, τότε απλά ανεβαίνει το κόστος...
Κάποιες παρατηρήσεις τώρα, όσον αφορά τους δίσκους άνθρακα. Εξαιτίας των υπερυψηλών θερμοκρασιών που αναπτύσσουν, απαιτούν οπωσδήποτε «πλευστή» σύνδεση με τον τροχό. Διαφορετικά, θα μπορούσαν να θερμάνουν τόσο πολύ το κέντρο του, ώστε ν' αρχίζουν να βράζουν τα... γράσα στα ρουλεμάν (χώρια, οι κίνδυνοι από τα πετσικαρίσματα του κέντρου). Για τον ίδιο λόγο, την υψηλή θερμοκρασία που αναπτύσσουν οι ανθρακόδισκοι (κοντά μισή χιλιάδα βαθμών Κελσίου!) χρειάζεται ειδική ψυκτική και θερμοπροστατευτική υποδομή στη δαγκάνα για να μην υπερθερμανθούν τα έμβολα και, στη συνέχεια, τα υγρά.
Μια νέα τεχνολογία που αναπτύχθηκε τελευταία στα συστήματα πέδησης των αγωνιστικών είναι ο «πυριτικός» δίσκος ακτινοβολίας. H τεχνολογία αυτή βασίζεται στο φυσικό γεγονός ότι η ακτινοβολούμενη θερμοκρασία εξαρτάται από την τέταρτη δύναμη της απόλυτης θερμοκρασίας του δίσκου. Στο σύστημα αυτό, το τακάκι εναποθέτει υλικό πάνω στο δίσκο και πάνω σε αυτό το υλικό επενεργεί. Κατά τη διάρκεια του φρεναρίσματος ο δίσκος πρώτα κοκκινίζει και μετά «ασπρίζει ακτινοβολώντας πολύ περισσότερη ενέργεια από αυτή που απάγεται από την επαφή του με τον αέρα. Πρόκειται για μια τεχνολογία που προβλέπεται να αναπτυχθεί ακόμα περισσότερο στο μέλλον και να υποκαταστήσει ως ένα μέρος τους δίσκους ανθρακονημάτων.
BMW 120i (E81) - Ducati Multistrada 1000DS
ή κάνω λάθος?
