Brzdové destičky – teplo i v zimě

Brzdové destičky – teplo i v zimě

Brzdové destičky převádí pomocí tření kinetickou energii kola i jezdce na tepelnou energii. Když se destička kontaktem s diskem zahřeje, dochází k přenosu malého množství brzdného materiálu na disk, přilnou k sobě, přítlakem vzniká brzdná síla. Okřídlené formulace jak vystřižené z učebnic fyziky. Ovšem kouzlo rozdílu mezi jednotlivými brzdami spočívá v něčem jiném, než je jen pouhý tlak vyvinutý na brzdový kotouč.

Materiály? Vlákna, plniva a kovy

Jsou to právě používané materiály, které dělají tak obrovské rozdíly mezi výrobci destiček. Materiály, které mění vaši brzdnou dráhu, účinnost za studena i za tepla. Materiály, které z vašich brzd udělají kotvy.

Začněme vlákny, pro svoji odolnost proti vysokým teplotám byl používán azbest, ale kvůli své toxicitě se nyní nahrazuje aramidovými vlákny. Aramidová vlákna jsou citlivá na UV záření, vlhkost a salinitu (slanost), odolná vůči odření, teplu a organickým rozpouštědlům. Velmi důležité je, že nemají teplotu tání, jsou špatně zápalné, dobře zpracovatelné v továrnách při zvýšených teplotách a mají vysokou. Nejznámějším aramidovým vláknem (para-amid nylon) je Kevlar, jeho verze od firmy Teijin nazývaná Twaron a jeho ohnivzdorná varianta Nomex.

Dalším důležitým komponentem jsou plniva, zejména pryskyřice, nejčastěji epoxidová pryskyřice. Používají se ke spojení látek tvořící organické destičky a jejich přilepení k podkladové destičce. Anglický výraz pro pryskyřici – resin - odpovídá označování typu destiček užívaný u gigantu Shimano. A je to právě ona pryskyřice, která může za největší nevýhodu organických destiček – slabou odolnost vůči přehřívání. Vše je způsobeno tím, že se z této látky při vysokých teplotách uvolňují plyny, ty pak vytvoří mezi destičkou a kotoučem prostředí podobné tomu, které známe jako aquaplaning. To významně snižuje výsledný účinek.

Když zůstaneme u organických destiček, v jejich složení najdeme i různé minerály, kterými výrobce regulují brzdový efekt. Jako příklad bych zařadil grafit.

Materiál brzdových kotoučů je tajemstvím výrobce, ale obecně lze říci, že materiál nesmí být příliš tvrdý nebo příliš měkký a samozřejmě je s brzdovou deskou hlavní částí brzd. Mezi tvrdostí a měkkostí  lze jako u brzdových materiálů destičky hledat optimum ohledně brzdového účinku, vlastnosti při tepelné zátěži nebo chování v chladném stavu. U automobilů a motocyklů se dají v prostoru styku kotouč – brzdová deska dosáhnout teploty až 600 ºC a praxe je jiná. Toto je extrémní případ, ale běžné je 150 – 300 ºC. Myslím si, že nejvyšší teploty na jízdních kolech při dlouhých sjezdech je max. 250 ºC, v praxi u normálního provozu teploty nižší. Tyto hodnoty teplot je možné použít i pro brzdové desky a v případě chlazení je kotouč součástí, která se otáčením nejefektivněji zchladí. Takže se samo nabízí použití brzdového kotouče pro chlazení. Primárně se odvede teplo do kotouče a potom rotací a hlavně rozsáhlou plochou kotouče se teplo může sekundárně převádět do prostoru (do vzduchu, který je největší izolátor).

Toto je potvrzením, že díry v brzdovém kotouči mají svoje hranice, více děr, design kotouče wave – „pila“ nepřináší více efektu, protože chybí hmota, ale důvod proč se vyrábí v různých tvarech je jen vizuální „pro oko“!

            Pro kotouče a lepší odvod tepla se používá tzv. plovoucí kotouč, jehož brzdová plocha je z oceli a přes veliké nýty z kalené oceli se odvádí teplo do hliníkového nosiče. Prvním zajímavým experimentem britské kultovky Hope byl dvojvrstvý kotouč, jenž měl mezi vrstvami žebrování podobné tomu, užívanému v závodním automotorismu. Shimano nově přišlo se sendvičovým kotoučem, tedy dvě ocelové plochy mají mezi sebou vrstvu hliníkovou a ta se stará o  proudění tepla a lepší chlazení, stejně jako o odlehčení celku. Zda jde jen o pokus, slepou větev ve vývoji kotoučů nebo nový trend, uvidíme zřejmě až za pár let, protože tlak na vývoj brzdových kotoučů rozhodně není nikterak veliký.  

I podkladový materiál brzdových destiček se různí. Nejrozšířenější je ocel obohacená o uhlík, díky němuž je odolnější vůči vysokým teplotám, jímž jsou destičky vystavovány. Rychle se rozšiřují i destičky z hliníkových slitin, zejména pro svou nižší hmotnost.

Neduhy kotoučových brzd a jejich příčiny

Kotoučové brzdy mají stále své odpůrce, i když si dovoluji napsat, že jejich řady za posledních pár let notně prořídly. Jedním z důvodů je finanční stránka, ale rozhodně ne ta nejdůležitější. Právě ony vyluzované zvuky, které mnoho z nás přivádějí k šílenství a mají na svědomí probděné noci u stojanu s kolem, jsou nejdůležitějším viníkem dosud nevyhrané války nad čelisťovými brzdovými systémy.

Stejně tak, jako když kdysi při jakékoli vlhkosti začali skřípat gumové špalky o ráfek, i dnes se s tímto nepříjemným tónem setkáváme, zvláště v mokřejších obdobích, což představuje zhruba 7-8 měsíců z celého ruku, ale zároveň tato doba odpovídá jen asi 40% ročního objemu průměrného cyklisty.

Vrzání nebo pískání je vyvolané pohybem brzdové desky po kotouči. Desku ale lze označit jako poslední vyvolávající faktor. Počátek je nutno hledat od konstrukce brzdiče, jeho uložení, dále závisí na kotouči a jeho konstrukci a po tomto na práci působení brzdové desky. Proto špatná nebo ne-ideální konstrukce brzd, musí být v případě problému řešena i konstrukcí brzdové desky a volbou jejího materiálu.

Mezi obecně rozšířené omyly patří i příliš hladká plocha, která ovšem není rozhodujícím faktorem pískání (vrzání) jako součástí špatně zkonstruovaného systému. Hladká plocha má za vliv, že koeficient tření není vysoký a tím musí působit větší síla. V praxi při plném brzdění je nutné použití maximální síly na ovládání spíše působí proti pískání (vrzání), neboť v 90% je toto v oblasti přibrzďování a pakliže je toto v případě plného brzdění, je spíše hledat chybu v systému konstrukce celé brzdy.

Vlhkost na styčných plochách brzd a následné brzdění je problémem brzd organických (černé brzdy lepené epoxidy nebo jakkoliv barevně lakované).

Obecně řečeno se ve vlhkém prostředí vytvoří mezi destičkou a kotoučem film, jehož výsledek je stejný jako „aquaplaning“ u auta. Pórézní textura sintrovaných destiček umožní vytlačení vody z kontaktní plochy mezi destičkou a kotoučem.

Organika či sintrované?

Syntetické materiály se nacházejí u obou typů brzdových desek – jak organických, tak sintrovaných.

Sintrovaná brzdová obložení jsou na bázi kovů, zde prosím nezaměňovat s agresivitou nebo nadměrným opotřebením, toto je možné regulovat abrazivními přísadami v materiálu a jsou zastoupeny jak v organických, tak v sintrovaných deskách. Sinter obsahuje ve většině největší podíl mědi. Sintrovaná obložení neznají pojem fading, česky prokluzování, který je vyvolán vodou či plyny v prostoru styčných ploch.

Organické (někdy minerální) jsou lepeny epoxidy (původ z ropy) plus přídavky grafitu jako kluzného materiálu. Kde chceme prokluz nebo okamžité blokování, brzdový efekt je regulován abrazivy – oxidy a přísadou ušlechtilých kovů, které tepelně ovlivňují brzdění a roztírají se na kotouč (není to viditelné lidským okem).

Sintrované mají hlavní část z mědi, která po zpečení v ochranné atmosféře vytvoří kostru brzdového segmentu. K tomu přijde jako u organických desek grafit regulátor prokluzu a oxidy, které vyvolávají nebo zvyšují koeficient tření a také přísady ušlechtilých kovů.

Oba druhy desek je třeba připojit k podkladovému plechu. U organických desek se lepí a proti korozi se ošetří lakováním barvou. Sintrované desky jsou připájeny a tvoří pevné spojení a vše je vidět, že plech má barvu mědi po galvanickém pokovení mědí. Toto je základní rozdíl mezi těmito brzdovými materiály a v zásadě sinter má díky použitým materiálům větší životnost. U jízdních kol díky pak při vyšší teplotě lepší vlastnosti, protože s delším brzděním zesiluje jeho účinnost v návaznosti na teplotu, kdežto minerálu s teplotou klesá účinnost.

(Ne)lehký výběr

Nutno podotknout, že i po letech, co proběhl kotoučový boom se stále objevují bludy a „zaručené informace“. Kupříkladu velikost plochy má vliv na brzdný výkon, ale omezeně, protože důležitou roli mají velikost kotoučů, hydraulický poměr mezi pístem v brzdiči a velikostí pístu v páčce brzdové pumpy.

Při laboratorním testování mělo mnoho sintrovaných destiček vyšší výkon v mokrém prostředí než na suchu, v některých případech by se dokonce dalo poznamenat, že brzdu dělají destičky. Zmiňovat zde, že některé destičky jsou lepší, než jiné by bylo neobjektivní, protože každému sedí jiný charakter brzdového výkonu. Jeden ostrý nástup, druhý zas nesmrtelnost ve sjezdech a třetí je rád, když na brzdu nemusí celý rok ani sáhnout.

Ve výsledku se může zdát být celý článek značně ve prospěch sintrovaných desek, ale nenechte se zmýlit. Výběr je vždy jen a jen na vás s ohledem na jízdní styl.