Dosud byl jemný prach z opotřebení pneumatik a brzd v evropské legislativě o emisích ignorován. Teprve norma Euro-7, která vstoupí v platnost na konci roku 2026 pro nově vyvinuté (typově schválené) a na konci roku 2027 pro všechny nově schválené osobní automobily a dodávky, zavádí závazné limity. Cílem je omezit emise jemných prachových částic o průměru menším než 10 mikrometrů, které mohou proniknout hluboko do dýchacích cest. Takové částice jsou považovány za zvlášť škodlivé pro zdraví. Projektové konsorcium s účastí Fraunhofer IWU nyní představuje brzdový kotouč z nerezové oceli, který splňuje přísné požadavky EU bez problémů.
Brzdový kotouč vyrobený tvářením má extrémně nízké opotřebení a předpokládanou životnost až 300 000 km. V brzdě kola s anorganickým brzdovým materiálem se opotřebení snižuje o více než 85 procent ve srovnání s dnešním standardním řešením z šedé litiny a organické třecí plochy.
Proč je nerezová, kalená (nitrovaná) ocel zvlášť vhodná
Projektový tým se brzy rozhodl pro nitrovanou nerezovou ocel, která je díky svým tribologickým a tepelným vlastnostem zvlášť vhodná. Pozitivní zkušenosti s nerezovými brzdovými kotouči u motocyklů to potvrzují. Drahé specializované řešení jako karbon/keramika jsou zvažována pouze pro zvlášť drahá vozidla; povlakování šedé litiny je extrémně náročné – metody laserového přídavného svařování ještě nejsou sériově použitelné. Kotouče z konstrukční oceli zase nesplňují požadavky na tvarovou stabilitu v teplotním rozsahu nad 650 °C; v tomto teplotním rozsahu se mohou struktury měnit a tím měnit vlastnosti oceli.
Tvarově technická výroba, výhody hmotnosti
Projektový tým vyrobil brzdové kotouče s o něco větším průměrem než u konvenčních šedolitinových kotoučů, aby byla zajištěna dostatečná plocha pro požadovaný brzdný výkon. Na oplátku může být tloušťka brzdového kotouče z nerezové oceli menší. Protože výchozí materiál pro výrobek je nejprve ve čtvercovém formátu, vznikají zbytky, které však lze znovu roztavit. V závislosti na vozidle jsou čtyři brzdové kotouče z nerezové oceli oproti šedolitinovým řešením až o 5 kg lehčí.
Nižší hmotnost snižuje nejen spotřebu energie vozidla, ale také redukuje neodpružené hmotnosti. To umožňuje pružinám a tlumičům efektivněji pracovat, což zlepšuje vertikální dynamiku a tím i celkové jízdní chování.
Možnost brzdového kotouče s dlouhou životností, pozitivní nákladová bilance
Výrobní náklady na šedolitinové brzdové kotouče se zdají být nízké pouze do té doby, dokud neexistují zákonné předpisy pro emise jemného prachu vznikajícího opotřebením brzd. S použitím normy Euro-7 jsou však u osobních automobilů a lehkých užitkových vozidel do 3,5 tuny celkové hmotnosti povoleny pouze 3 mg/km pro bateriově elektrická vozidla a 7 mg/km pro všechny ostatní typy pohonu. Zde musí konvenční brzdový systém většinou „přizpůsobit“, i v kombinaci s kvalitními brzdovými destičkami – takové hodnoty nemůže dosáhnout. Ale i bez regulačních předpisů normy Euro-7 je její celková nákladová bilance, vztahující se na životnost vozidla až 300 000 km, nepříznivá. Jakmile je dosaženo hranice opotřebení, musí být vyměněna (často spolu s brzdovými destičkami), přičemž náklady na práci často tvoří největší část nákladů. Výměna může být nutná již po méně než 40 000 km provozu, pokud byly dlouhé stání vozidla a posypová sůl (koroze), krátké trasy nebo sportovní styl jízdy (zvýšené opotřebení, rýhování) přidány.
První testy úspěšně absolvovány
Nerezový brzdový kotouč vyvinutý Fraunhofer IWU ve spolupráci s katedrou návrhu vozidlových systémů na TU Chemnitz, ElringKlinger AG a ANDRITZ AWEBA GmbH byl již úspěšně testován na zkušebním zařízení TU Chemnitz. Brzdový kotouč úspěšně prošel testy podle SAE J2522 (AK-Master). Test ukázal velmi dobré tribologické chování. Systém, skládající se z nerezového brzdového kotouče a anorganického třecího materiálu, vykázal o přibližně 85 procent nižší opotřebení ve srovnání s aktuálně dostupnými řešeními na trhu.
Projektoví partneři
Automobilový dodavatel ElringKlinger AG přinesl své procesní know-how v oblasti povlakování a své znalosti o materiálech ve zpracování kovů do projektu »Ufo-Brake«. ANDRITZ AWEBA GmbH patří mezi kompletní dodavatele v oblasti nástrojů v oblasti tvářecích, řezacích a tlakových litin od vývoje po sériovou výrobu. Katedra návrhu vozidlových systémů na TU Chemnitz poskytla svou testovací infrastrukturu a převzala návrh brzdového kotouče. Fraunhofer IWU má své kořeny nejen v tvářecí technice a prováděl doprovodné FE-simulace a experimentální realizaci tvářecích kroků pro brzdový kotouč.
Kontakt:
