|
В качестве опции для всех новых моделей Cayenne предлагается тормозная система, соответствующая жесточайшим условиям гоночных трасс: Porsche Ceramic Composite Brake (PCCB). Для Cayenne Turbo она предлагается для дисков от 20 дюймов, а для прочих моделей Cayenne для дисков от 19 дюймов.
Керамические тормозные диски для Cayenne Turbo спереди имеют диаметр 410 мм и сзади 370 мм. Для прочих моделей Cayenne –
390 мм спереди и 370 мм сзади.
Основу тормозного диска составляют подвергнутые специальной обработке карбоновые волокна, которые силицируются в условиях глубокого вакуума при температуре примерно 1700 оC. Результат: значительно большая по сравнению с тормозными дисками из чугуна твердость и большая надежность при работе в условиях температурных перегрузок.
Незначительное тепловое расширение керамических дисков предотвращает их деформацию при интенсивном пользовании тормозами. Кроме того, керамические тормозные диски не подвержены коррозии и обладают лучшим шумопоглощением.
Благодаря использованию керамических дисков сокращается тормозной путь. Срабатывание тормозов происходит еще быстрее и точнее, при значительно меньшем усилии на педали тормоза.
Высокая стабильность дисков без падения эффективности из-за перегрева при торможении на высокой скорости является одним из преимуществ системы PCCB.
Решающим преимуществом керамических тормозов является их исключительно низкая масса: они примерно на 50 % легче, чем чугунные диски аналогичной конструкции и размера. Это не только положительно сказывается на ходовых качествах и расходе топлива, но и прежде всего снижает неподрессоренные и вращающиеся массы. То есть обеспечивается лучший контакт с дорогой, более плавное качение и больший комфорт езды прежде всего при движении по неровностям. И лучшая управляемость.
Армированные волокном композитные материалы в тормозных механизмах
Армированные волокном композитные материалы всё больше используются в автомобильной технике. Причиной этого являются специальные свойства материала, которые делают его фаворитом в определённых областях применения.
Особенно следует подчеркнуть высокую прочность при малом удельном весе, высокую термостойкость и превосходную износостойкость.
Армированные волокном композитные материалы из углерода (типа C/C* (углерод-углерод — на основе углеродной матрицы и углеродных волокон)) успешно используются на протяжении многих лет в автоспорте для изготовления тормозных дисков и колодок. Для изготовления тормозных колодок серийных автомобилей был разработан композит
типа C/SiC* (углерод-карбид кремния).
* Определение понятий
CFK: пластик, армированный углеродным волокном.
C/C: армированный углеродным волокном углерод.
C/SiC: армированный углеродным волокном карбид кремния (карборунд).
В качестве материала для изготовления тормозных дисков керамика типа C/SiC имеет существенные преимущества по сравнению с используемыми обычно металлами, например серым чугуном:
-малая масса конструктивных элементов и тем самым уменьшение неподрессоренных и вращающихся масс (уменьшение массы составляет примерно 50% на колесо)
– высокая износостойкость — почти в четыре раза больший срок службы по сравнению с обычными тормозными дисками
– намного более высокая стойкость к резким перепадам температуры (стойкость к тепловому удару) — благодаря этому практически
отсутствуют геометрические деформации тормозных дисков при изменении температуры
– высокая термостойкость и благодаря этому значительно меньшее снижение коэффициента трения между тормозным диском и колодками
при увеличении температуры (снижение эффективности торможения)*
Керамика типа C/SiC
Керамикой типа C/SiC называют армированный углеродным волокном карбид кремния. Карбид кремния по своим свойствам схож с алмазом, то есть он имеет очень высокую твёрдость и благодаря этому очень высокую
износостойкость, очень хорошую химическую и термическую прочность.
Чтобы иметь возможность использовать этот прочный, но хрупкий материал специально для тормозных дисков, в матрицу карбида кремния
для усиления добавляется углеродное волокно. Таким образом достигают намного более высокую вязкость разрушения и благодаря псевдопластичному поведению материала получают более устойчивые
к повреждениям детали и узлы.
Сырьё: смесь из углеродного волокна, фенол-формальдегидной смолы и гранулированного кремния
Процесс изготовления керамического тормозного диска
является предельно сложным. Многие этапы процесса всё ещё производятся вручную и требуют очень больших затрат времени. Чтобы
соответствовать высоким стандартам, требуются дорогие операции дополнительной обработки керамической заготовки тормозного диска.
Чтобы вникнуть во все подробности отдельных этапов процесса, пришлось бы перечитать огромное количество документации.
Сырьём для производства керамического тормозного диска C/SiC является смесь из углеродного волокна различной длины и фенол-
формальдегидной смолы. Эта смесь уплотняется и отверждается при высоком давлении и температуре, и таким образом получается материал CFK. Затем эта заготовка подвергается температурной обработке при примерно 900°C без притока кислорода (карбонизации), при этом фенол-
формальдегидная смола преобразуется в углерод, и получается так называемый материал типа С/С. Только после промежуточной механической обработки производится инфильтрация в заготовку
расплава кремния (легирование кремнием) в вакуумной печи при температуре более 1500°C, при этом матричный углерод при реакции
с расплавом кремния преобразуется в карбид кремния, усиливающие углеродные волокна остаются в структуре.
В результате этого процесса получается фрикционное кольцо из керамики типа C/SiC. Далее заготовку ещё раз обрабатывают, соединяют
винтами с металлической ступицей и потом производят финишное шлифование.
Структура керамического тормозного диска
Керамический тормозной диск имеет с обеих сторон фрикционные слои, свойства которых определяют трибологические характеристики тормозной системы. Эти фрикционные поверхности имеют несколько иной химический состав, чем скрытая под ними несущая часть, которая отвечает за прочность узла и восприятие энергии торможения. Все используемые в серийных автомобилях PORSCHE керамические тормозные диски вентилируются изнутри через специально разработанные каналы
для реализации оптимального охлаждения при торможении.
Материал типа C/SiC тормозного диска в основном включает в себя три компонента. Матрица состоит из карбида кремния и свободного кремния,
армирование производится за счёт расположенных в ней углеродных волокон. Во фрикционном слое доля керамики из карбида кремния намного выше, чем в несущей части, для обеспечения надлежащей
твёрдости и износостойкости поверхности. В несущей части, наоборот, соответствующим образом увеличена доля углеродного волокна для обеспечения достаточной прочности узла.
Керамические тормоза серийных автомобилей PORSCHE
Техническая реализация
Впервые армированные волокном композитные материалы начали использоваться для производства тормозных дисков в автоспорте. Но требования, предъявляемые к используемым здесь узлам из материалов типа C/C, всё же значительно отличаются от требований для использования на серийных автомобилях. В то время как в автоспорте
прежде всего важна реализация высокой мощности торможения даже в диапазоне высоких температур, в серийных автомобилях большую роль также играют такие критерии, как износостойкость, возможность дозирования, комфорт и стоимость.
В автоспорте тормозные диски и колодки из материалов типа C/C необходимо предварительно прогреть до определённой температуры, только после этого будет достигнут требуемый коэффициент
трения и требуемая мощность торможения.Такие характеристики не приемлемы для серийных автомобилей. Поэтому на серийных автомобилях
PORSCHE используются тормозные диски из материала типа C/SiC, которые при всех условиях эксплуатации обеспечивают оптимальное
торможение.
В серийных автомобилях PORSCHE в системах керамических тормозов используются тормозные колодки из обычных органических композитных
материалов. Для изготовления таких колодок в смесь добавляют немного больше цветных металлов, чем в смесь колодок для обычных тормозов, что позволяет реализовать более высокие температуры торможения.
Стойкость покрытия сопоставима с обычными тормозными дисками.
Из-за возросших по сравнению с обычными тормозными механизмами максимальных температур тормозного диска и тормозных колодок возникла необходимость разработки специального тормозного суппорта. Необходимо обеспечить минимальную теплопередачу от тормозных колодок и цилиндра к тормозной жидкости, чтобы она не слишком сильно нагревалась.
Если тормозная жидкость закипит, то это может привести к образованию пузырьков пара и, следовательно, паровым пробкам в тормозной системе. Чтобы это предотвратить, некоторые производители (например, фирма Brembo) устанавливают между поршнем тормозного цилиндра и тормозной колодкой керамический изолятор из оксида циркония.
Керамические тормозные диски в отличие от обычных довольно значительно меняют свои тормозные свойства при наличии плёнки воды
(при торможении в сырую погоду). Для всех автомобилей PORSCHE, оборудованных керамическими тормозами, в системе ESP предусмотрена функция «удаления влаги с тормозных дисков». При сырой погоде тормозные колодки циклически прижимаются к диску, поверхность тормозного диска при этом высушивается и очищается.
Дополнительно на автомобилях с керамическими тормозами используются защитные щитки большего размера.
Конструкция и маркировка керамических тормозных дисков
Керамический фрикционный диск прочно связан с металлической ступицей с помощью соединительных элементов. Ступица тормозного
диска и соединительные элементы изготовлены из коррозионностойкого металлического сплава.
У некоторых моделей автомобилей ступица тормозного диска имеет специальное покрытие.
Во фрикционном диске прорезаются перфорационные отверстия и каналы охлаждения.
Надлежащее охлаждение обеспечивается только в случае правильной установки тормозных дисков.
Поэтому необходимо обращать внимание на указание направления вращения, так как для правой и левой стороны автомобиля
предусмотрены различные тормозные диски.
Разборка этих соединений в условиях сервиса запрещена!
Основные данные выгравированы на ступице керамического тормозного диска.
Общие указания по обращению с керамическими тормозными дисками
При обращении с керамическими тормозными дисками необходимо обратить внимание на следующее.
• Избегать ударных механических воздействий на тормозной диск (например, нельзя бить по нему молотком при снятии тормозного диска со ступицы колеса).
• Механическое воздействие на керамические поверхности не допускается. В случае загрязнения тормозного диска чистка перфорационных отверстий аккуратно производится при помощи подходящего инструмента.
• Очистка тормозных дисков производится с помощью обычных средств для тормозов, парогенераторов или сжатого воздуха.
При использовании сжатого воздуха следует защитить органы дыхания!
Последовательность работ при замене колёс
Чтобы при снятии колеса с автомобиля избежать удара колёсного обода по керамическому тормозному диску, в комплект инструментов, прилагаемый к автомобилю, входят дополнительные принадлежности. Это стержень, который удерживает колесо при снятии на таком расстоянии от тормозного диска, что соударение с тормозным диском исключается.
Визуальные признаки новых керамических дисков
Необходимость замены тормозного диска определяется посредством объективной оценки износа и повреждений.
1. Усадочная структура фрикционной поверхности
Фрикционная поверхность уже в новом состоянии имеет усадочную структуру различной выраженности. Отдельные усадочные трещины
проходят вдоль некоторых перфорационных отверстий. Эти трещины бывают более заметны или на одной, или на другой стороне тормозного диска.
Такая усадочная структура возникает в процессе производства диска и не является признаком дефекта.
Тем самым вид поверхности керамических фрикционных дисков значительно отличается от вида поверхности обычных тормозных дисков.
Выглядящий таким образом обычный тормозной диск следовало бы заменить, для керамических тормозных дисков такое состояние не является неисправностью! Профилированная структура поверхности раздела между фрикционным слоем и несущей частью угадывается на наружной поверхности в виде решётчатой структуры.
2. Индикаторы износа на фрикционных поверхностях
На каждой фрикционной поверхности нанесены три круглых индикатора износа, которые смещены друг относительно друга на угол 120°. Они служат для оценки износа керамических тормозных дисков после соответствующего пробега и/или восприятия сильных нагрузок. Об оценке износа с помощью индикаторов будет рассказано в следующей главе.
3. Поверхностные трещины в стенках канала охлаждения
Поверхностные трещины в стенках канала охлаждения также обусловлены технологией производства и не являются признаками дефекта.
Критерии износа
Для керамических тормозных дисков различают два вида износа.
1. Износ по толщине
Вследствие механического трения между тормозными колодками и фрикционным диском происходит уменьшение его толщины. Благодаря
твёрдости поверхности износ по толщине у таких дисков значительно меньше ,чем у обычных.
2. Уменьшение массы из-за окисления
Керамический тормозной диск подвергается термомеханическому износу и окислению.
При нагреве тормозного диска до температур свыше 400°C углеродное волокно окисляется под воздействием кислорода воздуха. Так как рабочая температура в течение длительного времени превышает 400°C, то это приводит к постоянному снижению массы тормозного диска и видимым поверхностным изменениям структуры материала из-за его выгорания и возникающей пористости.
Определение износа
Какой из видов износа окажется критическим в первую очередь, зависит в основном от условий эксплуатации керамического тормозного диска.
1. Измерение износа по толщине
На ступице керамического тормозного диска выгравирована минимально допустимая толщина фрикционного диска min. Th. («minimum Thickness») — гравировка с указанием минимальной толщины.
Толщину тормозного диска (размер Х) необходимо измерять с помощью подходящего микрометра или измерительного калибра в области внутренних или наружных следов трения.
Измерение толщины тормозного диска производится при каждой замене тормозных колодок, результаты измерений соответствующим образом документируются. Если размер Х = min.Th. + 0,2 мм, то необходимо провести обязательное взвешивание.
Дальнейшая эксплуатация диска после достижения им минимальной толщины недопустима. Тормозные диски должны быть сразу же сняты!
Определение износа
2. Определение износа взвешиванием
Из-за окисления углерода при высоких нагрузках у керамического тормозного диска постоянно уменьшается масса. Поэтому другой возможностью определения степени износа является взвешивание
тормозного диска. Однако это возможно только при наличии весов с необходимой точностью измерений ( +/- 1 г).
Исходная масса в новом состоянии выгравирована на ступицах тормозных дисков. Предел измерений весов должен составлять 0-12 кг.
Предельно допустимые значения необходимо уточнять для каждого конкретного случая в руководстве по ремонту.
Примечание
Перед взвешиванием тормозной диск необходимо очистить и высушить,
так как большое количество загрязнений и влаги сильно искажают
результат измерения массы.
Для тормозных дисков с отчётливыми следами от прилипших частиц
тормозных накладок на фрикционной поверхности сначала необходимо
провести «очистительное торможение».
При достижении предельных величин диски необходимо заменить.
Дальнейшая эксплуатация таких тормозных дисков недопустима!
3. Оценка вида индикаторов износа
Индикаторы визуально отличаются от окружающей поверхности фрикционного диска благодаря несколько другому цвету. Другой цвет получается в результате более высокого содержания углерода,
благодаря чему индикаторы изнашиваются быстрее, чем оставшаяся фрикционная поверхность.
Износ индикаторов проявляется в форме выгорания материала, которое можно узнать по углублениям тёмного цвета. Если износ отчётливо заметен, то необходимо провести измерение толщины тормозного диска (порядок измерения — см. п. 1).
Повреждения
В рамках периодических технических осмотров и при предъявлении рекламаций необходимо провести также визуальную проверку на наличие повреждений. Визуальный контроль включает в себя осмотр ступицы тормозного диска и соединительных элементов, болтов, гаек и прижимной шайбы. Отсутствующие или неправильно установленные детали приводят к замене тормозного диска. «Дотягивание» соеденительных элементов категорически запрещено.
1. Трещины в области крепления
Керамические тормозные диски с трещинами, которые проходят от области крепления (болтового соединения со ступицей) внутрь фрикционной поверхности, необходимо заменить!
2. Отбитые края
Края отбиваются в результате механических повреждений.
Допускается:
– макс. допустимая ширина/глубина = 2 мм;
– макс. допустимая длина = 10 мм;
– максимум три повреждения края на одном тормозном диске.
При выходе за указанные пределы тормозной диск должен быть заменён.
3. Сколы и вырывы на фрикционных поверхностях
Тормозные диски с вырывами материала на фрикционной поверхности
площадью более 1 см2 необходимо заменить!
Примечание
Тормозные диски необходимо заменять парами (на одной оси), если
– тормозные диски необходимо заменить по причине износа;
– новые тормозные диски имеют другое исполнение (это можно распознать по изменению номера детали)!
При этом тормозные колодки также необходимо заменить на новые с обеих сторон!
Трущиеся поверхности керамических тормозных дисков имеют более высокую износостойкость, чем у обычных дисков.
Новые тормозные диски сначала должны «притереться». В зависимости от того, насколько часто задействуются тормоза, этот процесс может занять больше времени, чем при установке обычных тормозных дисков.
Не отшлифованные должным образом тормозные диски могут служить причиной повышенного износа и поводом для рекламаций из-за ухудшившегося комфорта (шумы, вибрации).
Предписания по обкатке тормозов
После замены керамических тормозных дисков и/или тормозных колодок обязательно необходимо выполнить обкатку.
Новые колодки, новые тормозные диски
10 торможений со скорости примерно 80 км/ч до 30 км/ч с небольшим замедлением (соответствует осторожной предусмотрительной манере вождения с выполняемым загодя торможением, колебание автомобиля относительно поперечной оси («клевки») в процессе торможения не заметно).
20 торможений со скорости примерно 100 км/ч до 50 км/ч со средним замедлением (с лёгким «клевком» автомобиля).
Необходимо избегать повторного торможения.
Между отдельными торможениями допускается охлаждение тормозов.
На это требуется примерно 30 минут.
Новые колодки, б/у диски
5 торможений со скорости примерно 80 км/ч до 30 км/ч с небольшим замедлением (соответствует осторожной предусмотрительной манере вождения с выполняемым загодя торможением, колебание автомобиля относительно поперечной оси («клевки») в процессе торможения не заметно).
10 торможений со скорости примерно 100 км/ч до 50 км/ч со средним замедлением (с лёгким «клевком» автомобиля).
Необходимо избегать повторного торможения.
Между отдельными торможениями допускается охлаждение тормозов.
На это требуется примерно 20 минут.
Миниатюры:
|
