Na pohledu zblízka na kotouči z brzd vozu F1 není nic zvláštního. Osmadvacet milimetrů široký, drobný kus karbonu o průměru 278 mm se zdá příliš malý a obyčejný na to, aby mohl držet krok se 640kg čtyřkolovými raketami o výkonu převyšujícím 760 koní.
Zdání však klame, jedná se o výstavní kousek moderních technologií, který váží méně než 1,5 kg a jehož výroba zabírá několik měsíců. Dokáže snášet prudké změny teploty, které často přesahují 1100 °C, což je teplota, kdy kovy již přecházejí do tekutého stavu.
Jak obecně fungují
Potřebná síla je v brzdovém systému přenášena hydraulicky: po sešlápnutí brzdového pedálu stoupá v systému tlak a kapalina začíná tlačit na píst, který tlačí brzdové destičky kolmo proti kotouči. Mezi nimi vzniká třecí síla, která působí proti otáčení (jednoduché vysvětlení toho, jak fungují, najdete například zde: HowStuffWorks).
Hlavní součásti brzdového systému (zdroj: Brembo)
Pro každé kolo je povolen pouze jeden třmen, který dle pravidel nesmí obsahovat více než šest pístků. Jedná se o hliníkový monoblok, jehož provozní teplota se pohybuje mezi 120 °C a 230 °C.
Brzdový okruh tvoří dvojice válcových nádob, které jsou dobře patrné po sundání nosu. Tyto nádržky obsahují brzdovou kapalinu pro přední i zadní brzdy. Levá obsluhuje přední a pravá zadní okruh - podobně jako v silničním provozu jsou tedy i v F1 brzdové okruhy nezávislé, což je důležité v případě selhání některé části. Jejich velikost (pohybuje se od 100 do 250 cm3) je dána vyvážením brzdového účinku, který piloti mohou mechanicky měnit z kokpitu, a maximálním opotřebením brzdového materiálu.
Brzdová kapalina (Brembo používá HTC64T) je nestlačitelná s vysokým bodem varu, odolává tedy vysokým teplotám bez změny svého stavu, což je důležité kvůli tomu, aby nedocházelo k vytváření bublin výrazně a nepředvídatelně snižujících reakci brzd po sešlápnutí pedálu.
Brzdy jsou ovládané hydraulicky (zdroj: Brembo)
Co se změnilo před sezónou 2012
Vzhledem k tomu, že došlo k zákazu dvojitých difuzorů, generuje zadní část vozu podstatně méně přítlaku než v roce 2011, což vedlo k odlišnému vyvážení brzdových sil. Větší část je nyní přenášena na přední nápravu.
Monoposty navíc musí být lépe ovladatelné během brzdění, což je základ pro co nejlepší nájezd do zatáček a vyhýbání se poškození vlivem zablokování kol. Optimální parametry karbonového materiálu, z něhož se vyrábějí kotouče a destičky, mohou být snadno přizpůsobitelné potřebám různých pilotů. Klíčovým atributem pro vývoj brzdového materiálu je tedy maximální kontrola na brzděním.
K hlavním technickým změnám v pravidlech pro rok 2012, které mohly ovlivnit fungování brzdových systému, patřilo krom eliminování přítlaku v důsledku zákazu foukání do difuzoru také vývoj v oblasti pneumatik - Pirelli totiž změkčilo dodávané směsi a změnilo tvar předního i zadního profilu. Podle Bremba však pneumatiky poskytují stále stejnou přilnavost (grip), brzdění novými pneumatikami tedy není moc ovlivněno.
Při zkoumání fotografií se nám zdá, že brzdové kanálky jsou na monopostech F1 čím dál menší. Zástupce Bremba pro F1news.cz vysvětluje, že i v této oblasti dochází k vylepšování: "V oblasti designu chlazení probíhá neustálý vývoj, zejména u brzdových kotoučů, které jsou teď rozhodně mnohem efektivnější než před několika lety, což vysvětluje zmenšování brzdových kanálků. Brembo svým zákazníkům pomáhá s vývojem brzdových kanálků tím, že jim nabízí možnost testovat jejich sady na svém dynamometru."
Výborně zpracované video o brzdovém systému vozu F1 (zdroj: Brembo)
Při veškerém tom pokroku v prostředí špičkových technologií mi vrtá hlavou, proč týmy využívají k optimalizaci svých brzdových systému na dráze obyčejné pásky, jimiž přelepují vstupní otvory brzdových kanálků.
Brembo nám vysvětluje, proč se využívá této jednoduché metody: "Brzdové kanálky jsou celkem složitá zařízení. Ve skutečnosti jsou navržená nejen pro zajištění co nejlepšího chlazení brzd, ale jsou rovněž tvarována tak, aby byla v souladu s aerodynamikou vozu a aby tedy kladla nízký odpor a vytvářela vysoký přítlak.
Je tedy pochopitelné, že vůz nemůže být optimalizován pro všechny odlišné části - týmy normálně mají tři či čtyři návrhy brzdového kanálku. Krom toho musí brát v úvahu podmínky na dráze, které se můžou měnit kolo od kola, protože týmy si nemohou dovolit měnit kanálky během závodu. Když je tedy třeba zvýšit teplotu brzd na určitou dobu (nepogumovaná/mokrá trať, instalační kolo,...), páska stále představuje nejsnadnější řešení."
Výkon
Při posledním závodě v Číně například brzdy Brembo dokázali zpomalit monoposty z rychlosti převyšující 325 km/hod na 60 km/hod během 3,11 sec na vzdálenosti pouhých 125 m. Piloti přitom pociťovali přetížení 6,08 G, které jim pomohl vyvíjet až 162kg tlak na brzdový pedál. Brzdný výkon dosahoval 2 636 kW (energie, která se uvolňuje při brzdění).
Brzdový systém Brembo na voze Ferrari (foto: Brembo)
Výrobci v F1
Tolik suchých čísel italské společnosti Brembo, který svými systémy zásobuje týmy Ferrari, Red Bull, Toro Rosso, Sauber, Mercedes a HRT. Force India, Lotus, Williams odebírá brzdy od AP Racing (britská společnost, kterou v roce 2000 koupilo Brembo), McLaren od Akebono. Caterham s Marusií odebírají brzdové kotouče od společností Hitco (Caterham zkouší i Carbone Industrie) a třmeny od již zmíněné AP Racing.
Brembo v 15 zemích zaměstnává přes 6700 lidí, z nichž 10 % tvoří inženýři a produktoví specialisté aktivní ve výzkumu a vývoji. Obrat společnosti v roce 2011 dosáhl 1 255 mil. Eur (kolem 30 mld. Kč). Brembo krom AP Racing vlastní také značky Breco, Bybre, Marchesini a Sabelt.
Dodavatelé brzdových systémů se musí přizpůsobit náročným požadavkům odběratelů na jejich přizpůsobení na míru. Brembo pro každý tým dodává zcela odlišné třmeny, které se navíc liší u předních a zadních kol, stejně jako druh uhlíkových kompozitů. Vše musí být úzce integrováno do návrhu samotného vozu.
Při úpravě na míru hrají důležitou úlohu pevnost systému a řízení průtoku vzduchu skrz kolo. V závislosti na aerodynamické konfiguraci mají vozy různý prostor pro umístění třmenů, různé úhly a pozice vzhledem k zavěšení. K těmto proměnným si vybírají tloušťku kotoučů a destiček, které nesmí přesáhnout rozměry dané pravidly.
Brzdový třmen na levém zadním kole Marussie MVR-02
(foto: Ben Wileman)
Teploty a materiál
Největších pokroků bylo v poslední době dosaženo při vývoji třecích materiálů, které fungují v širokém spektru teplot. Brembo pro to využívá speciálního karbonu, jenž obsahuje různé typy uhlíkových vláken.
Týmům dodává kotouče a destičky ze stejného materiálu - CER100 nebo CCR400. Cílem je, aby tyto směsi byly při různých točivých momentech a provozních teplotách snadno ovladatelné.
Na rozdíl od běžných ocelových brzd dosahuje mnohem vyššího koeficientu tření, na rozdíl od nich dokáží také odolávat mnohem vyššímu tepelnému zatížení a jejich výkon je i za vysokého namáhání konstantní.
Brzdy v F1 dnes fungují od poměrně nízkých 250 °C až po maxima kolem 1200 °C, což odpovídá teplotě roztavené lávy, jsou tedy nejžhavějším dílem celého monopostu. Toto teplo je nutné z brzd odvádět, k čemuž se využívá náporový vzduch, který je přiváděn brzdovými kanálky.
Jak stanovují výchozí teploty během přípravy na závody inženýři Bremba? "Normálně špičkové teploty jako výchozí bod nepoužíváme, místo toho jako reference slouží teplota na konci rovinky. Říkáme tomu prvotní teplota. Poskytuje vám dobrou zpětnou vazbu o chlazení, které máte dostupné s diskem, protože na dlouhé rovince máte příležitost před zpomalování brzdy schladit," uvádí inženýr společnosti Brembo.
Jaká je ideální teplota brzd? "Ideální je, když se pohybuje kolem 400 - 500 °C. Z toho tedy vycházíme. Doporučujeme, aby tato teplota nepřesahovala 600 °C před tím, než dojde k sešlápnutí brzd. Špičková teplota při brzdění je vyšší, maxima dosahují 1200 °C. Při nižší úrovní prvotní teploty brzdy fungují od 250 °C," vysvětluje.
Na můj dotaz, co se děje, když jejich teplota přesahuje 1000 °C - zda vadnou nebo se jen příliš rychle opotřebovávají, mi zástupce Bremba vysvětluje: "Když je teplota brzd příliš vysoká, prvním problémem je to, že vadnou, a pak se zvyšuje jejich opotřebení."
Rozpálené brzdy Lotusu T127 (foto: Bridgestone)
Nízká hmotnost
Obrovský krok vpřed učinily brzdové systémy rovněž v oblasti hmotnosti. Zástupce Bremba nám prozradil, že celý jejich brzdový systém váží maximálně 5 kg - včetně 1,6kg šestipístkového hliníkového třmenu, 1,35kg kotouče a 280 g pro každou karbonovou destičku. Podobné systémy v silničních sportovních vozech váží kolem 20 kg.
Výdrž a opotřebení nepředstavují žádný problém
Další zajímavostí je výdrž karbonového materiálu. Byť týmy o víkendu mění brzdové destičky a kotouče před každým závodem, aby je pak při dalším víkendu využily během tréninků, tyto díly by bez problému vydržely celou sezónu, byli-li by to třeba.
"Klidně bychom s jednou sadou brzd pokryli dva závody Le Mans," chlubí se inženýr Bremba. "Kotouče, které používáme v Le Mans, mají 32 mm, takže jsou o něco širší než v F1. Průměr je také větší, jenže auto je mnohem těžší. Vůz během 24hodinovky Le Mans ujede stejnou vzdálenost, jako monopost F1 za celou sezónu. Takže míra opotřebení nepředstavuje žádný problém."
Každý tým během sezóny dostává od Bremba pro své dva vozy 10 sad třmenů (každá obsahuje čtyři komponenty), 140 - 240 kotoučů a 280 - 480 destiček. Týmy tyto součástí stojí ročně kolem 19 mil. Kč ročně.
V telemetrii se pro hlídání opotřebení brzd používá lineární proměnný diferenciální transformátor (LVDT) a pro monitorování teploty kotoučů infračervené čidlo.
Skládání brzdového systému na voze Ferrari (foto: Brembo)
Výroba
Na dotaz, jak se brzdy vyrábějí, zástupce Bremba pro F1News.cz vysvětlil: "Materiál je karbon-karbon, získává se chemickou depozicí uhlíku (CVD) z plynné fáze." Substrát je při tomto chemickém procesu vystaven účinkům jednoho nebo více těkavých prekurzorů, které na jeho povrchu reagují mezi sebou nebo se rozkládají za vzniku požadovaného materiálu, přičemž vše probíhá za vysoké teploty.
Aby z neopracovaných uhlíkových vláken vznikl brzdový kotouč, je zapotřebí dlouhého procesu, jenž trvá 7 měsíců.
"Proces výroby kotoučů a destiček zabírá kolem 6 - 7 měsíců. Začíná se preformou, což je druh karbonové látky získané skládáním a lisováním uhlíkových vláken. Preforma poté prochází sérií procesů - chemických depozic z plynných fází, dokud materiál nedosáhne požadované hustoty. Poté se tepelně zpracovává, aby se spravila karbonu, a pak se tento polotovar obrábí až do tvaru požadovaného finálního kotouče.
Co z toho plyne? To, že fáze výroby musí začít dříve než fáze návrhu. Pokud by teprve na začátku předsezónních testů tým požádal o výrobu brzd dle svého návrhu, dostal by je ke konci sezóny. Jak se to řeší?
Výroba čistých kotoučů (v podstatě šablon) začíná velmi brzy, zatímco jednání mezi výrobcem brzd a týmem musí začít šest měsíců před tím, než vůz vyjede poprvé na trať.
"Normálně začínáme sami se surovinami, protože jinak bychom od týmu při tak dlouhých výrobních časech nedostali žádné vstupní informace. Pak se v červenci pouštíme do návrhu třmenu a v listopadu zahajujeme výrobu. Od týmů vyžadujeme, aby si suroviny objednávaly měsíce dopředu. Během sezóny se s týmem snažíme pochopit, co budeme podnikat v příští sezoně," vysvětluje Brembo.
Brzdový třmen v různých fázích svého opracování (foto: Brembo)
Sedmiměsíční období pro výrobu také znamená, že jakékoliv větší změny v pravidlech (např. zákaz exotických materiálů) musí FIA co nejdříve prodiskutovat s výrobci brzd, aby se předešlo zbytečnému utrácení.
"Jsme velmi otevření vůči změnám v pravidlech, potřebujeme akorát správný časový rámec, abychom mohli udělat nové díly, než začnou pravidla platit. Rádi se o tom dozvídáme s několikaletým předstihem," usmívá se zástupce společnosti Brembo.
Výroba hliníkových třmenů také trvá velmi dlouhou: pouze samotné obrábění strojem zabere 10 hod, tento proces je však přerušován dalšími kroky včetně různé úpravy povrchu, montáže a následného testování. Materiál a celý proces je 100% testován, aby bylo zajištěno naprosté splnění požadavků na kvalitu.
Děkuji společnosti Brembo za poskytnuté materiály, čas a ochotu podělit se o informace týkající se špičkových brzdových systémů F1.
dodo
Zajímalo by mě jak by si…
