Kerámia fékek

A fékrendszerek érthető módon a nagy teljesítményű sport- és versenyautókon indultak fejlődésnek. Ahol nagy a tempó, ott hatásos eszköz kell a száguldó tömegek megállításához, arról nem beszélve, hogy egy jó fék még a köridő javításából is kiveszi a részét. Mégis miként? Aki a hatásosabb fékre támaszkodva később lassíthat a kanyarok előtt, az többet száguldhat nagy sebességgel. A verseny- és a sportautókon ezért hamarabb váltotta le a hagyományos és bevált dobfékeket a tárcsafék, ami hatásossága mellett éppúgy további előnyöket rejtett magában, mint legújabb változata, a kerámiafék.

Bár a dobfék átlagos használatban nem rossz szerkezet, amit talán az is mutat, hogy egyes vadonatúj elektromos autók hátsó kerekeit is ilyenek lassítják, a tárcsafékek több előnyt hordoznak magukban hozzájuk képest. Egyrészt hatásosabbak, másrészt jobb hűtésük révén jobban bírják a tartós, vagy ismételt fékezést, harmadrészt – azonos hatásosság mellett – könnyebbek, mint a dobfékek. Ráadásul mindezt viszonylag elfogadható költségek mellett – annak ellenére, hogy a betétek gyorsabban kopnak, mint a dobfékek sokszorosan nagyobb felületű betétjei.

Ezeket a kedvező tulajdonságokat emeli magasabb szintre és egészíti ki továbbiakkal a modern műanyagtudomány fejlesztése, a kerámiafék. A megnevezés mindenekelőtt a féktárcsára vonatkozik, ami nem a megszokott anyagból, azaz öntöttvasból készül, hanem magas hőmérsékleten kisütött, összetett, szálerősítéses mesterséges anyagból, azaz kerámiából. A tárcsa tartását adó szálak karbon-, azaz szénszálak, amit többkomponenses epoxigyantákkal és szilícium alapú vegyületekkel, többnyire szilícium-karbiddal itatnak át, majd kemencében, 1000 fok feletti hőmérsékleten kisütnek.

A szénszál erősítéses kompozit alapanyag máris sejteti a kerámia féktárcsa egyik legnagyobb előnyét a vastárcsával szemben. Mivel a vas sűrűsége köbcentinként 7,8 gramm, a karbon-kerámiáé azonban még az alumíniumnál is kevesebb, csupán 2,3 gramm, ezért azonos külső méretek mellett a karbon-kerámia tárcsa sokkal könnyebb lehet. Konkrétan kevesebb, mint feleannyit nyom, mint egy hasonló méretű vastárcsa. Ha ezt négy tárcsára vetítjük, akkor mérettől függően akár 25-30 kiló is megspórolható a karbon kerámia tárcsákkal. Azaz: ennyivel lehet könnyebb az autó.

A mai világban, amikor a fogyasztás és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése érdekében ádáz küzdelem folyik grammok megtakarításáért (vagy azért, hogy amit megspóroltak, azért cserébe újabb extrákat építhessenek be az autóba), már önmagában a tíz kilókban mérhető csökkenés sem közömbös, de a tömegcsökkentés kerekenként nézve is egyértelmű előnyökkel jár. Kisebb a rugózatlan tömeg, ami egyszerre javítja a vezethetőséget és az utazási kényelmet. A könnyebb féktárcsa miatt kisebb tömegű kereket a rugózás-csillapításnak egyszerűbb a földhöz ragasztani, vagyis javul a tapadás, aminek mind gyorsításkor, mind kanyarodáskor, mind fékezéskor csak előnyét látni. Ugyanakkor az is igaz, hogy ha a burkolat valamilyen egyenetlensége mégis elmozdítaná függőleges irányban a kereket, mivel kisebb a tömege, könnyedebben követi le a változást anélkül, hogy az erőhatást továbbítaná a karosszériára - vagyis szebben rugózik az autó.

Az össztömeg csökkentése kedvezően hat az autó gyorsulóképességére, azonban nemcsak emiatt. Mivel a kerekekkel együtt a féktárcsák is forgó tömegek, ezért amikor az autót gyorsítják, nemcsak az össztömeget kell egyenes irányú lendületbe hozni, hanem a forgó tömegeket is fel kell pörgetni, ami szintén teljesítményt igényel. Minél kisebb tehát a forgó tömeg, annál jobban gyorsul az autó. Ezért is érdemes sportos autókon különösen kis tömegű könnyűfém keréktárcsákat (ami a rugózatlan tömegeknek is jót tesz persze) és kerámiafékeket alkalmazni.

A műanyag-jellegű kerámia alapanyag használata azzal a műanyagok esetében jól ismert előnnyel is jár, hogy nem hajlamos a korrózióra. A karbon-kerámia féktárcsa nem rozsdásodik, és nincs kitéve az ebből eredő kopásnak sem. Szintén az alapanyag-választásból eredő előny, hogy a karbon-kerámia féktárcsák az ismételt erőteljes fékezések hatására nem tágulnak, illetve nem hajlamosak olyasfajta a deformációra, mint a vastárcsák. Ebből következően nem romlik a pedálérzet, és ez is összefügg azzal az el nem hanyagolható előnnyel, hogy a kerámiaféket szinte nem lehet túlterhelni. Nincs az a hosszú lejtő, vagy nincs az a sokadik fékezés, amitől a fékhatás elhalványulna.

Ezek mind nem elhanyagolható előnyök, de talán amiért a legtöbben hálásak lennénk, az a karbon-kerámia tárcsák élettartama. Részint a nem létező korróziós hajlamuk miatt, de valójában egyáltalán nem hajlamosak a kopásra. Aki megteheti, hogy ilyen fékkel vásárolja meg az autóját, jószerivel egy életre elfeledheti a használattól függően általában 50 000-100 000 kilométerenként esedékes féktárcsacserét. Normális, utcai használatban majdnem biztosra vehető, hogy az autó egész élettartama alatt nem kell féktárcsát cserélni, de még versenyszerű használat mellett is tízszeres élettartammal lehet számolni a vastárcsákhoz képest. A kopásmentesség környezeti előnyt is hoz magával. A karbon-kerámia fékeknek ezért ugyanis nincs a tárcsából eredő porkibocsátásuk.

A sok-sok előnyt azonban nem mérik ingyen. A karbon-kerámia fékrendszerek még a nagy teljesítményű sportautók jelentős részéhez is csak felár, méghozzá forintban kifejezve milliós nagyságrendű felár ellenében rendelhető meg. Az egyik legfrissebb típushoz, a Mercedes SL 55 AMG-hez például több mint négymillió forintért kínálják ezt az extrát. Annyiért, amennyit sokan nem engedhetnek meg maguknak, hogy egy komplett autó megvásárlására fordítsák. És ez még nem a teteje mindennek! A Tesla a Model S Plaidhez kétszer ennyiért, 20 000 dollárért, azaz több mint nyolcmillió forintért kínál karbon-kerámia fékrendszert. Jogos tehát a kérdés, mi a búbánattól kerül ennyivel többe a karbon-kerámia fék?

A válasz mindjárt a felhasznált anyagokkal kezdődik. Bármilyen szénszál alapú tárgy kerül szóba a horgászbotoktól kezdve spojlerekig bezárólag, egyik sem az olcsó kategóriát gazdagítja. De ugyanez igaz a felhasznált epoxigyantákra és a többi felhasznált anyagra. Még a fémből készült agyrészre, és a karbon-kerámia tárcsát azzal összerögzítő csavarokra is, mégpedig azért, mert a maratoni élettartam miatt azokat is csak a legkiválóbb anyagokból érdemes elkészíteni.

Miközben az anyagköltség sem alacsony, legalább akkora, ha nem még nagyobb tétel a gyártási eljárás. Itt elegendő talán a formában sütést felemlíteni, ami órákat, de akár napokat is igénybe vehet. Ráadásul rengeteg a kézimunka. A hűtőbordákat például a két síktárcsa között úgy alakítják ki, hogy egyesével illesztik a helyükre azokat a betéteket, amelyek helyén majd a légrés tátong. Ezek miatt a tárcsák gyártási átfutási ideje hetekben mérhető. Egy általánosan használt öntöttvas tárcsa legyártása még belső hűtésű kivitelben sem igényel többet másfél óránál, miközben a sorozatgyártás során gyakorlatilag percenként jöhet le egy tárcsa a szalagról.

Az alapanyagok árát és a gyártás körülményességét és hosszú időtartamát figyelembe véve talán érthető, hogy a karbon-kerámia tárcsák nem tömeggyártmányok, inkább manufakturális termékek. Vagyis sokkal kisebb számban készülnek, ami végül is egy újabb árfelhajtó tényező. Ezek miatt drága a karbon-kerámia tárcsa és sajnos marad az a jövőben is.

Itt azonban érdemes lehet megállni még egy pillanatra. A karbon-kerámia féktárcsákat többnyire nagy teljesítményű belső égésű motoros sportautókhoz kínálják. A jövő azonban állítólag az elektromos autóké, amelyek annyira nem használnak féket (mert elektromosan lassítanak), hogy egyes gyártók hátulra egyenesen dobfékeket szerelnek. Tegyük hozzá, ez abból a szempontból nem is olyan butaság, hogy a dobfékek kevésbé hajlamosak a korrózióra, mint a tárcsafékek – amelyek rozsdásodási hajlama éppen a ritka használat miatt fokozott az elektromos autókon.

Éppen ez a korróziós indok az egyik, ami miatt helye lehetne a korrózióra érzéketlen karbon-kerámia féktárcsáknak az elektromos autókon. A másik érv sokkal prózaibb és hétköznapibb. A legerősebb sportautókat egyre inkább nem belső égésű motor, hanem elektromotor hajtja, ezzel azonban együtt jár a tömeg növekedése is. Nagyobb tömeget pedig csak hatásosabb, és a hosszú, vagy ismétlődő fékezést jobban bíró fékrendszerrel lehet lassítani, illetve megállítani. Azaz leginkább karbon-kerámia fékekkel, nem véletlen, hogy a Porsche Taycanhoz és a Tesla erőteljesebb modelljeihez is kínál ilyet a gyártójuk. Egyelőre úgy néz ki, hogy bármilyen magas is az ára, a karbon kerámia fék él és élni fog.