A modern fék- és fékasszisztens rendszerek nagyon lenyűgözőek. Gyártóik versenyeznek egymással, hogy a leghatékonyabb és legkényelmesebb fékezési megoldásokat kínálják. A mai mérnöki megoldások eléréséhez azonban hosszú volt az út.
A fékrendszerek kezdetei
A fékek jelentősége a modern autókban vitathatatlan. A fékrendszer napjaink egyik legfontosabb autórendszere. De a fékek nem mindig voltak olyan fontosak. Az autóipar kezdetén a feltalálók arra összpontosítottak, hogy kitalálják, hogyan indítsák el az autót, nem pedig arra, hogyan állítsák meg. A gépek belső ellenállása más, egyszerű eszközökkel kombinálva volt a korabeli fékrendszer. Az első autókat fából készült párnát a kerékperemhez nyomó karokkal vagy a kocsikban használt egyéb fékezőeszközökkel állították meg. Valójában az autók szekerekre hasonlítottak, ezért sok tervezési jellemzőt osztottak meg velük.
Nem sokára azonban észrevették, hogy az ilyen rögtönzött fékek nem túl hatékonyak. A kerekekkel érintkezve a fából készült párnák gyorsan elkoptak, és nem biztosítottak elegendő fékerőt meredek utakon. És az emberek egyre gyorsabban akartak menni. Különböző megoldásokat teszteltek azzal a céllal, hogy a kinetikus energiát egy hatékonyabb módszerrel hőenergiává alakítsák. Egyre hatékonyabb béléseket alkalmaztak pl. rézből készült, ami növelte a súrlódási erőt. Azonban volt egy jelentős hiányosságuk – nagyon hangosak voltak a fém kerekekkel érintkezve. Ennek orvoslására puha súrlódó anyagokkal borították be, pl. azbeszt, pamut vagy gumi. Ezek a megoldások elegendőek voltak, mivel az autók nem tudtak gyorsan haladni.
Gumiabroncsok – új kihívás a fékek számára
fékek fejlesztését nagymértékben befolyásolták a pneumatikus abroncsok. Jobb kényelmet biztosítottak egyenetlen terepen, és lehetővé tették a nagyobb sebességű vezetést, de nem működtek jól az akkori primitív fékekkel. A közvetlenül az abroncshoz nyomott párna valószínűleg működött egy kerékpáron, de nem egy sokkal nehezebb autón. Tehát egy új típusú féket fejlesztettek ki, amely a kerék belsejében van elrejtve. Az elképzeléssel ellentétben a dobfék és a tárcsafék nagyjából egy időben fogant meg.
Az első tárcsaféket 1902-ben Frederic Wilhelm Lanchester angol mérnök találta fel, míg a dobféket ugyanabban az évben Louis Renault szabadalmaztatta. Más mérnökök, köztük Gottlieb Daimler és Wilhelm Maybach is kísérleteztek dobfékekkel, de a Renault dizájnja érvényesült. A kötélbe csavart öntöttvas dob helyett sokkal hatékonyabb megoldást alkalmazott, vagyis a dobhoz nyomott fékpofákat. Ez a féktípus a mai napig fennmaradt. Persze nem változtatás nélkül.
Hidraulika a fékrendszerekben
Az első autófékek teljesen mechanikusak voltak, és kizárólag a vezető izomereje hajtotta őket. Kezdetben csak a hátsó kerekeket szerelték fel fékekkel. A mind a négy keréken fékezett autó csak 1909-ben született, főként az elégtelen mérnöki ismeretek miatt, ami hátráltatta az autó stabilitását biztosító fékek feltalálását. Acélvezetékekkel vezérelt, változatos erővel működő dobok, négy pár fékpofa szinkronizálása pedig némi gondot okozott.
Az áttörést 1917-ben érte el, amikor Malcolm Loughead, aki később Lockhead néven vált ismertté, szabadalmaztatta a hidraulikus fékeket. Ezt a féktípust először a német Hugo Meyer találta fel 1895-ben, de ez nem vált be. A Lockead fékei voltak az első sorozatgyártású hidraulikus fékek. A hidraulikafolyadék alkalmazása sokat változott. Először is megnövelték a fékezőerőt. Másodszor, megszűnt a kábelek repedésének és kilazulásának problémája, aminek következtében a fékek kényelmesebbé váltak. Az első hidraulikus fékek hírhedtek voltak a szivárgásról, de sokkal megbízhatóbbak voltak, mint a mechanikus fékek.
Néhány évvel később, 1928-ban egy további funkciót is hozzáadtak – a fékrásegítőt. Egy fékszervo a bemeneti rendszerben generált negatív nyomást használta a fékerő növelésére. A fékpedál lenyomása után a főfékhenger aktiválódott, és egy szelep kiengedte a negatív nyomást a szívócsőből. A membrán két része közötti nyomáskülönbség olyan erőt generált, amely a főhenger dugattyúját is megtámasztotta. Az erő egyenesen arányos volt a fékpedál lenyomásával. Így a vezető könnyedén szabályozhatja a fékezőerőt. Ahogy a fékek egyre hatékonyabbak lettek, az autók egyre gyorsabban tudtak haladni.
A dobfékek fokozatos csökkenése
A dobfékek éveken át uralták az autóipart. Néhány kicsi és nem túl erős autó hátsó tengelyén még lehet velük találkozni, pl. városi autók. Sikerüket nem a véletlennek köszönhették. Bármilyen robusztusak is, a dobok ellenállnak a különböző útviszonyoknak, és nem is olyan hatástalanok, mint azt sokan gondolják. De gondjuk van a magas hőmérséklettel.
A szorosan zárt fékdob megnehezítette a hőelvezetést. A fékpofák kiterjesztése nagy erőt és nagy és nehéz dobot igényelt. A dobfékek is hibásak voltak. Bár egyszerű felépítésűek voltak, és zárt házuk volt, cipőik gyakran beszorultak, ami a fékek túlmelegedéséhez vezetett. Ez a fékezőerő hirtelen csökkenéséhez és veszélyes helyzetekhez vezethet. Szerencsére feltalálták a tárcsafékeket.
Szorítás avagy a tárcsafékek működése
Sok más új találmányhoz hasonlóan az első modern tárcsafékek is debütáltak a sportban. 1993-ban egy négy Dunlop tárcsafékkel felszerelt Jaguar XK nyerte meg a 24 órás Le Mans-i versenyt. Megkezdődött a fékrendszerek forradalma.
Az 1902-es réz fékbetétekkel ellentétben a modern betétek nem nyikorogtak és nem koptak el olyan gyorsan. Hamarosan fejlettebb súrlódó béléseket alkalmaznak, például kerámiákat, félfémes keverékeket vagy kevlárt. Az azbesztet, amelyről megállapították, hogy rákot okoz, megszüntették. Minden fékbetét a tárcsafék ugyanazt az alapvető előnyét használja – nagyobb hatásfok még dinamikus vezetés közben is.
A kulcs a tárcsafékek hőelvezetése. A szél hűti, hőt adnak át a felniknek, és speciális szellőzőnyílásokkal is rendelkezhetnek. Ideálisak hegyi vezetéshez, dinamikus vezetéshez és vészfékezéshez. A dugattyúk nyomást gyakorolnak a súrlódó betétre, és ennek következtében a féktárcsára. Ezenkívül jobban kompatibilisek a vezetőt segítő rendszerekkel, mint például az ABS vagy az ESP. A szorítás jobb fékezési módszernek bizonyul, mint a tolás. A féknyereg felülkerekedik a fékpofákkal szemben.
A fékek jövője
A kutató-fejlesztő központok folytatják erőfeszítéseiket a még hatékonyabb fékek tervezésére. A fékrendszerek folyamatosan változnak az anyagok és a kialakítás tekintetében. Egyre több gyártó alkalmazza az úgynevezett perzselést, azaz a fékbetét felületének rövid távú, 600-800 °C-ra történő felmelegítését, hogy növelje fakulásállóságát, vagyis a hő hatására bekövetkező fékbetét-hatékonyság csökkenését. A gyártók nagyobb figyelmet fordítanak a rezgések és a csikorgó zajok csökkentésére is. A jó minőségű betétek köztes réteggel rendelkeznek, amely csökkenti a zajokat és a rezgéseket.
Úgy tűnik, a fékrendszereknek hamarosan sokkal kevesebb munkája lesz, mint ma. A hibrid és elektromos autók fejlődése az energiavisszanyerő rendszereket a fékek egyre komolyabb alternatívájává teszi. A közelmúltig a Forma-1-es autókból ismert helyreállítási rendszerek egyre népszerűbbek. A fékezés során keletkező energia már nem alakul át hővé és visszafordíthatatlanul elveszik, hanem elektromos energiává alakul. Természetesen az energia-visszanyerés nem helyettesíti a hagyományos tárcsafékeket, és nem lesz elég erős fékezéskor sem. Könnyen csökkentheti azonban a féktárcsák és fékbetétek kopását a könnyű, mindennapi vezetés során. Hamarosan megtudjuk, igazat mondtak-e a szakértők.