14. fejezet - Korszerű hidraulikus fékrendszerek szerkezeti és működési analízise

Tartalom
14.1. A hidraulikus fékrendszer részegységei
14.2. Vákuumos fékrásegítők
14.2.1. Beépítése és működése
14.2.2. Két membrános tandem vákuumos fékrásegítő
14.2.3. A fékasszisztens feladatát ellátó aktív vákuumos fékrásegítő
14.3. Vákuumszivattyúk a vákuumos fékrásegítők működtetéséhez
14.3.1. Dugattyús vákuumszivattyú
14.3.2. Forgólapátos vákuumszivattyú
14.3.3. Membrános vákuumszivattyú
14.3.4. Villanymotorral hajtott vákuumszivattyúk
14.4. Hidraulikus fékrásegítő
14.4.1. Ate H31 hidraulikus fékrásegítő
14.4.2. Hidraulikus fékrásegítő, Toyota
14.5. „iBooster” az elektromechanikus fékrásegítő
14.6. Főfékhenger
14.7. A hidraulikus fékrendszer munkaközege a fékfolyadék
14.8. Fékerő módosítók
14.8.1. Tengelyterhelés függő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.2. Nyomásfüggő átkapcsoló pontú, nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.3. Lassulásfüggő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.4. Elektronikus fékerő felosztás
14.9. Fék munkahengerek
14.10. Hidraulikus működtetésű dobfékek
14.10.1. Szimplex dobfék
14.10.2. Duplex dobfék
14.10.3. Duo-duplex dobfék
14.10.4. Szervofék
14.10.5. Duo-szervo dobfék
14.10.6. A dobfékek részegységei
14.10.7. A fékpofák utánállítása
14.11. Hidraulikus működtetésű tárcsafékek
14.11.1. A tárcsafékek csoportosítása
14.11.2. Négy dugattyús fix nyerges tárcsafék
14.11.3. Úszónyerges tárcsafékek
14.11.4. Úszó keretes nyerges tárcsafék
14.11.5. Úszó ökölnyerges tárcsafék
14.11.6. Kombinált ököl és keretes nyerges tárcsafék
14.11.7. Különleges tárcsafékek
14.12. Korszerű mechanikus és elektromechanikus rögzítő fékek szerkezeti-, és működési analízise
14.12.1. Hagyományos, mechanikus működtetésű rögzítőfékek
14.12.2. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse)
14.12.2.1. Féknyeregre szerelt elektromechanikus rögzítő fék (EPB-Ci)
14.12.2.2. A tárcsafékbe szerelt duo-szervo dobfék, mint elektromechanikus rögzítő fék EPB-DS

A hidraulikus fékrendszer előnye, hogy kicsi a működés késedelmi ideje és az alkalmazott viszonylag nagy nyomás miatt kisebbek lehetnek a fék munkahengerek.

A hidraulikus fékrendszer gyakran tartalmaz mechanikus, és pneumatikus erőátviteli elemeket is. Az elektronika is egyre fontosabb szerepet tölt be.

A hidraulikus fékrendszer áttekintése.
14.1. ábra - A hidraulikus fékrendszer áttekintése.


Az ábrán alkalmazott színek:

 

az alap fékrendszer elemei

- fekete

 

fékrásegítők

- zöld

 

fékerő módosítók

- sárga

 

menetdinamikai szabályozók

- piros

14.1. A hidraulikus fékrendszer részegységei

A gépkocsivezető által kifejtett pedálerőt mechanikus áttétel növeli és közvetíti a főfékhenger dugattyújához. A hidraulikus alap fékrendszernél a gépkocsi lassításhoz szükséges nyomást és a működtetéshez szükséges fékfolyadék térfogatot a főfékhenger dugattyúja hozza létre. Csöveken jut el a kerékfékszerkezetek munkahengereibe. A kerekek rugózása miatt flexibilis tömőket is beépítenek.

A nyomást a munkahengerek alakítják át működtető erővé, illetve elmozdulássá. Ez szorítja egymásra a súrlódó felületeket. Így alakul ki a szükséges fékező nyomaték.

A hidraulikus fékrendszer működése a Pascal törvényen alapul, mely szerint a zárt folyadékra gyakorolt nyomás minden irányban egyenletesen hat.

Az alap fékrendszert kiegészítő szerelvények

Az alap fékrendszert további, különböző feladatokat ellátó szerelvények egészítik ki. Ezek egyrészt csökkentik a gépkocsivezető által a pedálon kifejtendő működtető erőt. Másrészt a biztonságos fékezés érdekében futóművenként összehangolják a fékerők nagyságát. Illetve különböző menetdinamikai szabályozásokat végeznek.

Fékrásegítők

Feladatuk a komfortosabb és hatékonyabb fékezés megvalósítása. A nagyobb tömegű gépkocsiknál a gépkocsivezető által kifejtett pedálerő már viszonylag nagy pedál áttételnél is kevésnek bizonyul a hatóságilag előírt fékhatás elérésére. Ezért fékrásegítőt szerelnek be. Az előző ábrán ezek a szerelvények zöld színűek és a feltüntetett változatok közül természetesen csak az egyiket alkalmazzák. Közös jellemzőjük, hogy működésükhöz segédenergia szükséges. A rásegítők lehetnek:

  • vákuumos,

  • hidraulikus,

  • sűrített levegős

  • elektromechanikusak.

A vákuumos fékrásegítőt már 75 éve alkalmazzák és széles körűen elterjedt, de a hátránya az, hogy néhány század másodperccel megnöveli a fékkésedelmi időt.

Gyakran alkalmaznak villanymotorral hajtott vákuumszivattyúkat a dízelmotoros, az elektromos és a hibrid autóknál. A hidraulikus fékrásegítőknek kisebb a késedelmi ideje. A 2013-ban a Bosch által bemutatott elektromechanikus fékrásegítő háromszor gyorsabb a vákuumosnál.

Vákuumos fékrásegítő a pedálokkal.
14.2. ábra - Vákuumos fékrásegítő a pedálokkal.


Fékerő módosítók

A főfékhenger és a kerékfékszerkezet közé szerelik be. A rendszerábrán narancssárga színű. Az a feladatuk, hogy minél jobban megközelítse a futóművek közötti fékerő arány az ideálisat. Tengelyterhelés-, nyomás- és lassulás függő változatait alkalmazták korábban. A jelenleg a széria ABS-el ellátott gépkocsiknál a fékerő módosítók feladatát a blokkolásgátló egyik, erre a célra kifejlesztett programja veszi át, mellyel az elektronikus fékerő felosztás valósítható meg.

Menetdinamikai szabályozó rendszerek

Az alap fékrendszer kiegészítő elemei. Nem csak fékezéskor, de a fékrendszer elemeinek felhasználásával avatkoznak be. Ebbe a csoportba tartozik a blokkolásgátló, a kipörgésgátló, a fékasszisztens, az elektronikus fékerő felosztás, vagy az elektronikus stabilitás program. A rendszerábrán ezek a szerelvények piros színűek. A főfékhenger és a fék munkahenger közé kötik be. Az öndiagnosztika felügyelete alatt működnek.

14.2. Vákuumos fékrásegítők

14.2.1. Beépítése és működése

A pedálerővel arányosan a fékrásegítő a főfékhenger dugattyújára ható működtető erőt növeli. A fékrendszer konstrukciós kialakításánál össze kell hangolni a főfékhenger és a vákuumos fékrásegítő műszaki jellemzőit. Ezek hatását az alábbi (14.7. ábra) működési diagram ábrázolja.

Alapjárati fordulatszámon az Otto-motor szívócsövében a zárt pillangószelep mögött 0,7-0,8 bar vákuum alakul ki, amely energiaforrásként használható. A motorfék használatakor az alapjáratinál nagyobb, lesz az úgynevezett kényszer alapjárati fordulatszám és ezért a kialakult vákuum is. A pillangószelep nélküli dízelmotorral szerelt gépkocsiknál a fékrásegítő energiaellátásához vákuumszivattyút kell felszerelni. Ezt mechanikus áttételen keresztül működtetheti a belsőégésű motor. Gyakran alkalmazzák a villanymotorral hajtott vákuumszivattyúkat, különösen hibrid- és az elektromos hajtású gépkocsiknál.

A vákuumos fékrásegítő háza acéllemezből sajtolással készül. Az utóbbi évtizedek fejlesztései a tömeg csökkentésére irányultak. 2013-ban több gyártó bemutatott alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítőt is. A rásegítő házának két részét peremezéssel rögzítik egymáshoz. Nagy átmérőjű dugattyú támasztja meg a rásegítő két részét egymástól elválasztó, elasztomerből készült membránt. Ennek pereme látja el egyúttal a két házrész közötti tömítés feladatát is. A fékpedállal mozgatott működtető rudazatba kettős szelepet építenek be. A belsőégésű motor szívócsöve, illetve a vákuumszivattyú és a rásegítő közé visszacsapó szelepet szerelnek.

Alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítő metszetben.
14.3. ábra - Alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítő metszetben.


A visszacsapó szelep feladata:

  • Miután kialakult a legnagyobb vákuum lezár a szelep és így tárolja a vákuumot a rásegítőben. Ha ebben az állapotban menet közben leáll a motor, emiatt nem szűnik meg azonnal a rásegítés.

  • A visszacsapó szelep megakadályozza továbbá, hogy a kartergáz és a benzingőz bejuthasson a rásegítő belsejébe. Így az agresszív közegek nem fogják károsítani az elasztomerből készült membránt.

A fékrásegítő élettartamát alapvetően az elasztomer membrán, a tömítések és a szennyeződések ellen védő gumi harmonikák anyaga és minősége határozzák meg. A főfékhengert közvetlenül a vákuumos rásegítőre szerelik. A két egység között a működtető erőt egy beállítható hosszúságú nyomórúd adja át. A típusnak megfelelő méret beállítása nagyon fontos. Ha a hossza nagyobb a kelleténél nem lesz megfelelő a fékoldás. Ha pedig rövidebb a rudazat, megnő a fékkésedelmi idő.

A vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben

A vákuumos fékrásegítő membránjának mindkét oldalán a motor, vagy a vákuum szivattyú által létrehozott nyomás alakul ki. A működtető rudazatba beépített kettős szelep fékoldási helyzetben egymással összeköti a belső két kamrát. A membránt és az azt megtámasztó nagy átmérőjű dugattyút a rugó tartja alaphelyzetben.

Vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben. A gumimembrán mindkét oldalán vákuum van (piros szín)
14.4. ábra - Vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben. A gumimembrán mindkét oldalán vákuum van (piros szín)


Fékezés közben a rásegítő

A fékpedál lenyomásakor a vezérlő dugattyú előre mozdul és a rászerelt tömítés felfekszik a belső vállon. Így a membrán előtti és mögötti terek összeköttetése megszűnik. Amikor a fékpedál tovább mozdul kinyílik a kettős szelep belső része. A membrán mögötti térbe a rudazat nyakrészénél lévő szivacs szűrőn keresztül a környezetből levegő áramlik be. Emiatt növekszik ebben a kamrában a nyomás és a membránra ható erő. Ezt és a pedálon kifejtett erőt a rudazat közvetíti a főfékhenger dugattyújára, amely létrehozza a fékező nyomást.

A pedálerő és a rásegítő erő összege a rudazat zárt belső térébe beépített, meghatározott Shore keménységű, de alakváltozásra képes gumi tárcsa szélét összenyomja. Emiatt annak közepe kidudorodik és visszahat a fékpedálra. Így elkerülhetővé válik a rásegítés pillanatában a membránt támasztó dugattyú elmozdulásakor a fékpedál beesése.

Amikor a főfékhenger dugattyúja elmozdul, záródik a kettős szelep. A fékpedál benyomott állapotban marad és így kialakul a részfékezési állapot. A membrán két oldalán kialakult a nyomáskülönbség, de az tovább nem változik. A fékpedál további lenyomásakor, teljes fékezéskor a kettős szelep nem záródik be és kialakul a lehető legnagyobb rásegítés. Ez az úgynevezett kivezérlési pont. Ez után a főfékhenger által kivezérelt nyomás csak a pedálerő további növelésével arányosan fokozható.

A vákuumos fékrásegítő membrán átmérőjét jelenleg is négyzetcollban szokták megadni. Személygépkocsiknál általában 7” és 10” közötti méretű rásegítőket alkalmaznak.

Vákuumos fékrásegítő részfékezési helyzetben.

A gumimembrán jobb oldalán az atmoszférikusnál kisebb, de az aktuális vákuumnál nagyobb nyomás van (fehérszín)

14.5. ábra - Vákuumos fékrásegítő részfékezési helyzetben.


Teljes fékezés, maximális rásegítés

A fékpedál erőteljes lenyomása miatt a kettős szelep nem zár vissza. A membrán bal oldali kamrájában vákuum, a jobb oldaliban atmoszférikus nyomás van. Ekkor alakul ki a legnagyobb rásegítés, elérjük az úgynevezett kivezérlési pontot.

Vákuumos fékrásegítő teljes fékezési helyzetben.

A gumimembrán jobb oldalán az atmoszférikus nyomás van (kékszín) a bal oldalán vákuum (piros)

14.6. ábra - Vákuumos fékrásegítő teljes fékezési helyzetben.


Fékezés vákuum nélkül

Ha meghibásodás miatt nincs vákuum, a fékpedál rudazata a főfékhenger dugattyúját úgy mozdítja el, hogy közben nem alakul ki a rásegítő hatás. Ilyenkor sokkal nagyobb pedálerő szükséges a fékezéshez, de kialakul a biztonsági féknek megfelelő lassulás.

Vákuumos fékrásegítő működési diagramja és a konstrukciós jellemzők hatása
14.7. ábra - Vákuumos fékrásegítő működési diagramja és a konstrukciós jellemzők hatása


14.2.2. Két membrános tandem vákuumos fékrásegítő

Nagyobb tömegű gépkocsiknál nagyobb fékező nyomás szükséges. Ezért nagyobb átmérőjű rásegítőt kell beépíteni. A tapasztalatok szerint azonban a vákuumos fékrásegítő membránjának átmérőjét 10” fölé nem célszerű növelni, mert akkor működés közben a dugattyú már könnyen félrebillen és ezért megszorul. Emiatt nem növekszik a fékező nyomás. Nagyobb tömegű gépkocsinál és azoknál, melyeket gyárilag vonóhoroggal is ellátják, nagyobb rásegítő hatásra van szükség. Ezt két membrános kivitellel valósítják meg. Mindkét membrán bal oldali kamráit, és a jobboldaliakat is átvezető csatornákkal egymással összekötik. A két membrándugattyú ugyan arra a működtető rudazatra fejt ki az erőt. A működtetéséhez az egy membránoshoz hasonló szeleprendszert építenek be. A két membrán átmérője nem egyforma. A gyakran használatos méretek a 8”/9” és a 8½”/9”.

Két membrános vákuumos fékrásegítő a főfékhengerrel, fékfolyadék tartállyal és az elektromos szintérzékelővel.
14.8. ábra - Két membrános vákuumos fékrásegítő a főfékhengerrel, fékfolyadék tartállyal és az elektromos szintérzékelővel.


14.2.3. A fékasszisztens feladatát ellátó aktív vákuumos fékrásegítő

A Mercedes szimulátorában vizsgálatokat végeztek, hogy a különböző vezetők, kezdők és rutinosak, férfiak és nők, öregek és fiatalok hogyan reagálnak a veszély helyzetekre, hogyan lehetne a fékutat csökkenteni. A vizsgálatok eredménye az volt, hogy az esetek 70%-ában még hirtelen fékezésnél sem volt elég nagy a pedálerő ahhoz, hogy elérhető legyen a legnagyobb fékrásegítés. A gépkocsiba beépített rásegítő tehát nincs megfelelően kihasználva. Nem valósul meg a lehető legnagyobb fékerő. A gépkocsi lassulása kisebb, mint ami elérhető lenne, így a fékút pedig hosszabb. Ezen probléma kiküszöbölésére fejlesztették ki az aktív vákuumos fékrásegítőt, mely a Mercedes-Benz és a Lucas közös fejlesztésének eredménye volt. 1994-ben készült el az Electronic Actuation System, az EAS, melynél a vákuumos fékrásegítő új feladatot kapott.

Aktív vákuumos fékrásegítő.
14.9. ábra - Aktív vákuumos fékrásegítő.


Lucas EAS

Az elektronikus működtetésű vákuumos fékrásegítő több újabb lehetőséget kínál:

  • gyorsabbá és hatékonyabbá teszi a fékezést, különösen a kezdeti szakaszban, amikor még nagy a gépkocsi sebessége.

  • emelkedőn induláskor elkerülhető a visszagurulás (hill holder működés),

  • a gépkocsivezetőtől függetlenül vezérelhető ki fékező nyomás, ez az ASR, illetve ESP működésénél szükséges.

  • menetsebesség szabályozásnál a vezetőtől független lassítás valósulhat meg,

  • a radar érzékelős követési távolság szabályozó rendszernél is a gépkocsivezetőtől független lassítás aktiválható,

  • hatékonyan együttműködhet az immobilizerrel.

  • az automatikus vészfékezés is megvalósítható, ha a fékpedál lenyomási sebessége átlép egy bizonyos küszöbértéket.

A fékasszisztensek (aktív vákuumos fékrásegítők) különböző változatai.
14.10. ábra - A fékasszisztensek (aktív vákuumos fékrásegítők) különböző változatai.


A Lucas EAS generációi

Az első generációs változatnál a vákuumos fékrásegítő fékpedálhoz csatlakozó rudazatát elektromos elmozdulás érzékelővel látták el, mely az elektronikának jelet ad. Ha a fékpedál elmozdulásának sebessége egy előre meghatározott küszöbértéket átlép, aktiválja a vákuumos fékrásegítő elektromágneses szelepét. Az kinyit és a membrán mögötti kamrába atmoszférikus nyomású levegőt enged be. Így a lehető legnagyobb rásegítés gyorsan megvalósul, ezzel támogatja a vezető vészfékezési szándékát.

A második generációs változatnál az aktív vákuumos fékrásegítő az alapfeladat ellátásán kívül, amikor a vezető az emelkedőn bizonyos ideig nyomva tartja a fékpedált, automatikusan működésbe hozza az elektromágneses szelepet, és az aktív vákuumos fékrásegítő tartja befékezve a gépkocsit. A vezető visszaengedheti a fékpedált, mert „hill holder”-ként működik. Induláskor a gázpedál elmozdulásával arányosan automatikusan kifékeződik. Ehhez már arányos működésű elektromágneses szelep szükséges.

A harmadik generációs változatánál a gépkocsi üres és terhelt állapotában egy adott lassulás azonos pedálerővel érhető el. A fékpedál rudazatába szerelt elmozdulás érzékelőt erőmérővel is kiegészítették.

A fékasszisztens előnyös hatását jól bizonyítják a végrehajtott mérések. 100 km/h sebességről normál fékezéssel 73 m megtétele után áll meg a gépkocsi. Azonos körülmények között fékasszisztenssel ehhez csupán 43 m szükséges.

A fékasszisztensnél elektronika és elmozdulás érzékelő egészíti ki a vákuumos fékrásegítőt.
14.11. ábra - A fékasszisztensnél elektronika és elmozdulás érzékelő egészíti ki a vákuumos fékrásegítőt.


Continental Teves aktív fékrásegítő

Az aktív fékrásegítő jól hasznosítható a gépkocsivezetést támogató, különböző asszisztens rendszereknél. Ezek nem csak a komfortot, hanem a biztonságot is növelik. Pánikszerű fékezéskor a gépkocsivezetők ugyan elég gyorsan reagálnak, de nem elég nagy erővel nyomják a fékpedált. Ezért a fékrendszerben késlekedve alakul ki az ABS szabályozás kezdetéhez szükséges fékező nyomás. Rövidebb a fékút, ha már a fékezés kezdetén, amikor a gépkocsi még nagy sebességgel halad, a lehető legnagyobb fékerő kialakul. Ez a fékasszisztenssel valósítható meg. A legkorszerűbb változatok megháromszorozzák, vagy akár hatszorosára is növelik a pedálerőt. Nagy tömegű gépkocsikhoz kifejlesztettek olyan vákuumos fékrásegítőket is, melyek áttétele eléri a 15,6-értéket.

Kezdetben a felsőbb osztály autóiba szerelték be. Kedvező útviszonynál 100 km/h sebességnél a fékutat 33 m-re csökkenti. A gyártás felfutása után olcsóbbá vált és egyre szélesebb körben szerelték be a középkategóriás személygépkocsikba is.

A Continental Teves ESP rendszerénél az aktív vákuumos fékrásegítőt arra is használják, hogy az ESP fékezési beavatkozásához létrehozza a szükséges fékező nyomást.

A Continental Teves aktív, két membrános vákuumos fékrásegítője, mint fékasszisztens.
14.12. ábra - A Continental Teves aktív, két membrános vákuumos fékrásegítője, mint fékasszisztens.


A vákuumos fékrásegítő normál működése és pirossal megrajzolva, amikor fékasszisztensként működik.
14.13. ábra - A vákuumos fékrásegítő normál működése és pirossal megrajzolva, amikor fékasszisztensként működik.


Continental Teves mechanikus fékasszisztens

A Continental Teves 2000-óta gyártja sorozatban a mechanikus működésű fékasszisztenst. Előnye, hogy beszerzése egyszerűbb és olcsóbb, mint az elektronikus változaté. Egyre több, elsősorban kiautóban megfizethető módon növeli az aktív biztonságot.

Ennél a vákuumos fékrásegítő belső részét egészítik ki egy újabb mechanikus egységgel. Ezért az egy membrános kivitelnél a főfékhenger 6 - 8 mm-el, a két membrános kivitelnél 12,7 mm-el kerül kijjebb. Csak a szelepházon belüli rész változik meg.

A beépített kiegészítő mechanikával a vákuumos fékrásegítő egy bizonyos fékpedál lenyomási sebesség felett gyorsabban éri el a kivezérlési pontot (maximális rásegítés). Mechanikus működésű aktív fékrásegítőt gyárt az amerikai TRW konszern is. Japán autókba is építenek be hasonló szerkezetet.

A mechanikus fékasszisztensnél a fékpedál lenyomásának sebességét a vákuumos fékrásegítő szeleprendszerébe beépített, kompakt mechanikus egység érzékeli.

Normál fékezésnél a fékpedál rudazata és a főfékhenger dugattyújának nyomórúdja között a hagyományos fékrásegítőkhöz hasonlóan lineáris karakterisztika érvényesül. A pedálsebesség – erő karakterisztika is hasonló. A golyókosár a működtető rudazathoz képest nem mozdul el.

Continental Teves mechanikus fékasszisztens.
14.14. ábra - Continental Teves mechanikus fékasszisztens.


Continental Teves mechanikus fékasszisztensnél lecsökken a pedálerő és dinamikus lesz a fékező nyomás kivezérlés.
14.15. ábra - Continental Teves mechanikus fékasszisztensnél lecsökken a pedálerő és dinamikus lesz a fékező nyomás kivezérlés.


A mechanikus fékasszisztens működése

A fékpedál gyors lenyomásakor, amikor a sebesség egy bizonyos küszöbértéknél nagyobb, a mechanikus részbe szerelt záró golyók radiálisan elmozdulnak. A hüvely elmozdul jobbra és feltámaszkodik a reteszelő lemezen. A golyók további elmozdulását kívülről megakadályozza. A reakciótárcsán képződő erőt a golyókosár a szelepház felé közvetíti és megszűnik a visszahatás a fékpedál felé. A szelepház nem mozdul vissza zárás irányban, hanem nyitott helyzetben marad a fékezés végéig. Így az atmoszférikus nyomás teljesen megtölti a vákuumos fékrásegítő membránja mögötti jobb oldali kamrát. A rásegítő így a lehető legnagyobb nyomáskivezérlést valósít meg. A másodperc töredéke alatt nagy fékezőnyomás valósul meg. Az ABS rendszer beavatkozás akadályozza meg a kerekek túlfékezettségét.

A hidraulikarendszerben kialakul az ABS szabályozás kezdetének megfelelő nyomás anélkül, hogy ehhez a pedálerőt növelni kellene. Valójában a fékpedálon kifejtendő erő nagyon gyorsan csökkenni fog. Így a fékpedál lenyomásához szükséges erő hozzávetőleg megegyezik a tengelykapcsoló működtetéséhez szükségessel. A fékpedál teljes visszaengedése szükséges ahhoz, hogy a fékasszisztens működésből visszakapcsoljon a normál rásegítő működésre. A fékpedál visszaengedése után a reteszelő lemez visszamozdítja a záró hüvelyt, a rugók és a golyókosár segítségével a záró golyók visszakerülnek az alaphelyzetbe. Ezzel a mechanikus érzékelő visszakapcsol a normál fékrásegítő működésre.

TRW mechanikus fékasszisztens

Az amerikai TRW mechanikus fékasszisztensénél a vákuumos fékrásegítő szelepházába egy erős állandó mágnest szerelnek be. Amikor hirtelen fékpedál lenyomásnál a működtető szelep megközelíti a mágnest, az magához húzza azt és nem tud visszazárni. Így a nyitott szelepen keresztül azonnal beáramlik a teljes atmoszférikus nyomás és kialakul a lehető legnagyobb rásegítés. Egyebek között ezt a változatot alkalmazzák a Renault személygépkocsikban. Tömege 3,7 kg. A vákuumos fékrásegítő a pedálerőt 6,5 szeresére növeli. Működési küszöbérték 84 ± 20 N. A fékezőnyomás 200 N pedálerőnél a 33 ± 4 bar. A maximális fékezőnyomás 0,8 bar vákuumnál 115 bar. Fékasszisztens üzemmódba átkapcsol, amikor a fékpedál lenyomási sebessége 95 mm/s-nál nagyobb.

A TRW mechanikus fékasszisztens metszete
14.16. ábra - A TRW mechanikus fékasszisztens metszete


A TRW mechanikus fékasszisztens szétszerelve
14.17. ábra - A TRW mechanikus fékasszisztens szétszerelve


Hidraulikus fékasszisztens

Ez a változat az ABS-el ellátott személygépkocsiknál alkalmazható hatékonyan.

Az EVA (Emegency Valve Assistant) vészfékezésnél a vákuumos fékrásegítőnél egy hidromechanikus szerkezettel jelentős mértékben megnöveli a rásegítést. Így a fékező nyomás nagyon gyorsan eléri az ABS szabályozási küszöbértéket. Ez a szerkezet a fékpedál lenyomásának sebességétől függően aktiválódik. Nagy fékező teljesítmény alakul ki kis pedálerő hatására. A fékpedál visszaengedését követően automatikusan visszakapcsol normál fékrásegítő működésre. Feladatának ellátásához nem szükséges sem elektronika, sem külön beépített érzékelő.

EVA, hidromechanikus fékasszisztens (Robert Bosch GmbH) és működési diagramja.
14.18. ábra - EVA, hidromechanikus fékasszisztens (Robert Bosch GmbH) és működési diagramja.


14.3. Vákuumszivattyúk a vákuumos fékrásegítők működtetéséhez

Dízelmotoros gépkocsiknál, melyeknél nincs pillangószelep és emiatt vákuum sem alakulhat ki, a fékrásegítő működéséhez a belsőégésű motor által hajtott vákuumszivattyút szerelnek fel.

A vákuumszivattyúval szemben támasztott fontosabb követelmények:

  • kis tömeg és helyigény,

  • hosszú élettartam,

  • kis teljesítményfelvétel,

  • kis kenőolaj igény,

  • karbantartás mentesség,

A vákuumszivattyúk működésmód szerinti csoportosítsa:

  • dugattyús,

  • forgólapátos,

  • membrános.

A belső égésű motorról különböző módon hajtott vákuumszivattyúk folyamatosan működnek.

14.3.1. Dugattyús vákuumszivattyú

Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyút szerelnek be például a Mercedes személygépkocsikba, melyet a Pierburg gyárt. A dugattyú alatti és feletti térhez egy-egy szívó és nyomószelep tartozik. Ha a megfelelő vákuum kialakult, a két tér között egy ötödik szelep is kinyit és összeköti a két részt egymással. A vákuumszivattyú hajtása a belső égésű motorról hullámokkal ellátott tárcsa segítségével történik. Rugó ellenében golyóscsapággyal ellátott emelőkar mozgatja a dugattyút. A működtető tárcsát a vezérműtengely forgatja. A vákuumszivattyú kimeneti részénél két csőcsatlakozót találunk. A nagyobb átmérőjűhöz csatlakoztatják a vákuumos fékrásegítőt. A beépített ötödik szelep ennek a csatlakozónak elsőbbséget biztosít. A másodlagos felhasználókat a kisebb átmérőjű csatlakozóhoz kötik be.

Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú (Pierburg).
14.19. ábra - Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú (Pierburg).


Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú metszeti ábrája (Pierburg).
14.20. ábra - Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú metszeti ábrája (Pierburg).


14.3.2. Forgólapátos vákuumszivattyú

Forgásiránya kötött. Hajtása és beépítésére többféle kivitelű is lehet.

A belsőégésű motorról történő hajtás változatai:

  • ékszíjjal, vagy bordásszíjjal

  • fogaskerékkel

  • áthajtás más szerelvényen keresztül

Forgólapátos vákuumszivattyú (Pierburg).
14.21. ábra - Forgólapátos vákuumszivattyú (Pierburg).


Forgólapátos vákuumszivattyú felszerelve a motorra.
14.22. ábra - Forgólapátos vákuumszivattyú felszerelve a motorra.


A forgólapátos vákuumszivattyúknál a házhoz képest excentrikusan beszerelt forgórészben vannak a lapátok, melyeket a centrifugális erő szorít a ház belső felületére. A szívó részen a lapátok közötti kamrák térfogata növekszik, ez látja el energiával a vákuumos fékrásegítőt. Szállító képessége a fordulatszámon kívül az excentricitás nagyságától is függ. Ahhoz, hogy lapátok és a ház között jó legyen a tömítéshez megfelelő kenőolaj ellátás is szükséges. A lapátok általában kopásálló műanyagból készült csapok körül mozdulnak el. Van olyan két lapátos kivitel is, melynél a forgórész radiális hornyába szerelik be a lapátokat. Ezek a hidrodinamikus kenéselmélet alapján felúsznak a ház falán képződött kenőolaj filmen. Ez jó tömítést és kisebb hajtóteljesítmény igényt eredményez.

A moduláris rendszerben készülő egylapátos Wabco vákuumszivattyúk a vevői igényeknek megfelelően 140 cm3, 180 cm3, 220 cm3-esek. A szivattyúház különleges geometriai kialakítású. A motor kenőolajkörébe kötik be és így gondoskodnak az olajellátásáról. A hajtás vagy közvetlenül a vezérmű tengelyről, vagy az adagoló szivattyúról történik. De hajtható a vezérmű szíj segítségével a főtengelyről is. A működési hőmérséklet tartomány –40 ºC és +140 ºC közötti.

Forgólapátos vákuumszivattyú metszeti ábrája.
14.23. ábra - Forgólapátos vákuumszivattyú metszeti ábrája.


14.3.3. Membrános vákuumszivattyú

Kisebb vákuum igény esetén, ha a fékrásegítőn kívül mást nem kell ellátni, membrános vákuumszivattyú is alkalmazható. Ez a motor vezérműtengelyéről excenterrel is hajtható.

Membrános vákuumszivattyú
14.24. ábra - Membrános vákuumszivattyú


14.3.4. Villanymotorral hajtott vákuumszivattyúk

Hibrid-, vagy elektromos hajtású gépkocsiknál, de azoknál a hagyományos személygépkocsiknál is, melyeknél „stop & go” működésmódot alkalmaznak, vagyis várakozásnál leállítják a belsőégésű motort a vákuumos fékrásegítő energiaellátását villanymotoros vákuumszivattyú végzi. Azoknál a benzinmotoros gépkocsiknál, melyeket automatikus sebességváltóval szerelnek a hidegindítás után az üzemi hőmérséklet eléréséig, a kissé nyitott pillangószelep miatt a szívócsőben a megszokottnál kisebb a vákuum. Azért, hogy a fékezés ilyenkor is a megszokott hatású legyen, szintén vákuumszivattyút alkalmaznak. Újabban villanymotoros vákuumszivattyúkat alkalmaznak. Ezek működtetése vezérléssel, vagy szabályozással is megoldható. Leggyakrabban excentrikus forgórészű szárnylapátos szivattyút alkalmaznak. A villanymotor általában a belső égésű motor indítása után csupán néhány másodpercig működik.

Villanymotoros vákuumszivattyú.
14.25. ábra - Villanymotoros vákuumszivattyú.


Villanymotoros vákuumszivattyú belső szerkezete
14.26. ábra - Villanymotoros vákuumszivattyú belső szerkezete


Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú

Ennél a változatnál nem alkalmaznak nyomásérzékelőt. A működtető elektronika bemeneti információi: motor terhelés, motor fordulatszám, pillangószelep helyzet, és a féklámpa kapcsoló helyzete. Ezek alapján határozza meg a fékrásegítőben lévő nyomást és összehasonlítja a memóriában tárolt szükséges értékkel. Ha az így kiszámított érték kisebb a szükségesnél, a hajtó villanymotorra egy relén keresztül testet kapcsol és elkezdődik a működés.

Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú
14.27. ábra - Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú


Vannak olyan gépkocsi típusok, melynél a motor elektronika végzi a vákuumszivattyú működtetését, és vannak olyanok is, melyeknél külön elektronikát alkalmaznak. A be- és a kikapcsolási nyomás között hiszterézis 50 mbar körüli értékű. Az összeszerelt egységet a motortérben helyezik el.

Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú

Ennél a változatnál nyomásérzékelőt alkalmaznak, melyet a vákuumszivattyú és a vákuumos fékrásegítő közötti csőszakaszhoz csatlakoztatnak. Az érzékelő a gyújtás bekapcsolásakor a motor elektronikától megkapja az 5 V-os tápfeszültséget. Ezután az elektronika folyamatosan összehasonlítja az érzékelő jelét a memóriában tárolt értékkel. A vákuum nagyságával arányosan változik az érzékelőbe szerelt membrán ellenállása. Erősítőn keresztül jut el ez az információ a motor elektronikához, amely relén keresztül működteti a vákuumszivattyú motorját. Ha a nyomásérzékelő meghibásodik a szabályozás automatikusan vezérlésre fog átkapcsolni. A be és a kikapcsolási nyomás között hiszterézis 170 mbar körüli értékű.

Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú
14.28. ábra - Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú


14.4. Hidraulikus fékrásegítő

A vákuumos fékrásegítők működtetéséhez rendelkezésre álló nyomáskülönbség 0,7 - 0,8 bar. A membrán átmérő 10" fölé növelése nem eredményez rásegítő hatás növelést. A tandem rendszerű rásegítők helyigénye jelentős és drágábbak. Ezeket a hátrányokat bizonyos személygépkocsiknál hidraulikus fékrásegítőkkel igyekeznek kiküszöbölni. Elsősorban akkor alkalmazzák, amikor a gépkocsi nagy tömege miatt nagy fékezőteljesítmény szükséges és nincs elég hely a motortérben. Előnye, a vákuumos fékrásegítőnél kisebb késedelmi idő, a kisebb helyigény, és a nagyobb rásegítő hatás. Hátránya, hogy a rendszer elemei drága gyártástechnológiával készülnek. Az összeszerelés nagyobb figyelmet igényel.

14.4.1. Ate H31 hidraulikus fékrásegítő

A Continental Teves által gyártott hidraulikus rásegítő két munkaközeggel működik. A rásegítő részbe ásványolaj bázisú hidraulikafolyadékot, a fékrendszer pedig a hagyományos poliglikol alapú fékfolyadékot kell tölteni.

A fékrásegítő és a szervokormány energia ellátást a motortól ékszíjjal hajtott hidraulikaszivattyú biztosítja. A nyomástároló acéllemezből sajtolt gömb alakú edény. Belső terét elasztomerből készült, rugalmas membrán választja ketté, az olaj és gáz térre. Az összenyomható nitrogén töltet teszi lehetővé a nyomás tárolását. Vele közös egységet alkot a szabályzó szelep, mely az olaj térfogatáramát osztja el a szervokormány, és a nyomástároló felé. Ennek térfogatárama 0,7 liter/perc. A kialakuló 36-57 bar közötti nyomás hat a szabályzó dugattyúra és befolyásolja az olajmennyiség szétosztását. A nyomás érzékelő a műszerfalon elhelyezett ellenőrzőlámpát működteti.

Ate H31 hidraulikus fékrásegítő
14.29. ábra - Ate H31 hidraulikus fékrásegítő


A rásegítő munkahenger a működés szempontjából két részből áll. A működtető szelep a rásegítő nyomás kivezérlését végzi. A fékpedál rudazata mozdítja el. A tárolt nyomást felhasználva a pedálerővel arányos nyomású hidraulika olajat juttat a munkahengerbe. Az így létrehozott működtető erő hat a rudazaton keresztül a főfékhenger dugattyújára.

A rendszer biztonsága

Ha a hidraulikaszivattyút hajtó ékszíj elszakad, a nyomástárolóban még akkora nyomás marad, hogy a fékpedál többszöri lenyomásakor is a rásegítő teljes mértékben hatásos marad. Ha a nyomás a tárolóban egy bizonyos érték alá csökken a szabályozó egység nyomáskapcsolója a műszerfalon elhelyezett figyelmeztető lámpát működteti.

Ha a működéshez nincs elegendő nyomás, a nyomáskivezérlő szelep működtető rudazata egy bizonyos elmozdulás után felfekszik a főfékhenger dugattyújára. Így rásegítés nélkül, mechanikusan mozdítja el azt, és nagyobb pedálerővel, de létrejön a fékező nyomás.

Ate H31 hidraulikus fékrásegítőnél alkalmazott nyomástároló.

1. olaj tér; 2. mennyiségi szabályozó szelep; 3. nyomás szabályozó szelep; 4. visszacsapó szelep; 5. és 6. cső csatlakozó

14.30. ábra - Ate H31 hidraulikus fékrásegítőnél alkalmazott nyomástároló.


14.4.2. Hidraulikus fékrásegítő, Toyota

A Toyota Prius Hibrid hajtású gépkocsinál is hidraulikus fékrásegítőt alkalmaznak. A hidraulika tápegységnél villanymotorral hajtott szivattyú hozza létre a fékezéshez szükséges rásegítő nyomást és egy nyomástároló biztosítja a megfelelő energia tartalékot a működéshez. A fékrendszer érdekesség, hogy energiavisszatáplálásos, rekuperatív fékezés is megvalósított. Az elektromos és a hidraulikus fékezés működését elektronika hangolja össze. Erről később, az elektromos és hibrid autók fékezéséről szóló fejezetben lehet olvasni. A harmadik generációs Toyota Prius-nál a Toyota ECB-3 –nak nevezik a fékrendszert. Ez a rövidítés az angol nyelvű elnevezésből Electronic Controlled Brake-ből származik.

A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (1)
14.31. ábra - A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (1)


A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (2)
14.32. ábra - A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (2)


A kis fékpedál elmozdulás miatt egy pedálút szimulátort is beépítenek a hidraulika egységbe, hogy a többi gépkocsinál megszokott legyen a fékpedál működtetés. A hidraulika egységbe szerelik be a blokkolásgátló működéséhez szükséges elektromágneses szelepeket is. A kivezérelt nyomásokat érzékelők jelzik vissza az elektronikának.

A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer áttekintő vázlata.
14.33. ábra - A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer áttekintő vázlata.


14.5. „iBooster” az elektromechanikus fékrásegítő

A vákuumos fékrásegítő alkalmazásának 75. évfordulóján 2013-ban mutatta be a Robert Bosch GmBH. legnagyobb részlegének, az „Automotive Technology”-nak az új fejlesztését, az elektromechanikus fékrásegítőt. Ezt is a személygépkocsik hidraulikus fékrendszerénél alkalmazható, de működés háromszor gyorsabb, mint a vákuumosé. Ezt az elektromechanikus fékrásegítőt elsősorban hibrid, illetve villany autókhoz ajánlják. 2013-ban kezdik el a gyártását ennek a vákuumot és hidraulikát nélkülöző fékrásegítőnek. Az európai személygépkocsikba fogják beszerelni. A személygépkocsiban alkalmazott „start/stop” rendszerek rohamos terjedése miatt egyre nagyobb a jelentősége. A működéséhez szükséges energiát a gépkocsi elektromos hálózata biztosítja.

Az elektronikusan kommutált (EC) villanymotor csigahajtás és fogaskerék-fogasléc áttételen keresztül két oldalról fejti ki az erőt a fékpedál rudazatára. Az pedig a hagyományos kétkörös főfékhenger dugattyúját mozdítja el, létrehozván a szükséges fékező nyomást.

Ennek a fékrásegítőnek az előnye az, hogy a vezetőtől függetlenül a gépkocsiba beépített különböző asszisztens rendszerek is rendkívül gyorsan működtetni tudják. Például amikor az „emergency braking system” veszély helyzetet ismer fel, a teljes fékezéshez szükséges nyomás 120 ms-on belül a vezetőtől függetlenül önállóan kivezérlődik. Ennek a rendkívül kedvező tulajdonságnak várhatóan kedvező hatása lesz a közlekedésbiztonság javulására.

iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (1)
14.34. ábra - iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (1)


iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (2)
14.35. ábra - iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (2)


Az iBooster műszaki jellemzői:

  • Háromszor gyorsabban vezérli ki a fékezőnyomást, mint a vákuumos rásegítő

  • A rásegítő erő: 5,5 kN (ami megfelel a 8+9”-os vákuumos fékrásegítőének)

  • Működési feszültség: > 9,8 V-nál.

  • Helyigény: megfelel a 8+9” –os vákuumos fékrásegítőének.

  • Tömeg: 5 kg

  • Áramfelvétel: 1 A 10 bar –onként.

  • Motor teljesítmény 300 W

A gyártó az Audi A4-hez és az Opel Ampera-hoz ajánlja.

14.6. Főfékhenger

A személygépkocsiknál alkalmazott főfékhengerek két körösek és tandem kivitelűek. A fékrásegítőre szerelik fel.

Fékoldáskor a főfékhenger nyomóterét a szabaddá váló kiegyenlítő furat összeköti a fékfolyadék tartállyal. Így biztosított, hogy a fékfolyadék hőmérséklet változása ne okozhasson nyomás változás a fékrendszerben. A fékoldási helyzetben a teljesen nyomásmentes állapot valósul meg tehát a kiegyenlítő furaton keresztül.

A fékpedál lenyomásakor a főfékhenger dugattyúja a fékezéshez szükséges nyomású és térfogatú folyadékot juttatja el a csöveken és a többi szerelvényeken keresztül a fék munkahengerekhez. A fékezéshez azért van szükség egy bizonyos térfogatú fékfolyadékra, hogy a kerékfékszerkezet súrlódó felületei közötti hézagot, valamint a működtető mechanika alkatrészei közötti hézagot meg lehessen szűntetni. Mikor már felfeküdtek a fékbetétek, egy az előzőnél kisebb fékfolyadék térfogat szükséges még a kerékfékszerkezet rugalmas deformációjának és a fékcsövek rugalmas tágulásának megszűntetésére. Ezután a nyomás nagysága válik fontossá.

Tárcsafékeknél a fékoldási alaphelyzetben a főfékhenger mindkét köre nyomásmentes.

”Rövid”kivitelű, két körös tandem főfékhenger

1. henger öntvény; 2. utántöltő furat; 3. kiegyenlítő furat; 4. nyak tömítés; 5. dugattyú; 6. tömítés; 7. támasztó; alátát; 8. karmantyú; 9. alátét; 10. rugótányér; 11. vezetőcsap; 12. csatlakozó; 13. rugó; 14. köztes dugattyú; 15. karmantyú; 16. átömlő furat; 17. ütközőcsap; 18. rugó

14.36. ábra - ”Rövid”kivitelű, két körös tandem főfékhenger


Az ábrán látható úgynevezett rövid kivitelű tandem főfékhenger kb. harmad része benyúlik a vákuumos fékrásegítőbe. Ezért speciális, kettős nyaktömítést alkalmaznak. A fékezés kezdetén a dugattyú balra mozdul és vele együtt a karmantyús tömítés is. Gyors dugattyú elmozduláskor a kiegyenlítő furaton keresztül visszaáramlik fékfolyadék a tartályba, de a kis furat átmérő miatt, már elkezdődik a nyomás növekedés a nyomótérben.

A dugattyúkon kialakított ütköző csapoknak az a feladata, hogy amikor tömítetlenség miatt az egyik fékkörben nem alakul ki a nyomás, egy bizonyos dugattyú elmozdulás után ennek segítségével felütközik a másik dugattyúra, vagy a furat homlokfelületére és az épen maradó fékkörben kialakulhasson a fékező nyomás. Ilyenkor azonban érezhetően megnövekszik a fékpedál útja.

Fékoldáskor a dugattyú visszamozdulása

A fékpedál visszaengedését követő fékoldáskor a főfékhenger dugattyúját a rugó mozdítja vissza alaphelyzetbe. Ez a folyamat gyorsabban megy végbe, mint ahogy a munkahengerek dugattyúi visszamozdulnak. Emiatt nyomáskülönbség alakul ki a főfékhenger nyomótere és a csövek között. A tömítő karmantyú félrebillen és a fékfolyadék tartályból utántöltődik egy kis fékfolyadék és kiegyenlítődik a nyomáskülönbség. Amikor a dugattyú alaphelyzetbe kerül a kiegyenlítő furaton keresztül, lejátszódik a kiegyenlítődés.

A főfékhenger kivitele olyan kell legyen, hogy azzal feltölthető és légteleníthető legyen a teljes fékrendszer. Ebből a szempontból szívó és nyomó szeleppel ellátott dugattyús szivattyúhoz kell hasonlítson.

Fékezéskor és a fékoldás kezdetén a tömítő karmantyú.
14.37. ábra - Fékezéskor és a fékoldás kezdetén a tömítő karmantyú.


Karmantyús tömítéssel ellátott dobfékeknél korábban alkalmaztak fenékszelepeket, melyek fékoldáskor néhány tized bar visszamaradó nyomást tartottak. Ennek az volt a feladata, hogy a tömítő karmantyúk mandzsettáit nekifeszítsék a henger falának, ami jó tömítést biztosított. A tárcsafékes gépkocsiknál fenékszelep nem alkalmazható, mert a munkahengerekben nincs visszahúzó rugót. Ha esetleg tárcsafékes gépkocsiknál mégis lenne fenékszelep, annak nem a visszamaradó nyomás tartása a feladata, hanem a fékrendszer légtelenítésének megkönnyítése. Ezért a szelepet átfúrták.

A fenékszelep két egymással szembe fordított visszacsapó szelep, mely a „visszamaradó nyomást" tartja.

1. rugalmas szelep; 2. a dugattyú rugója; 3. tömítő perem; 4. zsákfurat

14.38. ábra - A fenékszelep két egymással szembe fordított visszacsapó szelep, mely a „visszamaradó nyomást" tartja.


Blokkolásgátlós fékrendszerek főfékhengere

A blokkolásgátlóval ellátott fékrendszerekhez csak olyan főfékhenger szerelhető be, melynek legalább a második fékköre központi szelepes kivitelű. Ennek az oka az, hogy az ABS szabályozás közben a gyakori nyomásváltozások miatt a főfékhenger dugattyúja és vele a tömítés is másodpercenként 15 – 20-szor is elmozdul a kiegyenlítő furat előtt. Ezért a tömítés élettartama nagyon rövid lesz. Ez a fékpedál felőli körnél nem fordul elő, mert teljes fékoldás ilyenkor nem következik be. Az újabb változatoknál a központi szelep hozza létre az összeköttetést a kiegyenlítő tartállyal és ez zárja ezt a furatot. Ez a működésmód tehát nem érinti hátrányosan a tömítés élettartamát. A központi szelep helyettesíti a kiegyenlítő furat feladatát és annál sokkal gyorsabb a működése.

Kétkörös tandem főfékhenger központi szeleppel.

1. henger öntvény; 2. utántöltő furat; 3. kiegyenlítő furat; 4. karmantyú; 5. dugattyú; 6. tömítés; 7. karmantyú; 8. köztes dugattyú; 9. központi szelep; 10. rugó; 11. szeleprugó; 12. csap; 13. szelep tömítés

14.39. ábra - Kétkörös tandem főfékhenger központi szeleppel.


Az ábrán látható központi szelep a fékezés után akkor nyit ki, amikor a dugattyú vissza mozdul a fékoldási alaphelyzetbe. A szelep szára ekkor felütközik a főfékhengerbe szerelt csapra és a rugó ellenében kinyit a központi szelep.

A főfékhenger központi szelepe nyitott és zárt helyzetben.
14.40. ábra - A főfékhenger központi szelepe nyitott és zárt helyzetben.


Fékfolyadék tartály

Általában a főfékhengerre szerelik fel. Az öntvény két furatába speciális tömítésekkel pattintják be az áttetsző műanyagból készülő fékfolyadék tartályt. Vannak olyan kivitelek is, amikor a főfékhenger és a fékfolyadék tartály egymástól távolabb van elhelyezve. Ilyenkor a közöttük lévő távolságot flexibilis tömlőkkel hidalják át.

A két fékkörnek megfelelően egy válaszfal két részre osztja a tartály belső terét. De alkalmazhatnak két fékközhöz külön fékfolyadék tartályt is. A legtöbb típusnál elektromos fékfolyadék szint érzékelővel is ellátják a fékfolyadék tartályt, vagy záró sapkáját. Az újabb típusoknál a szennyeződésekre nem érzékeny sokkal megbízhatóbb működésű „reed relés” szintérzékelést alkalmazzák.

A fékfolyadék tartály oldalán a legkisebb megengedett folyadékszintet megjelölik. Vannak olyan kivitelek is ahol a legnagyobb szintet is megjelölik. Ha a folyadékszint alacsonyabb, mint a minimális érték, bekapcsolt gyújtásnál a műszerfalon elhelyezett figyelmeztető lámpa világít.

A tartályban lévő fékfolyadék többlet biztosítja a fékrendszer mindkét köre számára a megfelelő utánpótlást, amire a fékbetétek kopása miatt van szükség. A folyadék tartalék tudja pótolni a tömítetlenségeken távozó mennyiséget.

A fékfolyadék tartály a záró sapkával és a szint érzékelővel.

1. szellőző nyílás; 2. az úszó érintkezője; 3. membrán; 4. szint érzékelő úszó

14.41. ábra - A fékfolyadék tartály a záró sapkával és a szint érzékelővel.


14.7. A hidraulikus fékrendszer munkaközege a fékfolyadék

A fékfolyadék a közlekedésbiztonság szempontjából kiemelten fontos feladatot lát el, ezért műszaki jellemzőire számos előírás és szabvány vonatkozik. A fékfolyadék közvetíti a nyomás energiát a főfékhengertől a munkahengerek felé. Miután a kerékfékszerkezet minden lassításkor a gépkocsi mozgási energiáját hővé alakítja, jelentős melegedésnek van kitéve a fékfolyadék.

Glikol bázisú fékfolyadék terjedt el Európában. Az a hátránya, hogy a használat során csökken a forráspontja, mert a környezetből higroszkopikus tulajdonsága miatt nedvességet vesz fel. Emiatt melegedés közben gőzbuborék képződhet, mely összenyomható és emiatt nem tudja megfelelő módon közvetíteni a nyomás energiát.

Ásványolaj alapanyagút munkaközeget alkalmaznak például Citroën gépkocsik néhány típusánál (BX, XM, Xantia, C5). Ezeknél a szervokormány, a hidropneumatikus kerékfelfüggesztés és a fékrendszer közös munkaközeggel működik. A neon-zöld színű, ásványolaj bázisú hidraulikafolyadék kereskedelmi megnevezése LHM 3, illetve az azt felváltó hasonló színű LHM 3 Plus folyadék. Ennek az anyagnak ellenálló speciális tömítéseket kell alkalmazni ehhez a fékrendszerhez. A közös hidraulika rendszerben a nyomást egy a motorról ékszíjjal hajtott hidraulika szivattyú hozza létre.

Szilikon bázisú fékfolyadékot amerikai gépkocsikban alkalmaznak. Előnye az, hogy használata közben nem veszi fel a környezetből a nedvességet, így nem csökken a forráspontja. Hátránya viszont az, hogy különleges tömítést igényel.

A különböző alapanyagokból készült fékfolyadékok eltérő tulajdonságúak, ezért egymással nem keverhetők.

Glikol alapanyagból készült fékfolyadékok.
14.42. ábra - Glikol alapanyagból készült fékfolyadékok.


A glikol alapanyagú fékfolyadékok műszaki jellemzői

Az ISO 4925, a németországi DIN 4925 az amerikai FMVSS 116 (Federal Motor Vehicle Safety Standard) és a SAE J1703 szabványokban leírt fontosabb műszaki jellemzők:

  • száraz forráspont,

  • nedves forráspont,

  • viszkozitás -40 °C-on,

  • viszkozitás +100 °C-on,

  • ph érték (vegyi jellemző),

  • stabilitás nagy és kis hőmérsékleten,

  • vegyi stabilitás,

  • ne okozzon korróziót,

  • oxidációnak ellenálló legyen,

  • párolgási jellemzők meghatározása.

Fontos jellemző a DOT szám. Ez a Department of Transportation, az Amerikai Közlekedési Minisztérium előírása alapján számmal jelölt osztályokba sorolja a fékfolyadékokat. A hazánkban forgalomba kerülő fékfolyadékok flakonjain is ezt „DOT számként” feltüntetik.

Mindig az adott gépkocsihoz előírt változatot kell alkalmazni. Az autógyárak egy része a fékfolyadék tartály zárósapkáján feltünteti, hogy milyen a fékfolyadék alkalmazható.

A fékfolyadék tartály zárósapkáján feltüntetett fékfolyadék fajta.
14.43. ábra - A fékfolyadék tartály zárósapkáján feltüntetett fékfolyadék fajta.


Használat közben csökken a fékfolyadék forráspontja

A fékfolyadék higroszkópikus tulajdonsága miatt a nedvességet vesz fel, emiatt csökken a forráspontja. Ez veszéllyel jár. Ugyanis erőteljesebb, vagy hosszabb fékezésnél a fékfolyadék hőmérséklete a kerékfékszerkezetnél elérheti a 130 °C-ot. Ha az aktuális hőmérséklet nagyobb, mint a fékfolyadék forráspontja, elkezdődik a gőzbuborék képződés. Hatása olyan, mint amikor nem megfelelő a fékrendszer légtelenítése. A fékpedál padlóig beeshet anélkül, hogy a gépkocsi lassulna, vagy „csak" kisebb a fékerő, mint a „megszokott”. Lehűlés után a gőzbuborékok ismét összenyomhatatlan folyadékká válnak és megszűnik a korábbi „kellemetlen” jelenség. Ezért a fékfolyadék forráspontját ellenőrizni kell, illetve szükség esetén ki kell cserélni.

A fékfolyadék forráspont változása a víztartalom függvényében.
14.44. ábra - A fékfolyadék forráspont változása a víztartalom függvényében.


14.8. Fékerő módosítók

A gépkocsi futóművei közötti fékerő arány alapvetően befolyásolja a közlekedésbiztonságot. Ha például a tényleges arányt jellemző egyenes meredek, kezdetben jól közelíti az ideális fékerő arány paraboláját, de a gépkocsi már enyhébb fékezésnél instabillá válik.

Kevésbé meredek valóságos fékerő arány egyenesnél, csak intenzívebb fékezésnél következik be az instabil viselkedés, de kisebb lassulásoknál a gépkocsi alulfékezett és ezért hosszabb lesz a fékút. Ezek az ellentmondások csak tört karakterisztikájú fékerő aránnyal oldhatók fel.

Ezért a gépkocsikba korábban különböző kivitelű hidromechanikus szelepeket szereltek, melyek módosították a fékerő arányt. Így az ideális fékerő arány parabolája jobban megközelíthetővé vált. A gépkocsi gyártója általában az adott típusnak legjobban megfelelő fékerő módosítót építette be. Ez persze a fékrendszert bonyolultabbá, drágábbá tette. Ha lehet, és nem veszélyezteti a fékezés közbeni stabilitást, a kisebb tömegű, olcsóbb kivitelű gépkocsiknál mellőzik a fékerő módosító beszerelését.

A jelenleg gyártott, sorozatban blokkolásgátlóval szerelt gépkocsiknál a sokkal megbízhatóbb működésű elektronikus fékerő felosztást valósítják meg. Ez az ABS rendszer egyik speciális rész programjával működik. A lépcsőzetes nyomásfelfutás révén az eddigieknél sokkal jobban meg tudja közelíteni az ideális fékerő arány paraboláját. A másik előnye az, hogy az elektronika öndiagnosztikai áramkörének felügyelete alatt működik.

A fékerő módosítók csoportosítása a nyomásmódosítás szerint:

  • Fékerő határolók, vagy nyomáshatárolók, melyek az átkapcsolási pont után zárnak. Így megszűnik az összeköttetést a főfékhenger és a hátsó munkahengerek között. Ezért a hátsó kerekeknél a fékerő tovább nem növekedhet. Ezt jelenleg már nagyon ritkán alkalmazzák.

  • Fékerő módosítók, vagy nyomásarány tartó beavatkozó egységek, melyeket helytelenül fékerő szabályozónak is szokták nevezni. Ezeknél valójában nem szabályozás, hanem vezérlés valósul meg. Az átkapcsolási pont után a hátsó munkahengerekben a fékező nyomás az első munkahengerekénél mérsékeltebben, csupán egy előre meghatározott arány szerint növekszik.

A fékerő módosítók csoportosítása az átkapcsolási pont szerint:

  • Fix, előre meghatározott átkapcsolási pontú, általában a fékező nyomástól függő változat

  • Változó átkapcsolási pontú változat, amely lehet például terhelésfüggő, vagy lassulásfüggő átkapcsolású.

14.8.1. Tengelyterhelés függő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító

A fékerő módosítót a kocsiszekrényhez rögzítik. A tengelyterheléstől függő helyzetű futóműhöz, vagy annak lengőkarjához a gyártó utasítása alapján beállított rudazattal, torziós rugóval, vagy előfeszített tekercsrugóval csatlakozik. A beállítástól és a dinamikus-, vagy statikus tengelyterhelés változástól függ a futóművek közötti nyomásarány. Ezt befolyásolhatja az is, ha a gyáritól eltérő karakterisztikájú futómű hordrugót szereltek a gépkocsiba. Változtatás esetén, például futómű tuning, „lejjebb ültetés” a fékerő módosító beállítását hozzá kell igazítani az új helyzethez.

Ezt a fékerő módosító változatot elsősorban olyan gépkocsiknál alkalmazzák, melynél a hátsó futómű terhelése jelentősen változik, például kombi, vagy gyárilag vonóhoroggal ellátott gépkocsi. Korábban ezt alkalmazták a leggyakrabban. A mechanikus rudazat alkalmazása miatt a hátsó futómű közelében helyezik el.

Dinamikus tengelyterhelés függő változat:

Ennek olyan a belső szerkezeti kialakítása, hogy képes követni a hátsó kerekek fékezés közbeni átterhelődését és így a dinamikus terheléssel arányosan fog változni fékezés közben is a kivezérelt fékező nyomás.

Statikus tengelyterhelés függő fékerő módosító:

Belső szerkezetének kialakítása olyan, hogy a hátsó fékerő csak a statikus terheléstől függ. Nem tudja követni a dinamikus tengely átterhelődést, mert belső mechanikája fékezés közben már nem képes elmozdulni, ha már kialakult egy fékerő arány.

Kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító.
14.45. ábra - Kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító.


A kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító működési diagramja.
14.46. ábra - A kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító működési diagramja.


14.8.2. Nyomásfüggő átkapcsoló pontú, nyomásarány tartó fékerő módosító

Egy előre meghatározott nyomás felett egy differenciál-dugattyú segítségével a hátsó kerekek munkahengereinél csak mérsékeltebb fékező nyomás növekedés valósulhat meg. Átlós fékkör felosztásnál, mivel a két hátsó kerék külön fékkörhöz tartozik, két darab fékerő módosítót kell felszerelni.

Az előnye az, hogy a működéséhez nem szükséges rudazat, amit be kellene állítani.

Hátránya, hogy a tapadási tényező kihasználtsága, terhelt gépkocsinál kisebb, mint a lehetséges érték.

Ez a változat nem csak a hátsó futómű közelében helyezhető el, hanem tetszőlegesen a főfékhenger és a munkahenger közötti csőszakaszban, vagy akár a dobfék munkahengerének dugattyújába is. Az átkapcsolási pont előre beállított, nem változtatható. A gyakoribb kiviteli változatai:

  • Az úgynevezett „becsavarható”, mely menetes csatlakozójával közvetlenül a főfékhenger menetes furatába szerelhető.

  • A fékcső tetszőleges szakaszába szerelt változat. Ezt leggyakrabban a hátsó futómű közelébe helyezik el.

  • A hátsó fék munkahenger dugattyújába beszerelt változat, mellyel gyakran francia autóknál találkozunk.

nyomásfüggő fékerő módosító (becsavarható kivitel).
14.47. ábra - nyomásfüggő fékerő módosító (becsavarható kivitel).


A nyomásfüggő fékerő módosító működési diagramja.
14.48. ábra - A nyomásfüggő fékerő módosító működési diagramja.


14.8.3. Lassulásfüggő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító

Fékezés közben a gépkocsira ható lassulás miatt tengelyátterhelődés következik be. A fékerő módosítónak ez a változata a lassulással arányosan mérsékli a hátsó kerekeknél a fékező nyomás növekedését. A gépkocsi lassulását a szerkezet belsejébe szerelt acélgolyó érzékeli. A rá ható tehetetlenségi erő miatt az emelkedős pályán felfelé mozdul és elzárja a differenciáldugattyú furatát. A (14.51. ábra) ábrán lévő működési diagramon ez lesz az első töréspont. egy darabog a diagram vízszintes vonallal folytatódik, majd a nyomás növekedésének hatására, legyőzvén a súrlódást megmozdul a differenciáldugattyú és a felületek arányával jellemezhető meredekséggel folytatódik a diagram. A működési módjából adódóan nagyon fontos az egység beszerelési szöghelyzete, mely alapvetően befolyásolja a fékerő arány kialakulását. A gyárilag meghatározott ferdeségi helyzettől nem szabad eltérni. Átlós fékkör felosztáshoz ebből is kettőt kell beszerelni a gépkocsiba. Működtető rudazat nem szükséges hozzá, tehát elhelyezését ez nem korlátozza. Beépíthetik például a motortérbe, vagy a hátsó futómű közelébe is. A menetirányban a megadott szöghelyzetben ferdén, emelkedő irányban helyezik el. Működőképessége görgős fékpadon nem vizsgálható, mert ilyenkor a gépkocsira nem hat lassulás. A lap fékpadon felvett diagram viszont a működését jól szemlélteti.

Lassulásfüggő fékerő módosító a hátsó futómű közelében.
14.49. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító a hátsó futómű közelében.


Lassulásfüggő fékerő módosító a főfékhenger közelében a motortérben.
14.50. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító a főfékhenger közelében a motortérben.


Lassulásfüggő fékerő módosító működési diagramja.
14.51. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító működési diagramja.


Lassulásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.
14.52. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.


Lassulásfüggő fékerő módosító szétszerelt állapotban.
14.53. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító szétszerelt állapotban.


A fentiekben ismertetett fékerő módosító alapváltozatokon kívül korábban ezek kombinációját is alkalmazzák. Ilyenek például a lassulás és nyomásfüggő, a tengelyterhelés és nyomásfüggő változatok egymás utáni sorba kapcsolása. Alkalmaztak korábban egymással sorba kötött a menet irányra merőlegesen beállított lassulásfüggő és tengelyterhelés függő változatot. Ezzel kanyarban a külső és a belső íven futó kerekeknél különböző nagyságú fékerők valósíthatók meg. Hasonló eredmény érhető el például olyan kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosítóval melynek a hátsó futómű bal, illetve jobb oldalához csatlakozó rudazat kanyarban kereszt irányban elmozdul, és ez állítja be az eltérő fékerőket a kanyarkülső és a kanyarbelső kerekeknél.

14.8.4. Elektronikus fékerő felosztás

Ezt a feladatot a blokkolásgátló rendszer egy erre a célra kifejlesztett speciális szoftvere végzi. A német nyelvterületen az Elektronische Bremskraft Verteilung, elnevezést használják, melyet EBV-nek rövidítenek. Az angol elnevezése Electronic Brakeforce Distribution, ennek a rövidítése EBD. Az 1997-es modellévet követően a blokkolásgátlóval szerelt gépkocsiknál széles körben alkalmazzák. A hagyományos hidromechanikus fékerő módosítók feladatát vette át. Az ABS speciális szoftvere hidraulikaegységbe szerelt a hátsó kerekekhez tartozó nyomásnövelő elektromágneses szelepeket működteti. A kisebb kerékcsúszások tartományában működik, amikor az ABS még nem avatkozik be. Nagyobb kerékcsúszásoknál a blokkolásgátló szoftver veszi át a működést.

Az elektronikus fékerő felosztásnál az ABS elektronika a kerékfordulatszám érzékelők jelei értékeli ki. Amikor a hátsó kerekek átlagsebessége egy bizonyos küszöbértékkel kisebb az elsőkénél, elkezdődik a beavatkozás. A hátsó kerekek elektromágneses nyomásnövelő szelepeit zárja az elektronika. Ez megakadályozza a fékező nyomás további növekedését. Amennyiben ez az állapot sokáig tartana, nagyon meghosszabbodna a fékút. Ezért néhány tized másodperc múlva a gerjesztő áramot lekapcsolja az elektronika, ismét kinyitnak a szelepek. A zárási és nyitási periódusok egymást váltva mérsékelt, lépcsőzetes nyomásnövekedést eredményeznek a hátsó kerekeknél. A szabályozás működéséhez a visszacsatolást a kerékfordulatszám érzékelők jelei biztosítják. Ez így már fékerő szabályozásnak nevezhető, mely megakadályozza a kritikus menetdinamikai állapot kialakulását.

Az elektronikus fékerő felosztású gépkocsira nem szerelnek hagyományos fékerő módosítót. Emiatt egyszerűbbé válik a fékrendszer. Viszont, ha az EBV meghibásodik, a hátsó kerekek megcsúszhatnak. Ez veszélyes helyzetet okoz. A gépkocsivezetőt egy újfajta, az eddigiektől eltérő hibajelzés figyelmezteti ilyenkor. A fék rendszer piros színű, és az ABS narancssárga színű ellenőrző lámpái együtt világítanak. Ilyenkor a gépkocsit minél előbb el kell vinni a szakszervizbe, hogy a hibát elhárítsák.

A gyakorlatban vannak olyan esetek, amikor az elektronikus fékerő felosztás még működőképes marad, de az ABS már hibát jelez. Ilyen például, amikor:

  • az egyik kerékfordulatszám érzékelő meghibásodott,

  • nem működik valamelyik első kerékhez tartozó elektromágneses szelep az ABS hidraulika egységben,

  • nem működik valamelyik hátsó kerékhez tartozó nyomáscsökkentő szelep,

  • nem működik a fékfolyadék szivattyú.

Az elektronikus fékerő felosztás működéséhez elegendő legalább három kerékfordulatszám érzékelő jele, valamint az ABS elektronika, ha megkapja a tápfeszültséget és működőképes, továbbá a hátsó kerekek nyomásnövelő szelepei ne legyenek hibásak. Ebből látható tehát, hogy az EBV meghibásodási valószínűsége lényegesen kisebb, mint az ABS -é. Szabályozási tartománya az ABS működésénél kisebb kerékcsúszások tartomány van. Először az EBV lép működésbe, de ha nem képes a hátsó kerekek túlfékezettségét megakadályozni, vagy az első kerekek is csúsznak, az ABS folytatja a beavatkozást.

A blokkolásgátlóval megvalósított elektronikus fékerő felosztás.
14.54. ábra - A blokkolásgátlóval megvalósított elektronikus fékerő felosztás.


14.9. Fék munkahengerek

A fék munkahengereket dobfékeknél a kerékfékszerkezetbe szerelik be, tárcsafékeknél pedig a féknyereg részét képezik, ezért az arról írt fejezetben tárgyaljuk.

A fék munkahengerek a fékező nyomást alakítják át működtető erővé. A kivezérelt nyomás a munkahenger dugattyúit elmozdítja. Ezzel megszűnik a hézag a fékpofa és fékdob között, majd rászorítja a fékbetéteket a dob súrlódó felületére. A korábban szürkeöntvényből, jelenleg alumínium ötvözetből készült munkahengert csavarokkal rögzítik a féktartó lemezre. A dugattyút a fékfolyadéknak ellenálló elasztomerből készült tömítéssel látják el. A munkahenger perem részére olaj álló gumiból porvédő sapkát szerelnek. Ez megakadályozza a szennyeződések bejutását a dugattyú és hengerfurat közötti illesztési hézagba. A munkahenger menetes furatához csatlakozik a féktömlő és felette, a hidraulikatér legmagasabb pontján helyezik el a légtelenítő csavart. A dugattyúkra közvetlenül, vagy csapokkal, illetve utánállító szerkezet közbeiktatásával támaszkodnak a fékpofák.

Egyszeres- és kettős működésű munkahengereket alkalmaznak. Ennek megfelelően a dugattyúk száma egy, vagy kettő.

Egyszeres működésű, automatikus utánállítóval ellátott fék munkahenger.
14.55. ábra - Egyszeres működésű, automatikus utánállítóval ellátott fék munkahenger.


Kettős működésű fék munkahenger.
14.56. ábra - Kettős működésű fék munkahenger.


Automatikus utánállító a fék munkahengeren belül

Néhány típusnál a munkahengerbe szerelik be a fékpofák automatikus utánállítóját. Ez a konstrukciós megoldás azért előnyös, mert szennyeződések és a korrózió nem befolyásolja hátrányosan a működését. A fékezőnyomás hatására a dugattyú kifelé mozdul, és megszűnik a hézag a fékpofák és a fékdob között. Az utánállító mechanizmusnál addig nincs elmozdulás, amíg a fékdob és a fékpofa közötti hézag nem nagyobb a megengedettnél. Ha nagyobb a hézag, megtörténik az utánállítás. A működési elvet tekintve többféle változattal is találkozhatunk. A fokozatos működésűnél, fűrészfog menettel és rugalmas anyával valósul meg az utánállítás. A fokozatmentes változatnál a fékbetét kopásával arányosan felhasított rugalmas súrlódó hüvellyel mozdul kifelé a csapon. Beszerelésnél célszerű a súrlódó gyűrű hasítékát a légtelenítő csavar felé fordítani, mert így könnyebb lesz a légtelenítés. Az új fékpofák felszerelése előtt a dugattyúk visszaállítását alaphelyzetbe a típusnak megfelelő ajánlás szerint kell elvégezni. Leggyakrabban a súrlódó gyűrűs változatot alkalmazzák.

Kettős működésű, fék munkahenger szimplex dobfékhez. A dugattyú belsejébe súrlódó gyűrűs automatikus utánállítót szereltek.
14.57. ábra - Kettős működésű, fék munkahenger szimplex dobfékhez. A dugattyú belsejébe súrlódó gyűrűs automatikus utánállítót szereltek.


A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító

Több, az alsóbb kategóriába tartozó francia autónál, a hátsó futómű kerekeinél szimplex dobféket alkalmaznak. Ezeknél a munkahenger nagyobbik dugattyújába szerelik be a differenciáldugattyús, nyomásfüggő fékerő módosítót. Fékoldási helyzetben a golyós szelepet egy tüske tartja nyitott állapotban. Fékezéskor a dugattyú elmozdulását követően bezár a szelep és a hátsó munkahengerben a fékező nyomás a differenciáldugattyú felületei által meghatározott módon fog csak növekedni. Ennél a típusnál a rögzítő csavarokhoz képest a féktömlő csatlakozó furata és a légtelenítő csavar aszimmetrikusan helyezkedik el. A hosszabb dugattyút két tömítéssel, általában O-gyűrűvel látják el és a közöttük lévő térbe áramlik be a fékfolyadék a flexibilis tömlőn keresztül.

Kettős működésű, fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.
14.58. ábra - Kettős működésű, fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.


A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító szétszerelve.
14.59. ábra - A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító szétszerelve.


A beáramló fékfolyadék a dugattyú radiális furatán keresztül annak belsejébe áramlik, ahova a, golyós visszacsapó szeleppel ellátott differenciáldugattyút szerelték. A differenciál dugattyúnál két különböző átmérőjű karmantyús tömítést fordítanak egymással szemben. Közöttük a fékfolyadék a differenciáldugattyú belsejébe kerül, ahonnan egy tüske által nyitva tartott golyós szelepen keresztül áramlik ki a munkahengerbe a dugattyúk közötti térbe. Egy bizonyos nyomásnál a differenciáldugattyú rugó ellenében elmozdul és bezár a golyós szelep. Ez a fékerő módosító kapcsolópontja. Ez a fékerő módosító csak akkor működik kifogástalanul, ha a fékfolyadékot rendszeresen cserélik és az kellő tisztaságú. Ha lebegő szennyeződés kerül az ülék és a golyó záró felülete közé, a szelep nem tud lezárni. Ezért a bal és a jobb hátsó kerekek között nagy lesz a fékerő eltérés. Emiatt a munkahengereket párban kell kicserélni.

14.10. Hidraulikus működtetésű dobfékek

A dobfék a fékrendszer nyomás energiát súrlódás révén fékező nyomatékká alakítja át. Eközben a gumiabroncs és az útfelület között tapadó súrlódás, a fékszerkezet súrlódó alkatrészei között pedig csúszó súrlódás alakul ki.

A fékezés kezdetén a súrlódó alkatrészek közötti hézag megszűntetéséhez nagy elmozdulás, és kis erő szükséges. Ezt követően a rászorító erőt növelni és szabályozni kell, végül pedig megszűntetni. Ehhez kis elmozdulás és nagy erő szükséges. A fékszerkezet használata során biztosítani kell a kopással arányos utánállítást, melynél kicsi az elmozdulás és kicsi az erő.

Könnyűszerkezetes szimplex dobfék alumínium ötvözetből készült fékdobbal és fék munkahengerrel.
14.60. ábra - Könnyűszerkezetes szimplex dobfék alumínium ötvözetből készült fékdobbal és fék munkahengerrel.


A dobfékek jelenleg már csak az olcsóbb kivitelű, városi kisautók hátsó kerekeinél használatosak szimplex kivitelben, mert ennél a típusváltozatnál egyszerű és megbízható a rögzítő fék megvalósítása. A világ legkönnyebb dobfékjét a „3 liter”-es VW Lupo-ba szerelték be. A fékdob súrlódó felülete alumínium mátrixból van, mely szinte kopásmentes szilíciumkarbid részecskéket tartalmaz (Al + SiC). A hátsó kerékfékszerkezet a súlycsökkentések révén 3,3 kg-mal vált könnyebbé. A munkahenger is könnyűfém ötvözetből készült.

A fékdob belső hengeres részének súrlódó felületkénti alkalmazása azért előnyös, mert a fékdob belsejében, szennyeződésektől védve helyezhetők el a fékpofák. A különböző típusoknál a fékpofák felfüggesztése és az egymással létesített mechanikus kapcsolata eltérő. Az újabb típusú kis autóknál a kerékagy és a fékdob egyetlen közös egységet alkot. A kopáshatár elérésekor ezt az egységet ki kell cserélni.

A fékdob és a kerékagyközös egységet alkot.
14.61. ábra - A fékdob és a kerékagyközös egységet alkot.


A kerékagy peremén kialakított fogazat az ABS kerékfordulatszám érzékelő póluskereke.
14.62. ábra - A kerékagy peremén kialakított fogazat az ABS kerékfordulatszám érzékelő póluskereke.


A dobfékek előnyös tulajdonságai:

  • Kevésbé érzékeny a szennyeződésekre.

  • A rögzítő fék kialakítása egyszerű, működése megbízható.

  • A fékerőt a dobfék belső mechanikus rásegítése növeli.

  • A fékbetétek élettartama kedvezően hosszú.

A dobfékek hátrányos tulajdonságai:

  • A keréktárcsa szabványosított mérete korlátozza a fékdob átmérőjét.

  • A fékpofák kopás miatti cseréjénél le kell szerelni a fékdobot, ami időigényes és olykor célszerszám is szükséges hozzá.

  • A melegedés okozta hőtágulás növeli a fékdob átmérőjét, ezért megnő a fékkésedelmi idő, illetve a pedálút.

Felfutó és lefutó fékpofák, önerősítő hatás

A dobfékek jellegzetessége, hogy a fékdob forgásirányához viszonyítva meg kell különböztetni egymástól a felfutó és lefutó fékpofákat, mert azok hatásossága jelentősen eltér egymástól. A felfutó fékpofán a súrlódó erő nyomatéka növeli a rászorító hatást a fékdobra, ezért hatásosabb.

Szimplex dobféknél a fel- és a lefutó fékpofák, továbbá a rögzítő fék működtető rudazata.
14.63. ábra - Szimplex dobféknél a fel- és a lefutó fékpofák, továbbá a rögzítő fék működtető rudazata.


A dobfék belső áttétele a különböző típusoknál jelentősen eltér egymástól. Ezt a műszaki jellemzőt az ötvenes évektől alkalmazzák a számításoknál. Belső áttételen (C) a kerületi erő (U) és a fékpofákat szétfeszítő erő (S) hányadosát értjük. Értékét a tapadási tényező (μ) függvényében grafikusan szokták ábrázolni, melyek általában másod és harmadfokú függvények. A C*-al a teljes fékszerkezet belső áttételét jelölik, amely például a szimplex dobfék egy felfutó és egy lefutó fékpofájának együttes hatását jelenti. Újabban a fék számításoknál már ez a jellemzőt szokták alkalmazni.

A szimplex dobfék fel-, és lefutó fékpofáin ébredő erők.
14.64. ábra - A szimplex dobfék fel-, és lefutó fékpofáin ébredő erők.


A felírt nyomatékokból a szokásos geometriai viszonyok mellett a kerületi súrlódó erők:

A felfutó fékpofánál:

 

 

A lefutó fékpofánál:

 

 

A szimplex dobfék belső áttétele:

 

,

 

ahol

 

C

- a fékpofa belső áttétele

 

u

- kerületi súrlódó erők

 

s

- szétfeszítő erő

A belső áttétel tehát függ:

  • a kerékfékszerkezet geometriai viszonyaitól,

  • a tapadási tényezőtől.

A dobfékek különböző típusainak belső áttétele.
14.65. ábra - A dobfékek különböző típusainak belső áttétele.


A tárcsafékek előnyös tulajdonságai miatt a szervofékek háttérbe szorultak. Nagy belső rásegítése miatt rögzítő fékként ma is alkalmazzák. A féktárcsa kiöblösödő részét alakítják ki fékdobként. Működtetése bowden-huzal és karos emelők segítségével történik, újabban villanymotoros működtetést is alkalmaznak.

A típusváltozaton kívül a fékhatást a jelentősen befolyásolja dobféknél az üzemi hőmérséklet is. Akkor kedvező, ha nem nagyobb 400 ºC-nál. Ha például egy 300 mm átmérőjű fékdob 380 ºC-kal felmelegszik átmérője 1,14 mm-el lesz nagyobb. Ezért a munkahenger dugattyúlökete 3,6 mm-el növekszik, mely a teljes elmozdulás 30%-át teszi ki. Emiatt nagyobb lesz a fékpedál elmozdulása is. A melegebb fékdobnak és a fékpofáknak az átmérő növekedése nem azonos, ezért nagyobb hőmérsékleten a fékbetét csak kisebb felületen fekszik fel, megváltozik a belső áttétel és csökken a fékhatás is.

A dobfékek csoportosítása:

Bár az elmúlt évtizedekben sokféle dobféket gyártottak a tárcsafékek kedvezőbb műszaki jellemzői miatt a legtöbb típusváltozatot kiszorították. Szinte egyedül a szimplex dobfékeket alkalmazzák olcsóbb kivitelű személygépkocsik hátsó kerekeinél. A következőkben áttekintést adunk a dobfékek típusváltozatairól.

A dobfékek csoportosítása.
14.66. ábra - A dobfékek csoportosítása.


14.10.1. Szimplex dobfék

Felépítése egyszerű, és a rögzítő fék megbízható kivitele miatt jelenleg is használatos kisebb tömegű személygépkocsik hátsó kerekeinél. A kettős működésű munkahenger dugattyúi mindkét fékpofára azonos erőt fejtenek ki. Ennek ellenére fékpofákon eltérő lesz a súrlódó erő. A felfutó fékpofánál a súrlódó erő nyomatéka is a fékdobra szorítja a fékpofát ezért hatásosabb, mint a lefutó. A lefutó fékpofára ható súrlódó erő nyomatéka a működtető erő ellen hat, ezért csökkenti a súrlódó felületre ható szorító erőt.

Ennek a dobféknek az előnye az, hogy fékhatása mindkét forgásirányban azonos. A rögzítő fék működtetését végző mechanikus rudazat beépítése egyszerű, ezért elsősorban a hátsó futóműveknél alkalmazzák. Teljesítménye nagy sebességű gépkocsikhoz már nem elegendő.

14.10.2. Duplex dobfék

Mindkét fékpofát külön-külön egy darab egyszeres működésű munkahenger szorítja rá a fékdobra. Előre meneti forgásirányban mindkét fékpofa felfutó, melynél kialakul az önerősítés, ezért a szimplex féknél hatásosabb. Hátrameneti forgásirányban a fékhatás lényegesen kisebb, mivel mindkét fékpofa lefutóvá válik. A tárcsafékek széleskörű elterjedése előtt az első kerekeknél alkalmazták.

14.10.3. Duo-duplex dobfék

Két darab kettős működésű hidraulikus munkahengerrel működik. Ennek megfelelően mindkét forgásirányban két felfutó fékpofa lesz, ezért fékhatása független a forgásiránytól.

14.10.4. Szervofék

A fékpofák nincsenek fixen rögzítve a féktartó lemezhez, hanem mechanikus rudazat kapcsolja egymáshoz. Előre menetben mindkét fékpofa felfutó, melyek egy hüvelyben megvezetett mozgó csapon, ami egyúttal a kézi utánállító is lehet, a kerületi erő adódik át. A dugattyúval kifejtett működtető erőn kívül a második fékpofát ez a járulékos erő is a fékdobra szorítja. Nagyobb a fékerő, mint a szimplex féknél. Hátramenetben a vezetőcsap feje felütközik a hüvelyre, ezért nincs erőátadás, kisebb lesz a fékhatás. A fékpofák rászorító ereje eltérő, ezért a fékbetétek felülete nem egyforma az azonos felületi nyomás és a kopás elérése érdekében.

14.10.5. Duo-szervo dobfék

Kettős működésű munkahengert alkalmaznak. A fékpofák közé szerelt, a kerületi erőt közvetítő csap nem támaszkodik fel, így mindkét forgásirányban érvényesül a szervo hatás. Forgásiránytól függetlenül azonos lesz a fékerő. Az erőátadó csapot rendszerint utánállítóként szokták kialakítani. Hátránya, hogy a rásegítő hatás a közvetítő csap súrlódásától függ, amit a karbantartás befolyásol. Rendszeres zsírozás esetén jól működik de, ha elhanyagolják, nagy lesz a fékerő eltérés a jobb és a bal oldal között, ami veszélyes félrehúzáshoz vezethet. A tárcsafékek a szervofékeket kiszorították.

14.10.6. A dobfékek részegységei

Féktartó lemez

A kerékfékszerkezet szerelvényeit, mint például a hidraulikus-, illetve a mechanikus működtető elemeket a fékpofákat az acéllemezből sajtolt féktartó lemezre szerelik. Ezt pedig csavarokkal rögzítik a futóműhöz. A fékezéskor létrejövő reakcióerők ezen keresztül adódik át a futóműre. Az álló féktartó lemez és a forgó fékdob egy bizonyos hézagtól eltekintve zárt szerkezetet alkot. Emiatt a fékszerkezet belső részei védetté válnak a különböző szennyeződésekkel szemben. Ebből a szempontból előnyös, hátrányos viszont ez a konstrukció azért, mert a zárt kivitel miatt kedvezőtlenebb lesz a hűlés, valamint a fékdob belsejében összegyűlő kopadék csökkentheti a fékhatást és zajt is okozhat. A kerékcsapágyból kijutó kenőzsír is nehezen tud távozni, ez pedig tapadási tényező romlást okoz. A szerkezet állapotvizsgálatát és javíthatóságát is körülményesebbé teszi, mert ilyenkor le kell szerelni a fékdobot.

Fékdob

Belső hengeres súrlódó felületével körülveszi a fékpofákat. A fékdobokat korábban acélöntvényből gyártották, de a súlycsökkentés miatt készült acéllemezből sajtolt tárcsára és öntött kopófelület kombinációjaként is. Egyre gyakrabban alkalmaznak könnyűfém ötvözeteket is a fékdob gyártásához. A fékdobokat különböző igénybevételek terhelik:

A koptató igénybevétel

Legjellemzőbb a koptató igénybevétel, mely a súrlódó felületen lép fel. Ezért a fékdob belső átmérőjét rendszeresen ellenőrizni kell. Amikor elérte a gyárilag megadott kopáshatárt ki kell cserélni. Az amerikai előírásoknak megfelelően a fékdob külső részén maradandó felirattal fel kell tüntetni a megengedett kopáshatárt. A kopáshatár elérése után csökken a szilárdság. Maximálisan megengedett belső átmérőt biztonsági okból nem szabad túllépni. Ha a méret lehetővé teszi, a súrlódó felület felszabályozás esztergálással és köszörüléssel történhet a gyárilag megadott méretekre. Ez azonban csak a nagyobb átmérőjű haszonjármű fékdoboknál kifizetődő.

Mechanikai igénybevételek

Fékezés közben összetett mechanikai igénybevétel terheli a fékdobot. A súrlódó felület szélénél, csavarás, hajlítás, és húzás egyidejűleg fellép. Ha a fékezés nagy sebességről történik a húzó- és a hajlító igénybevételt a fék működtető erőn kívül, a centrifugális erő tovább növeli. A fékdob a rá ható erők hatására csak nagyon keveset deformálódhat, ezért gyakran szilárdságát bordákkal növelik. A fékdobot csavarokkal rögzítik a kerékagyhoz. A kisebb tömegű személygépkocsiknál a kerékagy és a fékdob gyakran egy közös egységet alkot.

Hő igénybevétel

A kerékfékszerkezet a gépkocsi mozgási energiáját súrlódással hővé alakítja. A fékdob különböző hőmérsékletű részei között belső feszültség alakul ki. A nagy hőmérséklet a szerkezeti anyagoknál szilárdság csökkenést okoz. Előnyös, ha a fékdob jó hővezető képességű anyagból, például alumínium ötvözetből készül. A szilíciumkarbid kopásállóságot biztosít. A hőterhelés miatt a súrlódó felület berepedezhet, alakja torzulhat. A dobfék kedvezőtlen abból a szempontból, hogy hőmérséklet növekedésekor átmérője a hőtágulás miatt nagyobb lesz. A fékpofa felfekvése nem egyenletes, csökken a fékhatás. Ha a görgős fékpadi mérés közben a fékerő ingadozik, a fékdob nem kör alakú, hanem a túlterhelés miatt oválissá vált.

Fékpofák a súrlódó betétekkel

A személygépkocsik fékpofái rendszerint acéllemezből kivágással és sajtolással készült részekből hegesztéssel készülnek. A „T” alakú keresztmetszetük nagy merevséget biztosít. Ezekre gyárilag felragasztják a súrlódó betéteket. A fékpofák súrlódó betétek anyagába fémport, kőzetporokat, töltő- és kenőanyagokat, kevernek össze műgyantával. Ezt megfelelő méretre és alakra sajtolják, utána hőkezelik. A fékbetéttel szemben támasztott követelmények:

  • Súrlódási tényezője ne függjön a hőmérséklet-, a felületi nyomás-, a sebesség változásától.

  • Legyen ellenálló a felületi nyomás, és a hőmérséklet változásának.

  • Legyen kopásálló.

  • Ne keltsen zajt.

A kellemetlen csikorgást az okozza, amikor a levált- vagy a környezetből bekerült apró, kemény szemcsék a fékbetét és dob közé kerülnek. Előidézheti az úgynevezett "stick slip" az akadozva csúszás jelensége is. Ilyenkor a csúszó súrlódás egy pillanatra átvált tapadó súrlódásra, majd egy csekély deformáció után ismét csúszás következik, eközben megszűnik a deformáció. A zaj ezen különböző súrlódási jelenségek periodikus ismétlődéséből származik.

A dobfék fékpofáira a súrlódó betéteket felragasztják. A súrlódó betét anyagát az oldalsó szélén tüntetik fel.
14.67. ábra - A dobfék fékpofáira a súrlódó betéteket felragasztják. A súrlódó betét anyagát az oldalsó szélén tüntetik fel.


A gépkocsi üzemeltetése során be kell tartani a fékbetétekre vonatkozó gyárilag megengedett kopáshatárt. Ennek elérésekor az adott futómű összes fékpofáját ki kell cserélni. Biztonsági okból törekedni kell a gyárilag előírt fékbetétek alkalmazására.

A fékpofák egyik vége a munkahenger dugattyújára, a másik a féktartó lemezen kialakított felfekvő felületre, vagy a munkahenger hátoldalán egy bemart horony ferde felületére támaszkodik. Ezeket önbeálló fékpofának nevezik. Ez azért előnyös konstrukció, mert a felszerelés után a fékpofákat nem kell a fékdobhoz képest körkörösre beállítani, mert ez az állapot az első fékezés után önmagától beáll. Fontos feladatot lát el a visszahúzó rugó, mert fékoldáskor ez húzza vissza a pofákat és a helyükön tartja. A fékpofa gerincének furatába akasztják be a visszahúzó rugókat, és laza illesztésű csappal hozzá szerelik a rögzítő fék működtető karjait. A fékpofák oldalirányú kibillenését a kis tekercsrugók és a függesztő csapok akadályozzák meg.

A fékpofák visszahúzó rugói

Fékoldáskor a visszahúzó rugók mozdítják vissza alaphelyzetbe a fékpofákat. Az elöregedett, a jelentős hőhatás miatt kilágyult, vagy megnyúlt rugók nem tudják ellátni feladatukat, ezért azokat ki kell cserélni. Ugyan ez vonatkozik a fékpofákat helyükön tartó rugókra is, melyek a kibillenést akadályozzák meg.

A Szimplex dobfék fékpofái, a rögzítő fék működtető karja, visszahúzó rugók és alumínium ötvözetből készült hidraulikus munkahenger.
14.68. ábra - A Szimplex dobfék fékpofái, a rögzítő fék működtető karja, visszahúzó rugók és alumínium ötvözetből készült hidraulikus munkahenger.


A fékpofák rászorítása a fékdobra

A fékpofák működtetése különböző módon lehetséges:

  1. Mechanikus működtetés:

    • fékkulccsal kis motorkerékpároknál, és haszonjárműveknél

    • emelő karokkal, személygépkocsik rögzítő fék

    • ékes feszítő egységgel, haszonjárműveknél, pneumatikus, hidraulikus és elektromos működtetéssel is lehetséges.

  2. Hidraulikus működtetés:

    A fékező nyomás a munkahenger dugattyúival szorítja rá a fékpofákat a fékdobra. A fékező nyomással arányosan változik a fékerő.

Kényszer szétfeszítés

A fékkulcsos működtetést kényszer szétfeszítésnek nevezik, mert a fékkulcs profiljának megfelelően mindkét fékpofát egyformán mozdítja el. Ez akkor is így történik, ha a fékpofák alakja és mérete nem egyforma. Hátrányos, mert az először a felfekvő fékpofa túlterhelődik, a felülete túlhevül és elszenesedik. Eközben a másik pofa nem ér hozzá a fékdobhoz. Az elszenesedett réteg tapadási tényezője nagyobb, ezért a fékpofa egy pillanatra önzáróvá válik, bekap és leszakad róla egy vékony réteg. A következő fékezésnél ez a fékpofa nem fog hozzáérni a fékdobhoz és csak a másik fog fékezni. Majd ennél is bekövetkezik a túlterhelés és hasonló jelenség játszódik le. Ennek az eredménye egy láncreakció, mely a fékbetétek élettartamát nagyon lerövidíti. A felszerelés után a fékpofák felszabályozásával ez elkerülhető.

Úszó szétfeszítés

Előnyösebb az „úszó szétfeszítés”, mely például kettős működésű hidraulikus munkahengerrel történik. Azért nevezik így, mert amikor a fékpofák nem egyformák a munkahenger dugattyúi önmagukkal párhuzamosan eltolódnak és mindkét fékpofa egyforma erővel szorul a fékdobra.

14.10.7. A fékpofák utánállítása

A fékbetétek használatuk során kopnak, emiatt növekszik a távolság a súrlódó felületek között. Ez a fékkésedelmi idő és a pedálút növekedésével jár. Kiküszöbölhető az utánállító szerkezetekkel. A működési módjuk szerint lehetnek:

  • kézi utánállítók

  • automatikus működésű utánállítók.

Jelenleg többnyire az utóbbit alkalmazzák, mert akkor kisebb a karbantartási igény.

A fékpofák kézi utánállítása

A kopás miatt megnövekedett távolságot a fékdob és a fékpofák között hideg féknél kell utánállítani, mert a melegen beállított fékpofák lehűlés után rászorulnak a fékdobra. A beállításnál törekedni kell a legkisebb hézagra a fékdob és a fékpofák között.

  • Rég óta használatos az excenteres utánállító. Ezt a féktartó lemezre szerelik. Ezzel a fékpofa felszerelésekor egyenletes hézagot kell beállítani, amit folyamatosan utána kell állítani.

  • Csavarorsós kézi utánállító beszerelhető a munkahenger dugattyúja és a fékpofa közé. A szervofékeknél a két fékpofa közötti erőátadó csapot alakíthatják ki menetes orsós kézi utánállítóként.

Fékpofák közötti csavarmenetes kézi utánállító
14.69. ábra - Fékpofák közötti csavarmenetes kézi utánállító


Automatikus utánállítók:

A dobfék karbantartás igénye kisebb, ha automatikus utánállítót alkalmaznak. A lehetséges változatok:

  • Elhelyezésük szerint

    • Fék munkahengeren kívüli, vagy

    • Munkahengeren belüli

  • Működési módjuk szerint:

    • fokozatos,

    • fokozatmentes.

A munkahengeren kívüli változatok működését a szennyeződés befolyásolhatja, a fék munkahengerbe szerelt ilyen szempontból megbízhatóbb.

Fék munkahengeren kívül automatikus utánállítók

Súrlódó tárcsás, úgynevezett „Fiat rendszerű” automatikus, fokozatmentes utánállító

A féktartó lemezre merőlegesen egy csapot szerelnek fel, erre illeszkedik a fékpofa gerincének ovális furatába szerelt hüvely, mely alátétekkel, súrlódó betétekkel és előfeszített rugóval csatlakozik fékpofához. Amíg a fékpofa és a dob közötti távolság kisebb, mint a csap és a hüvely közötti átmérő különbség, addig a hüvely a fékpofával együtt mozog minden fékezéskor és fékoldáskor. Amikor kopnak a fékpofák, fékezéskor a hüvely felütközik a csapon. A fékpofa az előfeszített rugóval terhelt súrlódó gyűrűk közül kijjebb csúszik. Fékoldáskor azonban a súrlódó erőt a visszahúzó rugó nem képes legyőzni, így a fékpofa közelebb került a fékdobhoz.

Súrlódó tárcsás (FIAT rendszerű) automatikus utánállító
14.70. ábra - Súrlódó tárcsás (FIAT rendszerű) automatikus utánállító


Kilincsműves utánállító

A kilincsműves automatikus utánállító kialakítható a rögzítő fék szerkezet rudazatához csatlakozva is. A fékpofákat a visszahúzó rugó állítja alaphelyzetbe. A fékpofával együtt mozdul el az utánállító forgáspontja. Ha nagy a hézag a fékpofa és a fékdob között, az utánállító kilincsnyelve fordít a kilincskeréken. Ha a hézag megfelelő, a nyelv csak a kilincskerék fogárkában mozdul ide-oda. Amikor a kilincskerék elfordul, az utánállító csőből kifelé mozdul a csavar. A kilincsműves szerkezetnél csak apróbb fokozatokban történik az utánállítás.

Kilincsműves, menetes automatikus utánállító
14.71. ábra - Kilincsműves, menetes automatikus utánállító


A rögzítő fék mechanikus működtetése

A rögzítő fék a hidraulikus rendszertől függetlenül mechanikusan működik. Olyan feszítő rudazatot alkalmaznak, mely a fékpofákat szétfeszíti, de az nem hat vissza a hidraulikus működtetésre. A szimplex dobfék mechanikus rögzítő fék működtető karját a kerék középpontja felé elmozdítva a fékpofák a dobnak feszülnek, miközben a hidraulikus rendszer munkahengerének dugattyúi a mögéjük beszerelt rugó segítségével követik a pofák mozgását.

14.11. Hidraulikus működtetésű tárcsafékek

Jelenleg a leggyakrabban alkalmazott kerékfékszerkezet a tárcsafék. Legnagyobb előnye az egyszerű szerkezet, a megbízható és biztonságos működés. Kedvező, hogy a dobféknél kevésbé érzékeny a hőmérsékletváltozásra. A közepes súrlódási sugár a tárcsaféknél kisebb, mint a dobféknél. Viszont nagyobb a termikus terhelhetősége például hosszabb völgymeneteknél. Kisebb az érzékenysége a tapadási tényező változására. A működtető erő nem radiális irányú, mint a dobféknél. A féktárcsa felületi hőmérséklete intenzív fékezés esetén elérheti a 900 ºC-ot is. Ekkor egy 28 mm vastag féktárcsa szélessége 0,22 mm-el növekszik, mely változatlan pedálhelyzet mellett növeli a fékhatást.

A tárcsaféknél nem érvényesül belső önerősítő hatás, mint a dobféknél. Nagyobb kerületi erőt kell kifejteni azonos fékező nyomaték eléréséhez. A személygépkocsiknál és a haszonjárműveknél részleges tárcsafékeket alkalmaznak, ahol a fékbetét a féktárcsának csak egy kis felületére hat.

Teljes és részleges tárcsafék
14.72. ábra - Teljes és részleges tárcsafék


A futóműhöz rögzített féknyeregre, illetve egy keret szerkezetre támaszkodnak a fékbetéteket. Erre adódnak át a fékezéskor keletkező reakció erők. A fékbetéteket két oldalról megközelítőleg egyforma erővel szorítja a féktárcsára a működtető hidraulika. Az így létrejövő súrlódó erőt a futóműnek adja át.

A fékezéskor a fékbetéten kialakuló felületi nyomás növekedésével arányosan növekszik a hőmérséklet és csökken a súrlódási tényező. Ha az optimális értéknél melegebbek a súrlódó felületek, csökken a tapadási tényező.

A tárcsafék belső áttétele (C):

 

,

 

ahol:

 

FU

- Kerületi súrlódó erők

 

FS

- Szétfeszítő erő

A két súrlódó betétet figyelembe véve a belső áttétel így tárcsaféknél:

 

 

A tárcsafék belső áttétele C = 2 µ ezért nagy működtető erő szükséges (a vákuumos fékrásegítő nélkülözhetetlen)

A nyeregszerkezet konstrukciója annál jobb, minél egyenletesebb felületi nyomás alakul ki a fékbetéteknél. A ferde kopás hibás szerelésre, vagy nem megfelelő nyeregkonstrukcióra utal.

A tárcsafékekkel szemben támasztott követelményeknek:

  • legyen könnyű és kis helyigényű,

  • a fékezéskor ébredő erőhatás a lehető legkisebb deformációt okozza,

  • a jó nyeregkonstrukció érzéketlen a melegedésre,

  • működtetés közben a fékbetétekre azonos erők hassanak. Ez a követelmény különösen az úszónyerges változatoknál igényel gondos kialakítást.

  • a féktárcsa jobb-, illetve bal oldalára kerülő fékbetétek lehetőleg legyenek egyformák, hogy azok felcserélése ne okozhasson hibás működést.

  • fékoldáskor a fékbetétek kellő mértékben mozduljanak vissza, menet közben ne érjenek hozzá folyamatosan a féktárcsához, mert az fokozott kopást és melegedést okoz.

  • a hidraulikatér legyen minél egyszerűbb, hogy a légtelenítést gyorsan és hatékonyan lehessen végezni.

  • a fékezés legyen zajmentes és a rezgésekkel szemben érzéketlen.

  • az úszónyerges kivitelnél a vezető elemek élettartama a mechanikai terhelések hatására ne csökkenjen.

  • a kerékfék szerkezet legyen egyszerűen és olcsón gyártható.

  • működése legyen megbízható és biztonságos.

  • a szennyeződésekre legyen érzéketlen.

  • a fékbetétek cseréje egyszerűen és olcsón elvégezhető legyen.

A fentiekben felsorolt követelmények gömbgrafitos öntvényből készül féknyereggel teljesíthetők. A nagy rugalmassági modulusz mellett, elegendően kicsi a méretváltozás a különböző erők és hőmérsékletváltozás hatására. A forgácsoló megmunkálás miatt a két félből készülő nyerget nagy szilárdságú csavarok rögzítik egymáshoz.

A tárcsafékek konstrukciós megoldásai:

A konstruktőrök folyamatosan törekszenek a fékszerkezeteknél is a súlycsökkentésre, ezért a korszerű féknyergek inkább már könnyűfém ötvözetekből készülnek. A rugózatlan tömeg csökkentése érdekében pedig találkozunk olyan megoldással is, hogy a féknyerget nem a kerékagy közelében helyezhetik el, hanem a független kerékfelfüggesztésű hajtott futóműveknél a differenciálmű mellett. Ilyen esetekben a féltengelyeket a szokásosnál nagyobb csavaró nyomaték terheli. A fékező nyomaték nagyobb igénybevételt jelent, mint a hajtó nyomaték.

14.11.1. A tárcsafékek csoportosítása

Fix nyerges tárcsafék

Kezdetben a fix nyerges tárcsafékeket alkalmazták. Ezeknél a féknyerget csavarokkal a futóműhöz rögzítik. A féktárcsa mindkét oldalán elhelyeznek hidraulikus munkahengereket és dugattyúkat. Ennek működése biztonságos és megbízható. Ez indokolja, hogy jelenleg a nagy sebességű- és a különböző sportautóknál is ezt használják.

Úszó ökölnyerges tárcsafék

A középkategóriás gépkocsiknál pedig elsősorban az úszónyerges konstrukciók azon változatát alkalmazzák, melynél a féknyereg az emberi kéz ökléhez hasonlóan fogja közre a féktárcsát. Innen kapta az elnevezését. Ezeknél a változatoknál a kevésbé jól hűlő, a keréktárcsa által a menetszéltől leárnyékolt részen hagyják el a munkahengert. Fékezéskor a munkahengerben keletkező reakcióerő, a szennyeződésektől gondosan védett vezetőcsapok mentén mozdítja el a féknyerget, mely a féktárcsára szorítja a másik oldali fékbetétet. Az úszó ökölnyerges konstrukciónál a működtető erő csak korlátozott lehet.

Keretes úszónyerges tárcsafék

A keretes nyerges kivitelnél egy kellő szilárdságúra méretezett keret fogja közre a fékbetéteket. Az egyik oldali fékbetétet a dugattyú szorítja a féktárcsára, a másikat pedig a keret húzza rá a fékezés közbeni elmozdulása révén.

Az ököl és a keretes tárcsafékek kombinációja

Nagy teljesítményű személygépkocsiknál és kisteherautóknál a nagyobb fékerő teljesítmény miatt az ököl és a keretes nyerges változat kombinációját alkalmazzák. Ennél a konstrukciónál növelni lehet a működtető erőt, mely megoszlik az ököl és a keret között.

A tárcsafékek csoportosítása
14.73. ábra - A tárcsafékek csoportosítása


A féktárcsa hőterhelése:

A tárcsafékek üzemi hőmérséklete lényegesen meghaladja a dobfékekét. A (14.75. ábra) ábrán a különböző színek bizonyos hőmérsékletekhez vannak hozzárendelve. A vékony fehér vonal ábrázolja a féktárcsa alakját hideg állapotban. Jól látszik a jelentős alakváltozás, melyet a melegedés okoz. Ez a gátolt hőtágulás miatt alakul így, hiszen a fékbetéttel érintkező rész melegszik, és az agy rész csak kevésbé. Ez a furcsa alakváltozás hátrányosan befolyásolja a fékezési jellemzőket. A hideg állapotban sík tárcsa a fékezések során kissé kúpossá-, és hullámossá válik. Kis túlzással a leveses tányér karimájához is hasonlíthatjuk. Emiatt a fékpofák felfekvése nem lesz egyenletes és a hullámosodás miatt periódikusan változni fog a fékerő.

A tárcsafékek próbapadi vizsgálata során a felmelegedés
14.74. ábra - A tárcsafékek próbapadi vizsgálata során a felmelegedés


A féktárcsa hőmérséklet eloszlása és a hő okozta deformációja a vékony fehér vonallal megrajzolt hideg állapothoz képest
14.75. ábra - A féktárcsa hőmérséklet eloszlása és a hő okozta deformációja a vékony fehér vonallal megrajzolt hideg állapothoz képest


14.11.2. Négy dugattyús fix nyerges tárcsafék

A féknyerget nagy szilárdságú csavarokkal a futóműhöz rögzítik. A dugattyúk furatait forgácsoló megmunkálással alakítják ki, ezért a nyereg két félből áll. Az egyik félhez csatlakozik a flexibilis féktömlő. A féknyereg öntvényben alakítják ki az egyik oldalról a másikra a fékfolyadék átvezető furatot. A két nyereg fél között egy süllyesztékbe szerelt „O”-gyűrű látja el a tömítés feladatát az átvezető furatnál.

A dugattyú és a féknyereg közötti tömítés négyzet keresztmetszetű, a fékfolyadéknak ellenálló, speciális elasztomer anyagból készül. Részére a befogadó hornyot a féknyeregben alakítják ki.

A tömítő gyűrű látja el a visszahúzó rugó feladatát. Fékezéskor a dugattyú palástjánál ébredő súrlódás miatt a tömítő gyűrű egy kis rugalmas alakváltozást szenved. Fékoldáskor, a nyomás megszűnése után, amikor visszanyeri eredeti alakját, kissé visszamozdítja a dugattyút. Így elkerülhető, hogy használat közben a fékbetétek folyamatosan hozzáérjenek a féktárcsához. Ahogy kopnak a fékbetétek, a dugattyú mindig egy kicsit kijjebb csúszik. Ezért tehát a tömítő gyűrű ellátja az automatikus utánállító feladatát is.

Ha elkoptak a fékbetétek a biztosító csapok és a kereszt alakú rugó kivétele után cserélhetők ki. A biztosító csapokat a rájuk szegecselt rugalmas acél hüvely tartja a furatban. Kiszereléséhez szerelő tüskét és kalapácsot kell használni. A rugalmas lemez fékoldáskor a fékbetéteket kissé eltávolítja a féktárcsától, hogy ne súrlódjon. Feladatuk az is, hogy megakadályozzák a fékbetétek rezgését és az ezzel járó hanghatást.

Négy dugattyús fix nyerges Ate tárcsafék
14.76. ábra - Négy dugattyús fix nyerges Ate tárcsafék


A keréktárcsa szabványos mérete, és a kerékagy kialakítása korlátozza a féknyereg számára rendelkezésre álló teret. Ez korlátozza a hidraulikus munkahenger átmérőjét. Ezért a nagyobb fékező teljesítmény négy dugattyús munkahengerrel valósítható meg. Azért is előnyös, mert a fékbetétek felületi nyomáseloszlása egyenletesebb.

A véges elemek módszerével végzett méretezés és konstrukciós kialakítás lehetővé teszi, hogy a lényegesen kisebb rugalmassági moduluszú alumíniumból is azonos mechanikai tulajdonságú, de 20-34%-kal könnyebb a féknyereg készülhessen. Az alumíniumot, szilíciummal, rézzel ötvözik, és külső felületét eloxálják. Azokra a felületekre, ahova a fékbetétek feltámaszkodnak, korrózióálló acélból készített betéteket helyeznek. Ezek egyenletesen elosztják a mechanikai terhelést, ellenállnak a rezgés és elmozdulás okozta koptató hatásnak.

14.11.3. Úszónyerges tárcsafékek

A középkategóriás személygépkocsiknál gyakran alkalmazzák az úszónyerges változatot. Az egyik fékbetétet a dugattyú, a másikat pedig a fékezés közben elmozduló nyereg szorítja rá a féktárcsára. A fékbetétek a futóműhöz rögzített álló keretnek adják át a súrlódó erőt. A keréktárcsa által a menetszéltől leárnyékolt, rosszabban hűlő részen nincs hidraulikus munkahenger. Ez a nyeregkonstrukció

  • Precíz nyeregmegvezetést igényel.

  • A megvezetés érzékeny a szennyeződésekre és a korrózióra. Ezért megfelelő védelmet kell biztosítani.

  • A vezetőcsapok és a nyereg között olyan rugalmas elemre van szükség, mely a nyereg visszamozdítását is elvégzi.

  • A vezetőcsap tömítésének sérülésekor a szennyeződés bejutása gátolhatja, meg is akadályozhatja a nyereg elmozdulását. Ez kisebb fékerővel jár, és a fékbetéteknél eltérő a kopással, a féktárcsa elhasználódása sem egyforma mindkét oldalon.

A dugattyú fékoldáskor kétszer akkora utat tesz meg, mint a fix nyeregnél. Rossz úton az úszónyereg rezgésre hajlamos. Az úszónyergeknél különösen nagy jelentősége van, hogy a fékbetét húzott, vagyis kalapácsfej végződésű legyen. Emiatt a feltámaszkodó felületen egyenletesebb és nagyobb lesz a felületi nyomáseloszlás. Nem válik hajlamossá a beszorulásra. 54 mm dugattyú átmérőig készülnek úszónyerges konstrukciók.

Kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez
14.77. ábra - Kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez


Kis felfekvő felületű kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez
14.78. ábra - Kis felfekvő felületű kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez


14.11.4. Úszó keretes nyerges tárcsafék

A fejlesztési cél a nyereg méretének csökkentése volt. Csak a féktárcsa egyik oldalán van munkahenger. Az egyik fékbetétet a dugattyú szorítja rá a féktárcsára. A munkahengerben ébredő reakcióerő a keretre segítségével ráhúzza a másik oldali fékbetétet a féktárcsára. Előnyös, hogy a fékbetéthez könnyen hozzá lehet férni. A biztosító csapok és a kereszt alakú rugalmas lemez kiszerelése után elvégezhető a betétcsere. A hidraulikus munkahenger külön egységet képez és leszerelhető. A fékfolyadék kevésbé melegszik, mert csak az egyik fékpofára fekszik fel dugattyú, mely hővezetéssel melegíti a munkaközeget. A keret általában 6-8 mm vastag acéllemezből készül. Sík és hajlított változatot is alkalmaznak. A tartó és a keret közé acélhuzalból készített speciális rugót szerelnek, hogy a könnyű elmozdulás miatti laza illesztés ne okozzon zörgést.

Keretes úszónyerges fékszerkezet
14.79. ábra - Keretes úszónyerges fékszerkezet


Úszó, keretes nyerges, Ate tárcsafék
14.80. ábra - Úszó, keretes nyerges, Ate tárcsafék


14.11.5. Úszó ökölnyerges tárcsafék

Az úszónyerges tárcsafékek kisebb helyigényű, könnyebb változata az ökölnyerges kivitel. A munkahenger átmérője nagyobb, mint a keretes nyergesnél. A futóműhöz egy keretet rögzítenek, melyhez képest a nyereg, a benne levő hidraulikus munkahengerrel együtt fékezés közben elmozdul. Emiatt megszűnik a hézag a féktárcsa és a fékbetétek között. A futóműhöz rögzített kertre támaszkodnak a fékbetétek és így adják át a súrlódó erőt. Fékoldáskor a nyereg is kissé visszamozdul és a fékbetét kopásával arányos folyamatos utánállítás is megtörténik a nyereg megvezetésénél alkalmazott rugalmas elem segítségével.

A konstrukció előnye, hogy egyszerű, könnyű, kevés alkatrészből áll. Hátránya, hogy amikor a nyereg vezetőeleme szennyeződések miatt megszorul, gátolja, vagy akár meg is akadályozza az elmozdulást. Ilyenkor csak az egyik fékbetét lassítja az autót, ezért a féktárcsának csak az egyik fele kopik, de az gyorsan.

A szilárdság szempontjából kényes elem az ökölnyereg, mely az erő hatására nem szabad, hogy kinyíljon. Ennek veszélye annál nagyobb, minél nagyobb a fékező nyomás, illetve a dugattyú átmérő.

A fékbetét cseréhez le kell szerelni a nyerget, vagy ha a konstrukció azt lehetővé teszi, az egyik vezetőcsap kicsavarása után a másik körül elfordítható a nyereg és így hozzá lehet férni a fékbetétekhez.

A nyereg megvezetése leggyakrabban hengeres csappal történik, de négyzet-, vagy fecskefark alakú horony is lehetséges. Általában rozsdamentes acélból készülnek a vezetőcsapok, egyik végükön hatlapú belső kulcsnyílással, a másik végük pedig menetes. Ezzel csavarható be a futóműhöz rögzített keretbe. A nyereg furata és a vezetőcsap közé felhasított teflon perselyt is szerelnek, mely csillapítja a rezgéseket és kedvező siklási tulajdonsága miatt a nyereg könnyen elmozdul. Különleges elasztomerből készített tömítő elemek és záró sapkák akadályozzák meg a szennyező- és korróziót okozó anyagok bejutását.

Van olyan kivitel is, amelynél a dugattyú felőli fékbetét visszahúzását egy annak hátlapjára szegecselt háromágú lemezrugó végzi. Ez a dugattyú belső hornyába illeszkedik, így a tömítőgyűrű nemcsak a dugattyút, hanem vele együtt a fékbetétet is visszamozdítja fékoldáskor.

A fékbetétek zörgését különböző kivitelű rugók akadályozzák meg, melyek egyúttal fékoldáskor a féktárcsától igyekeznek eltávolítani a betétet.

Az álló keretet a futóműhöz rögzítik két nagy szilárdságú csavarral. A kalapácsfejű, húzott fékbetétek a futóműhöz rögzített keret hornyaihoz illeszkednek.

Úszó, ökölnyerges, Ate tárcsafék vezető csapokkal
14.81. ábra - Úszó, ökölnyerges, Ate tárcsafék vezető csapokkal


A VW Lupo első féknyerge alumínium ötvözetből készül. A súlycsökkentéseknek köszönhetően 4 kg-mal lett könnyebb.

VW Lupo úszó, ökölnyerges tárcsafék.
14.82. ábra - VW Lupo úszó, ökölnyerges tárcsafék.


Ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékkel

A hagyományos kivitelű rögzítő fék működtetése nagy áttételű emelőkarokkal és bowdennel történik. Fékoldáskor a visszamozdítást „dió rugó” végzi. Itt is szükség van automatikus utánállítóra, mert a kopással arányosan a dugattyú folyamatosan kijjebb mozdul és emiatt a rögzítő fék működtető mechanika nem éri el a dugattyút. Ezért gyakran menetes orsós fokozatmentes utánállítót szerelnek be a dugattyú belsejébe. Az anyát rugó terhelésű kúpos tengelykapcsoló biztosítja elfordulás ellen. A fék hidraulikus működtetésekor, ha a féktárcsa és a fékbetét közötti távolság nagyobb, mint az utánállító orsó és az anya közötti menethézag, a dugattyún ébredő erő hatására nyit a tengelykapcsoló és lehetővé teszi az anya lejjebb csavarodását az orsóról. A nyomás megszűnése után zár a tengelykapcsoló és megakadályozza az anya elfordulását. Fékbetét csere előtt a visszaállítást a dugattyú elforgatásával lehet elvégezni. A dugattyúba szerelt alkatrészek megnehezítik a légtelenítést. Ezt minden esetben a gyári utasítás szerint kell elvégezni.

Úszó, ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékműködtető mechanikával és automatikus utánállítóval.
14.83. ábra - Úszó, ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékműködtető mechanikával és automatikus utánállítóval.


Úszó ökölnyerges tárcsaféknél a rögzítőfék-működtető bowden és a mechanikus áttételek kialakítása.
14.84. ábra - Úszó ökölnyerges tárcsaféknél a rögzítőfék-működtető bowden és a mechanikus áttételek kialakítása.


14.11.6. Kombinált ököl és keretes nyerges tárcsafék

Nagy teljesítményű személygépkocsiknál a nagyobb fékerő miatt az ököl és a keretes nyerges változat kombinációját alkalmazzák. Lehetővé teszi a működtető erő növelését, mert a mechanikai terhelés megoszlik az ököl rész és a keret között. Nem fenyeget az ököl kinyílásának veszélye.

Az ököl és a keretes nyeregkombinációja
14.85. ábra - Az ököl és a keretes nyeregkombinációja


14.11.7. Különleges tárcsafékek

Könnyű szerkezetes féktárcsa

Könnyű szerkezetes féktárcsákat szerelnek a BMW 6 gépkocsira. Ennél a kerékagyhoz kapcsolódó középső rész alumínium ötvözetből készül. Öntöttvasból van a tárcsa súrlódó része, melynek belsejében a duo-szervo rögzítő dobfék pofái részére is kialakítanak egy felfekvő felületet. A két részegységet nemesacél szegecsekkel egyesítik.

Könnyűszerkezetes féktárcsa (BMW 6)
14.86. ábra - Könnyűszerkezetes féktárcsa (BMW 6)


Kompozit kerámia féktárcsák

Kiemelkedő tulajdonságai miatt (minimális kopás és kis tömeg) az utóbbi években a felső géposztályban a kompozit kerámia féktárcsák kerültek előtérbe.

A zavaró tényezőknek ellenálló fék az aktív biztonság szempontjából nagyon fontos. A kerámia féktárcsák kétrészes kivitelűek. A fém agyrészhez csavarokkal kapcsolódik a kompozit anyagból készített súrlódó felület. Kifejlesztésével a Mercedes és a Porsche új úton indult el. A jelenleg még drága, kis darabszámban készülő féktárcsákat a csúcsmodellekbe építik be. Gyártási költsége még többszöröse a szürkeöntvényből készültének. Különösen a nagy motorteljesítményű sport autókban használhatók ki előnyös tulajdonságai. A közeljövőben jelentős költségcsökkentés várható. Ezután már a középkategória számára sem lesz elérhetetlen. A kerámia féktárcsát, a hozzá kifejlesztett kétszer négy dugattyús Brembo féknyerget és a Pagid speciális fékbetéteket látjuk az alábbi képen.

Kerámia féktárcsa, nyolc dugattyús, fix féknyereggel, speciális fékbetéttel.
14.87. ábra - Kerámia féktárcsa, nyolc dugattyús, fix féknyereggel, speciális fékbetéttel.


14.12. Korszerű mechanikus és elektromechanikus rögzítő fékek szerkezeti-, és működési analízise

A rögzítő fékek évtizedeken át mechanikus működésűek voltak. Az utóbbi években a közlekedésbiztonság javítása és a vezetési komfort növelése miatt törekedtek a konstruktőrök az automatikus működések bevezetésére. Ehhez szükségessé vált az elektronika alkalmazása és a villanymotoros működtetés. Először a hagyományos, majd utána az elektronikus rendszereket tekintjük át.

A mechanikus fék működtetés jellemzői:

  • rossz hatásfokú erőátvitel,

  • hosszú működtetési út,

  • az erő növelése csak kar áttétellel lehetséges.

Jelenleg mechanikus működtetésű fékberendezéssel a következő változatokban találkozunk:

A mechanikus működtetésű fékberendezések alkalmazása.
14.88. ábra - A mechanikus működtetésű fékberendezések alkalmazása.


14.12.1. Hagyományos, mechanikus működtetésű rögzítőfékek

A jelenleg forgalomban lévő közúti járműveknél rögzítő féknél alkalmaznak mechanikus működtetést.

Hátránya, hogy az erőátvitelt több tényező befolyásolja:

  • az időjárási viszonyok (pl. fagy)

  • a használat közben előforduló szennyeződések csökkentik a hatását,

  • a rendszeres kenést, karbantartást igényel.

Előnyös jellemzői:

  • egyszerű kivitel

  • olcsó kialakítás.

Ezért különböző változatait jelenleg is alkalmazzák.

Rögzítő fékként a leggyakrabban a hátsó futómű mindkét kerekére egyforma erővel kell hasson. Ezért karos erőkiegyenlítő egységet is beépítenek. A rögzítő fék az álló gépkocsit biztosítja elgurulás ellen, de betöltheti a biztonsági fék feladatát is. Működtetése, illetve oldása kézi karral, vagy bizonyos típusoknál pedállal is lehetséges. Az erőátvitelt általában zárt burkolatban futó acélsodrony huzallal, vagyis bowdennel valósítják meg.

Bowdenes rögzítő fék működtetés

A flexibilis anyagból készített csőben mozgó acélsodrony huzal húzó, és nyomó erőket egyaránt át tud vinni. A szennyeződésekkel szemben bizonyos mértékig védett. Az alkalmazott kenőanyag huzamos ideig elfogadható hatásfokú erőátvitelt tesz lehetővé. Ez a fék működtetési mód a személygépkocsik rögzítő fékénél és a kisebb motorkerékpárok üzemi fékénél egyaránt használatos.

Bowden huzallal működtetett, hátsó kerekekre ható rögzítő fék.
14.89. ábra - Bowden huzallal működtetett, hátsó kerekekre ható rögzítő fék.


Ha az alkalmazott kerékfékszerkezet dobfék, ez azért előnyös, mert egyszerű a kerékfékszerkezet belsejében a működtető emelőkarok kialakítása, amely a szennyeződésektől viszonylagosan védett helyre kerül, így megbízható működésű lesz. Ez az oka többnyire, hogy a kisebb, és olcsóbb személygépkocsik hátsó kerekeit többnyire dobfékkel látják el. A tárcsafékhez viszonyítva légyegesen kisebb a kopás, emiatt nem igényel automatikus utánállító szerkezetet.

Bowdenes rögzítő fék karos működtetése dobfék belsejében.
14.90. ábra - Bowdenes rögzítő fék karos működtetése dobfék belsejében.


Bowdenes működtetés, külön fékpofákkal a rögzítő fékhez

Régebben a tárcsafékeknél felszereltek a rögzítő fékhez külön egy ollós emelővel működtetett feszítő szerkezetet és külön az üzemi féktől független fékpofákat alkalmaztak. Így a kopás miatt szükséges utánállító beszerelése elkerülhetővé vált. A rőgzítő fék használata többnyire álló helyzetben történik, ezért ezeknél a fékpofáknál szinte nincs kopás. Ezért nem kell ellátni automatikus utánállítóval, ami egyszerűbb és olcsóbb konstrukciót eredményez.

A féknyeregre szerelt ollós feszítő szerkezettel működtetett, külön fékpofákkal ellátott rögzítő fék.
14.91. ábra - A féknyeregre szerelt ollós feszítő szerkezettel működtetett, külön fékpofákkal ellátott rögzítő fék.


A féknyeregre szerelt mechanikus rögzítő fék működtető egység.
14.92. ábra - A féknyeregre szerelt mechanikus rögzítő fék működtető egység.


A féktárcsába szerelt dobfék

Bizonyos gépkocsi típusoknál a féktárcsa kerékagy közeli kiöblösödő részébe egy kis dobféket szerelnek be, ami leggyakrabban duo-szervo működésű. A kis kopás miatt Ennél is elegendő csupán egy viszonylag egyszerű, és olcsó kivitelű kézi utánállítót beszerelni.

A féktárcsa kiöblösödő részében kialakított duo-szervo dobfék, mely a rögzítő fék feladatát látja el.
14.93. ábra - A féktárcsa kiöblösödő részében kialakított duo-szervo dobfék, mely a rögzítő fék feladatát látja el.


A féktárcsa kiöblösödő részében helyet kapó duo-szervo dobfék, mint rögzítő fék.
14.94. ábra - A féktárcsa kiöblösödő részében helyet kapó duo-szervo dobfék, mint rögzítő fék.


14.12.2. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse)

A biztonságot és a vezetési komfortot egyaránt növeli ez az asszisztens rendszer. Az első változatát a Lucas 1991-ben szabadalmaztatta. Villanymotorral hajtott csigahajtás, és utána csavarorsó-csavaranya alakítja át a forgómozgást egyenes vonalúvá. Így megvalósul a befékezve tartáshoz az önzárás és a megfeleő működtető erő növelés. Ez a szerkezet a kiegyenlítő himbán keresztül bowdennel húzza meg a dobfékbe szerelt rögzítő féket.

Az elektromechanikus, bowdennel működtetett rögzítő fék Lucas szabadalma.

10 – Fékbetét; 12 – Bowdenhuzal; 14 – Ház; 16 – Villanymotor és elektronika; 20 – Himba; 22 – Himba csap; 24 – Csatlakozó elem; 42 – Menetes orsó; 44 – Csigakerék; 48 és 50 – Csapágyazás;

14.95. ábra - Az elektromechanikus, bowdennel működtetett rögzítő fék Lucas szabadalma.


Az egyori Lucas jelenleg a TRW konszernhez tartozik. (az amerikai Thompson Products, és a Ramo-Wooldridge Corporation egyesülése révén jött létre). Ahol továbbfejlesztették az elektromechanikus rögzítő féket. Napjainkban több gyártó is kifejlesztett hasonló rögzítő féket és az autógyárak széles körűen építik be a különböző típusokba. Ezeknél a hatósági előírásoknál kicsit hatékonyabb működtetést valósítanak meg. Ugyanis a teljes terhelésű gépkocsit 30%-os lejtőn biztonságosan rögzíti. A gépkocsi mozgása közbeni használatkor a dinamikus lassulás 0-30 km/h sebesség tartományban legalább 1,5 m/s². Ehhez 2900 kg tömegű gépkocsinál 17 kN feszítő erő szükséges.

Vannak olyan elektromechanikus rögzítő fék változatok is, melyeknél a dinamikus fékezést az üzemi fék végzi az ESP hidraulika egység fékfolyadék szivattyújának adott paranccsal. Ezért tehát az üzemi fék és a rögzítő fék a CAN hálózaton keresztül egymással kommunikál.

A gépkocsivezető a műszerfalra, vagy a sebességváltó kar közelében elhelyezett kapcsolóval működtetheti az elektromechanikus rögzítő féket. A legnagyobb előnye azonban az ennek a rögzítő fék változatnak, hogy az elektronika alkalmazásának köszönhetően automatikusan működésre is képes. Például a sebességfokozat bekapcsolása és gázadás hatására kifékez, illetve a gyújtás kikapcsolását követően automatikusan befékez. Ez egyaránt növeli a biztonságot és a vezetési komfortot.

Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a műszerfal bal oldalán gyermek biztonsági nyomógombbal is ellátva (Renault).
14.96. ábra - Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a műszerfal bal oldalán gyermek biztonsági nyomógombbal is ellátva (Renault).


Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a sebességváltókar közelében elhelyezve (Ford).
14.97. ábra - Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a sebességváltókar közelében elhelyezve (Ford).


Szükség fékoldásra is lehetőséget kell adni, amikor az akkumulátor lemerült állapota nem tenné lehetővé a fékoldást. Ez általában típusfüggő.

Mivel az elektromechanikus működtetés automatikus utánállítóként is működik, a fékoldáskor ugyanis a villanymotor nem forgat vissza alaphelyzetig, hanem csupán annyira, hogy megtörténjen a fékoldás. Ez a kivitel megfelelő érzékelővel ellátva lehetőséget ad egyúttal a fékbtét kopásának pontos érzékelésére is. Az új fékbetét beszerelése előtt a működtető mechanika visszaforgatást el kell végezni. Ez történhet mechanikusan és az adott gépkocsi típusának megfelelő diagnosztikai műszerrel is.

14.12.2.1. Féknyeregre szerelt elektromechanikus rögzítő fék (EPB-Ci)

A címben olvasható rövidítés az EPB-Ci, az angol “Electrical Parking Brake – Caliper Integrated” megnevezésből származik.

Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék rendszer felépítése.
14.98. ábra - Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék rendszer felépítése.


Az EPB-Ci változatnál olyan kombinált féknyerget szerelnek fel a gépkocsira, amelyet kiegészítettek elektromechanikus rögzítő fék működtetéshez szükséges beavatkozó egységgel (actuator) is. A műanyag burkolatba beépített villanymotor nyomatékát két egymás utáni csigahajtás növeli. A hidraulikus munkahenger dugattyújába helyezték el, a jobb mechanikai hatásfok érdekében, a golyósoros csavarorsó – csavaranyát, mely a forgó mozgást egyenes vonalúvá alakítja át. Az egyenáramú villanymotor így megnövelt áttétele hat a dugattyúra, mely a fékbetétet a féktárcsára szorítja. Eközben elmozdul az úszó féknyereg és a másik fékbetétet is rászorítja.

Az elektromechanikus rögzítő fék vezérlését is az ESP elektronika (Elektronikus Stabilitás Program) végzi. Ennek rész áramköre a PBC Park Brake Control Actuator control functions, vagyis az elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység működtetés.

Continental Teves úszónyerges kerékfék szerkezetre szerelt EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egysége.
14.99. ábra - Continental Teves úszónyerges kerékfék szerkezetre szerelt EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egysége.


A Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység metszeti ábrája.
14.100. ábra - A Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység metszeti ábrája.


Működésmódok, melyeket a gépkocsivezető is észlel:

  • Statikus fékezés és fékoldás

  • DAR = elindulás támogatás

  • Dinamikus fékezés ESC és/vagy IPB útján

  • Lehűlő féktárcsánál a fékbetétek utánfeszítése

  • Görgős fékpad felismerés

Az EPB-Ci műszaki jellemzői:

  • A fék feszítő erő minimális értéke: 17,5 kN

  • A befékezés ideje:  ~1,0 s (@ Fnom = névleges fékerővel)

  • A fékoldás ideje: ~0,9 s (kialakul a fékbetét és a féktárcsa között szükséges hézag)

  • Élettartam: 100.000 ciklus (@ Fnom = névleges fékerőnél)

Az EPB-Ci alkalmazásának előnyei:

  • Költségcsökkentés

  • Saját elektronika nem szükséges

  • Minimális helyigény

  • Központi, védett elektronika

  • Integrált rögzítő fék működtetés

  • Elsőrangúan csendes működés

  • Dinamikus befékezés és fékoldás is lehetséges

  • Nyomaték növelő áttétel különösen jó hatásfokú, ezért kis áramfelvételű a működés.

14.12.2.2. A tárcsafékbe szerelt duo-szervo dobfék, mint elektromechanikus rögzítő fék EPB-DS

Ennél az elektromechanikus rögzítőfék változatnál a féktárcsa kiöblösödő részében, mely a kerékagynak is helyet ad egy duo-szervo dobféket szerelnek be. Erre utal az EPB-DS, rövidítés, mely az Electrical Parking Brake – Duo Servo angol elnevezésből származik.

Ezt a változatot önálló működtető elektronikával (ECU) látják el.

A duo-szervo dobfék működtető egységébe egyenáramú villanymotort szerelnek.

A Continental Teves EPB-DS elektromechanikus rögzítő fék rendszer.
14.101. ábra - A Continental Teves EPB-DS elektromechanikus rögzítő fék rendszer.


Az EPB-DS rendszer részei:

  • Önálló elektronika (EPB-ECU)

  • Működtető egység (2 db) közvetlenül a féktartó lemezre szerelve

Az egyenáramú villanymotor nyomatékát egy bolygóműves fokozat növeli. Utána következik egy csigahajtás, amely egyrészt biztosítja a befékezve tartást, másrészt forgatja a mögé szerelt csavarorsós szétfeszítő mechanikát. Tányérrugókból összeállított egység, mint rugóerő tárolós egység biztosítja a fékszerkezet hűlése közbeni folyamatos utánfékezést.

Amikor a gépkocsi nagyobb sebességgel halad és működtetnék a rögzítő féket, mint biztonsági féket, dinamikus működés válik szükségessé. Ezt, de a vészfékezést is az ESP hidraulikaegység szivattyújának bekapcsolásával fékező nyomás létrehozásával hajtja végre.

A Continental Teves EPB-DS a féktartó lemezre szerelt villanymotoros működtető egység.
14.102. ábra - A Continental Teves EPB-DS a féktartó lemezre szerelt villanymotoros működtető egység.


A Continental Teves EPB-DS működtető egység.
14.103. ábra - A Continental Teves EPB-DS működtető egység.


Az elektromechanikus rögzítő fék működése

EPB-vel a fékezés és a fékoldás a gépkocsi álló helyzetben történik. Elinduláskor automatikus fékoldás következik be. Más elektronikus rendszerek is kezdeményezhetnek rögzítő fék működést, ezért CAN hálózati összeköttetéshez csatlakozik. Ilyen lehet például az önműködő befékezés elektromos hiba esetén. A dinamikus fékezés ESP-fékfolyadék szivattyú működtetésével történik. Az elektronika támogatja a különböző műhely munkákat, például fékbetét csere, vagy görgős fékpadi mérés.

Az EPB-DS müszaki jellemzői:

  • Fékező nyomaték 2000 Nm - 2500 Nm-között, a tényleges érték a dobfék méretétől függ.

  • Áramfelvétel fékenként 8 A (befékezéskor) maximum 25 A (bekapcsoláskor és vészfékezéskor)

  • Befékezés ideje Fmax -értékig kb. 1500 ms; a fékoldás ideje 0 Nm fékező nyomatékig kb. 1200 ms (névleges érték)

  • További jellemzők: kis helyigény, nagyon halk működés

  • Élettartam 100 000 rögzítési ciklus (fékezés / fékoldás)

  • Tápfeszültség 9 V-tól 16 V-ig.

  • Tömege: a 180 x 20 méretű dobféknél kb. 2 x 0,6 kg; az elektronika (ECU) kb. 0,2 kg

EPB ECU

  • A mikroprocesszor: µC PACE 1T Flash (DualCore) 384 KbROM / 12KbRam / 2k EEprom

  • Tömítettség: IP 5k2 (rásajtolt házfedélnél IP 67, felragasztott házfedélnél)

  • Elektromos csatlakozó: Megrendelő specifikus, a standard csatlakozó: 30 érzékelős: 22 jelvezeték 0,63 x 0,63, 8 db tápfeszültség 5,8 x 0,8

  • Tömeg: 200 g.

A duo-szervo dobfék

  • Típus megnevezés: ZSB DSe

  • A működtető egységet, a fékpofákat és tartozékait a féktartó lemezre szerelik.

  • Dobfék méretek: DS Ø210 x 30, vagy DS Ø185 x 25

  • A működtető egység tömítettsége: IP x9k

  • Elektromos csatlakozó: Megrendelő specifikus, a standard csatlakozó: VW-RD 4 érzékelős 2.8 x 0.8

  • Tömeg: DS Ø210 x 30 dobfékkel ~ 2550 g a kb. ~ 900 g tömegű működtető egységgel együtt

  • A fékpofák közé szerelik be a kézi utánállítót. A működtetést DC motor végzi. A mechanikus áttétel bolygóműves fokozatból és csigahajtásból áll. A fékpofákat szétfeszítő egységet csavarhajtással látják el.

Az EPB-DS feszítő egysége a tányérrugókkal.
14.104. ábra - Az EPB-DS feszítő egysége a tányérrugókkal.


A személygépkocsikon alkalmazott intelligens fékrendszerek és menetdinamikai szabályozó rendszerek tárgyalását lásd Kőfalusi Pál: Fékrendszerek mechatronikája c. jegyzetben.