Τακάκια φρένων

Τα τακάκια φρένων είναι μέρος του δισκόφρενου το οποίο χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία και σε άλλες εφαρμογές. Τα τακάκια φρένων αποτελούνται από μια ατσάλινη επιφάνεια, η οποία έχει υλικό τριβής στη μεριά η οποία εφάπτεται με το δίσκο φρένων.

 Τα τακάκια φρένων μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του αυτοκινήτου σε θερμική ενέργεια μέσω της τριβής. Υπάρχουν δύο τακάκια φρένων μέσα στη δαγκάνα φρένων, των οποίων η πλευρές του υλικού τριβής κοιτάζουν προς το δίσκο. Όταν εφαρμόζεται υδραυλική πίεση στα φρένα, η δαγκάνα πιέζει τα δύο τακάκια να ακουμπήσουν το δίσκο που γυρνάει και αυτό επιβραδύνει ή σταματά το όχημα. Όταν ένα τακάκι ζεσταίνεται από την επαφή του με το δίσκο, μεταφέρει μικρές ποσότητες υλικού τριβής στο δίσκο, δίνοντάς του ένα θαμπό γκρίζο χρώμα. Τα τακάκια και ο δίσκος (πλέον καλυμμένα με υλικό τριβής) «κολλάνε» το ένα με το άλλο, δίνοντάς μας την τριβή που σταματά το όχημα. Στις περιπτώσεις δισκόφρενων, υπάρχουν συνήθως δύο τακάκια για κάθε δίσκο, τα οποία κρατούνται στη θέση τους και ενεργοποιούνται από μία δαγκάνα, η οποία είναι τοποθετημένη στην πλήμνη του τροχού ή στο όρθιο τμήμα της ανάρτησης. Αν και σχεδόν όλα τα οχήματα δρόμου έχουν μόνο δύο τακάκια σε κάθε δαγκάνα, οι αγωνιστικές δαγκάνες χρησιμοποιούν μέχρι και έξι τακάκια με διαφορετικές ιδιότητες τριβής σε κλιμακωτό μοτίβο για μέγιστες επιδόσεις. Ανάλογα με τις ιδιότητες του υλικού, ο βαθμός της φθοράς του δίσκου μπορεί να διαφέρει. Τα τακάκια συνήθως πρέπει να αλλάζονται τακτικά (ανάλογα με το υλικό τους) και τα περισσότερα είναι εφοδιασμένα με μια μέθοδο που ενημερώνει τον οδηγό για την αντικατάστασή τους. Κάποια κατασκευάζονται με μια μικρή αυλακιά στο κέντρο, της οποίας τελικά η εξαφάνιση λόγω φθοράς, δηλώνει ότι το τακάκι πλησιάζει στο τέλος της χρήσης του. Άλλα φτιάχνονται με μια μικρή λωρίδα μαλακού μετάλλου σε τέτοια θέση, ώστε όταν φθείρονται στο όριό τους το μέταλλο ακουμπά στον δίσκο προκαλώντας έναν οξύ ήχο. Σε αρκετά νέα αυτοκίνητα, βρίσκεται ενσωματωμένο στο υλικό τριβής ένα μαλακό μέταλλο, το οποίο κλείνει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και ανάβει ένα λαμπάκι στο ταμπλό του αυτοκινήτου όταν τα τακάκια φθείρονται. Πλεονεκτήματα δισκόφρενου Τα δισκόφρενα δίνουν καλύτερες επιδόσεις σταματήματος σε σύγκριση με τα ταμπούρα και αυτό περιλαμβάνει την αντίσταση στην «απώλεια φρεναρίσματος» που προκαλείται από την υπερθέρμανση των εξαρτημάτων των φρένων και έχουν την ικανότητα να επανέρχονται γρήγορα όταν έρχονται σε επαφή με υγρά (τα βρεγμένα φρένα είναι λιγότερο αποδοτικά). Αντίθετα με τα ταμπούρα, τα δισκόφρενα δεν έχουν αυτο-βοηθητική δράση (η ισχύ φρεναρίσματος είναι πάντα ανάλογη της πίεσης που εφαρμόζεται στο πεντάλ ή στη μανέτα του φρένου) αλλά πολλά συστήματα δισκόφρενου έχουν υποβοήθηση, με σκοπό να μειώσουν την πίεση του οδηγού στο πεντάλ. Υπάρχουν αρκετοί τύποι τακακιών, που εξαρτώνται από τη χρήση του οχήματος. Από πολύ μαλακά και επιθετικά (όπως τα αγωνιστικά) μέχρι και πιο σκληρά με μεγαλύτερη διάρκεια και λιγότερο επιθετικά υλικά. Οι περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτου συνιστούν ένα συγκεκριμένο είδος τακακιών για το όχημά τους, αλλά το υλικό μπορεί να αλλαχτεί (είτε επειδή αγοράζει κανείς διαφορετική μάρκα από τακάκια, είτε επειδή αναβαθμίζει σε καλύτερης επίδοσης από τη σειρά κάποιου κατασκευαστή), ανάλογα με το προσωπικό γούστο του καθενός, ή το οδηγικό του στυλ. Όταν τοποθετούνται μη-στάνταρ τακάκια, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή, καθώς οι θερμοκρασίες λειτουργίας μπορεί να διαφέρουν, όπως για παράδειγμα τα τακάκια επιδόσεων δεν φρενάρουν επαρκώς όταν είναι κρύα ή τα στάνταρ τακάκια χάνουν αποτελεσματικότητα όταν η οδήγηση είναι σκληρή. Σε αυτοκίνητα που υπάρχει πρόβλημα υπερβολικής απώλειας φρεναρίσματος, το πρόβλημα μπορεί να εξαλειφθεί τοποθετώντας καλύτερης ποιότητας και πιο επιθετικά τακάκια. Τα πέντε πιο σημαντικά χαρακτηριστικά που συνιστώνται όταν επιλέγει κανείς τακάκια είναι τα εξής: • Η ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται στην απώλεια φρεναρίσματος σε αυξημένες θερμοκρασίες. • Την επίδραση του νερού στην απώλεια φρεναρίσματος (όλα τα φρένα είναι σχεδιασμένα να αντέχουν σε τουλάχιστον προσωρινή έκθεση στο νερό). • Την ικανότητα να επανέρχονται γρήγορα, είτε από αυξημένη θερμοκρασία ή υγρασία. • Διάρκεια ζωής μεταξύ χρήσης και φθοράς του δίσκου. • Την ικανότητα του υλικού να δίνει λεία και ίση επαφή με το δίσκο ή το ταμπούρο (έναντι ενός υλικού που φρενάρει κατά διαστήματα και προκαλεί ρωγμές ή στρέβλωση). Για πολλά χρόνια, ο καθαρός αμίαντος φαινόταν να έχει άριστη επίδοση και στις 5 αυτές κατηγορίες. Ωστόσο, όταν οι σοβαρές για την υγεία συνέπειες του αμίαντου έγιναν εμφανείς, έπρεπε να βρεθούν άλλα υλικά. Σήμερα, τα υλικά των τακακιών, ταξινομούνται σε μια από τις κύριες κατηγορίες παρακάτω: • Μη-μεταλλικά υλικά – είναι φτιαγμένα από συνδυασμό διάφορων συνθετικών υλικών συνδεδεμένα σε ένα μίγμα, κυρίως με τη μορφή κυτταρίνης, αραμιδίου, πολυακρυλονιτριλίου και πορώδους γυαλιού. Είναι μαλακά για τους δίσκους, αλλά παράγουν αρκετή σκόνη και έχουν μικρή διάρκεια ζωής. • Ημι-μεταλλικά υλικά – είναι συνθετικά αναμιγμένα με ένα ποσοστό από νιφάδες μετάλλου. Είναι πιο σκληρά από τα μη-μεταλλικά τακάκια και αντέχουν πιο πολύ στη φθορά με αποτέλεσμα να διαρκούν περισσότερο, αλλά σε βάρος της αυξημένης φθοράς στο δίσκο/ταμπούρο τα οποία πρέπει να αλλαχτούν συντομότερα. Επίσης, απαιτούν περισσότερη δύναμη από τα μη-μεταλλικά τακάκια με σκοπό να παράγουν ροπή πέδησης. • Πλήρως μεταλλικά υλικά – αυτά τα τακάκια χρησιμοποιούνται μόνο σε αγωνιστικά οχήματα και απαρτίζονται από πορώδες ατσάλι, χωρίς συνθετικά πρόσθετα. Διαρκούν πάρα πολύ καιρό, αλλά απαιτούν περισσότερη δύναμη για να σταματήσουν το όχημα και προκαλούν μεγάλη φθορά στους δίσκους. Επίσης τείνουν να κάνουν πολύ θόρυβο. • Κεραμικά υλικά – αποτελούνται από πηλό και πορσελάνη, και είναι αναμιγμένα με νιφάδες χαλκού και σύρματα, κάτι που είναι ένας καλός συμβιβασμός μεταξύ της διάρκειας των μεταλλικών τακακιών αλλά και τη λαβή και την αντίσταση στην απώλεια φρεναρίσματος της συνθετικής πληθώρας. Το κύριο μειονέκτημά τους, ωστόσο, είναι πως αντίθετα με τους άλλους τρεις τύπους και άσχετα από την παρουσία του χαλκού (που έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα), τα κεραμικά τακάκια γενικά δεν διώχνουν τη θερμότητα καλά, κάτι που τελικά μπορεί να προκαλέσει στρέβλωση στα τακάκια ή σε άλλα τμήματα του συστήματος πέδησης. Ωστόσο, επειδή τα κεραμικά υλικά κάνουν τον ήχο πέδησης να είναι πέραν της ανθρώπινης ακοής, είναι ιδιαίτερα ήσυχα. Υπάρχουν περιβαλλοντικοί λόγοι που κανονίζουν την επιλογή των υλικών των τακακιών. Για παράδειγμα το νομοσχέδιο SSB 6557 που τέθηκε στην πολιτεία της Ουάσινγκτον το 2010, θα περιορίσει αρχικά το ποσοστό του χαλκού που επιτρέπεται για χρήση σε υλικά τριβής και τελικά θα το μειώσει σταδιακά σε ίχνη, λόγω της αρνητικής επίδρασης των υψηλών επιπέδων χαλκού στην υδρόβια ζωή. Επίσης θα είναι υπό παρακολούθηση και άλλα υλικά, όπως ενώσεις αντιμονίου. Τα οχήματα έχουν διαφορετικές απαιτήσεις πέδησης. Τα υλικά τριβής, μπορούν να προσφέρουν συγκεκριμένες εφαρμογές σε τύπους και σχεδιασμούς. Τακάκια με υψηλότερο συντελεστή τριβής, δίνουν καλό φρενάρισμα χωρίς να απαιτούν μεγάλη πίεση στο πεντάλ, αλλά τείνουν να χάνουν αποτελεσματικότητα σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες, κάτι που μεγαλώνει την απόσταση φρεναρίσματος. Τακάκια με μικρότερο και σταθερό συντελεστή τριβής δεν χάνουν αποτελεσματικότητα σε μεγάλες θερμοκρασίες και έχουν σταθερότητα, αλλά απαιτούν μεγαλύτερη πίεση στο πεντάλ. Υπάρχουν διάφορα συστήματα για την καταγραφή των τακακιών. Το πιο συχνό σε χρήση σύστημα στην Ευρώπη, είναι το σύστημα αρίθμησης VWA. Το σύστημα καταγραφής που χρησιμοποιείται στη Βόρεια Αμερική και αναγνωρίζεται από όλο τον κόσμο, είναι το τυποποιημένο σύστημα αρίθμησης των εξαρτημάτων για φρένα και συμπλέκτες, το οποίο έχει εκδοθεί από το Ινστιτούτο Τυποποίησης Υλικών Τριβής (FMSI). Η αποστολή του FMSI είναι να «διατηρήσει και να προάγει αυτό το τυποποιημένο σύστημα αρίθμησης εξαρτημάτων σε όλα τα οχήματα δρόμου στη Β. Αμερική».