Hamulce bębnowe: budowa, zasada działania i naprawa

Hamulce bębnowe, choć obecnie często ustępują miejsca hamulcom tarczowym, wciąż stanowią jeden z podstawowych typów układów hamulcowych stosowanych w samochodach, zwłaszcza w modelach starszych, tańszych, a także na tylnych osiach małych aut miejskich, skuterach oraz niektórych pojazdach użytkowych. Ich działanie opiera się na tarciu wywołanym przez szczęki hamulcowe, które rozpychają się wewnątrz bębna, powodując spowolnienie lub zatrzymanie pojazdu. Według różnych źródeł historycznych, hamulec bębnowy wprowadzono do produkcji już na początku XX wieku. Rozwój technologii w latach 70. i 80. spowodował, iż zaczęły one ustępować miejsca hamulcom tarczowym. Jednak obecnie hamulce bębnowe znowu powracają do łask, dzięki swoim niezaprzeczalnym zaletom.

Budowa hamulców bębnowych

Budowa hamulca bębnowego jest stosunkowo prosta i to właśnie z niej wynika jego podstawowa zasada działania. Zestaw hamulców bębnowych najczęściej obejmuje trzy podstawowe elementy:

• Bęben hamulcowy - metalowy walec, który obraca się razem z kołem. Jest to zewnętrzna część hamulca, na której wewnętrznej powierzchni rozwija się siła hamowania poprzez tarcie ze szczękami. Bęben mocowany jest do piasty koła. W czasach rozkwitu konstrukcji układów bębnowych wykorzystywano bębny ze stopów lekkich, lepiej odprowadzające ciepło zarówno z racji własności tych materiałów, jak i specjalnej, żebrowanej budowy. Można było spotkać także bębny ze stopów lekkich, z wciśniętą lub wtopioną żeliwną powierzchnią cierną. Najczęściej jednak bębny hamulcowe odlane są w całości z żeliwa.
• Szczęki hamulcowe - półokrągłe elementy wyposażone w warstwę materiału ciernego (okładziny cierne), który styka się z bębnem podczas hamowania. Szczęki zamocowane są do metalowej tarczy nośnej, która jest umieszczona za piastą koła.
• Cylinderki hamulcowe (siłowniki) - nazywane także cylinderkami roboczymi, odpowiadają za rozpychanie szczęk w odpowiednim momencie. Są to elementy hydrauliczne, które działają na podstawie ciśnienia płynu hamulcowego. Do cylinderków doprowadzony jest elastyczny przewód, którym dostarczany jest płyn hamulcowy. Oprócz przewodu, do hamulca doprowadzona jest linka od hamulca ręcznego.

Inne ważne elementy to:

• Sprężyny odciągające - utrzymują szczęki hamulcowe z dala od bębna podczas jazdy, zapobiegając niepotrzebnemu tarciu.
• Element regulacyjny - zamontowany do tarczy hamulca, służy do regulacji luzu pomiędzy szczękami a bębnem.

Układy szczęk hamulcowych

Stosuje się różne układy szczęk, wyróżniające się różną skutecznością działania:

• Simplex - nieruchomy cylinderek hamulcowy, jedna szczęka współbieżna (przemieszcza się zgodnie z ruchem obrotowym koła), jedna przeciwbieżna. Wadą tego rozwiązania jest nierównomierne zużycie okładzin ciernych, ponieważ naciski jednostkowe obu szczęk na bęben nie są jednakowe.
• Duplex - dwa niezależne cylinderki hamulcowe, dwie szczęki współbieżne podczas jazdy do przodu. Dzięki temu naciski jednostkowe obydwu szczęk są prawie identyczne, co powoduje równomierne zużycie okładzin ciernych.
• Duo-duplex (twinplex) - dwa niezależne cylinderki hamulcowe, dwie pływające szczęki hamulcowe zawsze współbieżne.
• Serwo - obie szczęki współbieżne, kołek oporowy.
• Duo-serwo - obie szczęki współbieżne, rozpieracz pływający.

Stosowane były także rozwiązania bardziej zaawansowane, np. mechanizmy o trzech, a nawet czterech szczękach. Najczęściej spotykane rozwiązanie to jednak dwuszczękowy hamulec z silnym samowzmocnieniem generowanym przez siły tarcia na szczęce współbieżnej i bez tego wzmocnienia na szczęce przeciwbieżnej (typ simplex). Jest to rozwiązanie proste i tanie w produkcji, a zapewnia dobre parametry pracy układu hamulcowego. Aby zapewnić jednakowy luz pomiędzy szczękami a bębnem, stosuje się zapadkowe lub sprężynowe mechanizmy samoczynnej regulacji luzu.

Zasada działania hamulca bębnowego

Zasada działania hamulca bębnowego jest w bezpośredni sposób powiązana z jego konstrukcją. Podstawą jest wytwarzanie tarcia pomiędzy elementem kręcącym się razem z kołem (bębnem) a elementem stałym (szczękami z okładzinami ciernymi). Hamowanie jest inicjowane przez kierowcę za pomocą pedału hamulca.

1. Po wciśnięciu pedału hamulca, układ hydrauliczny zwiększa ciśnienie płynu hamulcowego.
2. Płyn trafia do siłownika hydraulicznego (cylinderków roboczych), który powoduje rozepchnięcie szczęk.
3. Szczęki, za pomocą okładzin, dociskane są do wirującego bębna.
4. Wytworzone tarcie pomiędzy tymi dwoma elementami spowalnia obrotowe ruchy koła i w efekcie samochód stopniowo wytraca prędkość aż do momentu zatrzymania lub zwolnienia pedału hamulca.
5. Po tym, jak kierowca zwalnia nacisk na pedał, szczęki są odsuwane od bębna za pomocą sprężyn odciągowych, które w trakcie jazdy nie dopuszczają do kontaktu pomiędzy tymi dwoma elementami.

Zalety i wady hamulców bębnowych

Zalety:

• Wysoka trwałość - Hamulec bębnowy jest układem trwałym, wymagającym rzadszej inspekcji i naprawy. Cały tylny hamulec bębnowy zazwyczaj nie wymaga naprawy przez około 100 tysięcy km. Bęben jest średnio dwukrotnie trwalszy od okładzin szczęk.
• Niskie koszty produkcji i serwisu - Są znacznie tańsze w produkcji niż hamulce tarczowe i zapewniają niskie koszty ewentualnych napraw. Taniej jest wyprodukować hamulec bębnowy na tylną oś i mały układ serwowspomagania niż nieco mniejszy hamulec tarczowy i duże serwo.
• Skuteczność - Hamulec bębnowy o takiej samej średnicy co tarczowy potrafi dostarczyć nieco wyższej siły hamowania, a ponadto do jej powstania wymagana jest dużo mniejsza siła uruchamiająca.
• Ochrona przed zanieczyszczeniami - Ich szczelna konstrukcja pozwala na zachowanie skuteczności nawet po przejechaniu przez wodę, a także chroni wewnętrzne komponenty przed drobnym brudem i wilgocią.
• Samoczynne hamowanie - Oferują lepsze samoczynne hamowanie, co przekłada się na lepszą efektywność hamowania w niektórych warunkach eksploatacyjnych.

Wady:

• Niska odporność na przegrzewanie - Przy intensywnym hamowaniu szybko się rozgrzewają, co prowadzi do spadku wydajności (tzw. fading). Wzrost temperatury bębna, któremu towarzyszy niesymetryczny układ sił pochodzących od szczęk hamulcowych, powoduje bardzo szybko odkształcenie tej części i niedokładne przyleganie okładzin do już nie walcowej powierzchni ciernej. Sytuacja wraca do normy po ochłodzeniu hamulców.
• Utrudnione odprowadzanie ciepła - Zamknięta budowa sprawia, że radzą sobie zdecydowanie gorzej z odprowadzaniem ciepła niż hamulce tarczowe, co prowadzi do szybszego nagrzewania.
• Utrudnione usuwanie produktów zużycia - Pył z okładzin oraz inne zabrudzenia pozostają wewnątrz bębna, co może prowadzić do degradacji elementów.
• Samowzmocnienie sił hamowania - Przy krótkich, nagłych hamowaniach jest trudne do opanowania i może doprowadzić do nagłej utraty stabilności pojazdu. Jednak tę niedoskonałość w nowych pojazdach korygują z powodzeniem układy ABS.
• Trudniejsza obsługa i konserwacja - Ze względu na większą ilość elementów i skomplikowaną konstrukcję są trudniejsze w obsłudze i konserwacji niż hamulce tarczowe.

Awarie i naprawa hamulców bębnowych

Pomimo dużej trwałości całego układu, bezwzględnie należy pamiętać o okresowej kontroli hamulców bębnowych, np. co drugi przegląd pojazdu, czyli co około 40 tys. km. Wymiana zestawu hamulców bębnowych zależy od stylu jazdy, warunków i przebiegu pojazdu, ale zwykle zaleca się kontrolę co około 30-50 tys. km oraz wymianę w razie zauważalnego zużycia szczęk, bębnów lub nieszczelności cylinderków.

Najczęstsze usterki hamulców bębnowych:

1. Starcie się okładziny ciernej - Zużycie okładzin ciernych na szczękach hamulcowych jest jedną z najczęstszych przyczyn pisków. Metalowe części szczęk zaczynają trzeć o bęben, co powoduje hałas (pisk) i znacznie mniejszą skuteczność hamowania.
2. Korozja - W samochodach, które nie były używane przez długi czas, często dochodzi do korozji bębna hamulcowego lub tłoczka siłownika hydraulicznego. Rdza na bębnie również może powodować metaliczny pisk. Skorodowany tłoczek nie będzie wracał na swoje miejsce po zdjęciu nogi z pedału, co uniemożliwi szczękom powrót. W konsekwencji będą one trzeć o bęben w czasie jazdy, powodując jego niepotrzebne grzanie się, zwiększone spalanie paliwa i przyspieszone zużycie.
3. Odkształcenie bębna - Bęben hamulca może ulec odkształceniu, najczęściej w wyniku uszkodzeń mechanicznych (np. uderzenie kołem o krawężnik). Objawia się to biciem odkształconego bębna i drganiami pedału hamulca.
4. Zabrudzenie okładzin - Jeżeli dojdzie do zabrudzenia okładzin na szczękach w jednym z bębnów (np. wyciek płynu hamulcowego lub smaru z piasty koła), auto podczas hamowania będzie ściągało w jedną stronę. Zaolejone szczęki będą ślizgać się po bębnie, uniemożliwiając hamowanie i działanie hamulca ręcznego.
5. Przegrzanie okładzin - Okładzina hamulcowa może ulec przegrzaniu, doprowadzając niemal do jej zwęglenia. W wyniku bardzo intensywnej eksploatacji lub długotrwałego używania hamulców w terenie górskim dochodzi do silnego przegrzania, a w konsekwencji zwęglenia okładziny, co znacząco obniża siłę hamowania i przyspiesza zużycie bębna.
6. Wyeksploatowane sprężyny - Zużyte sprężyny odciągające nie będą miały siły do odciągnięcia szczęk we właściwe miejsce po zdjęciu nogi z pedału hamulca. Szczęki będą trzeć o bęben, powodując przegrzewanie się hamulców i dodatkowe opory w czasie jazdy, co zwiększa spalanie.
7. Zanieczyszczenia z zewnątrz - Zamknięta budowa bębna hamulcowego sprawia, że jeśli do jego wnętrza dostanie się piasek lub inne drobne zanieczyszczenia (głównie podczas jazdy w terenie), układ nie ma szans pozbyć się ich samodzielnie. Piasek i drobne kamienie znacznie przyspieszają zużycie okładzin i samego bębna.

Wymiana i naprawa zestawu hamulców bębnowych

Wymiana zestawu hamulców bębnowych powinna być wykonana przez osobę z odpowiednią wiedzą i narzędziami. Procedura obejmuje usunięcie koła, zdjęcie starego bębna, demontaż szczęk i cylinderków, a następnie montaż nowych elementów zgodnie z instrukcjami producenta. Po zamontowaniu należy dokładnie wyregulować układ, aby zapewnić równomierne działanie hamulców oraz wykonać odpowietrzenie układu hydraulicznego, jeśli wymiana objęła cylinderki.

W wielu przypadkach, gdy pojazd jest intensywnie eksploatowany (duże przebiegi roczne) i zużycie okładzin nastąpiło w stosunkowo krótkim czasie, dopuszczalna jest wymiana jedynie szczęk, gdyż inne elementy hamulca są zazwyczaj jeszcze w dobrej kondycji. Jeżeli jednak hamulec naprawiany jest w samochodzie starszym, nawet o umiarkowanym przebiegu, należy wymieniać wszystkie elementy, ponieważ w takim przypadku zazwyczaj cylinderki, sprężyny ściągające i montażowe, śruby lub krzywki mechanizmów samoregulacji są zazwyczaj skorodowane lub uległy uszkodzeniu.

Zakup kompletnego zestawu hamulców bębnowych to rozwiązanie praktyczne i ekonomiczne. Dzięki temu ma się pewność, że wszystkie elementy będą ze sobą idealnie współgrały, a ich montaż będzie prostszy i bezproblemowy. Ponadto, wymiana całego zestawu zapobiega sytuacjom, w których świeże szczęki montowane są do zużytego bębna lub starych cylinderków, co może obniżyć efektywność i bezpieczeństwo hamowania. W dłuższej perspektywie kompletne zestawy pozwalają uniknąć dodatkowych kosztów serwisowych oraz gwarantują spokój i komfort na drodze.

Wybór zestawu hamulców bębnowych:

• Kompatybilność: Upewnij się, że zestaw jest dedykowany do Twojego modelu samochodu.
• Jakość materiałów: Wybieraj części z dobrej jakości stali oraz odpornych materiałów ciernych.
• Stan techniczny bębna: Zwróć uwagę, czy bęben jest nowy lub regenerowany, wolny od pęknięć i odkształceń.
• Cylinderki z uszczelkami: Sprawdź, czy cylinderki w zestawie mają komplet uszczelek i elementów montażowych.
• Opinie i rekomendacje: Warto kierować się doświadczeniem innych użytkowników oraz opiniami na temat producenta zestawu.

Przy naprawie należy zamówić wszystkie niezbędne części, zazwyczaj osobno: szczęki hamulcowe, cylinderki, zestaw sprężyn szczęk i smar. W niektórych przypadkach, kiedy niezbędny jest demontaż bębna wraz z piastą (np. Peugeot/Citroën), musimy także zakupić nakrętkę piasty i jej pokrywę. Najczęściej należy także wymienić mechanizmy samoregulacji i tu czasami pojawiają się problemy, gdyż nie są one oferowane jako część zamienna na rynku.

Najlepszą metodą naprawy, gwarantującą zarówno oszczędność pieniędzy, czasu, pracy, jak i 100-procentową pewność działania będzie użycie wstępnie zmontowanego zestawu hamulca szczękowego. Na rynku zestawy takie dostępne są w ofercie kilku producentów, w tym również w ofercie firmy TRW, gdzie określany jest nazwą Superkit. Zestaw taki zawiera kompletny (na oba koła osi pojazdu), zmontowany fabryczne zespół hamulca szczękowego i cylinderki hamulcowe, czyli: szczęki hamulcowe, cylinderki hamulcowe, samoregulatory, smar, oraz wszystkie niezbędne elementy montażowe, w tym, jeżeli są potrzebne także nakrętki i pokrywy piasty koła. Zestawy TRW Superkit wyposażane są często w mechanizmy regulacji luzu z termicznym korektorem długości, tzw. Thermoclip, który zapobiega zakleszczeniu się hamulca po ostygnięciu bębna.

Warto również zwrócić uwagę na bębny hamulcowe z łożyskiem piasty koła, które są dostępne w ofercie TRW i oznaczane literą "B" na końcu kodu katalogowego. TRW oferuje również bębny Bi-Metaliczne, które dzięki kombinacji dwóch materiałów zapobiegają nadmiernemu zwiększaniu obwodu podczas długotrwałego hamowania w wysokiej temperaturze.

Hamulce w ciągnikach rolniczych

Hamulce w ciągnikach są jednymi z najważniejszych podzespołów w pojazdach, ponieważ wpływają wprost na bezpieczeństwo jazdy. Rozwój konstrukcji ciągników rolniczych nie ominął również modyfikacji w układach hamulcowych. Najważniejszym wymogiem stawianym hamulcom w ciągniku jest umożliwienie zmniejszenia prędkości jazdy lub całkowitego zatrzymania pojazdu (tzw. hamulce zasadnicze lub nożne). Inna ważna funkcja hamulców to unieruchomienie pojazdu podczas postoju (hamulec postojowy, parkingowy lub ręczny).

Współczesne ciągniki są dużo cięższe i szybsze niż ich odpowiedniki sprzed trzech czy czterech dekad, a to z kolei wymaga bardzo wydajnych systemów hamulcowych. W starszych konstrukcjach ciągników popularnym mechanizmem hamulcowym był układ szczękowo-bębnowy, jednak miał on pewne wady, takie jak utrudnione odprowadzanie ciepła, utrudnione usuwanie produktów zużycia (pyłu z okładzin), utrudniona regulacja czy też wrażliwość na zaolejenie. Wady te sprawiły, że hamulce szczękowo-bębnowe zostały zastąpione hamulcami tarczowymi.

Dziś najpopularniejszym rozwiązaniem w ciągniku jest hydrauliczne uruchamianie hamulców, często wyposażone we wspomaganie, którego zadaniem jest dodatkowe zwiększenie siły uruchamiania. Jednym z głównych wyzwań konstrukcyjnych stawianych hamulcom w ciągnikach jest zapewnienie dużej siły hamowania przy możliwie niewielkim nacisku na pedał hamulca.

Modyfikacje układów hamulcowych nie ominęły również tzw. hamulca ręcznego w ciągniku. Na ogół hamulce te w ciągniku uruchamiane są układami elektroniczno-hydraulicznymi lub elektroniczno-pneumatycznymi. Coraz popularniejsze staje się montowanie systemów automatycznego hamulca postojowego w ciągniku, które automatycznie blokują koła w sytuacji, gdy traktorzysta opuści kabinę.

tags: #hamulce #bebnowe #ciagnik #28