Pokud se podíváme do minulosti, do dob dvoutaktních pětistovek (dejme tomu kolem roku 2001), zjistíme, že v té době vážily motorky cca 129 kilo, ty nejvýkonnější měly 200 koní a byly okolo 40km/h pomalejší na top speedu, než současné vice než 260 koňové čtyřtakty. Ocelové kotouče jim tehdy bohatě stačily. Současné nároky na brzdové systémy jsou mnohem větší, a tak se přešlo od oceli ke (jak jinak) karbonu.
Ocelové brzdy Hondy NSR500.
Cože je to ten karbon-karbon?
Jedná se o kompozitní materiál, který se skládá z uhlíkových vláken, které vyztužují grafitovou (grafit je krystalická forma uhlíku) matrici. Původně byl vyvinut pro špičky mezikontinentálních balistických raket (jaký to oslí můstek z motorkám že?) a profláklo ho použití na křídlech a špičkách raketoplánů. Jako materiál pro výrobu brzd se používá od roku 1976 ve Formuli 1.
Karbon-karbon je vhodný v aplikacích vyžadujících vysoké teploty. Vyznačuje ve velkou odolností vůči teplotním šokům a má nízkou tepelnou rozpínavost. Není sice tak křehký jako ostatní keramické materiály, ale že by byl nějak odolný vůči nárazu, to se říct nedá. Raketoplán Columbia byl zničen při vstupu do atmosféry poté, se se jedna karbon-karbonová destička zlomila potom, co do ní narazil kus izolace uvolněný z vnější nádrže raketoplánu. Tak a teď už fakt k těm motorkám...
MotoGP karbonové brzdy
Karbonové kotouče přinášejí výrazné snížení váhy neodpružených hmot motocyklu. Díky tomu se snižuje gyroskopický efekt kol a naklánění a zatáčení motocyklu je o dost lehčí, než při použití ocelových dílů. O co jde ale hlavně, je jejich brzdný účinek. Brzdné přetížení se v MotoGP pohybuje na hranici 1,8 g, ve WSBK je to „jenom“ 1,4 g, ti nejambicióznější „střelci“ v provozu dosáhnou sotva 0,7 g. My jsme jedno takové měření provedli, výsledky najdete zde. Se sériovou Suzuki GSX-R se závodními pneu a brzdovými destičkami jsme dosáhli hodnoty 1g. Vy sami určitě dobře víte, jaký je to záhul, brzdit opravdu na maximum, a teď si představte, že jezdci MotoGP to mají ještě skoro dvakrát horší :) (Jak se brzdí v MotoGP? Balancuje se na hraně!).
Cal Crutchlow: "Síly, které při brzdění zažíváme, jsou neuvěřitelné. Nejhorší na nich ale je, že po celou dobu brzdění zadržujete dech. Když třeba v Mugellu brzdíte z 340 km/h, vlastně plných 300 metrů nedýcháte. Umíte si tedy představit, kolikrát za závod zadržíme dech a jaký vliv to má na náš srdeční tep. Je to vlastně normální reakce organismu, máte prostě naděláno v kalhotách z toho, že se vám nepodaří zastavit. A všechno ve vašem těle se tomu brání. Když to skončí a vy zatočíte, lapáte po dechu jako ryba."
Proč se nepoužívá na sériových motorkách?
Kromě vysoké ceny jsou zde i určité technické obtíže. Jednou z těchto obtíží jsou provozní teploty. Ačkoliv třecí vlastnosti karbon-karbon jsou naprosto fantastické a dokáží vyvodit zpomalení až 2,5g (ve Formuli 1), brzdy bohužel začínají účinně fungovat až od 300°C nahoru. Nefungují, dokud se nezahřejí na provozní teplotu. Piloti je musí zahřát během zahřívacího kola, jinak mají problém. V situaci, kdy klasická konfigurace ocelový kotouč – brzdové obložení začíná „vadnout“ ( tj.kolem 600°C), jsou karbonové brzdy právě v tom „nejlepším“. Jejich optimální pracovní teplota je totiž v rozmezí 400 - 600°C, nicméně dokáží zvládnout bez potíží i 1000°C. Naopak při vyšší než ideální teplotě brzd dochází ke změně třecích vlastností karbonu a brzdy začnou vadnout a mnohem rychleji se opotřebují jak kotouče, tak destičky.
Tolik tedy k hlavnímu kameni úrazu. Pomineme-li fakt, že tepelné namáhání ostatních sériových částí podvozku i komponentů brzdového mechanismu by bylo neúnosné, zůstává hlavní potíž především v provozní teplotě. Při běžné jízdě, a to zejména v městském provozu nemůže v žádném případě dojít k zahřátí brzd natolik, aby dosáhly alespoň minimální potřebné hodnoty.
Nákladná výroba
Materiál pro karbon-karbon brzdy se vyrábí ve třech fázích. Prvně se materiál vloží do formy požadovaného tvaru, s například karbonovou tkaninou, která slouží jako pojivo. Následně se směs zahřeje, takže termický proces přemění pojivo na relativně čistý karbon. Pojivo ztrácí objem, takže se tvoří vakuum. Proto se přidávají sloučeniny, které tento proces omezí, ale nezbrání mu. Vakuové kapsy se následně vyplní infiltrací plynu bohatého na uhlík, jako acetylenu, skrz materiál při vysokých teplotách po dobu několika dní. Působení vysoké teploty přispívá ke vzniku velkých krystalů grafitu, a je jedním z hlavním důvodů vysoké ceny výsledného materiálu (třeba panel RCC - reinforced carbon-carbon, které se používají na křídlech a nosu raketoplánů stojí jeden 100 000 dolarů. Hustý že?).
Z pohledu inženýra a jezdce
Současné prototypy v MotoGP mají obsah 1000 ccm, váží kolem 160 kilogramů a jejich výkon dosahuje 260 koní. Jak se s těmito hodnotami vypořádává hlavní dodavatel brzd Brembo, a jak to vidí jezdci samotní?
Lorenzo Bortolozzo, inženýr Bremba, vysvětluje: "Dnešní motorky jsou tak těžké a rychlé, že se pro nás změnilo prakticky všechno. Materiál brzdových třmenů i návrh hlavního brzdového válce. Největší změnou byl přechod z ocelových na karbonové brzdové kotouče a stejný materiál používáme i u destiček. Dále pak došlo ke zvětšení průměru brzdového kotouče a tvaru třecí plochy brzdových desek. Největší problém nám dělá teplota. Pokud se dostane k 1000 stupňům celsia, začne karbon oxidovat a zvětšuje se opotřebení. Pak máme problémy s výkonem a bezpečností.
Například v Motegi v roce 2012. Ben Spies brzdil tak tvrdě, že teplota přesáhla 1000 stupňů a oxidace byla tak rychlá, že už nebylo možné motorku zastavit. Ben byl tvrdý brzdař, v té době nejtvrdší, tak jako je v dnešní době Cal Crutchlow (podle údajů Bremba). Správná provozní teplota karbonových brzd je od 300 do 800 stupňů. Abychom udrželi teplotu v těchto mezích, museli jsme zvětšit brzdnou plochu tzn. zvětšit brzdové kotouče a použít větší destičky. Všichni jezdci tuto úpravu nutně nepotřebují, ale na některých tratích jsou 340mm kotouče nutností (díky nim srazíme teplotu až o 100 stupňů). Problémem není ani tak rychlost, z jaké se brzdí, to bychom měli více problému třeba v Mugellu, ale to, že brzdy nemají v Motegi čas zchládnout."
Jakou roli hrají v této oblasti třeba pneumatiky a jejich grip a kontrukce? Změní se něco po přechodu na pneumatiky Michelin?
"Dotyk s povrchem zajišťují jenom gumy, takže její vlastnosti jsou velmi důležité. Nevíme, jaké změny s Michelinem přijdou. Přední Bridgestone byla velmi tvrdou pneumatikou a jezdci museli na brzdoovu páčku vyvíjet velký tlak, aby dostali do gumy teplo. Ale třeba v Superbicích na Pirrelkách, které jsou mnohem měkčí, dostanete teplo do pneumatiky s menším úsilím. Pokud budou nové Micheliny ještě tvrdší, budeme muset přijít s řešením, které ještě zvýší účinnost našich brzd. Pokud budou měkčí, možná si vystačíme se současným řešením. Tak jako tak vývíjíme brzdy neustále."
Karbonové brzdy nefungují v dešti, což je důvod, proč musejí jezdci měnit motorky v flag-to-flag závodě. Bylo by možné závodit na suchu s ocelovými kotouči?
"V současné době to není možné, protože se jezdci často dostanou přes 900 stupňů a tato teplota je pro ocelové disky příliš vysoká. Karbonový disk poskytuje lepší výkon, je taky lehčí, což snižuje neodpruženou hmotu motocyklu."
Věděli jste, že pokud vezmete do ruky karbonový brzdový kotouč, ušpiníte se o něj jako o hrot tužky?
Ale co Superbiky? Ty jsou těžší a na některých tratích dosahují podobných rychlostí, přesto si vystačí s ocelovými disky.
"To je sice pravda, ale rozdíl je v délce brzdné dráhy. Brzdné body jsou v Superbicích mnohem dále, než v MotoGP. Pokud si jezdec ze Superbiků sedne na MotoGP stroj, musí čelit dvěma velkým rozdílům. Gumám a brzdám. Jde o koncept jednotlivých závodních sérií. WSBK by mělo vycházet z řešení použitelných v běžném provozu. Proces výroby karbonových brzd je velmi drahý a zdlouhavý. Celý proces zabere 9 měsíců. Nejdříve strčíme kotouč na šest měsíců do "trouby", potom se každý kotouč zkontroluje ultrazvukovým měřením, dále jej musíme opracovat, abychom dosáhli potřebného povrchu. Pokud nebude perfektní, bude způsobovat nadměrné vibrace a ty se přenesou do brzdové páčky a následně do jezdcovi ruky."
Karbonové kotouče jsou tlusté 8 mm a vyrábí se ve dvou různých váhách. Lehčí se používají na okruzích se střední intezitou brzdění, těžší se používají na velmi náročných tratích.
Brzdové třmeny
Brzdové třmeny bývaly vyrobeny ze dvou částí, které se po vysoustřužení sedel pístků snýtovaly dohromady. Ale dvoudílné třmeny postrádají tuhost jednoho kusu, takže se brzdová páčka propadá k řídítku. Brembo vyvinulo obráběcí stroj, díky kterému mohou opracovat brzdový třmen z jednoho kusu materiálu. Dneska jsou monobloky vrcholem nabídky.
"V roce 2015 pravidla zakázala použití slitiny hliníku a lithia (slitiny Al-Li jsou velmi náročné na výrobu, vyrábí se v ochranné atmosféře argonu) jako materiálu pro brzdové třmeny. Museli jsme vyvinout nový třmen s použitím bežného hliníku, který je težší (o pět až deset procent), takže jsme museli najít řešení, které by nenavýšilo celkovou hmotnost brzdového systému. Dalším krokem ve vývoji brzd je nalezení nového materiálu, který bude levnější, ale stejně výkonný. Možná budou řešením karbon-keramické brzdy, které mají větší rozsah pracovních teplot a lze je použít i v dešti."
Z pohledu jezdce
Andrea Dovizioso v rozhovoru s Dennisem Noyesem, 12. června, 2014.
Pokud se brzdy v závodě přehřejí, je pak velmi těžké znovu je ochladit. Jak jezdec zabrání přehřátí brzd?
Andrea Dovizioso:"Tomu se člověk vyvaruje velmi těžko. Jakmile se totiž dostanete přes limit, velkmi těžko se vracíte zpátky. Pokud brzdy přehřejete, je to vaše chyba, protože není nutné dosahovat takových teplot. Pokud už problém nastane, musíte prostě zpomalit a to vás stojí spoustu času."
Jak si nastavuješ brzdy pro závod?
"Já jsem na svoje brzdy celkem náročný. Chci aby reagovali rychle a řekněme kousavě. Mluvím se svými mechaniky a ti pak s lidmi od Bremba. Vím, co chci, a oni vědí, jak toho dosáhnout. Rád brzdím opravdu tvrdě a můj styl na tom dost závisí, víc něž u ostatních jezdců, kteří mají vyšší rychlost v zatáčkách."
Můžes popsat, jaké to je, řítit se rovinkou v Mugelu rychlostí 360km/h a začít brzdit?
"Ahhhhhhhh! Je to jeden z nejtěších brzdných manévrů na světě, možná TEN nejhorší. Pokud to trefíte správně, je to úžasný pocit, ale je to hrozně těžké. Důležitá je pozice těla, protože brzdíte ještě hluboko do zatáčky, je potřeba být nachystaný dopředu. Je to v tak veliké rychlosti, že musíte okamžitě reagovat na jakékoliv cuknutí, musíte brzdit agresivně od začátku až dokonce."
Brembo zveřejnilo seznam top pěti jezdců, kteří v Mugellu brzdí co nejpozději a z nejvyšších rychlostí. Pořadí bylo: Marquez, Rossi, Crutchlow, Iannone a Dovizioso.
Jak často se ti stává, že se ti zablokuje při brzdění přední kolo?
"Tomu se samozřejmě snažím vyhnout, protože to je hodně nebezpečné (jak jinak). Nejenom, že ztratíte předek, ale taky musíte povolit brzdu a znova ji zmáčknout, což hodně rozhodí motorku. Taky zatáčku probrzdíte. V Argentině se mi to stalo hodněkrát, což se hodně projevilo na zajetých časech. Chyběl mi grip a když nemůžu brzdit tvrdě a pozdě, trpím. Při brzdění jsme opravdu hodně často na limitu a velmi to závisí na jezdci a jeho schopnosti odhadnout správné dávkování. Zablokovat přední kolo, nebo zvednout zadní, je jednoduché."
A co zadní brzda? Používáš?
"Já ji používám vcelku hodně. Hodí se na výjezdu ze zatáček k omezení prokluzu zadního kola. Pokud zacházíte se zadní brzdou správně, můžete si nastavit menší kontrolu trakce, protože velký prokluz redukujete zadní brzdou na menší, ale nezastavíte ho úplně. Používám zadní brzdu i při nájezdu do zatáček, dost lidí ji nepoužívá vůbec, protože u dnešních čtyřktakních motorů lze brzdný účinek nastavit optimálně pro jezdce, ale je to prostě můj styl."
Kdo je podle tebe z ostatních jezdců na brzdy nejlepší?
"Jak je člověk dobrý na brzdách záleží na vašem bajku.Všichni brzdíme tvrdě, ale každý v trochu jiném směru. Jestliže nemá motorka pro váš brzdný styl optimální geometrii a vyvážení, musíte to kompenzovat rychlostí v zatáčce a na výjezdu a to je dost těžké. Marc Marquez je velmi agresivní brzdař, stejně tak Rossi, tomu ale jeho motorka neumožňuje brzdit tak, jak by chtěl."
Máš taky zadní kolo při pozdní fázi brzdění ve vzduchu, jak to často vídáme u Marqueze?
"Ano, takový je můj styl, brzdím velmi tvrdě až do nájezdu do zatáčky, takže mám často zadní kolo mimo trať. Ale opět, je to důsledek toho, jakou motorku máte. Například s Yamahou to není optimální. Když jde u Yamahy zadní kolo zpět na zem, vyveze vás to a ztratíte čas. S Ducati je to podobné, ale třeba s Hondou si můžete dovolit styl alá Marquez a smyk zadního kola poté, co se vrátí zpátky na zem, ovládat."
