Hamowanie, czyli ważne, aby się w porę zatrzymać! - część 1

W myśl powszechnej u nas zasady, że “nie jest ważne to czego dokonałeś… ale to czego nie zrobiłeś” i wierząc legendzie, to właśnie brak hamulców chyba najbardziej zaważył na dalszej karierze wynalazcy.

Mimo to, sądząc na podstawie opisów technicznych, pierwszym konstruktorom pojazdów bardziej im jednak zależało na udowodnieniu, że maszyna jest w stanie sama się poruszać niż to, że również całkowicie podda się woli prowadzącego.

Minęło wiele lat zanim poważnie zaczęto myśleć nad skutecznymi sposobami jej kierowania i zatrzymania…, a póki co, trzymano się zasad sprawdzonych wcześniej w przypadku pojazdów zaprzęgowych i samobieżnych lokomobili.

Dziś, między innymi dzięki pomocy tzw. systemów wspomagających nikt nie wyobraża sobie pojazdu, którego ruch nie byłby nawet przez chwilę kontrolowany przez kierowcę… i to nawet wtedy, kiedy zawiodą jego umiejętności.

Określa to również definicja samochodowych układów hamulcowych, która mówi, że: „hamulec służy do opóźniania prędkości ruchu pojazdu samochodowego lub do utrzymania go w bezruchu podczas postoju. Prawidłowość i skuteczność działania hamulców mają decydujące znaczenie dla bezpieczeństwa ruchu drogowego”. I dalej: „ Ujmując ogólnie zadanie hamulców polega na zmniejszaniu szybkości jazdy, aż do jej całkowitego wytracania w każdym przypadku kiedy kierowca uzna za stosowne zatrzymać pojazd”.

Prowadząc współczesny samochód czy motocykl, jesteśmy pewni ( niestety zbyt często zbyt pewni!), że zatrzyma się on na każde żądanie i w każdych warunkach, a należy też przypuszczać, że już wkrótce to pojazd sam będzie decydował jak i kiedy hamować, aby uniknąć krytycznych sytuacji podczas jazdy.

Hamulce pojawiły się prawdopodobnie wraz z wynalazkiem koła, czyli…nikt nie wie dokładnie kiedy i gdzie, ale z pewnością stosowano je w prehistorycznych pojazdach na całym świecie. Były nimi różnego drągi i przypory dociskane do obrzeży kół. Ciężkie wozy, koła młyńskie, a potem pierwsze parowozy i drogowe lokomobile również posiadały mniej lub bardziej skomplikowane mechanizmy, pracujące jednak według jednej zasady, dzięki tarciu jednych elementów o drugie.

Wykonywano je z różnych materiałów. Były to klocki drewniane, żeliwne i stalowe, aż wreszcie dzięki wynalazkowi Charlesa Goodyeara, gumowe. Ich konstrukcję, jeszcze z myślą o pojazdach zaprzęgowych i lokomobilach drogowych opatentowali w 1888 r. barcia Michelin oferując w Europie i Ameryce pod nazwą „The silent” (ciche).

W hamulce kolckowe działające bezpośrednio na obręcz koła wyposażone były pierwsze, (uznawane dziś za samochody), czyli pojazdy z lekkimi silnikami spalinowymi Siegfrida Marcusa, a potem Karla Benza (chociaż w pierwszym trójkołowym Patentmotorwagenie zamiast kół hamowany był pas napędowy) i Gottlieba Daimlera. Wkrótce jednak i to z kilku powodów rozwiązanie to okazało się niewystarczające.

Jedną z oczywistych przyczyn był szybko postępujący rozwój konstrukcji silników pozwalający na sukcesywne uzyskiwanie większych prędkości jazdy i możliwości budowy cięższych pojazdów, co z kolei wymagało bardziej efektywnych sposobów hamowania, a kolejnym szybkie rozpowszechnienie opon pneumatycznych wynalezionych przez braci Michelin w 1895 r.

O ile bowiem wcześniej stosowane pełne ogumienie „masywowe” podobnie jak w przypadku żelaznej obręczy, pozwalało na bezpośredni docisk klocków hamulcowych do twardej lanej gumy, tak pompowana opona odkształcała się i dociskanie do niej klocka hamulcowego straciło sens.

Funkcjonującym w motoryzacji przez wiele kolejnych dziesięcioleci okazały się wtedy umieszczane przy kołach napędzanych (wtedy zwykle za pomocą łańcuchów) stalowe bębny„opasane” metalowymi taśmami zaciskanymi poprzez układy dźwigniowe na ich powierzchni czołowej.

W kwestii autorstwa tego rozwiązania zdania historyków są mocno podzielone. Jedni twierdzą, że ojcem tego rozwiązania z pierwszych lat XX w. jest Wilhelm Maybach, a inni, że Louis Renault!

Dla wyjaśnienia. Różnica idei sprowadzała się między innymi do tego, że u Maybacha hamowanie polegało na zaciskaniu stalowej linki na walcu, a Renault zastosował mosiężną taśmę okalającą zewnątrz bębny umieszczone na przedłużeniu piast kół.

Sądząc po tym jaki rodzaj hamulców rozpowszechnił się w motoryzacji praktycznie aż do Pierwszej Wojny Światowej jak i tym, że we wczesnych modelach samochodów Daimlera praktycznie od początku stosowano opasane taśmą bębny. Wydaje się więc, że w Europie pierwszym był to jednak L.Renault.

Co ciekawe, w pierwszej dekadzie XX w. wielu producentów samochodów traktowało hamulce blokujące koła napędzane bardziej jako hamulce pomocnicze, które dziś nazwalibyśmy hamulcem ręcznym lub postojowym.

Podstawowym hamulcem był hamulec mechaniczny, taśmowy, bębnowy lub tarczowy umieszczany na wale napędowym, którego uruchomienie blokowało przekładnię główną wraz z kołami.

To nie pomyłka! Mechaniczny samochodowy hamulec tarczowy został skonstruowany i opatentowany już w 1902 r. przez angielskiego wynalazcę Fredericka Lanchestera, a następnie poza nielicznymi przykładami obecności (między innymi we francuskich autach De Dion-Bouton, Panhard et Levasor i Peugeot) zapomniany lub przynajmniej nie stosowany przez kolejne cztery dekady.

Żeby jednak w poruszonej wcześniej kwestii pierwszeństwa wszystko się zgadzało, należy wspomnieć, że pan F.W Lanchester bardzo dokładnie przyjrzał się urządzeniu zbudowanemu cztery lata wcześniej przez Elmera Ambrose Sperry-ego służącemu do hamowania jego pojazdu elektrycznego… i je zmodyfikował?!

O hamulcach tarczowych będzie oczywiście więcej w dalszej części tej historii, ale z uwagi na chronologię wróćmy jednak do obecnych w motoryzacji aż dziś hamulców bębnowych i ich ewolucji technicznej w celu poprawy efektywności hamowania.

Ze względu na eliminację czynników zewnętrznych jak np. zawilgocenie obniżające tarcie zewnętrzne oraz skomplikowane czynności obsługowe i możliwość lepszej ochrony mechanizmów już w drugiej dekadzie XX w. w konstrukcji hamulców samochodowych nastąpiła kolejna ważna zmiana.

Hamulce bębnowe ze szczękami zewnętrznymi coraz częściej zaczęto zastępować bardziej zaawansowanymi technicznie hamulcami ze szczękami ciernymi umieszczonymi wewnątrz bębnów hamulcowych współpracującymi z ich powierzchnią wewnętrzną.

Bardzo istotną i korzystną zmianą (dzięki Anglikowi Herbertowi Frood’owi) była również możliwość zastąpienia mało efektywnych pod względem własności ciernych metalowych okładzin szczęk hamulcowych okładzinami wykonanymi z metalu z dużym dodatkiem miękkiego i co ważne cichego azbestu.

Mówienie dziś o zaletach azbestu jest dziś sporym nadużyciem, ale w 1907 r. wynalazek Frood’a uznano za zbawienny, a i mało kto interesujący się dziś motoryzacją nie słyszał o wyrosłej właśnie na wynalazku Mr. Frood’a marce Ferodo!

Tak czy owak azbest doskonale funkcjonował w technice samochodowej aż do lat 90. minionego stulecia. Oba udoskonalenia można więc śmiało określić jako kolejny „kamień milowy” w historii rozwoju samochodu, które, jak to w technice, dały konstruktorom również kolejne możliwości w zakresie poprawy efektywności samochodowych układów hamulcowych.

Mowa tu między innymi o latach 20. i 30. minionego wieku oraz różnego rodzaju konfiguracji systemów szczęk hamulcowych i bębnów oraz sposobu sterowania hamulcami wynikającymi z ogólnego stanu rozwoju motoryzacji. A należy wspomnieć, że w tym czasie hamulce odgrywały już bardzo ważną rolę.

Jak widać na powyższych szkicach funkcjonujące wśród producentów samochodów z lat 20. i początków 30. XX w. mają jednak jedną widoczną wspólną cechę.
Szczęki rozpierane są sterowanymi mechanicznie rozpieraczami, co realizowane było poprzez działanie czasem dość skomplikowanych technicznie układów drążków, cięgieł lub linek.

Ogólnie, jeszcze pod koniec lat 20. obowiązującym standardem były hamulce sterowane mechanicznie i przez większość producentów montowane tylko na kołach tylnych osi. Istotną zmianą było to, że hamulce tylne pełniły już jednak rolę hamulca zasadniczego, a za pomocniczy (postojowy) służył zwykle hamulec taśmowy lub bębnowy montowany na wale napędowym.

Dlaczego długo nie decydowano się na hamowanie przednich kół samochodu? Prawdopodobne jest, że głównie z powodu trudności natury technicznej i wykonawczej…, a co za tym idzie kosztów.

O ile bowiem koła tylnej (zwykle sztywnej osi) obracały się zwykle w jednej płaszczyźnie, tak przednie od początku istnienia samochodu były skręcane co oznacza, że ich wychylenie ze względu na nierówności drogi mierzone w kątach nie zawsze jest takie samo.

W przypadku mechanicznych systemów sterowania hamulców tylnych, gdzie rozpieranie szczęk odbywało się z przeważnie z jednakową siłą było znacznie łatwiejsze i tańsze niż w bardziej skomplikowanych technicznie układach szczęk hamulcowych w bębnach przednich kół. Można stwierdzić, że problem techniczno-kosztowy rozwiązał się sam dopiero we wczesnych latach 30. wraz z powszechnym już stosowaniem hydraulicznych układów hamulcowych.

A tak na marginesie! Pierwsze próby z zastosowaniem hamulców na przednie koła rozpoczęto w roku 1902, czego efektem było pokazanie na Salonie Paryskim w roku 1903 parowego pojazdu marki Weyher &Richemond. W tym samym roku holenderski Spyker 60HP również jako jeden z pierwszych produkowanych seryjnie wyposażony był w hamulce na 4 koła.

Układ hamulcowy na 4 koła opatentowany jednak został dopiero w roku 1904 r. w Anglii przez P.L Renoufa. W roku 1906 zaczęto stosować go Mercedesach, ale standardowo w autach tej marki pojawił się dopiero w 1909 r.

Od roku 1910 r. występował już we włoskich luksusowych Isotta-Fraschini i brytyjskich Argyll’ach, dzięki, zresztą pracującemu tam Francuzowi Henri Perrot’owi (między innymi wynalazcy tzw. „wałka Perrota”).

Poza tym stosowano również wiele innych rozwiązań, czego przykładem mogą być choćby samochody Bugatti, w których przez długi czas Ettore obstawał przy układach linkowo-rolkowych opatentowanych przez Gilleta.

Ciekawostka! W roku 1919  auta Hispano Suiza model H6B wyposażono nawet w mechaniczne wspomaganie układu hamulcowego, które również stosowane było w autach Rolls –Royce

Inną ciekawostka, to hydrauliczny układ wspomagania hamulców mechanicznych stosowany między innymi od 1926 r. w samochodach Audi Type M.

Drugą część historii rozwoju układów hamulcowych można przeczytać TUTAJ

Zdjęcia z archiwum autora