Egyre több gépkocsinál egy közös egységként szerelik be a pedálokat és nagy gondot for-dítanak az ütközésbiztonságra. Különböző műszaki megoldásokkal igyekeznek csökkente-ni a boka és a láb terhelését, illetve beszorulását, amikor ütközéses balesetnél deformálódik az utastér homloklemeze. Találkozunk olyan változattal is ahol a rögzítő fék működtetése is pedállal történik, de ez kisebb és rövidebb a többinél. A fék gyors és akadálytalan mű-ködése miatt az ergonómiai szempontokat is figyelembe veszik és arra törekszenek, hogy a láb áthelyezése minél könnyebben megtörténhessen. Ezért a gáz és a fékpedál lehetőleg egymáshoz közel és azonos magasságban van elhelyezve. Személygépkocsiknál a szokásos fékpedál áttétel 1:3,5÷5 közötti és a pedálút hossza általában 80-90 mm. Természetesen találkozhatunk ettől eltérő értékekkel is. A fékpedál egykarú emelőként egy áttételen ke-resztül hat a vákuumos rásegítőre. Az tovább növeli a működtető erőt és közvetíti a főfék-henger dugattyúja felé. A féklámpa kapcsolót gyakran a fékpedál ütközőjeként alakítják ki.
Ennek az előnye az, hogy a pedál megmozdulásakor már világít a féklámpa.
4.2. ábra: Pedálok és a vákuumos fékrásegítő
4.3. Főfékhenger
A fékpedál mechanikus áttételével és a fékrásegítővel növelt erőt alakítja át nyomássá. A fékműködtetéshez megfelelő térfogatú és nyomású fékfolyadékot szállít. A gépkocsivezető a nyomás változtatásával szabályozza a lassítási folyamatot.
A főfékhenger lehetővé teszi:
a fék rendszer feltöltést, illetve utántöltését,
a fékfolyadék melegedése és lehűlése miatt a térfogatváltozás kiegyenlítését.
a fékbetétek kopása és az esetleges szivárgás miatt szükségessé váló folyadék után-töltődést.
A főfékhengert a motortérben a fékpedál rudazatának vonalába szerelik be. A főfék-henger élettartama nem a gépkocsi kilométer teljesítményével arányos, hanem az eltelt idővel. Általában tíz évig használható, de ezt az alkalmazott tömítések anyagminősége határozza meg, továbbá, hogy ennek megfelelő fékfolyadékot alkalmaznak. A tömítés anyaga az alkalmazási területeknek megfelelően többféle lehet. Gyakran alkalmazzák az SBR–ből (Styrol-Butadien-Rubber) készültet, mert lényegesen nagyobb nyomást visel el, mint az EPDM-ből (Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolimerisat) gyártott változat. A tömítő-gyűrű szabványa DIN ISO 4928.
A biztonságos működtetés érdekében a fékrendszer kétkörös, így a főfékhengert is két egymástól független körrel látják el. Az egyik sérülése esetén a másik működőképes marad és azzal a biztonsági fék hatásosságának megfelelő nyomást lehet létrehozni. Hibát-lan működés esetén (különböző átmérőjű dugattyúktól és a súrlódástól eltekintve) a fékkö-rökben megközelítőleg azonos nyomás alakul ki.
A főfékhengerek korábban szürkeöntvényből készültek. A súlycsökkentés miatt je-lenleg már könnyűfém öntvényt alkalmaznak. Ezek általában 17% szilícium tartalmú alu-mínium ötvözetek, melyek belső furata utólag nem polírozható, hónolható. A javítókészlet alkalmazásával csak akkor újítható fel, ha a furat belső felülete kifogástalan állapotú.
A belső furatátmérők bizonyos lépcsőnként általában 17,46 – 28,57 mm között vál-toznak. A furcsa méretszámok a korábban szabványosított collos méretek átszámításából adódnak.
A tandem főfékhengereknél a két fékkör közötti, úgynevezett úszó dugattyút alap-helyzetben bizonyos típusoknál ütközőcsavar határolja.
4.3. ábra: Kétkörös tandem főfékhenger hagyományos karmantyús tömítésekkel és fékfolyadék tartállyal.
Az ABS-sel szerelt fékrendszereknél központi szelepes főfékhengert kell felszerelni.
Egykörös főfékhengert csak a személygépkocsik utánfutóinak ráfutó-fékrendszerénél al-kalmaznak.
Tandem rendszerűnek nevezzük az egymás mögötti hidraulikaterű, kétdugattyús változa-tot, melyet átlós- és futóművenkénti fékkör felosztásnál is alkalmaznak.
A két különböző átmérőjű lépcsős tandem változatot „twintax”-nak nevezik. Csak futó-művenkénti fékkör felosztásnál használható. A működtető rudazat felőli a nagyobb átmérő-jű, az első futómű fékköréhez tartozik.
Átkapcsolható főfékhenger elektromágneses szelep segítségével a különböző dugattyú-átmérők hatásos felületei azonossá tehetők, amikor a blokkolásgátló meghibásodik. A Twintax továbbfejlesztett változata a Mercedes bizonyos típusainál fordul elő.
4.4. ábra: Kétkörös tandem főfékhenger központi szelepes kivitel
4.5. ábra: Központi szelepes főfékhenger metszeti ábrázolás 4.3.1. A főfékhenger működése
A főfékhenger furatába szerelik a tömítésekkel ellátott dugattyúkat, amelyeket fékoldáskor előfeszített rugók mozdítanak vissza alaphelyzetbe. Ilyenkor a nyomóterek 0,6-0,8 mm átmérőjű kiegyenlítő furatokkal az atmoszférikus nyomású fékfolyadék tartállyal vannak kapcsolatban. Ez a fékfolyadék utántöltése, illetve a melegedés okozta hőtágulás kiegyenlí-tése miatt szükséges. A nem megfelelő nyomáskiegyenlítés a fékbetét folyamatos súrlódá-sát okozza, mely fokozott kopással és melegedéssel jár. Tökéletes fékoldásra különösen tárcsaféknél kell gondot fordítani, mert a munkahengerek dugattyúit a tömítőgyűrűk ru-galmassága húzza vissza.
A főfékhengert a vákuumos fékrásegítőre szerelik fel és annak rudazata adja át a mű-ködtető erőt a dugattyúnak. Az összeszerelés előtt a típusnak megfelelő előírás szerint kell beállítani a rudazat hosszát. Ha nagy a hézag növekszik a fék késedelmi idő, ha pedig nincs hézag, nem lesz megfelelő a fékoldás.
Régebbi főfékhengereknél fékezéskor a kiegyenlítő furatot a dugattyúra szerelt tömí-tő karmantyú zárta le. Ennél a változatnál a karmantyú anyagának nagy jelentömí-tősége van. A jó zárás érdekében rugalmas kell legyen, de elég merev ahhoz, hogy gyors fékpedál le-nyomáskor a nyomás ne sajtolja bele a kiegyenlítő furatba. Ez a karmantyú sérüléséhez és a fékkör tömítetlenné válásához vezet.
A központi szelepes főfékhengernél a fékoldási helyzetben a nyomótér és a fékfolya-dék tartály közötti kapcsolatot a dugattyúba szerelt szelep nyitása hozza létre. Az ütköző csap tartja nyitva fékoldáskor, a dugattyú elmozdulásakor zár és ekkor kezdődik a nyo-másnövekedés. Úgy az első, mint a második dugattyú is lehet központi szelepes. Blokko-lásgátlós gépkocsikhoz csak ilyen főfékhenger szerelhető be. Az ABS működése közben a dugattyú a nyomásváltozások miatt másodpercenként 15-20-szor elmozdul. Ha a kiegyenlí-tő furatot karmantyú zárná le, élettartama nagyon rövid lenne. Belenyomódva a kiegyenlíkiegyenlí-tő furatba az a szélét kicsípi. A központi szelepes főfékhengerek általában nem szerelhetők szét.
4.3.1.1. Fenékszelep
Korábban a fék munkahengereknél is karmantyús tömítést használtak. Ezek megfelelő zá-rásához néhány tized bar túlnyomás szükséges, mely a karmantyút rászorítja a munkahen-ger furatára. A főfékhenmunkahen-gerbe szerelt fenékszelep biztosítja a kis visszamaradó nyomást. A dobfékek erős visszahúzó rugói a néhány tized bar visszamaradó nyomás ellenére alap-helyzetben tartják a fékpofákat. A fenékszelep beszerelhető nemcsak a főfékhenger kime-neti csatlakozóihoz, hanem a fékerő módosítóban is. A fenékszelepek is különböző kivite-lűek lehetnek. A tárcsafékeknél fékoldáskor nem maradhat nyomás a rendszerben. A
tár-csa- és dobfék együttes alkalmazásánál a tárcsafékek fékkörébe nem szereltek fenékszele-pet. Itt esetleg a légtelenítést megkönnyítő átfúrt fenékszeleppel találkozunk. Ha a munka-hengereknél is O-gyűrűhöz hasonlító tömítéseket alkalmazzanak nem szükséges visszama-radó nyomás.
4.6. ábra: A fenékszelep működése.
4.7. ábra: Különleges fenékszelep (furattal ellátva „D”)
ként alakítják ki. A visszamaradó nyomásnak a megfelelő tömítésen kívül az is az előnye, hogy a fékpedál lenyomásakor kisebb nyomásnövelés hatására megszűnik a fékdob és a fékpofa közötti hézag és gyorsabban kialakul a fékhatás. A fékpedál lassulás nélküli el-mozdulása kisebb lesz. Továbbá kisebb a levegő bejutásának az esélye a fékrendszerbe.
Fékezés, amikor mindkét fékkör ép
A fékpedál lenyomásakor a főfékhenger dugattyú elmozdul és előtte elkezdődik a nyomás-növekedés, mert a nyitott, de kis keresztmetszetű kiegyenlítő furaton keresztül csak kevés fékfolyadék tud visszaáramolni. Minél gyorsabb a fékpedál lenyomása annál nagyobb lesz a nyomás növekedése, mert kevesebb fékfolyadék tud visszaáramlani a tartályba. Amikor a karmantyú lezárja a kiegyenlítő furatot, illetve bezár a szelep, akkor alakul ki a fékező nyomás. Ez fogja elmozdítani a másik kör úszó dugattyúját és annak nyomóterében is lét-rejön a fékezőnyomás. A karmantyú belső palástjára ható nyomás a tömítést egyre na-gyobb erővel szorítja a furat palástjához. A súrlódás miatt az úszó dugattyú körében 3-5 bar-ral kisebb lesz a nyomás. Ezért ha a gépkocsi futóművenkénti fékkör felosztású ez lesz a hátsó kerekek fékköre. ABS-es gépkocsik központi szelepes főfékhengerénél fékoldáskor a dugattyúba beépített rugóterhelésű visszacsapó szelepet az ütköző csap tartja nyitott álla-potban és így a nyomóteret összeköti a fékfolyadék tartállyal. A dugattyú elmozdulásakor zár a szelep és kialakul a fékezőnyomás.
Fékezés amikor az egyik fékkör meghibásodott
Fékezéskor a sérült fékkörnél a tömítetlenségen keresztül folyadék távozik, ezért itt nem alakul kis fékező nyomás. A dugattyú elmozdulását az ütközőcsapja határolja ilyenkor azért, hogy a fékpedál útja elegendő legyen ahhoz, hogy a másik fékkörben a nyomás ki-alakuljon. Ez a meghibásodás mindkét fékkörben felléphet, ezért mindkét dugattyúnál gondoskodni kell a mechanikus ütköztetésről.
Fékoldás
A fékpedált visszaengedve a dugattyúkat a visszaállító rugók mozdítják alaphelyzetbe.
Eközben a nyomótér térfogata növekszik, ami ott nyomáscsökkenést eredményez. Ennek és a súrlódás hatására a karmantyú a mozgás irányával ellentétesen elbillen és lehetővé teszi a nyomáskiegyenlítődést. Hasonló módon a központi szelep kinyit, illetve tömítő gyű-rű a súrlódás miatt a számára kialakított horonyban elmozdul. A hagyományos típusoknál a nyomáskiegyenlítődés a 0,6-0,8 mm átmérőjű kiegyenlítő furaton keresztül történik meg.
4.3.2. Fékkör kiesés jelző
A főfékhengeren, vagy annak közelében helyezik el a fékkör kiesés jelzőt. Ha fékezés köz-ben nagy nyomáskülönbség alakult ki a két fékkör között, az érzékelő tömítésekkel ellátott dugattyúja elmozdul és elektromos kapcsolóval a műszerfalon elhelyezett figyelmeztető lámpát kapcsol be.
4.3.3. Féklámpa kapcsoló
Régebben a főfékhengerre szerel nyomáskapcsoló működtette a féklámpát. Jelenleg a pedál, vagy annak rudazata működteti a féklámpa kapcsolót. Így már akkor világít a fék-lámpa amikor megmozdult a fékpedál, de még nem alakult ki nyomás. A követő jármű vezetője így előbb észlelheti a fékezést. Ez a hatás tovább fokozható, ha az izzók helyett
LED diódás féklámpát alkalmaznak. Vannak típusok, melyeknél a féklámpa kapcsoló a pedál holtjáték beállító ütközőcsavar feladatát is ellátja, illetve találkozhatunk négy elekt-romos kivezetésű féklámpa kapcsolóval is, melynél az ABS/ASR elektronika is kap féke-zési jelet. Ez adja ugyanis az információt arról, hogy ABS, vagy ASR szabályozás fog kezdődni.
Lépcsős főfékhenger
Ennél a változatnál a két fékkörhöz különböző átmérőjű dugattyú tartozik. Csak fu-tóművenkénti fékkör felosztásnál alkalmazható. Amikor mindkét fékkör ép azonos nyomá-sok alakulnak ki. Ha az első fékkör tömítetlenség miatt működésképtelen, a nyomórúd fe-lőli dugattyú felfekszik a hátsó fékkör kisebb átmérőjű dugattyújára és így ugyanakkora pedálerő esetén a hátsó fékkörben nagyobb nyomás jöhet létre, mint amikor mindkét fék-kör ép. Ilyenkor a hátsó kerekeknél nagyobb lesz a fékerő. Ez nagy tömegű gépkocsiknál előnyös. Növekszik viszont a fékpedál útja és a fékkésedelmi idő is. Erről a vezető követ-keztethet a hibára. Ha a hátsó fékkör esik ki, annak dugattyúja fekszik fel a főfékhenger ötvényén. Ilyenkor a pedálerő hatására ugyanakkora lesz az első fékkörben a nyomás, mint amikor ép mindkettő. A lépcsős főfékhengereknél gyakorlatban alkalmazott dugattyúátmé-rők [mm]-ben: Ø 22,22 / Ø 17,46; Ø 22,22 / Ø 19,05; Ø 23,81 / Ø 19,05; Ø 23,81 / Ø 20,64; Ø 25,40 / Ø 19,05.
4.8. ábra: Lépcsős kétkörös tandem főfékhenger központi szelepes kivitel.
1 - Főfékhenger (17 % szilíciumtartalmú alumíniumötvözet); 2 - Nyomórúd felőli dugattyú; 3 – Úszó dugaty-tyú; 4 – Tömítéstartó; 5 – Fékfolyadéktartály csatlakozó; 6 - Fékfolyadéktartály csatlakozó; 7 – Fékfolyadék-átvezető furat; 8 – Primer karmantyú; 9 – Kiegyenlítő futat; 10 – Ütközőcsap; 11 – Központi szelep; 12 – Rugó; 13 – Rugó; 14 – Karmantyú; V1 – Első futómű kivezető furat; V2 – Fékcsatlakozó hátsó futóműhöz;
AHz1 – Első futóműhöz tartozó dugattyúátmérő; AHz2 – Hátsó futóműhöz tartozó kisebb dugattyúátmérő.
Elektromágneses szeleppel átkapcsolható lépcsős főfékhenger
Ez is futóművenkénti fékkör kialakításnál alkalmazható. Lehetőséget ad a fékerő felosztás menet közbeni változtatására. Blokkolásgátlóval ellátott Mercedes személygépkocsik bizo-nyos típusainál alkalmazták. A hátsó kerekeknél a szokásosnál nagyobb fékerőt valósíta-nak meg és az ABS akadályozza meg a kerekek megcsúszását. Ha az ABS működésképte-len, a hibajelzés működteti a főfékhenger elektromágneses szelepét és átkapcsolja a főfék-hengert úgy, hogy a hátsó kerekeknél kisebb lesz a fékező nyomás.
szűkítő hüvelybe szerelnek.
A 3/2-es elektromágneses szelep alaphelyzetben árammentes, az elválasztó dugattyú és a hátsó fékkör közötti hidraulika teret a fékfolyadék tartállyal köti össze. Az első fékkör hidraulikaterét zárja. A hátsó fékkörben csak a legkisebb átmérőjű dugattyúfelületnek meg-felelő nyomás alakul ki. Ha az elektromágneses szelep gerjesztő áramot kap, lezárja az összeköttetést a fékfolyadék tartály és az elválasztó dugattyú, valamint a hátsó fékkör du-gattyúja között lévő hidraulika tér csatlakozást. Ezzel egyidejűleg azt összeköti az első fékkör nyomóterével. Ilyenkor a hátsó fékkörben nagyobb nyomás alakulhat ki.
4.9. ábra: Átkapcsolható lépcsős kétkörös főfékhenger elvi vázlata.
1 – Nyomórúd felőli dugattyú; 2 – Elválasztó dugattyú; 3 – Úszó dugattyú; 4 – Hidraulikatér; 5 – Első futó-mű fékkörének nyomótere; 6 – Hátsó futófutó-mű fékkörének nyomótere; 7 – Átkapcsoló elektromágneses szelep;
8 – Összekötő csatorna; 9 – Összekötő csatorna; 10 – Csatlakozó a fékfolyadék-tartályhoz.
4.10. ábra: Átkapcsolható lépcsős tandem főfékhenger metszete
4.3.4. A fékkörök kialakítása
A hatósági előírásoknak megfelelően, a biztonság érdekében, a fékrendszer két hidraulikus körből áll. Kicsi a valószínűsége, hogy a két kör egyszerre hibásodjon meg. A rásegítő rész személygépkocsiknál egykörös is lehet.
Az idegen erővel működtetett féknél, akár pneumatikus, akár hidraulikus energia használatánál az energiatároló és az átviteli rendszer is kétkörös. Egykörös energiaellátás csak akkor megengedett, ha a nyomás veszélyes csökkenésekor optikai, vagy akusztikai figyelmeztető jelzés lép működésbe.
A DIN 74 000 szabvány szerinti fékkör kialakításokat lásd 2.3.3. alfejezetben.