Brzdový kotúč je jednou z hlavných súčastí kotúčových bŕzd. Zvyčajne má podobu disku alebo platničky, ktorá je pevne spojená s nábojom kolesa a otáča sa spolu s ním. Najčastejšie má tvar taniera, ktorého okraj tvorí hlavnú treciu plochu zachytenú brzdovými doštičkami. Trecie segmenty v podobe brzdových doštičiek sú umiestnené na kruhovej trecej ploche brzdového kotúča. Brzdové doštičky sú umiestnené v brzdovom strmeni, ktorý sa neotáča spolu s kolesom a je pevne spojený s tehlicou.
Materiály brzdových kotúčov a ich vlastnosti
Ideálny materiál brzdového kotúča má nízku hustotu, ktorá ovplyvňuje výslednú hmotnosť brzdy, vysokú tepelnú vodivosť a minimálny koeficient tepelnej rozťažnosti. V praxi sa brzdové kotúče najčastejšie vyrábajú z temperovanej liatiny alebo oceľovej liatiny. Liatina sa používa z dôvodu lepšej metalurgickej stability, jednoduchšej výroby a nižších výrobných nákladov. Na zlepšenie vlastností materiálu sa používajú legujúce prvky, ako je molybdén, meď, chróm alebo titán. Pomocou týchto prvkov dosahuje výsledná zliatina optimálnejšiu homogénnu štruktúru a lepšie teplotné parametre. Prehriatie bŕzd má tiež negatívny vplyv na nadmerné opotrebovanie bŕzd a môže spôsobiť deformáciu brzdových kotúčov.
Pokročilé materiály: Kompozitné a karbón-keramické kotúče
Na opačnom póle trhu sú kompozitné disky pre športové a luxusné vozidlá, vyrobené z oceľovej keramiky alebo ešte lepšie z uhlíkovej keramiky. Takéto brzdové kotúče majú vynikajúce tepelné a mechanické vlastnosti - nevyblednú. Keramická zložka zaručuje nadpriemernú trvanlivosť a tepelnú odolnosť. V kombinácii s uhlíkovou matricou majú takéto kotúče veľmi malú tepelnú rozťažnosť a veľmi nízku špecifickú hmotnosť, čo je dôležité, pretože brzdový kotúč je zvyčajne súčasťou neodpružených hmôt. Vďaka vysokej tepelnej vodivosti sú keramické disky veľmi odolné voči prehriatiu. Bohužiaľ, ich hlavnou nevýhodou je ich značne vysoká cena a tendencia vŕzgať, keď sú studené. Tento typ brzdového kotúča bol totiž pôvodne vyvinutý na pretekárske účely a optimálny brzdný výkon dosahuje pri prevádzkových teplotách do približne 200 °C, čo je pri bežnej jazde nepoužiteľné. Životnosť karbón-keramických bŕzd je v porovnaní s bežnými brzdami mnohonásobne dlhšia, ale nie doživotne, ako sa často hovorí.
Typy brzdových kotúčov: Plné a vetrané
Brzdové kotúče možno rozdeliť na neventilované (plné) a ventilované (vetrané). Odvzdušnenie diskov zabezpečujú axiálne otvory, drážky alebo vnútorné rebrá.
Plné (neventilované) brzdové kotúče
Plné brzdové kotúče sú vyrobené z jedného kusu, do tejto kategórie patrí väčšina bežne používaných brzdových kotúčov. Ich výroba je najjednoduchšia, a preto sú najlacnejšie. Neventilované disky sú štandardnou výbavou väčšiny vozidiel. Výhodou jednodielnej konštrukcie je jednoduchá montáž a výroba, t. j. z toho vyplývajúce nízke náklady.
Medzi nevýhody patrí vplyv tepelnej rozťažnosti, ktorá v prípade pevného disku spôsobuje vnútorné napätie v celom disku. Tepelné namáhanie môže mať za následok trvalé skrútenie disku. Ďalšou nevýhodou je prenos tepla z disku na náboj kolesa a jeho ložiská, čo znižuje ich životnosť.
Vetrané brzdové kotúče
Chladenie brzdového kotúča je pre správnu funkciu brzdovej sústavy nevyhnutné, pretože všetka energia vozidla sa premieňa na teplo generované na rozhraní kotúča a doštičky. Riešením, ktoré sa všeobecne používa na zväčšenie povrchu pre výmenu tepla so vzduchom, sú vetrané kotúče s primeranou šírkou ventilačného kanála a čoraz efektívnejších tvarov vetrania. To znamená niekoľko výhod, nielen počas brzdenia, ale aj pri celkovom výkone vozidla.
Vŕtané vetrané kotúče
Vŕtané kotúče sa vyznačujú veľkým počtom otvorov prechádzajúcich brzdnou plochou. Cieľom vŕtania otvorov do diskov je zabezpečiť cestu pre rýchlejší odvod tepla. Plyn nahromadený počas brzdenia môže uniknúť cez vyvŕtané otvory a nie je zachytený medzi povrchom kotúčov a doštičiek. To zohráva dôležitú úlohu pri možnom zahrievaní brzdových doštičiek a vädnutí bŕzd pri vysokom zaťažení. Vŕtané disky sú tiež o niečo ľahšie. Na druhej strane otvory oslabujú štruktúru disku, čo môže viesť k vzniku trhlín.
Drážkované vetrané kotúče
Drážkované disky sa vyznačujú drážkami na trecej ploche. Drážky odstraňujú prach z brzdových doštičiek a zabraňujú ich spekaniu. Drážkované kotúče bývajú pri brzdení hlučnejšie.
Vnútorne chladené (špirálové) kotúče
Vnútorne chladené disky sú charakteristické špirálovým labyrintom, ktorý akoby spájal dvojicu diskov, hoci disk tvorí jeden celok. Keď sa brzdový kotúč otáča, vnútorné kanály v tvare špirály spôsobujú prúdenie vzduchu, ktorý účinne odvádza teplo z brzdových kotúčov. V prípade brzdových kotúčov so zakrivenými lopatkami a smerovaným vetraním, kde sa počíta s jedným kotúčom pre pravé koleso a druhým pre ľavé koleso, umožňuje použitie riešenia PVT Plus výmenu obidvoch kotúčov iba jedným číslom dielu, čo vzhľadom na vyššiu úroveň výkonu zaručuje rovnaký, ak nie lepší výkon ako brzdové kotúče so smerovanými lopatkami.
Tepelné namáhanie a chladenie
Tepelné namáhanie brzdového kotúča je mimoriadne silné; v skutočnosti sa všetka energia vozidla premieňa na teplo generované na rozhraní kotúča/doštičky a nárast teploty na tomto mieste je značný. Pri bežne používaných materiáloch, ako je sivá liatina, sú kritické teploty až okolo 700 °C, čo sa označuje ako teplota červeného tepla. Pri tejto teplote trecie plochy vyhrievaných brzdových kotúčov žiaria v okolí jasne červenou farbou. Táto teplota nepredstavuje pre sivú liatinu problém z pevnostného hľadiska, pretože teplota tavenia je až 1150 °C. Problémom sú však štrukturálne zmeny v materiáli a s tým spojený vznik lokalizovaných oblastí s odlišnými vlastnosťami. Chladenie brzdového kotúča je preto pre správnu funkciu brzdovej sústavy nevyhnutné. V závislosti od množstva rozptýleného tepla je potrebné použiť vhodné riešenia, ktoré zaručia správny chod brzdy.
Ďalšie konštrukčné riešenia brzdových kotúčov
Delené brzdové kotúče
Delené brzdové kotúče sú konštrukčne zložitejšie, ale majú jednu veľkú výhodu: môžu kombinovať dva rôzne materiály, pretože sú rozdelené na dve časti - ráfik a strmeň. Napríklad korunka môže byť vyrobená z tvrdenej liatiny s vysokým obsahom uhlíka a šálka zo špeciálnej hliníkovej zliatiny. Veniec a rotor môžu byť spojené pohyblivým spôsobom. Liatinový veniec sa môže mierne pohybovať v axiálnom smere (smerom von) vzhľadom na rotor.
Disky s integrovanou parkovacou brzdou
Parkovacia brzda je vo väčšine prípadov mechanicky ovládaná. Páka ručnej brzdy pôsobí prostredníctvom tiahla na brzdové čeľuste a vytvára brzdný účinok. V prípade kotúčových bŕzd sa takáto metóda nedá použiť, pretože by boli potrebné oveľa väčšie ovládacie sily. Preto niektoré vozidlá používajú kombináciu kotúčových a bubnových bŕzd, kde bubnová brzda slúži ako parkovacia.