ELI5: Hvordan bremser bremser?

I serien "Explain it like I'm 5" gennemgår vi komplekse emner på en måde, så selv en 5-årig kan forstå det. Som dagens rejseleder har vi valgt Senior Engineer hos Polestar Gareth Thomas, der har adskillige års erfaring i bremsernes verden.Som i et tidligere afsnit i serien starter vi med et lynkursus i fysik. Når en bil kører afsted, indeholder hjulene energi i form af bevægelse, det vi også kalder kinetisk energi. Træder du på bremsepedalen i din bil, påfører bremserne hjulene friktion. De klemmer altså bremseskiverne sammen og omdanner kinetisk energi til termisk energi. Den kinetiske energi fra bilen i bevægelse omdannes til varme på grund af friktionen – lidt ligesom når man gnider hænderne mod hinanden, når det er koldt. Denne varmespredning får bilen til at stoppe.Selvom der har eksisteret utallige bremsesystemer gennem bilens historie, har de alle haft brugen af friktion til fælles. Man kan ikke bremse uden friktion. Nogle af de tidligste versioner af bremser var blot stykker af træ, der blev mast ind mod hjulet. Det var ikke ligefrem optimalt, og det sled en del på hjul og klodser, men de fungerede stadig, takket været den friktion de skabte.

Tromler og hydrauliske bremser

Så hvordan skaber man friktion på hjulet, uden at det tager skade? Det paradoks lod en flok kloge hoveder i starten af 1900tallet sig ikke bremse af, og de kom på en idé med at montere en tromle på hjulet. Tromlen havde to varmeresistente bakker indeni, der blev presset ud mod tromlen. Eftersom tromlen sad fast på hjulet, ville de to sænke farten samtidig. Dette løste problemet med slitage på hjulet, men systemet var stadig ikke helt fejlfrit.De første biler beroede på at et kompleks system af kabler og wiren førte trykket fra pedalen til hjulene. Et tryk på pedalen trak i bremsewiren, der var forbundet til hjulet. Der var dog to problemer ved dette system. Udover, at wiren havde det med at sprænge, så krævede det enorm præcision at opnå et ensartet bremsetryk på alle hjulene. Forkert spændte wires ville få bilen til at svinge ud, når man trådte på bremsen.Løsningen kom med opfindelsen af de hydrauliske bremser. I hydrauliske bremser er bremsesystemet forbundet med rør til tromlerne på hjulene. Rørene er fyldt med bremsevæske, der ikke kan komprimeres, hvilket betyder, at de kan overføre kraften fra trykket på bremsepedalen uden styrketab. Ved at bruge bremsevæske under tryk, påføres alle bremselinjerne et ensartet, simultant tryk, når man træder på bremsen. I 1950'erne blev der udelukkende brugt hydrauliske bremser i biler.Nu har vi formået at omdanne kinetisk energi i det roterende hjul til termisk energi på en kontrolleret måde takket være tromler og hydrauliske bremselinjer. Men hvad skal vi så gøre af al den termiske energi, vi står tilbage med?

Skiver og kalibrer

Bremser, der bliver for varme kan være katastrofalt for deres ydeevne. Hvis de overophedes, kan de ikke længere omdanne kinetisk energi til varme, og man vil miste bremsekraft. Løsningen på dette er et ret simpel: smid tromlerne ud og erstat dem med skiver og kalibrer.Bremseskiverne sidder på hjulet og kører rundt inde i bremsekalibrerne. Hvor tromlebremserne presser udad, så fungerer skivebremserne ved klemning. Kaliberen klemmer om skiven, hvilket skaber,… ja, friktion.  Jo større skive og kaliber, des bedre bremseevne.Skivebremser er også bedre til at sprede varmen ud og kan gøre det på forskellige måder. For det første er kaliberen ikke indkapslet i en tromle, hvilket gør det lettere for varmen at slippe ud. For det andet har hjulene huller, der er designet til at føre den varme luft væk. Og for det tredje har de kølekanaler, der er små tunneller, der fører frisk luft fra foran bilen til bag bremserne for afkøling. Lidt på samme måde som at sætte sig foran en ventilator på en varm sommerdag.Selvom skivebremsernes ydeevne er tromlebremserne overlegen, er sidstnævnte på ingen måde dårlige eller usikre. Skivebremser er meget dyrere at fremstille og udskifte sammenlignet med tromlebremser. De kan også blive ramt af rustangreb, når de ikke bruges jævnligt, eller hvis bilen har holdt parkeret over længere tid. Eftersom tromlebremserne er et lukket system, ruster de ikke på samme måde. Tromlebremser kan også bruges som parkeringsbremse og forenkle bremsesystemet.

Slitage

En af de vigtigste tilgange til at sikre, at dine bremser holder så længe som muligt er at undgå at lægge for meget energi i systemet. Med det mener vi, at i stedet for at bremse sent og hårdt op, så træd på bremsen tidligere og med mindre kraft. Derved skabes der et mindre tryk i systemet og det mindsker friktionen mellem bremser og skiver, så energipåvirkningen spredes ud over længere tidI de kolde måneder oplever nogle, at deres parkeringsbremse "fryser til", hvis bilen holder udenfor i temperaturer under frysepunktet. Hvis man vil undgå det, skal man parkere sin bil i en garage, hvis det er muligt, da den smule ekstra varme sørger for, at dette ikke sker.Vi håber, at dette lille lynkursus har gjort dig lidt klogere på bremser. Hvis du vil have mere, så tryk på pilen herunder for at læse mere om bremser og vores verdenskendte partner Brembo.