V dnešní době CAD modelování a 3D tisku prototypů to zní jako středověk, ale ještě ani ne před půl stoletím probíhal vývoj tak, že jakákoli nová technologie se musela především fyzicky vyzkoušet. Pakliže se vynález zdál teoreticky v pořádku, bylo již jen potřeba najít někoho s větším koeficientem odvahy než počtem mozkových buněk, aby to risknul a vyzkoušel naostro. Ostatně první automobiloví závodníci byli soudobými „odborníky“ považováni za blázny, protože se všeobecně mělo za to, že lidské tělo nemá šanci přežít rychlost vyšší než nějakých 70 km/h. Přesto to ti odvážní mužové zkusili. A také jim přišlo jako vynikající nápad, pokoušet se ubrzdit závodní auto třecím řemenem, kusem gumového špalku, nebo brzdy prostě vynechali coby nepotřebnou zátěž. Možná už tehdy se zrodilo rčení, že kdo brzdí, nevyhrává.
Zapeklitý problém, jak auto účinně zastavit vyvstal hnedle poté, co byl vyřešen ten první – totiž jak ho rozjet. Teoreticky bylo vše již dlouhá léta jasné – stačí vyvinou dostatečnou sílu a třením brzdového segmentu o rotující část pevně spojenou s kolem vůz zabrzdit. S růstem dosahovaných rychlostí ale bylo celkem brzy jasné, že stávající technologie jsou cestou do hrobu. Doslova. První automobily totiž spoléhaly na „osvědčená“ řešení původem z kočárů, kde se o železnou obruč dřevěného kola třel dřevěný či pryžový špalek.
Tento způsob brzdění je sice technicky velice jednoduchý, ale provedení odpovídá i účinnost a s okamžikem, kdy pan Dunlop vynalezl pneumatiku, bylo okamžitě jasné, že tudy cesta nevede. Tření kusu tvrdé gumy o pneumatiku sice bylo poněkud účinnější, zato pneumatiky nesly takové zacházení veskrze nelibě.
https://www.youtube.com/watch?v=M3k94b13HCA
Prvním funkčním brzdným systémem, který ostatně přetrval do dnešních dnů se staly v roce 1900 bubnové brzdy. Primát si připsala automobilka Maybach, ale za opravdový počátek existence bubnových brzd lze považovat až rok 1902, kdy se na patentovém úřadě zastavil Louis Renault s jeho vynálezem. Na rozdíl od konstrukčně pokud odlišného německého řešení byla bubnová brzda monsieur Renaulta již velmi podobná té dodnes používané. Sice byla plně mechanická, systém pák a pružin uvnitř bubnu byl ovládán lankem, ale již používala (dnes již zakázané, ale dlouho využívané) například azbestové obložení, které bylo odolné a schopné poměrně účinně odvádět teplo vzniklé třením.
Konstrukční princip bubnové brzdy zůstal v podstatě nezměněn. Masivní rotující buben je pevně spojen s nábojem kola a brzdný účinek obstarávají statické zaoblené segmenty s brzdovým obložením, které se působením síly na brzdový pedál rozvírají a třou o těleso bubnu. Výhodou bubnové brzdy je relativní mechanická jednoduchost včetně snadného zakomponování parkovací brzdy, odolnost vůči vznikání nečistot. To byla v době takřka výhradně šotolinových cest alfa a omega brzdného účinku. A také důvod, proč bubnové brzdy přežívají v některých aplikacích dodnes.
Mimo nejlevnějších malých aut, kde se vyplatí jejich nižší výrobní náklady a kde se osazují na brzděním méně zatěžovanou zadní nápravu (jedno z nejlevnějších sériově vyráběných aut současnosti, Tata Nano má bubny i na přední nápravě), je najdete například na některých off-roadech a terénních čtyřkolkách. Mezi výhody patří i relativně menší rozměry – bubnová brzda má výrazně větší třecí plochy než destičky brzd kotoučových, pro shodný brzdný účinek jí tak stačí menší průměr. To je důvod, proč se i dnes široké bubny s relativně malým průměrem používají např. na těžkých nákladních vozech.
Bez ohledu na vývoj, který zahrnoval ve třicátých letech první kapalinové bubnové brzdy a v padesátých pak první samonastavitelné pakny, kompenzující úbytek materiálu na třecích plochách a řešící problém s nutností systém opakovaně nastavovat tak, jak ubýval materiál obložení, mají bubnové brzdy jednu vrozenou vadu. Špatně se chladí. Teplo vzniklé třením při intenzivním použití se z uzavřených bubnů velmi špatně odvětrává a tepelné přetížení materiálu vede ke slábnutí brzdného účinku (tzv. vadnutí brzd) a v extrémním případě i k jejich selhání. Zapříčiňuje také výrazně rychlejší opotřebení.
Čím byla auta rychlejší a těžší, tím více bylo jasné, že je třeba přijít s novým brzdným systémem, který by si s tepelným namáháním poradil lépe. Nové řešení vzešlo, jak už to u inovací v automobilovém průmyslu bývá, z motorsportu. Již v roce 1953 prokázal Jaguar nepravdivost okřídlené hlášky, že kdo brzdí, nevyhrává. Britský závodní tým naprosto nepopiratelně dokázal, že nejenže vyhrává ten, kdo brzdí, ale především ten, kdo brzdí nejefektivněji. 13. července 1953 nastoupily na start 21. ročníku čtyřiadvacetihodinovky Le Mans tři tovární závodní 3,4litrové řadové šestiválce C-Type a o den později projely cílem v pořadí 1, 2 a 4. Mezi ně se vloudil na třetí místo jen Cunningham C5-R s 5,5litrovou V8, který na rovinkách dosahoval 249 km/h oproti maximálním 244 km/h slabších Jaguarů. Jak je to možné? Tovární Jaguary byly osazeny novinkou, kotoučovými brzdami Dunlop.
Kotoučová brzda má oproti bubnové několik výhod, vyplývajících z konstrukce. Kotouč rotující společně s kolem je brzděn destičkami umístěnými v pevném/plovoucím třmenu, kde na něj působí hydraulický tlak z brzdového okruhu prostřednictvím pístků (jednoho nebo více u výkonnějších vozů, nejšílenější závodní třmeny jsou šestnáctipístkové). Kotouče jsou na prakticky všech produkčních vozech vyrobeny z šedé litiny s malým podílem dalších příměsí, destičky jsou poněkud větší alchymie, ale obecně jsou osazeny vrstvou vysoce tepelně odolného kompozitního materiálu s vysokým koeficientem smykového tření.
Na jednom kole jsou obvykle osazeny dvě destičky, po jedné z každé strany kotouče. Destiček však může být více, u závodních vozů až šest. Kotouče jsou přirozeně vystaveny proudu vzduchu, díky čemuž se oproti uzavřeným bubnům výrazně lépe chladí a zbavují vody na povrchu kotouče. Kotouče s třmeny a pístky jsou sice poměrně těžké a mohou být náchylné k vnikání nečistot, ale jejich efektivita je natolik výmluvná, že od poloviny padesátých let začala cesta jejich dominance a trvá dodnes.
O to, která značka použila první kotoučové brzdy na sériovém voze se vedou vášnivé spory. První experimenty s kotoučovými brzdami začaly ještě v 19. století v Anglii, kde si také princip v roce 1902 patentoval F. W. Lachester. Na vozech značky Lachester byly používány brzdy velmi podobné dnešním, nicméně v tehdejším stavu poznání materiálového inženýrství neexistovala pro brzdové obložení lepší varianta než měď. Ta se ovšem extrémně rychle opotřebovávala a celý systém tak byl více než nepraktický.
Kotoučovými brzdami Girling byl osazen i pancéřový vůz Daimler Armoured Car z roku 1939, ostatně během druhé světové války si brzdné kotouče našly cestu do mnoha oborů, například v Německu byly kotoučovými brzdami značky Argus osazovány letouny Arado (1940) i těžké tanky Tiger. Prvenství v automobilovém průmyslu si nárokuje hned několik značek. Malý americký výrobce Crosley nabízel v roce 1950 půl roku kotoučové brzdy, aby je následně pro nespolehlivost vyřadil z prodeje. Chrysler nabízel mezi lety 1949 a 1953 „kotoučové“ brzdy, které ale měly konstrukčně jiný princip než následně ustálený systém. Do soutěže o prvenství se hlásí i Austin-Healey 100 S z roku 1955 (což byl ale malosériový model určený pro závody) a Jensen 541. Také Triumph představil v roce 1955 model TR3 s kotoučovými brzdami na všech kolech… i když ne tak docela, šlo vlastně o prototyp. Triumph až do roku 1956 zkoušel na třech exemplářích TR2 nejlepší systém – jeden měl bubny, jeden kotouče Girling vpředu a bubny vzadu a jeden kotouče Dunlop na všech kolech.
Bezpochyby největší nárok na prvenství mezi skutečně sériovými vozy má ale Citroën DS, který byl osazen kotouči již při své premiéře na Pařížském autosalonu v říjnu 1955. Jakkoli v roce 1955 bylo postaveno jen necelých 70 v podstatě předprodukčních vozů. Citroën DS dokonce od počátku využíval, jak bývalo u značky zvykem, inovativní řešení. Těžké kotouče umístil k diferenciálu, aby tak snížil neodpruženou hmotnost. Toto řešení našlo v historii několik dalších aplikací v motorsportu i sériové produkci (naposledy ve voze Alfa Romeo 75). Očividnou nevýhodou je špatná dostupnost pro servisní zákroky i poněkud horší chlazení. Standardem, který používáme dodnes, se staly kotouče v kole, přičemž jejich konstrukce, jakkoli principiálně stále shodná, se dále vyvíjela.
Chlazení brzdných komponent je pro účinnost brzd nejzásadnější, objevily se proto různé způsoby, jak mu pomoci. Nejobvyklejší jsou kotouče vnitřně chlazené, které mají mezi dvěma třecími povrchu kanálky pro větrání a jsou dnes standardem na přední nápravě naprosté většiny silničních vozů (s plnými menšími kotouči vzadu, nebo u lehčích modelů bubny). Takřka výhradně pro vysokovýkonné sportovní a závodní vozy se využívají kotouče vrtané nebo drážkované. Navzdory populární domněnce neslouží otvory v kotoučích primárně jejich chlazení (jakkoli i jemu pomáhají), ale odvodu plynů.
Při intenzivním brzdění se materiál destiček i kotoučů rozžhaví a začne se odpařovat. Tím mezi destičkou a kotoučem vzniká vrstva plynu bránící vzájemnému kontaktu, brzdy tzv. vadnou. Podobná situace nastává při dešti a intenzivním použití, kde sníženou funkčnost zapříčiní vrstva přehřáté vodní páry.
Nevýhodou drážkovaných i vrtaných kotoučů je tendence k tvoření mikrotrhlin v materiálu kotouče, a především rychlé opotřebení destiček. Respektive je nevýhodou z hlediska běžného provoz, pro závodní nasazení je naopak ideální, protože z destiček odstraňuje napečené vrstvy a zajištuje tak jejich stálou kvalitu.
ŠKODA FABIA R5 používá na všech kolech drážkové kotouče věhlasné značky Brembo, dle profilu trati o průměru 300 mm (šotolina) nebo 355 mm vpředu a 300 mm vzadu pro silniční erzety. Specifické kotouče a destičky jsou pro jednotlivá nastavení navrženy v kombinaci s charakteristikou tlumičů, pneumatik, tuhostí stabilizátorů, světlou výškou atd.
I přesto, že kotoučové brzdy známe v dnešní podobě přes šedesát let, je jejich sladění s ostatními komponenty závodního vozu pro ty nejlepší výkony erudovaná práce pro zkušené odborníky.
Protože vyhrává ten, kdo brzdí nejefektivněji!
