Bromssystem
Bromssystem, ett system som används för att minska hastigheten på ett fordon eller förhindra att fordonet sätts i rullning. I Sverige ska motorfordon för vägtrafik enligt lag ha två av varandra oberoende bromssystem, en färdbroms och en parkeringsbroms. Färdbromsen är den broms man normalt använder under färd, till skillnad från parkeringsbromsen som används då fordonet står stilla. På en bil manövreras färdbromsen normalt med en pedal medan parkeringsbromsen dras åt med handen med hjälp av en spak, via en pedal till vänster om färdbromspedalen, eller ansätts rent elektriskt. För tågäller helt andra förutsättningar och andra lösningar. Se tågbroms. Flygplan har dels klaffsystem för bromsning i luften och dels hjulbromsar och reversering vid landning. Båtar bromsar genom att skeva propellerbladen eller reversera rotationsriktningen. Bromssystem kan bygga på olika tekniker. De vanligast förekommande är pneumatiskt, hydrauliskt samt mekaniskt. På lastbilar och bussar är det vanligt med pneumatiska bromssystem. Principen för dessa är i princip samma som för ett hydrauliskt system, men med tryckluft i stället för bromsvätska. När bromspedalen trycks ned släpps luften genom en ventil in i bromscylindrarna - ju större lufttryck desto större bromskraft. Om bromspedalen släpps upp släpps luften ut igen. För bakhjulen på en lång lastbil eller buss finns reläventiler. Det innebär i korthet att en mindre mängd luft används för att "signalera" från bromspedalen till bakhjulsbromsarna att bromsa. Reläventilen fyller då bromscylindrarna med luft från en särskild behållare. Om detta system inte fanns, skulle det ta längre tid innan bakhjulen började bromsa. En liknande konstruktion finns på släpvagnar, man har då en matarledning och en manöverledning till släpvagnen. Tryckluftsbromsar kräver en kompressor för att fungera. Denna drivs av bilens motor, vilket innebär att luften så småningom läcker ut om motorn är avstängd. För att inte bilen ska gå att köra iväg innan det finns tryckluft nog att bromsa, så använder man inverterad parkeringsbroms. Den fungerar så här. När tryckluftsystemet är tomt pressas bromsbackarna/bromsbeläggen an med full kraft av fjädrar. När handbromsspaken läggs i lossläge motverkas fjäderkraften av en tryckluftcylinder, och hjulen kan rulla. Om trycket försvinner handbromsas bilen automatiskt. Tåg har en alldeles speciell typ av pneumatiskt bromssystem. Se tågbroms. Kraften från bromspedalen och huvudbromscylindern överförs till hjulets bromscylinder via vätska i bromsrör. Bromscylindern pressar antingen samman två bromsbelägg mot en bromsskiva eller så pressas två bromsbackar ut mot en bromstrumma. Personbilar har vanligtvis hydrauliskt bromssystem till färdbromsen (fotbromsen). Tunga fordon skulle överhetta vätskan så de har pneumatiskt bromssystem istället. Bromsvätskorna är huvudsakligen av silikon eller mineraloljebas. Kraften från bromspedalen/bromshandtaget överförs till hjulets broms med hjälp av ett stag eller en vajer. I övrigt fungerar det mekaniska bromssystemet i princip som det hydrauliska. Personbilar har vanligtvis mekaniskt bromssystem till parkeringsbromsen (handbromsen). Huvudartikel: EBS (fordonsteknik). Fordonstillverkare har på olika sätt löst problemet med att bromssystem kan sluta fungera. Trots att lagen enbart föreskriver att fordon måste ha två av varandra oberoende bromssystem, så har de flesta fordonstillverkare sett till att det så länge som det är möjligt ska finnas två fungerande system på fordonen. På både pneumatiska och hydrauliska bromssystem skulle ett brustet bromsrör innebära att hela bromssystemet slås ut. Därför har man två parallella system. (Parkeringsbromsen i ett pneumatiskt bromssystem är dock gjord så att ett förlorat tryck bromsar fordonet). I Sverige måste alla bilar från och med 1972 års modell vara försedda med tvåkretssystem.
Broms
Broms är en anordning vars funktion är att tillföra en kraft, som motverkar en rörelse. Bromsar fungerar genom att skapa ett rörelsemotstånd vid maskiner, särskilt sådana för lasters uppforsling eller transport. Rörelsemotstånden utgöres i allmänhet av friktion eller spärrverk. Det innebär inte nödvändigtvis att rörelsens hastighet minskar - till exempel kan man ju bromsa när man cyklar nedför en backe, och ändå öka farten. Bromsar används också för att avstanna maskiner eller bibehålla dem i vilotillstånd. Inbromsning kallas ofta retardation, men bör rent fysikaliskt betraktas som en acceleration i motsatt riktning. På grund av vilken anordning man tar indelas bromsarna i friktionsbromsar och spärrhjulsbromsar. Det finns många olika bromssystem, bland annat tågbroms eller tryckluftsbroms, handbroms, inverterad broms, rangerbroms, magnetskenbroms, elektrodynamisk broms (elbroms), hydraulisk broms, telmabroms, avgasbroms, retarder och intarder. Vid alla friktionsbromsar ska bromshävstången alltid upplagras så, att dess egen vikt strävar att föra det bromsande organet från bromsskivan. Ansättningen av bromsbackarna eller bromsbandet kan också förmedlas genom skruvutväxling, excenter och liknande eller genom kombination av flera likartade konstruktionselement. De består i allmänhet av en på den axel (a) som skall bromsas, befästa cylindrisk bromsskiva (b) som är vanligen av gjutjärn, mot vars omkrets en eller två bromsbackar eller bromsklossar (c) av gjutjärn eller stålgjutgods - oftast inklädda med trä eller läder - pressas med en kring en tapp (d) vridbar hävstång (e). På dennas fria ända verkar bromskraften (K) i pilriktningen så, att genom bromsbackarnas starkare eller svagare ansättning mot bromsskivan ett större eller mindre friktionsmotstånd skapas, som helt och hållet hämmar rörelsen eller begränsar dess hastighet inom erforderliga gränser. Bromsverkan stegras väsentligt, därigenom att man förser bromsskivans omkrets med ett eller flera kilformiga spår, i vilka de med motsvarande profilform försedda bromsbackarna ingriper. Sätts bromsbackarna parvis mittemot varandra, upphävs det för övrigt ensidigt mot axeln riktade bromstryckets inverkan på lagergångarna. En skivbroms består av en roterande skiva och ett ok, som innehåller två bromsklossar. Bromsverkan uppnås genom att klossarna pressas i axiell riktning mot skivan. Eftersom ansättningskrafterna är lika stora och motriktade belastas inte skivan eller axeln av någon axiell kraft. Bromsskivor kan utföras massiva eller ventilerade. Fördelarna med ventilerade skivor är en lägre egen vikt och snabbare nedkylning av skiva och belägg än med en massiv skiva. Styrning av bromsoket (bromsklossarna) görs oftast via ett hydraulsystem, men även mekaniska (vajer) styrning finns. Bromsslangar till hydrauliska skivbromssystem är oftast i gummi eller så kallade stålomspunna. Stålomspunna bromsslangar expanderar inte lika mycket som gummislangar och ger därför en mer distinkt bromsverkan. Skivbromsar har sedan 1960-talet blivit allt vanligare på personbilar. Idag tillverkas knappt någon bil som inte har skivbromsar åtminstone på framhjulen. Skivbromsar är numera vanliga även på snabba tåg. Den består av ett antal plana, släta eller räfflade skivor eller lameller, vilka är så förbundna med den axel, som skall bromsas, att de kan både rotera med och förskjutas på densamma. Mellan dessa lameller ingriper andra av motsvarande form, vilka likaledes är skjutbara i axiell led, men däremot är så lagrade i ett omgivande bromshus, att de hindras från att vrida sig. Genom de båda skiv- eller lamellgruppernas sammanpressande framkallas bromsmotståndet.
Bromsbelägg
Bromsbelägg är en delkomponent som ingår i skivbromsens uppbyggnad och används vanligen inom bilbranschen. Bromsbeläggen är uppbyggda genom att ha en bas gjord av stål där slitagedelen, ett material med hög friktion, fästes på stålplattan. Bromsbelägget är den del som är i kontakt med bromsskivan vid inbromsning. Bromsbelägg omvandlar fordonets kinestiska energi till termisk energi med hjälp av friktion. Vid mycket hård bromsning under lång tid, kan det bli så varmt att friktionen minskar eller helt upphör. Det är en riskt vid bilkörning i långa utförslut i alptrakter. Där bör i stället s.k. motorbromsning tillgripas.
Skivbroms
En skivbroms är en del av ett bromssystem som består av en roterande skiva och ett bromsok, som innehåller två bromsklossar. Bromsverkan uppnås genom att klossarna pressas i axiell riktning mot skivan och skapar friktion. Eftersom ansättningskrafterna är lika stora och motriktade belastas inte skivan eller axeln av någon axiell kraft. Skivbromsar har sedan 1960-talet blivit allt vanligare på personbilar. Idag tillverkas knappt någon bil som inte har skivbromsar åtminstone på framhjulen. Skivbromsar är numera vanliga även på snabba tåg. Sedan början av 2000-talets första decennium har cyklar, framförallt då sportcyklar av mountainbike-typ börjat få skivbromsar. Komponenterna som används i en skivbroms är i stora drag bromsskiva, bromsok och bromskloss, dessa i sin tur har ett antal ingående delar, så som kolven i bromsoket och dess tätningar. Styrning av bromsoket och bromsklossarna görs oftast via hydraulik, pneumatik eller elektromagnetism. Bromsslangar till hydrauliska skivbromssystem är oftast i gummi eller så kallade stålomspunna. Stålomspunna bromsslangar expanderar inte lika mycket som gummislangar och ger därför en mer distinkt bromsverkan. Bromsskivor kan utföras massiva eller ventilerade. Fördelarna med ventilerade skivor är en lägre egen vikt och snabbare nedkylning av skiva och belägg än med en massiv skiva. Det finns två olika typer av bromsok, flytande och fasta. Ett fast bromsok rör sig inte i relation till bromsskivan och är därför mer känslig för ojämnheter. Det fasta bromsoket använder sig av ett eller flera par kolvar, som placeras på vardera sida om bromsskivan, denna teknik är mer komplicerad och därför dyrare än ett flytande bromsok. Flytande ok använder sig av en eller två kolvar som placeras på inre sidan av bromsskivan och förflyttar hela oket vid inbromsning. Flytande bromsok har till skillnad från fasta, glidpinnar som tillåter oket att glida i horisontellt led i samma riktning som hjulets axel när kolven pressas ut, vilket gör att samma tryck kommer att råda på båda sidor om skivbromsen. På grund av dess konstruktion kan flytande ok låsa sig, där orsaken kan vara smuts eller korrosion som tränger sig in i minst en fästmekanism och stoppar dess normala rörelse. Detta kan leda till att bromsokens bromsbelägg är i kontakt med bromsskivan när bromsen inte används eller att bromsoket pressar bromsbelägget i en vinkel. Orsak till att oket låser sig kan bero på oregelbunden körning, fel på tätningar eller gummidamasker som ska skydda mot orenhet, smörjningen i monteringsmekanismen har torkat och fukt kan ha trängt in vilket leder till korrosion, eller en kombination av dessa faktorer. Konsekvenser kan innefatta minskad bränsleeffektivitet, extrem upphettning av skivan som kan leda till hjullagerhaveri eller onormalt slitage på bromsklossarna. Ett vidhäftande främre bromsok kan också orsaka vibrationer i ratten. Slitagevarnare för bromsbelägg.
Hydraulisk broms
Hydraulisk (bromsservo) broms (hydraulic brake) fungerar som namnet säger med hydraulik. I stället för att enbart bromsa med muskelkraft förstärks trycket från pedalen (eller annan kontroll) med hjälp av en hydraulisk pump som oftast drivs av kraft från motorn. På en hydraulisk skivbroms fungerar det så att när kraften från hydrauliken nått bromsoket så pressar den ett metallblock (oftast grått gjutjärn) mot bromsskivan, som sitter fast på hjulet, och bromsar därigenom detta. En hydraulisk trumbroms fungerar nästan på samma sätt, med den skillnaden att det hydrauliska trycket istället trycker fram en hävarm, som i sin tur trycker fram bromsbackarna mot trumman i bromsen så att hjulet bromsas. Den hydrauliska trumbromsen har två metallblock (bromsbackar) placerade som två "c" (varav det ena spegelvänt), som pressas mot varandra av en mekanism som drivs av trycket från vätskan.
Gångegenskaper (tåg)
De oönskade rörelserna kan elimineras på fyra sätt. Förälsfordon gäller följande oönskade rörelseriktningar med var och en sina lösningar. Vid högre hastigheter kan stabiliteten däremot förbättras om hjulskivorna inte är helt styvt kopplade till varandra, genom en magnetkoppling (där ett magnetiskt puder gör att styvheten kan varieras genom ett elektromagnetiskt fält). Koniciteten gör även att gången i kurvor blir bättre. Centrifugalkraften gör att ytterhjulet trycks mot flänsen, ytterhjulets väg blir längre än innerhjulets och kompenserar i bästa fall att rälsen är lite längre i en ytterkurva. Kompensationen kan ytterligare förfinas genom att ge spåret en viss lutning i kurvorna. Styrningseffekten av koniciteten ökar om hjulbasen – avståndet mellan axlarna – minskas, därför att en kort vagn vrider sig lättare än en lång. En boggi ska ses som en väldigt kort vagn med litet tröghetsmoment som därmed svänger lättare. Genom att låta en lång vagn bäras av två vridbara korta vagnar (boggier), som var och en blir mer självcentrerande, så blir hela vagnens gång lugnare. Den styr lättare genom kurvor och växlar. Antalet axlar behöver inte bli flera eftersom man nu kan göra varje vagn längre eller klara större last. Om lasten är låg kan man i stället låta två vagnsändar bäras av samma boggi – en jakobsboggi – som t.ex. i pendeltåget X60. Jakobsboggin har även en annan fördel att den förlänger hjulbasen mellan boggierna vilket gör att vagnskorgen kränger mindre. Ett problem med självstyrande boggier är att de kan styra lite för snabbt i höga hastigheter så att en självsvängning uppstår – sinusgång. Detta har man eliminerat genom att sätta in horisontella "girdämpare" mellan boggi och vagn vilket dämpar vridrörelsen i boggin. En förbättring var införandet av boggi med passiv radiell axelstyrning. På de flesta boggierna har hjulaxlarna bara kunnat röra sig vertikalt (fjädring) men ej framåt eller bakåt. Genom att använda t.ex. gummiinfästning i rörelseriktning så kan man låta axeln vrida sig lite i horisontalplanet när tåget går i en kurva och ytterhjulet får längre väg att gå än innerhjulet. De två axlarna i en boggi blir inte helt parallella utan riktas in mot centrum för den kurvradie som banan har. Det blir lite som på en bil där man med ratten vrider framhjulen mot innerkurvan. Det hela sker utan yttre hjälp och kallas därför passiv radiell styrning. Slitaget på hjul och räls minskar väsentligt och man kan tillåta högre hastighet i kurvorna (cirka 15 % högre). Även i detta fall är dämpningen i vridrörelsen (oftast gummi) viktig för att undvika självsvängningar. En följd blir att man inte kan använda den gamla tekniken med bromsklossar som trycker mot hjulbanan utan måste ha särskilda bromsskivor. X 2000-tågen har denna lösning. En ytterligare förbättring är aktiv radiell axelstyrning. Rälsen är ibland oregelbunden. Sättningar gör att den kan bli krokig. Vid höga farter räcker inte den passiva styrningen för att skapa jämn gång. Genom att sätta in sensorer i boggierna som känner av påkänningar i olika riktningar kan blixtsnabba styrimpulser ges som aktiverar en mekanisk vridning av axlarna. Det kan ske genom att skjuta ihop lagerboxarna lite i längsled på ena sidan av boggin och isär på den andra sidan. Detta sker mycket snabbt (jämför med tekniken för låsningsfria bromsar och antisladdsystem för bilar). Denna "mekatroniska" lösning har även fördelen att antalet dämpkolvar och länkar kan elimineras. Metoden kan kompletteras med aktiv lateral fjädring. Om flänsen kortvarigt går emot rälskanten kan en sådan aktivera en liten sidledsförflyttning av axeln för att undvika skakningar. Kurvradier i spårgeometrin görs så stora som möjligt och spåret doseras (rälsförhöjning enligt banverkets nomenklatur) så att centrifugalkrafterna elimineras vid höga hastigheter utan att lutningen blir alltför störande vid krypfart.
