Norma Euro 7: Laser společnosti TRUMPF brzdí jemný prach

Většina nečistot nepochází z výfuku. Až 70 procent jemného prachu vzniká při jízdě, protože dochází k oděru částic u pneumatik, povrchu vozovek – a brzd. To platí také pro E-auta. Asi 250.000 Evropanů každým rokem předčasně zemře kvůli zatížení jemným prachem, odhaduje EU agentura EEA činná v oblasti životního prostředí. Dosud Evropská unie v takzvaných Euro normách regulovala pouze spaliny aut s benzínovými a dieselovými motory. S Euro 7 se nyní zabývá pneumatikami a brzdami všech osobních automobilů. Výrobci automobilů, kteří chtějí i po roce 2026 ještě prodávat nové vozy v EU – tedy všichni –, potřebují nyní rychle nápad, jak omezit oděr jejich brzd o 80 procent.

Dr. Claus-Ulrich Lott je jednatel společnosti Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik v Nürtingenu. Zatímco prochází starší, světlem prozářenou částí hlavního závodu, vyjmenovává: „Jak musí řešení vypadat? Za prvé: Musí dodržet normu. Téměř žádný oděr. Jasné. Za druhé: Musí být cenově příznivé. Brzdy jsou produkt hromadné výroby, tak u ceny za kus záleží na centech. A za třetí: Musí se téměř bez hluku začlenit do etablovaného výrobního procesu.“ Lott se zastaví před zkušebním zařízením pro výrobu brzdových kotoučů. „Proto jsme se rozhodli vytvořit stroj, který na brzdové kotouče nanáší ultra tvrdý povlak.“

Na kulatém stole stroje rotuje litinový brzdový kotouč pro osobní automobily pod laserovou optikou a sedmi tryskami pro přivádění prášku. Buňka vysokorychlostního laserového práškového navařování, nazývaná NaCoat, nanese dvě vrstvy. Nejdříve jednu vrstvu o tloušťce 0,1 milimetru z nerezové oceli. A na ni nahoru funkční vrstvu o tloušťce 0,2 milimetru, která je protkána ultra tvrdými částicemi z karbidů. „Během třiceti sekund doby obrábění vypadá povrchová vrstva pod mikroskopem jako tabulka čokolády s celými ořechy: Tvrdé částice vyčnívají“, vysvětluje Lott. „To by ještě neomezilo jemný prach.“

Brzdový kotouč je tedy přiveden k brusce NaGrind, která s 36 diamantovými nástroji hladce obrousí kotouč. Ultra tvrdý automobilový brzdový kotouč je hotový. Obrusná vrstva je asi desetkrát tvrdší než standardní litinové kotouče a vydrží daleko déle.

Lott: „Nápad, na brzdové kotouče nanášet tvrdé vrstvy, je blízko. Ale jak?“ Tři procesy byly rychle vyškrtnuty: elektrochemické nanášení vrstev – příliš špinavé. Termické nanášení vrstev – příliš pomalé. Nástřik studeným plynem – příliš drahý a není vhodný pro každý kotouč. Lott se kvůli čistému procesu a krátké době obrábění rozhodl pro vysokorychlostní variantu laserového práškového navařování, takzvané vysokorychlostní laserové práškové navařování (HS-LMD).

„Avšak problémy začínají vždy, když dobrý nápad má být realizován“, směje se Lott, „Například litina je nevděčný nosič pro vrstvy.“ Jednoduše špatně přilnou, proto je potřeba hodně prášku. „Prášek ale ve výrobním procesu brzdového kotouče tvoří nakonec 60 až 70 procent výrobních nákladů. Náš stroj tedy musí dosáhnout vysokého stupně účinnosti u prášku, totiž: u přiváděného prášku využít tolik, kolik je možné." Jak dokáže firma Nagel snížit spotřebu prášku?

„Ve vývoji jsme se spojili se společností TRUMPF. A ti používají dvojí trik při tvarování paprsku.“ Technika tvarování paprsku BrightLine Weld výkon laseru rozdělí do vzájemně nezávislých regulovatelných zón jádra a prstence, které se podobají sprchové hlavici s paprsky jádra a prstence. Přívod energie a tepla tak lze optimálně nastavit. To jednak znamená, že téměř nedochází k protažení brzdového kotouče. A jednak je povlakování značně tenčí a je tedy potřeba méně prášku. Druhý gamechanger pro spotřebu prášku je bifokální technologie od společnosti TRUMPF: Jedna část laserového paprsku mírně ohřeje odlitek, krátce předtím než na něj dopadá sprška prášku. Tím prášek okamžitě bez problému přilne, místo aby se nejdříve odrazil a stal se drahým odpadem. Stroj během procesu nanášení využije až 94 procent prášku. Firma Nagel má nyní hospodárnou výrobní metodu pro brzdové kotouče téměř bez oděru, konformní s Euro 7.

K tomu ještě zvláštní přínos pro všechny řidiče E-aut: Nejenom že se mohou těšit, že s extra tvrdým brzdovým kotoučem budou putovat po městě téměř bez jemného prachu. Díky povrstvenému kotouči je E-auto také ještě bezpečnější. Protože je odolné vůči korozí, takže nerezaví. A to je dobrá zpráva především pro všechny řidiče E-aut. Neboť E-auta brzdí při každodenním používání téměř vždy prostřednictvím rekuperace, tedy se zpětným získáváním energie. Při tom vzniká odpor v hnacím ústrojí, který brzdí vozidlo. Mechanický brzdový kotouč se používá pouze zřídka a rezaví.

„Když potom někdy na dálnici při vysoké rychlosti musíte naplno zabrzdit, je zkorodovaný brzdový kotouč extrémně bezpečnostně kritický: uvolňující se zrezavělé částečky značně prodlužují brzdnou dráhu“, vysvětluje Lott. Kvůli brzdovým kotoučům povrstveným tvrdým materiálem si již nikdo nemusí dělat starosti.

Lott před dvěma a půl lety převzal vedení u firmy Nagel a úplně vsadil na transformaci a brzdové kotouče. „Náš dosavadní obrat do té doby značně závisel na spalovacích motorech a znatelně se snižoval. S naším řešením pro brzdové kotouče konformní s Euro 7 chceme nabízet produkt nezávislý na oděru a zároveň zůstat v branži, ve které se nejlépe vyznáme.“ Soupis objednávek mu dává za pravdu: V prvních šesti měsících firma Nagel dodala dvoumístný počet zařízení pro sériovou výrobu brzdových kotoučů.

Výrobci a dodavatelé automobilů se připravují na významný přechod na Euro 7. První auto s brzdovými kotouči povrstvenými tvrdým materiálem bude na silnici jezdit od roku 2025: Rozsáhlé testy ve zkušebních vozidlech již probíhají. Lott je hrdý na obchodní úspěch, je nadšený jen krátce a potom vážný: „Ale je důležité ještě něco jiného: Naše zařízení budou přispívat k tomu, že lidé budou vystaveni menšímu množství jemného prachu a zůstanou zdraví. Pro mne je to naprosto uspokojivý pocit.“