Upload
pipin-indah-lestari
View
142
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
PENGGUNAAN REM CAKRAM KERAMIK DALAM BIDANG
OTOMOTIF
Oleh
Pipin Indah Lestari
1106052751
Departemen Teknik Metalurgi dan Material
Universitas Indonesia
Depok
2012
ABSTRAK
Keramik banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.salah satunya digunakan dalam
bidang otomotif.
Komposit dengan bahan dasar keramik yaitu silikon digunakan dalam pemakaian rem cakram
keramik untuk mobil F1 dan mobil audi.
Hal ini dikarenakan rem cakram yang terbuat dari keramik mempunyai kelebihan antara lain
bobotnya yang lebih ringan ,umur pemakaiannya lebih lama,lebih pakem,lebih tahan aus, dan
lebih cepat melepas panas.
Oleh karena kelebihannya tersebut rem cakram keramik banyak digunakan oleh mobil-mobil
modern.
ISI
I. Pendahuluan
Rem cakram keramik dicetuskan pertama kali oleh insinyur Inggris yang bekerja di
industri kereta api untuk TGV aplikasi pada tahun 1988.Tujuannya pertama kali
adalah untuk mengurangi berat rem dan memberikan gesekan stabil dari kecepatan
yang sangat tinggi dari semua suhu. Hasilnya adalah serat karbon diperkuat proses
keramik yang sekarang digunakan dalam berbagai bentuk untuk otomotif, kereta api,
dan aplikasi rem.
Di dalam bidang otomotif,produk rem cakram digunakan pada mobil yang
membutukan kepakeman dalam pengereman yang tinggi seperti mobil F1 yang
digunakan untuk balapan dan membutuhkan rem yang sangat pakem dibandingkan
rem-rem yang digunakan oleh mobil biasa di jalan raya.
Hal ini disebabkan oleh mobil biasa menggunakan rem dari bahan besi cor yang
memiliki bahan-bahan dengan kemampuan mengusir panas yang disebabkan oleh
gesekan tidak optimal pada suhu cukup tinggi yaitu dapat menahan panas permukaan
400 oC sebelum kegagalan terjadi.Sedangkan pada mobil balap F1 tidak cukup 400o
C ,mereka membutuhkan suhu lebih tinggi untuk menahan panas sebelum terjadi
kegagalan.
Sehingga dibutuhkan material yang bisa menahan panas yang tinggi yaitu
keramik,walaupun dia rapuh,tetapi bisa dikomposisikan dengan bahan lain (komposit)
yang memebuatnya lebih sempurna.
Di paper ini akan dibahas mengenai seluk beluk rem cakram keramik diawali dengan
definisi rem cakram,penjelasan singkat mengenai rem cakram keramik, kekurangan
dan kelebihan dari rem cakram keramik dan aplikasi rem cakram keramik .
II. Pembahasan
1. Definisi Rem Cakram
Rem cakram sudah mulai dikembangkan pada tahun 1890-an di Inggris. Di tahun
1902, Frederick William Lanchester mematenkan rem cakram buatannya dan sukses
digunakan pada mobil Lanchester.
Rem cakram atau disebut juga disc brake adalah suatu sistem untuk memperlambat
atau menghentikan putaran roda kendaraan ketika sedang bergerak.
Rem cakram biasanya terbuat dari besi cor, tetapi dalam kasus ini rem cakram dibuat
dari komposit karbon yang diperkuat keramik.
Cara kerja dari rem cakram yaitu gesekan antara cakram dengan bantalan rem akan
memperlambat atau menghentikan roda. Namun rem harus dijaga agar tidak terlalu
panas, karena panas berlebih akan mengurangi efektivitas rem,jika efektivitasnya
berkurang maka kepakeman dari rem tersebut juga berkurang.
Cakram biasanya dipasang pada roda atau as. Untuk menghentikan roda, bantalan rem
(dipasang pada perangkat yang disebut caliper) harus mencengkeram cakram yang
dipicu oleh gaya mekanis, hidrolik, pneumatik atau elektromagnetik.
Prinsip Kerja rem cakram yaitu brake pad (gambar 2) mencengkeram disc atau rotor
yang berputar dengan kekuatan hidrolik yang disalurkan kaliper rem .Sehingga Rem
cakram menghasilkan kinerja yang lebih baik dan stabil saat menghentikan kendaraan.
Gambar rem cakram dapat dilihat pada gambar 1.
2. Mengapa harus rem cakram keramik?
Rem cakram biasanya terbuat dari besi cor kelabu perlit (Gambar 3).
Diagunakan karena harga materialnya yang murah dan memiliki sifat antiwear cukup
baik. Namun pemakaian rem cakram besi ini dalam kasus-kasus tertentu misalnya
dalam balap mobil kepakemannya masih kurang dikarenakan besi memberikan
koefisien gesekan lebih tinggi dan tidak seragam.Lalu bahan lain yang digunakan
dalam pembuatan rem cakram adalah aluminium ,karbon dan keramik.
Jelas, dibandingkan besi,aluminium lebih ringan, rem yang terbuat dari besi
mempunyai berat yaitu sekitar 8 kg atau 32 kg per mobil. Aluminium paduan cakram
pernah digunakan dalam Lotus Elise (Gambar 4). Meskipun ringan, mereka kurang
tahan terhadap panas, sehingga Lotus Elise lebih kuat menggunakan rem cakram besi
daripada rem cakram paduan aluminium.
Berbeda dengan alumunium,rem cakram karbon memiliki keunggulan yang hampir
mendekati sempurna dan memiliki sifat yang hampir mirip dengan rem cakram
keramik,antara lain nilai gesekannya sama dengan rem cakram keramik,tetapi
memiliki berat yang lebih dibandingkan rem cakram keramik,dan memiliki harga
lebih tinggi,kekurangan dari rem cakram karbon ini selain harganya yang tinggi ia
kalah unggul dengan rem cakram keramik yang tahan terhadap kondisi basah.
3. Apa itu keramik ?Mengapa ia lebih unggul?
Keramik adalah bahan non-logam yang diproses dan digunakan pada suhu
tinggi. Mereka umumnya material rapuh tetapi mampu menahan kompresi dengan
sangat baik, tidak tahan di bawah tekanan dibandingkan dengan logam, tahan
terhadap panas (refraktori) dan dapat mempertahankan beban tekan yang besar
bahkan pada suhu tinggi. Sifat dari ikatan kimia dalam keramik umumnya ionik di
mana anion ikatan tersebut memainkan peran penting dalam penentuan sifat-sifat
material keramik. Anion dari keramik antara lain karbida, borida, nitrida dan oksida.
Karakteristik dari keramik tersebut yang membuat unggul keramik dari bahan
lain,kekurangan-kekurangan keramik dapat ditutupi dengan mencampurkan dengan
bahan-bahan lain yaitu komposit.
Kelebihan dari cakram rem keramik salah satunya yang paling menonjol adalah
perbandingan berat mereka dengan berat mereka rem cakram lain.rem cakram
keramik lebih dari 61% lebih ringan dari rem cakram besi. Dalam prakteknya ini
mengurangi berat mobil, tergantung pada ukuran cakram rem, hingga 20 kg per
mobil.Selain itu dari segi biaya,harga dari rem cakram ini lebih murah ketimbang rem
cakram karbon yang sangat mahal harganya dan segi penghematan bahan bakar, ia
menghasilkan emisi yang lebih baik dan lebih rendah untuk jarak tempuh yang sama.
Produsen membuat rem cakram dari keramik dengan memperhatikan keselamatan
tanpa menambah berat dari kendaraan itu sendiri dan harga yang relatif terjangkau.
4. Sejarah pembuatan rem cakram dari bahan keramik
Pada hari-hari sebelumnya, rem cakram dibuat dari bahan-bahan konvensional
keramik rapuh yang akan hancur menjadi ribuan keping di bawah sedikit
tekanan.Kemudian divisi penelitian Daimler Chrysler telah mengembangkan teknik
untuk membuat serat karbon rem cakram bertulang yang menghindari masalah
kerapuhan. Dimulai dengan serat karbon panjang,kemudian digantikan dengan
penggunaan serat karbon pendek karena erat karbon pendek terbukti meningkatkan
efisiensi.
Komposit yang digunakan untuk memproduksi serat cakram rem keramik diperkuat
serat karbon pendek, serbuk karbon, dan campuran resin. Proses ini melibatkan
pengkompresian serat karbon(Gambar 5), bubuk karbon dan campuran resin bersama
dalam suhu 1000 C di dalam tungku karbon ,dalam proses pemanasan ini terciptalah
dari serat karbon dalam matriks karbon. Setelah itu didinginkan sehingga terciptalah
bentuk rangka rem cakram .
Bersama dengan silikon ,rangka rem cakram ini kemudian dimasukkan ke dalam
tungku untuk kedua kalinya. Pori-pori dalam rangka cakram menyerap karbon silikon
yang telah meleleh seperti spons,tetapi serat itu sendiri tetap tidak terpengaruh oleh
proses ini.
Bahan keramik ini terbentuk ketika karbon matriks menggabungkan diri dengan
silikon cair. Serat ini diperkuat dengan bahan keramik.
Bahan selanjutnya adalah campuran resin.Resin adalah bahan polimer yang masih
murni.
Resin terdiri dari dua jenis:
1.Resin Thermosetting
2. Resin termoplastik.
Resin termoplastik adalah resin yang dapat melunak pada pemanasan mengeras pada
pendinginan. Pemanasan dan pendinginan berulang tidak mempengaruhi sifat kimia
bahan dari bahan resin itu sendiri. Resin ini terbentuk oleh polimerisasi penambahan
dan memiliki struktur rantai panjang molekul.
Selama proses pencetakan (dengan memanaskan) resin thermosetting mendapatkan
mengeras dan sekali mereka telah dipadatkan, mereka tidak dapat melunak karena
resin tersebut diatur permanen. Resin tersebut selama cetakan, memperoleh tiga
dimensi struktur terkait silang dengan ikatan kovalen yang kuat dominan. Mereka
dibentuk oleh polimerisasi kondensasi dan lebih kuat dan lebih keras dari resin
termoplastik. Mereka keras, kaku, tahan air dan tahan gores.
Coating (Pelapisan) pada rem cakram keramik
Teknologi baru yang dikembangkan oleh Freno Ltd menggunakan logam matriks
komposit untuk disk (rem) pada dasarnya merupakan paduan dari aluminium untuk
sifat ringan dan silikon karbida untuk kekuatan. Namun ia menemukan bahwa, aditif
keramik terbuat disk yang sangat abrasif dan memberi koefisien rendah dan tidak
stabil gesekan. Jadi disadari bahwa permukaannya harus direkayasa dalam beberapa
cara untuk mengatasi masalah ini. Setelah percobaan, Sulzer Metco Ltd menemukan
jawaban dalam bentuk lapisan keramik khusus. Mereka mengembangkan teknologi
spray termal serta manufaktur plasma yang digunakan untuk bahan pelapisan.
Dalam penggunaannya, permukaan keramik membutuhkan logam karbon gesekan
pad khusus untuk digunakan lapisan bahan pada rem cakram. Kopling ini
menyediakan kondisi yang diperlukan dari ketahanan aus yang luar biasa, koefisien
tinggi dan stabil gesekan.
Cakram matriks dilapisi komposit pertama kali digunakan pada sepeda motor
performa tinggi, di mana efek gyroscopic berkuramg sehingga memiliki keuntungan
tambahan yaitu membuat siklus lebih mudah untuk diubah.
Perusahaan lain menggunakannya sebagai bahan Lanxide disk. Untuk memberikan
ketahanan abrasi yang diperlukan, cakram aluminium harus diperkuat dengan bahan
keramik, maka terbentuklah logam komposit. Mereka menggunakan silikon karbida
juga untuk meningkatkan kekuatan.
DISC BRAKES PORSCHE KERAMIK (PCCB)
Setelah periode panjang penelitian dan tes Porsche telah mengembangkan rem cakram
kinerja baru tinggi, PCCB (Porsche Rem Komposit Keramik). Porsche telah berhasil
sebagai produsen mobil pertama di dunia untuk mengembangkan rem cakram keramik
dengan pendingin efisien.
Sistem rem baru ini menawarkan sebuah peningkatan yang substansial dalam
teknologi pengereman mobil dan menetapkan standar baru dalam hal kriteria yang
menentukan seperti respon pengereman, stabilitas, dan berat dari rem itu dan
pelayanan yang lebih baik.
PORSCHE KERAMIK KOMPOSIT BRAKE
Sistem rem baru Porsche juga menawarkan keuntungan jelas dalam keadaan darurat
pada kecepatan rendah.Dalam aplikasi darurat kasus rem dengan teknologi PCCB
tidak memerlukan kekuatan pedal substansial atau bantuan teknis yang melayani
pembangunan kekuatan rem maksimum dalam sepersekian detik. Sebaliknya, Rem
Komposit Keramik Porsche memastikan perlambatan maksimum dari awal tanpa
memerlukan tekanan khusus pada pedal rem.Dan pelapisan rem ini memungkinkan ia
masih unggul walaupun dalam kondisi yang basah dengan mengubah proses yang
melibatkan pemanasan serat bubuk karbon, resin dan karbon dalam tungku sampai
sekitar 1700 derajat Celcius ( proses vakum tinggi )
PCCB dipasang di PORSCHE 911 TURBO (Gambar 6)
5. Kelebihan dan kekurangan rem cakram keramik
1. Rem cakram keramik 50% lebih ringan dari rem cakram logam. Akibatnya, mereka
dapat mengurangi berat mobil hingga 20kg. Dalam kasus kereta api berkecepatan
tinggi seperti kereta api dengan 36 cakram rem, jumlah ini penghematan sampai 6
ton. Selain itu rem cakram keramik juga hemat bahan bakar.
2. Piringan rem keramik memiliki nilai-nilai gesekan yang konsisten selama proses
keseluruhan perlambatan. Dengan cakram rem keramik Porsche, mobil mampu
mengurangi kecepatan dari 100 km untuk 0 km dalam waktu kurang dari 3 detik.
3.Pengereman berdasarkan suhu lingkungan menjadi faktor yang sangat penting pada
rem cakram logam,tetapi tidak di rek cakram keramik,baik pada lapisan rem maupun
pada rem cakramnya itu sendiri mempertahankan gesekan yang tinggi tanpa
memperdulikan apakah suhu sedang panas ataupun dingin.
4. Keramik mempertahankan perlawanan mereka sampai dengan 2000 derajat
celcius.Hanya jika suhu perlawanan lebih dari ini, mereka kehilangan stabilitas
mereka.
5. Penelitian lapangan awal telah menunjukkan bahwa rem cakram keramik masih
bisa diandalkan membawa mobil untuk berhenti bahkan setelah 300.000 kilometer.
6. Mereka tidak tergantung pada berapa lama waktu pemakaian, bebas perawatan dan
tahan panas dan karat.
7. Kendaraan berat komersial dapat mengerem dengan aman jarak jauh tanpa harus
menjalani perawatan rem.
8. Rem cakram keramik tidak karat di bawah konsentrasi oksigen yang tinggi.
9. Tahan terhadap keadaan kering dan basah dengan sangat baik. Keramik adalah
bahan dan bantalan rem yang selalu tetap kering.
Kerugian utama dari rem cakram keramik adalah tingginya biaya awal
mereka. Awalnya matriks keramik komposit rem cakram akan lebih mahal daripada
yang logam teknologi saat ini karena jumlah produksi rendah dan biaya produksi yang
tinggi. Tapi, karena keuntungan yang banyak di atas, rem keramik pasti menjadi lebih
murah dalam jangka panjang karena dibuat dalam jumlah produksi yang banyak.
6. Aplikasi rem cakram keramik
Rem cakram keramik pertama dipakai oleh mobil Formula 1 dan digunakan untuk
balapan di lintas balap karena mobil tersebut membutuhkan kepakeman yang lebih
sempurna dibandingkan dengan mobil-mobil lain,kemudian dilanjutkan dengan mobil
Audi ,mobil mahal yang digunakan di jalanan biasa .
Pada pertengahan 90-an rem cakram keramik juga digunakan oleh mobil sport
Perancis Venturi dan diterapkan di jalan.
Tersedia juga sistem rem baru Porsche Keramik Komposit dengan produk dan model
PORSCHE 911 TURBO dengan kecepatan puncak 305 km / h (189 mph) dan
akselerasi dari diam ke 100 km / jam (62 mph) dalam 4,2 s.
PORSCHE 911 GT2
911 GT2 baru dilengkapi dengan sistem pengereman paling efektif yang pernah
ditampilkan pada produksi Porsche: Rem Komposit pada Porsche Ceramic (PCCB) -
sebuah teknologi baru yang dirancang untuk mengatasi bahkan dengan kondisi yang
paling ekstrim di pacuan kuda dan di jalan .
Mercedes Benz SLR juga tersedia dengan rem cakram keramik. Dan masih banyak
lagi mobil modern yang sudah menggunakan rem cakram keramik.
III. Kesimpulan
1.Rem cakram keramik adalah rem cakram yang terbuat dari komposit yaitu
campuran dari serat cakram rem keramik yang diperkuat oleh serat karbon pendek,
serbuk karbon, dan campuran resin.
2.Rem cakram keramik mempunyai keunggulan lebih banyak daripada rem cakram
yang terbuat dari besi cor antara lain dari segi berat ,kehematan bahan
bakar,kepakeman pada saat pengereman sehingga sekarang dipakai untuk mobil-
mobil modern seperti F1 dan mobil audi.
3.Aplikasi rem cakram keramik di bidang otomotif antara lain selain digunakan pada
mobil F1 dan mobil audi juga digunakan pada mobil PORSCHE 911
TURBO ,PORSCHE 911 GT2,Mercedes Benz SLR dan jenis mobil lainnya.
Lampiran
Gambar 1
Diadaptasi dari http://www.2carpros.com/articles/how-to-replace-front-brake-pads-and-rotors-fwd
Gambar 2
Diadaptasi dari http://autorepairanswers.com/troubleshooting/brakes-problems/a-10-step-troubleshooting-brake-problems-guide-part-1/
Gambar 3
Diadaptasi dari http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/bahan-baku-dan-produk-industri/besi-tuang-cast-iron/
Gambar 4Diadaptasi dari http://www.autonews-insight.info/2011-lotus-elise-price.html
Gambar 5
Diadaptasi dari http://eka-zulkarnain.blogspot.com/2010/07/mobil-f1-mobil-paling-aman-sedunia.html
Gambar 6
Diadaptasi dari http://mobil-dijual.bosmobil.com/spesifikasi-773/summary-Porsche_911_Turbo_Tiptronic.html
DAFTAR PUSTAKA
Data:
1. http://www.hinduonnet.com/thehindu/2000/05/25/ceramic disc brake
2. Teknik Otomotif Global Internasional Viewpoints Online, Nov_ 1999
3. http://www.porsche.com
4. http://www.daimlerchrysler.com
5. http://www.mercedesbenz.com
6. http://www.howstuffworks.com
Gambar-gambar:
7. http://www.2carpros.com/articles/how-to-replace-front-brake-pads-and-rotors-fwd
8. http://autorepairanswers.com/troubleshooting/brakes-problems/a-10-step-troubleshooting-
brake-problems-guide-part-1/
9. http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/bahan-baku-dan-produk-industri/besi-
tuang-cast-iron/
10. http://www.autonews-insight.info/2011-lotus-elise-price.html
11. http://eka-zulkarnain.blogspot.com/2010/07/mobil-f1-mobil-paling-aman-sedunia.html
12. http://mobil-dijual.bosmobil.com/spesifikasi-773/summary-Porsche_911_Turbo_Tiptronic.html