Embed Size (px)
Citation preview
INSTRUCTOR TÉCNICO
Ing. Luis A. Anguiano Silva
2
INDICE
1. Historia
2. Princípios básicos
2.1. Funcionamiento del freno hidráulico
2.2. Principios básicos (Ley de Pascal)
3. Líquido de frenos
3.1 Purgando el sistema
3.1.1. Purga en forma manual
3.1.2. Purga con tanque a presión
3.1.3. Purga con bomba de vacío
4. Sistema hidráulico automotriz
4.1. Cilindro maestro de un solo pistón
4.2. Cilindro maestro de doble pistón
4.3. Cilindro maestro de sistema doble en diagonal
5. Cilindro maestro (Bomba de frenos)
5.1. Funcionamiento del cilindro maestro sencillo de un solo pistón
5.2. Funcionamiento del cilindro maestro doble
5.3. Funcionamiento del cilindro maestro doble tipo escalonado
5.4. Problemas con el cilindro maestro
5.5. Válvulas del circuito de frenos
5.5.1. Válvula de proporción o dosificadora
5.5.2. Válvula de combinación o compensadora
5.5.3. Válvula e interruptor de presión diferencial
5.5.4. Válvula combinada
3
6. Servofreno (Booster)
6.1. Averías
6.2. Inspeccionando el servofreno (Booster de vacío)
6.3. Innovaciones Mercedes Benz
7. Tuberías y mangueras
7.1. Problemas con las mangueras de freno.
8. Freno de disco
8.1. Freno de disco de pinza fija
8.1.1. Freno de disco de pinza fija de dos pistones
8.1.2. Freno de disco de pinza fija de cuatro pistones
8.2. Freno de disco de mordaza deslizable
8.3. Como funcionan las pastillas
8.3.1. Frenos sueltos
8.3.2. Frenos aplicados
8.4. Ventajas y desventajas
8.5. Los discos de freno
8.5.1. La geometría del disco de freno
8.5.2. El buen mantenimiento de los discos de freno
8.5.3. Principales problemas asociados a los discos
8.5.4. Recomendaciones
8.6. Pastillas de frenos
8.6.1. Breve reseña histórica sobre la fricción
8.6.2. Composición
8.6.3. Fabricación
4
8.6.4. Características básicas de las pastillas de freno
8.6.5. Conjunto caliper (Pinza – Pastilla)
8.6.6. Parámetros que definen el material de fricción
8.6.6.1. Coeficiente de fricción
8.6.6.2. Clasificación de los materiales de fricción de acuerdo a
SAE
8.6.6.3. Densidad
8.6.6.4. Porosidad
8.6.6.5. Fuerza de cisalladura
8.6.6.6. Compresibilidad
8.6.6.7. Conductividad térmica
8.6.7. Resumen
8.6.8. Daños a producto y soluciones
9. Freno de tambor
9.1. La acción de servo aumenta la fuerza de frenado
9.1.1. El frenado de acción servo asistido
9.1.2. El frenado de acción servo doble o duoservo
9.2. Ajuste automático de los frenos de tambor
9.3. Funcionamiento freno de estacionamiento
9.3.1. Ajuste freno de estacionamiento
9.3.2. Freno de estacionamiento sistema de disco
10. Preguntas más frecuentes
5
1. HISTORIA
El sistema de frenos ha pasado por una importante evolución desde
sus inicios, a mediados del siglo XVIII, cuando se empezó a experimentar la manera de detener un vehículo, ¡incluso con la
pared!
En Francia, en 1769 aparece el primer automóvil, un pesado triciclo de madera, propulsado por una caldera de vapor. Nicolás Cugnot es
el creador de este extraño artefacto y la historia lo reconoce como el inventor del primer automóvil, e igualmente del primer accidente;
pues su vehículo carecía de frenos.
En los primeros vehículos de tracción animal el frenado se realizaba con un patín de madera recubierto de cuero que se aplicaba contra la
rueda metálica, en su parte externa suficiente para velocidades inferiores a 25 Km/Hr
A finales del siglo XIX, Karl Benz, Albert de Dion, Georges Bouton y F.W. Lanchester desarrollaron y vendieron los primeros
automóviles; pero fue Lanchester el que patentó en 1902 el primer sistema de frenos de disco.
Al aparecer las bandas neumáticas de rodadura en las ruedas a
finales del siglo XIX, las velocidades alcanzaron los 100 Km/hr., la transmisión se efectuaba por cadena y la frenada se realizaba
mediante frenos acorazados de tambor que rozaban sobre las coronas de la transmisión; su mando era por una palanca exterior y varillaje.
Al desaparecer la transmisión por cadena (1907), un pedal manda a
los tambores ubicados en las ruedas traseras y una pieza roza sobre el tambor colocado a la salida de la caja de velocidades. Las zapatas
eran de fundición, con un punto de articulación y mandadas por una leva. En 1902, la francesa Renault dio el primer gran salto en la
evolución de los frenos con la invención de los frenos de tambor.
En 1909 nace el segmento inventada por HERBERT FROOD compuesto por una capa de asbesto con hilo de latón entrecruzado
impregnado de resina, el sistema es aún deficiente hasta 1922, en
6
que MALCON LOUGHEAD, aplico la palanca hidráulica al sistema de
frenos empleando cilindros y tubos para transmitir la presión de un liquido contra las zapatas de los frenos por primera vez en 1924, sólo
hasta 1945 casi la totalidad de los vehículos son equipados con este
sistema. Es finales de los veinte cuando se hizo común el uso de los frenos en las cuatro ruedas.
Siendo cada vez mayores las velocidades de los vehículos surge un
nuevo problema que es el aumento de calor, se necesito dar como solución en 1953 la incorporación de frenos de disco en un vehículo
Jaguar, durante las pruebas de las 24 horas de Le Mans, 10 años después surge el primer vehículo equipado con cuatro frenos de
disco: El Renault 8, mientras en 1955 el primer vehículo en aplicar frenos de disco en Francia fue CITROEN en el tren delantero.
En 1961 apareció el servofreno, como ayuda al esfuerzo que ejerce el conductor sobre el pedal; y en 1965, Volvo añadió una válvula
limitadora de presión. En 1963, Mercedes comenzó a instalar de serie sistemas de frenos con 3 circuitos. En la carrera por disipar mejor el
calor, en 1966 Porsche lanzó el disco autoventilado.
En 1985 comenzó a ofrecerse de serie –Mercedes Clase S y Ford Scorpio, los primeros ABS, en lo que fueron los inicios de la aplicación
de la electrónica a los sistemas de frenado.
Abierto ya el camino, la llegada de más sistemas electrónicos a los
frenos fue cuestión de tiempo: en 1986 llegó el control de tracción (ASD y ASR) que funciona en conexión con el ABS; en 1994, el ESP;
en 1996, el EBD la asistencia a la frenada.
2. PRINCIPIOS BÁSICOS
2.1 FUNCIONAMIENTO DEL FRENO HIDRÁULICO
El sistema de frenos hidráulico es básicamente un amplificador de la
fuerza que el conductor aplica sobre el pedal del freno,
transmitiéndola a las balatas para detener las ruedas.
El primer amplificador que se encuentra, es el pedal del freno y dependiendo de su mayor o menor longitud de la palanca será la
amplificación de la fuerza.
7
En la figura vemos como se aplica una fuerza F del lado izquierdo de la palanca, este lado izquierdo es dos veces más largo (2X) que el lado derecho (X). Por lo tanto, sobre el lado derecho de la palanca resulta una fuerza 2F en sentido contrario, pero actúa a través de la mitad de de los (Y) de distancia que el lado izquierdo cambia de lugar (2Y). Cambiar los respectivos largos del lado izquierdo y derecho de la palanca, cambia los multiplicadores.
El segundo elemento amplificador es el booster, el cual ayudado por el motor crea una diferencia de presiones, vacío en un lado y presión
atmosférica al otro; al accionar el freno colabora con el esfuerzo del conductor. Entre mayor sea el diámetro mayor será la amplificación.
Como tercera ayuda está el sistema hidráulico comprendido entre el cilindro maestro (Bomba) y los cilindros de rueda y calipers, a mayor
diferencia entre las áreas de los pistones del cilindro maestro y de los pistones del cilindro de rueda y calipers, mayor amplificación se
obtendrá.
8
Entre más grande sea el diámetro de los cilindros en las ruedas y más
pequeño el de la bomba, la amplificación de la fuerza de frenado es mayor.
Al llegar al final del sistema encontramos que las zapatas son otro amplificador que actúan como una palanca mecánica y su efecto es
directamente proporcional a la longitud, entre el punto de apoyo (anclaje) y el punto en que se aplica la fuerza (del pistón).
El elemento que se encuentra en movimiento es el tambor en conjunto con la rueda y sobre el actuaran las zapatas para detener el
movimiento (Freno de tambor). A mayor diámetro de tambor mayor potencia.
En el freno de disco, el elemento que gira es el rotor (Disco) y contra
el se apoyarán las pastillas para inmovilizarlo.
9
2.2 PRINCIPIO BASICO (LEY DE PASCAL)
Dos principios conocidos de física básica se encuentran presentes en la operación de cualquier sistema de freno automotriz:
Un líquido en un recipiente cerrado transmite la presión aplicada de igual forma en todas direcciones
La energía no puede ser creada o destruida. Sin embargo puede ser transformada en otras formas de energía.
Observe cómo el primer principio, ley de Pascal, se relaciona con los
frenos hidráulicos. El conductor presiona el pedal de freno y mediante el cilindro maestro se genera una presión y esta a su vez es aplicada
al líquido para frenos (fluido incompresible), y este transmite la presión a los cilindros de rueda y calipers.
El hecho de que el cilindro maestro genere una presión igual a cada canal del sistema y el que las balatas se encuentren perfectamente
ajustadas, es lo que permite que el automóvil frene apropiada y uniformemente.
El término “Incompresible” es muy importante y lo debemos tener
presente siempre. Esto quiere decir que el líquido de frenos dentro
del sistema se va a comportar como un sólido. El aire puede estar comprimido, pero un líquido es prácticamente incompresible. En un
sistema de frenos hidráulicos, aíre atrapado dentro del sistema da como resultado un pedal bajo, esponjoso y posiblemente una
ausencia de frenado.
10
3. LÍQUIDO PARA FRENOS
Todos los líquidos para freno son incompresibles, pero no
todos son iguales. Si usted observa la etiqueta, notará que en cada embase de líquido aparece una clasificación
tal como LF3 (DOT 3), LF4 (DOT 4) o LF5 (DOT 5).
LF = Liquido para frenos según la Norma Oficial Mexicana NOM-113-SCFI-1995
DOT = Ministerio del Transporte de USA.
Cada tipo de líquido tiene sus propias características.
La diferencia entre un LF3 y un LF4, es su punto de ebullición en
seco. Ambos están hechos a base de glicol (alcoholes); sin embargo el LF3 tiene un punto de ebullición seco mínimo de 205°C (grados
Centígrados) 401°F (grados Fahrenheit), y este es el tipo de líquido que especifica la mayoría de los armadores de autos estadounidenses
y japoneses para sus vehículos. El LF4 tiene un punto de ebullición seco de 230°C / 446°F, este tipo es el que se especifica para la
mayoría de los automóviles europeos. (El punto de ebullición seco se refiere a libre de agua. El agua disminuye el punto de ebullición del
líquido para freno, lo que puede afectar el rendimiento en la unidad.)
Los líquidos de freno hechos a base de glicol, absorben humedad
(higroscópico), corroyendo y degradando las partes internas de los frenos con el tiempo, además de dañar la pintura del auto en caso de
tener contacto con ella, es por esto que muchos fanáticos del automovilismo deportivo cambian a sus vehículos el liquido a base de
glicol por el LF5, líquido de frenos hecho a base de silicón. El LF5 tiene un punto de ebullición de más de 260°C / 500°F , no daña la
pintura del vehículo además de que no absorbe humedad, por lo que no corroe los componentes de sistema de freno, lo que repercute en
una vida más larga para los cilindros y el sistema completo del freno hidráulico. Lo anterior no quiere decir que el LF5 debe ser puesto en
cualquier automóvil. El LF 5 (DOT 5 a base de silicón) nunca debe ser usado en vehículos equipados con sistema de frenos
ABS y tampoco en vehículos de uso continuo y que circulen en
constante tráfico ya que el excesivo frenado tiende a generar burbujas en el sistema lo que nos da como consecuencia un
pedal bajo y esponjoso.
11
Las pruebas de campo hechas por SAE (Sociead de Ingenieros Automotrices), han mostrado que un automóvil con un año de antigüedad, llega a tener hasta un 4 % de humedad en el líquido. En una prueba que se realizo aleatoriamente a vehículos en los EE.UU., esta mostró que el 25% de los vehículos probados con un promedio
de vida de 8 años, estos tenían más del 5% de agua incorporada en el líquido para frenos.
El DOT 5 a base de silicón nunca se deberá combinar con el DOT 3 ó DOT 4, la única manera de emplear líquido a base de silicón es
sustituir del automóvil mediante purga, el 100% del líquido a base de alcoholes. De igual forma tampoco combine el DOT 3 con el DOT 4
esto puede acelerar la corrosión de los componentes de su sistema de frenos.
Es importante recordar que el líquido para frenos no dura para
siempre, con el tiempo, el líquido acumula sedimentos (lodos) y humedad. Esto afecta el rendimiento del líquido y daña los otros
componentes del sistema hidráulico.
Los expertos en mantenimiento de automóviles recomiendan que en
todos los sistemas de frenos se debe cambiar el líquido cada dos años (vehículos de uso intensivo cada año). Esto es sacar todo el líquido
viejo y sucio, y reemplazarlo con nuevo. Aunque limpiar el sistema no es una operación complicada, usted debe tener siempre presente que
los productos derivados del petróleo al tener contacto con los componentes del sistema de frenos causaran graves daños a las
partes de hule provocando que se hinchen y se degraden, ocasionando graves daños en el vehículo, por esta razón nunca los
utilice. La vaselina de igual forma tampoco debe ser utilizada para
lubricar los componentes de hule ya que obtendrá los mismos daños antes mencionados.
12
3.1 PURGANDO EL SISTEMA
Después de una reparación en el sistema de frenos, el líquido viejo y
con aíre debe ser retirado. A esto se le llama "Purgar el sistema". Puede ser hecho manualmente por dos personas o por una persona
con un tanque de purga a presión o por vacío. El aire es arrojado del sistema a través de los tornillos de purga, ubicados sobre la parte
más alta del caliper, y de los cilindros de rueda. Si un tornillo de purga se rompe, debe ser reemplazado o el aíre quedará en el
sistema. El aíre que se encuentra dentro del sistema es la causa de un "Pedal blando o esponjoso" o de la pérdida completa del pedal.
Debido a que el fluido para frenos, absorbe la humedad del medio ambiente, es importante mantener siempre tapado el depósito del
cilindro maestro. Un líquido con demasiada humedad en el sistema de frenos hidráulico, puede oxidar y marcar las cámaras en donde se
alojan los pistones del cilindro maestro, de los cilindros de rueda y del caliper, provocando que las gomas se bloqueen o haya fugas en estos
componentes.
El reemplazo del líquido para frenos se debe llevar a cabo
periódicamente para la mejor operación del sistema hidráulico, utilizando el tipo (LF3 o LF4) que recomiende el fabricante. El tipo de
líquido que utiliza nuestro auto lo podemos observar en la tapa del depósito del cilindro maestro con la leyenda USE ONLY DOT3 ó USE
ONLY DOT4 según sea el caso.
Tipo de Servicio Periodo de Recambio Particular sin ABS Cada dos Años
Intensivo sin ABS Cada año
Particular con ABS Cada año
Intensivo con ABS Cada 8 meses
3.1.1 Purga en forma manual.
En este método se requiere la
participación de 2 personas, una que bombee el pedal del freno y otra que
abra y cierre el tornillo de purga.
Bombee el pedal del freno con un movimiento lento y constante, el pedal
quedará con una presión moderada. Afloje el primer tornillo de purga en la secuencia y observe el liquido.
Una vez que el pedal llega al piso, apriete el tornillo de purga y bombee el pedal nuevamente. Continúe con esta operación hasta que
no vea más aire escapando con el líquido. Con el tornillo de purga apretado con el torque apropiado, afloje el resto de los tornillos de
purga de acuerdo a la secuencia y repita el procedimiento hasta que
13
todo el aíre haya salido del sistema. Después de purgar la ultima
rueda de acuerdo a la secuencia, llene el depósito del cilindro maestro y revise como se siente el pedal del freno. Su efectividad es
alrededor del 90%, además que es un proceso en el que se emplea
mucho tiempo y se desperdicia de igual forma mucho líquido.
3.1.2 Purga con un tanque a presión
Para este método se requiere de un tanque presurizado de
líquido de frenos que provoque que el líquido salga a través de
los tornillos de purga. Un adaptador conecta el tanque
presurizado al cilindro maestro. Una sola persona puede realizar
la la purga y cambio del líquido en su su totalidad en un
promedio de 10 minutos, con una eficacia del 100%. Se recomienda se trabaje a una presión entre 20 y 25 PSI para evitar dañar los
sellos que se encuentran dentro del sistema y especialmente en los vehículos equipados con ABS. Abra la válvula de suministro y revise
el adaptador y las líneas de frenos verificando que no haya fugas, si
se llegara a encontrar alguna fuga, esta debe ser corregida antes de continuar con la purga. Conecte una manguera y botella al primer
tornillo de purga de acuerdo a la secuencia. Después abra el tornillo de purga, observe el líquido fluir, cierre el tornillo de purga cuando el
fluido es claro y libre de burbujas repita el mismo procedimiento en el resto de las ruedas de acuerdo a la secuencia de purgado, al terminar
cierre la válvula de suministro de líquido, quite el adaptador del cilindro maestro y deje a nivel el deposito para liquido de frenos.
3.1.3 Purga con bomba de vacío
Este método requiere de una sola persona tiene una efectividad del
100%. Si la bomba es manual el proceso es muy lento se recomienda
utilizar una bomba de vacío eléctrica. Conecte la bomba de vacío
al primer tornillo de purga de acuerdo a la secuencia de purga, después afloje el tornillo accione la bomba y observe el líquido como
fluye, cierre el tornillo de purga cuando el fluido es claro y libre de burbujas repita el mismo procedimiento en el resto de las ruedas de
14
acuerdo a la secuencia de purgado, al terminar deje a nivel el
deposito para liquido de frenos del cilindro maestro.
Si el sistema esta dividido en forma diagonal se recomienda purgar en cruz, comenzando por la rueda trasera derecha y continuando con la rueda delantera izquierda, posteriormente purgar rueda trasera
izquierda y continuar con rueda delantera derecha. Si el sistema esta únicamente dividido por el eje delantero y eje trasero, comenzar con
la rueda trasera derecha a continuación rueda trasera izquierda,
siguiendo con la rueda delantera derecha y concluyendo con la rueda delantera izquierda. En caso que el vehículo se encuentre equipado
con frenos ABS consulte el manual del fabricante.
4. SISTEMAS HIDRÁULICOS AUTOMOTRICES
4.1 CILINDRO MAESTRO DE UN SOLO PISTÓN
Básicamente hay tres tipos de sistemas de frenos hidráulicos en automóviles. Antes
de 1967, un cilindro maestro de un solo pistón o pistón sencillo era utilizado para
proveer la presión hidráulica a las cuatro ruedas simultáneamente. Este tipo de
sistema es eficaz pero no brinda ninguna seguridad en caso de una fuga en cualquier parte del sistema, el automóvil automáticamente
pierde el frenado. Este sistema lo encontramos aún en vehículos VW Sedán hasta modelos 1994 con tambores en las cuatro ruedas.
4.2 CILINDRO MAESTRO DE DOBLE PISTÓN
Debido a la inseguridad que
brinda el anterior sistema se desarrolló un sistema doble.
Este sistema utiliza un cilindro maestro de doble pistón, para
hacer independiente la parte hidráulica delantera y trasera del
sistema. Al ocasionarse una fuga en cualquier parte del sistema
únicamente se perdería la presión de la parte (delantera o trasera) en donde se encontrará la fuga.
15
4.3 CILINDRO MAESTRO DE SISTEMA DOBLE EN DIAGONAL
Sin embargo el promedio de frenado en un vehículo de tracción trasera es de 60/40 (60% del frenado lo hace la parte delantera y un
40% la parte trasera), en un vehículo con tracción delantera es de 80/20 (80% del frenado lo hace la parte delantera y un 20% la parte
trasera), por lo que si la fuga en el sistema hidráulico se origina en la parte delantera el vehículo pierde más del 50% de su capacidad de
frenado. Por esta razón se desarrolló el sistema doble en diagonal, de la misma manera que el sistema doble anterior, usa un cilindro
maestro de doble pistón, sin embargo entrega la presión a las ruedas en forma de cruz (rueda trasera derecha con rueda delantera
izquierda y rueda trasera izquierda con rueda delantera derecha), brindando con esto una mayor seguridad al vehículo.
5. CILINDRO MAESTRO (BOMBA DE FRENOS)
El cilindro maestro es un dispositivo de control hidráulico que convierte la fuerza física del pie de un conductor, en la presión
hidráulica para accionar otros dispositivos, como los cilindros de rueda y los calipers.
Existen cuatro generaciones de cilindros maestros o bombas de
frenos.
1° Generación. Estas bombas tienen una o dos válvulas de retención o válvulas check (dependiendo si son sencillas o de doble pistón), se
utilizan para vehículos con frenos de tambor y su cualidad principal es la de mantener una presión de entre 10 y 15 lbs/plg², suficiente para
mantener las gomas de los cilindros de rueda expandidas y de esta
manera evitar la fuga de líquido de frenos, cuando el pedal de frenos no está accionado.
16
2° Generación. Estos cilindros maestros dobles tienen solamente una
válvula de retención y mantiene la presión solamente en la línea que alimenta los frenos de tambor, la línea que alimenta los frenos
delanteros de disco no tiene válvula por lo que no mantiene ninguna
presión.
3° Generación. Este tipo de cilindros maestros dobles que trabajan en sistemas de frenos en diagonal, no utilizan ninguna válvula de
retención y se usan en sistemas con disco en las 4 ruedas principalmente o incluso en sistemas de disco y tambor, pero en este
caso, con la diferencia de que la válvula de retención esta integrada en la manguera o en la válvula repartidora, o en su defecto el cilindro
de rueda cuenta con resortes cónicos para mantener la goma en posición para evitar fugas.
4°. Generación. Bomba doble escalonada.
5.1 FUNCIONAMIENTO DEL CILINDRO MAESTRO SENCILLO DE UN SOLO PISTÓN.
En la Fig. 10.4 se muestra el despiece y sección de una bomba de
frenos, constituida por el cilindro (1), al que llega el líquido de frenos desde un depósito (8) acoplado a él y que puede salir por el conducto
(9) hacia los cilindros de rueda. Dentro del cilindro (1) se desliza el pistón (4) provisto de una goma tipo copa (5), alojada en una
garganta del pistón, que realiza la estanqueidad necesaria entre éste y el cilindro. El seguro (6) y su arandela marcan el tope de recorrido
hacia atrás del pistón, que apoya en ellas en posición de reposo. Por delante del mismo se sitúa la copela primaria (3) posicionada por un
resorte y la válvula de doble acción (2). El pistón es accionado por la varilla de mando (10), que por su otro extremo se acopla al pedal del
freno. En posición de reposo, la cámara (11) está llena de líquido que
entra por el orificio (12), llamado de compensación. En esta cámara tenemos ahora la presión atmosférica, debido a su comunicación con
el depósito, el cual se halla sometido a esta misma presión. El muelle
17
mantiene retirado contra su tope al pistón (4) y aplica contra su
asiento a la válvula (2), no existiendo comunicación entre la cámara (11) y las canalizaciones de los cilindros de rueda. Por detrás de la
copela primaria (3) entra líquido a la cámara (13), que proporciona
un deslizamiento suave del pistón. Cuando se pisa el pedal de freno, la varilla (10) empuja al pistón (4),
que arrastra consigo hacia la izquierda a la copela primaria (3), que se abre de su periferia adaptándose perfectamente a las paredes del
cilindro, evitando así las fugas hacia atrás del líquido encerrado en la cámara (11) que, durante el desplazamiento del pistón, va siendo
comprimido. En este mismo espacio de tiempo, el muelle aplica contra su asiento a la válvula cada vez más fuerte. Mientras la copela
(3) no tape el orificio de compensación (12), por él sale un poco de líquido hacia el depósito, lo que supone una compensación que evita
brusquedad en el accionamiento de los frenos. Una vez tapado este orificio, el consiguiente desplazamiento del
pistón hace subir la presión en la cámara (11) y, llegado un cierto instante, el valor de presión alcanzado es suficiente para abrir la
válvula (2), cuya guarnición de goma es deformada dejando libres los
orificios por los que puede salir el líquido a las canalizaciones. Como las canalizaciones y los cilindros de rueda se encuentran llenos
de este mismo líquido, al abrirse la válvula (2) se transmite la presión obtenida en (11) a los cilindros de rueda, que producirán bajo este
efecto la aproximación de las superficies frenantes. Cuanta más fuerza se ejerza en el pistón (4), mayor será la presión alcanzada en
la cámara (11), que al transmitirse a los cilindros de rueda producirán una acción de frenado más enérgica.
La presión ejercida en el líquido produce el desplazamiento de los pistones de los cilindros de rueda, que aplican las zapatas contra el
tambor. El espacio que van dejando libre en su desplazamiento va siendo llenado por el líquido que es enviado desde la bomba.
Durante el desplazamiento del pistón (4) del cilindro maestro, la cámara de compensación (13) permanece en comunicación con el
depósito de líquido, a través del orificio de comunicación por detrás
del de compensación y, por tanto, a la presión atmosférica.
1. Cilindro
2. Válvula de doble
acción 3. Goma primaria (tipo copa) 4. Pistón 5. Goma secundaria
(tipo copa) 6. Seguro 7. Cubre-polvo 8. Deposito 9. Puerto de salida de líquido 10. Varilla de
empuje 11. Cámara 12. Orificio de compensación 13. Cámara
18
5.2 FUNCIONAMIENTO DEL CILINDRO MAESTRO DOBLE.
Una bomba doble, como la representada en la figura, consistente en un cilindro en el que se alojan los pistones (7) y (9), de los que este
último, llamado primario, es accionado directamente por el pedal de
freno, mientras que el secundario (7) lo es por la acción del muelle (8) y la presión generada en la cámara (3). La interconexión de
ambos pistones se realiza por el pulsador deslizante (13), que a partir de una determinada posición del recorrido del émbolo primario hace
tope y obliga a desplazarse simultáneamente al émbolo secundario. La posición de reposo se establece en el émbolo secundario (7) por
medio del tornillo tope (10), y en el primario (9) por la fijación trasera del seguro (14), similar a la de una bomba convencional.
Por las canalizaciones (2) y (4) llega el líquido a los cuerpos de bomba (1) y (3) desde el depósito de líquido de frenos, y de estos
cuerpos salen las canalizaciones (12) para las ruedas delanteras y (11) para las traseras, o bien para los dos circuitos conectados en
cualquier otra disposición de las mencionadas. Al pisar el pedal de freno, el pistón (9) se desplaza a la izquierda,
comprimiendo el líquido en el cuerpo de bomba (3). La presión
obtenida se transmite a las ruedas delanteras por (12) y, al mismo tiempo, empuja al pistón (7) hacia la izquierda, el cual comprime el
líquido del cuerpo de bomba (1), obteniéndose en él una presión que se aplica a las ruedas traseras por (11).
1. Cámara Secundaria 2. Puerto de admisión secundario
3. Cámara secundaria 4. Puerto de admisión primario 5. Gomas 6. Resorte secundario 7. Pistón secundario
8. Resorte primario 9. Pistón primario
10. Tornillo tope 11. Puerto de salida secundario 12. Puerto de salida secundario
13. Pulsador deslizante 14. Seguro
19
5.3 FUNCIONAMIENTO DEL CILINDRO MAESTRO DOBLE TIPO ESCALONADO.
Este cilindro funciona exactamente igual al anterior a excepción de que este último, cuenta con una válvula de accionamiento rápido, la
cual al trabajar con una presión menor a 300 lbs/plg² permite que el líquido para frenos retorne rápidamente al deposito, con esto
ayudando a que las balatas se separen más rápido del disco, es por esto que este cilindro también es conocido como de bajo arrastre. Por
otra parte cuando esta válvula trabaja a una presión mayor a 300 lbs/plg² esta se bloquea impidiendo que pase más líquido del
deposito al cilindro, por esta razón se recomienda que este tipo de cilindros sean purgados lenta y pausadamente, nunca accionar los
pistones rápida y bruscamente ya que esto ocasionará que la válvula se bloquee y no pase más líquido, impidiendo la purga del cilindro. Si
la válvula se bloquea durante la purga es necesario esperar 10 minutos sin accionar los pistones para que la válvula se reestablezca
por si sola.
¡REPARACIÓN DEL CILINDRO MAESTRO!
Técnicamente NO es recomendable reparar un Cilindro Maestro (cambiar repuesto), sin embargo, un gran sector del mercado lo
hace, el funcionamiento y duración de la bomba reparada es responsabilidad de la persona que tome la decisión (mecánico o
propietario del vehículo).
20
5.4 Problemas con el Cilindro Maestro
Si los frenos se patinan, es posible que los pistones del cilindro maestro no se estén liberando, quizás debido a la contaminación
entre el sello o pistón o debido a una varilla de empuje sobre extendida.
Si los frenos no mantienen la presión, el oxido o la corrosión pueden haber dañado el sello primario.
Las fugas externas o un bajo nivel del fluido de frenos en el depósito puede indicar un problema en el cilindro maestro. Sin embargo, no
descarte la existencia de fugas en otra parte del sistema hidráulico.
5.5 Válvulas del circuito de Frenos:
El objetivo es contrarrestar algunos de los factores que puedan afectar negativamente la fuerza de frenado.
Suelen montarse en vehículos con sistema de frenos
convencional (Sin ABS) El propósito de una válvula es controlar y regular la presión
hidráulica. La función es alterar la fuerza de frenado entre los frenos
delanteros y traseros para evitar el sobrefrenado en diversas
condiciones de carga. Además una válvula de control de presión de frenos reduce la
presión hidráulica en los frenos traseros para evitar que se bloqueen en la transferencia de peso.
5.5.1 Válvula de Proporción o
Dosificadora:
- Frenos de discos delanteros y frenos de
tambores traseros.
- Evita la aplicación de los frenos traseros cuando se aplica a fondo.
Mejora el frenado de adelante hacia atras durante el frenado fuerte. Ayuda a
21
prevenir el bloqueo de las ruedas traseras
5.5.2 Válvula Combinación o Compensadora:
- Frenos de discos delanteros y frenos de
tambores traseros.
- Evita la aplicación de los frenos
delanteros antes de tiempo. Demora la aplicación de los frenos delanteros
hasta que los frenos traseros actuen. Incrementa la estabilidad del vehículo
durante el frenado.
5.5.3 Válvula e Interruptor de Presión
Diferencial:
Funciona como dispositivo de seguridad y su función es advertir al conductor de que hay
un problema en el circuito de frenos.
5.5.4 Válvula Combinada:
Integra una válvula
dosificadora, compensadora y la
presión diferencial.
1.- Válvula de combinación o compensadora
2.- Presión diferencial
3.- Válvula Dosificadora o de
Proporción.
4.- Interruptor de presión diferencial.
22
6. SERVOFRENO (BOOSTER)
Ubicado junto al cilindro maestro, la función del servofreno es
aumentar en promedio 10 veces la fuerza que hace el conductor para generar la frenada proporcionando confort. Esta multiplicación de la
fuerza se logra por la diferencia de presión entre el vacío (producido por el motor y la atmósfera. Esta descompensación se da
internamente en el Servofreno. Hoy en día, los servofrenos son equipo de línea en la mayoría de los diferentes modelos de automóvil.
Los reforzadores a motor o "Servofrenos" ayudan al conductor a parar el automóvil, añadiendo a la presión hidráulica yendo a los
frenos. Hoy, los servofrenos son equipo usuales sobre la mayoría de los modelos de automóvil.
Los reforzadores que usted puede encontrar en un automóvil son de
tres tipos: el clásico Booster de Vacío, Hydro-Booster., o el Hidráulico activado por un motor eléctrico. Todos estos son fabricados en una
gran variedad de diseños; sin embargo, la operación y los procedimientos de prueba para todos los reforzadores son similares.
Los servofrenos de vació necesitan para funcionar la presión del aire
exterior en la atmósfera y el vació, generado por una fuente de vació
23
En el motor de gasolina, el propio motor actúa como fuente de vació,
mientras que en el diesel se requiere una bomba de vació especial. Sobre nuestros hombros pesa una presión de aire exterior de aprox.
1 bar, mientras que la fuente de vació genera un máximo de 0,8 bar
de vació. La presión diferencial de un máximo de 0,8 bar actúa sobre la superficie del pistón del servofreno, generando así la fuerza de
refuerzo que a continuación se trasmite al cilindro maestro.
Posición de reposo El vació generado por la fuente de vació esta presente a ambos lados
del pistón. Con la misma presión a ambos lados, el pistón no puede moverse. La válvula de aire exterior esta cerrada, el sistema se halla
en posición de reposo.
Posición de frenado parcial En esta posición, al frenar se cierra primero la válvula de vació y se
abre la válvula de aire exterior. La fuerza del pistón refuerza la fuerza del pie. La presión hidráulica presente en el cilindro maestro actúa
como fuerza reactiva sobre la barra de empuje en dirección al pedal.
El disco de reacción, que se comporta como un líquido hidráulico, transmite la fuerza reactiva al pistón de accionamiento. De este
modo, el pistón de accionamiento es desplazado ligeramente en dirección al pedal y se cierra la válvula de aire exterior. La válvula de
aire exterior se cierre siempre que la fuerza reactiva es exactamente igual de grande que la fuerza ejercida por el pedal; por tanto, reina
un equilibrio de fuerzas.
Posición de frenado a fondo Al accionar el pedal, el pistón de accionamiento es desplazado hacia
la izquierda. Esto hace que se cierre la válvula de vació, con lo cual el servofreno queda dividido en dos compartimentos.
Entonces se abre la válvula de aire exterior y el aire ambiental entra por detrás del pistón. En el lado izquierdo actúa el vació. Detrás del
pistón actúa la presión atmosférica exterior.
La presión diferencial entre el vació y la presión atmosférica exterior desplaza el pistón hacia la izquierda, mientras que la válvula de aire
exterior permanece abierta. Sobre el pistón actúa la presión máxima, y de este modo se alcanza la máxima fuerza de refuerzo del
servofreno. Si se incrementa aun mas la presión de frenado en el sistema de frenos, el conductor debe pisar el pedal con una fuerza
todavía mayor.
24
Comparativa de la fuerza de pedal a realizar en un vehículo sin servofreno y otro dotado de servofreno
Los valores típicos de esfuerzo pedal / servo para el sistema tipo
representado anteriormente, son los siguientes: Fuerza sobre el pedal
(Kg)
Presión en el circuito
con servo (BAR)
Presión en el circuito
sin servo (BAR)
10 30 13
20 65 24
30 104 34
40 118 44
50 130 53
60 140 63
70 150 75
80 160 86
90 170 100
100 180 113
25
6.1 AVERÍAS:
Síntoma Causa - Pedal Duro:
Retraso aparente en la ayuda del booster con el
motor funcionando.
Falta de vacío:
Tubería obstruida.
Fugas en las conexiones de la
tubería.
Toma de aire en el servo bloqueadas.
Filtro atascado.
Embolo de salida averiado.
Avería general de la unidad.
- Acción lenta del booster Filtro bloqueado o toma de aire obstruida.
Conexiones o tuberías de vacío
averiadas.
- Falta de ayuda en las
fuertes frenadas:
El booster actúa solo cuando el motor está funcionando. Ralentí pobre del motor.
Escape de aire en el servo y por ello
bajo vacío.
Fugas de aire por la juntas, arandela de la válvula de retención, manguito
de caucho, diafragma o válvula de
aire.
Tuberías de vacío o válvula de retención averiada.
- Pérdidas de líquido. Avería de las juntas o retenes de la
unidad.
Paredes interiores ralladas.
- El pedal retrocede Tubería de entrada y salida hidráulica
erróneamente conectada.
Unidad defectuosa.
26
Podemos detectar un mal funcionamiento en el sistema del
servofreno (booster) actuando de la siguiente manera: Con el motor parado se pisa el pedal de freno manteniendo una cierta presión, se
arranca el motor y para mantener la misma presión el pedal se
desplaza por la acción del booster. Esto se puede hacer en los vehículos que no disponen de un acumulador, o en aquellos cuando el
acumulador ya ha perdido presión.
6.2 INSPECCIONANDO EL SERVOFRENO (BOOSTER DE VACÍO)
Consiste en inspeccionar la toma de vacío, en la que no deben de existir fugas, así como las posibles deformaciones de las cámaras, o
la zona de acoplamiento del cilindro principal, suciedad del Filtro de
toma atmosférica, etc.
La conocida comprobación del servofreno que consiste en verificar que el pedal baja al arrancar el motor no basta para garantizar que el
servofreno funciona correctamente.
La verificación del servofreno se realiza sobre el vehículo, estando en
funcionamiento el circuito hidráulico de frenos. Conectando un vacuómetro entre el servofreno y la toma de vacío (colector de
admisión), con un vacuómetro como en la figura y un tubo lo más corto posible, se hará trabajar el motor en ralentí durante un minuto,
transcurrido el cual se bloquea el tubo entre el adaptador y la toma de vacío (zona 2). Seguidamente se para el motor.
Si la caída de vacío en el vacuómetro es superior a 33 mbar en 15 seg., es síntoma de que existe una fuga, que puede estar localizada
en la válvula de retención (3), la membrana del émbolo del servofreno, la unión (4) de éste con la bomba o el engargolado (5) de
la semicarcasa del mismo.
27
Cambio del servofreno
Cuando se cambia el servofreno, hay que sustituir también la válvula de retención y el tubo flexible de conexión, ya que a menudo este es
el responsable del fallo del servofreno. La válvula de retención tiene
que proteger al servofreno de la entrada de vapor de gasolina. Cuando la válvula es defectuosa, los gases de la gasolina penetran en
el servofreno y la membrana se rompe al poco tiempo.
Colocación del tubo El tubo de conexión entre el sistema de aspiración del motor y el
servofreno tiene que montarse siempre en sentido ascendente hacia el servofreno. De este modo, si se condensasen vapores de gasolina
en el tubo, el condensado (gasolina) volvería al motor.
Cambio de la bomba de vació Si llegara aceite de la bomba de vació al servofreno a causa de un
defecto, habría que cambiar, además del servofreno, la válvula de retención, el tubo flexible y el racor de empalme.
Liquido de frenos en el servofreno
Si llega liquido de frenos al servofreno, hay que cambiar, además del servofreno, el cilindro maestro doble.
Sustitución del cilindro maestro doble
En toda sustitución o desmontaje del cilindro maestro doble del servofreno, se debe sustituir el anillo obturador situado entre ambos
grupos.
A menudo, un anillo obturador defectuoso o ausente es la causa de una perdida de vació que se pone de manifiesto con el motor del
vehículo parado.
6.3. INNOVACIÓN MERCEDES BENZ
Seguridad: servofreno de emergencia con radar (BAS PLUS) y nueva generación PRE-SAFE®
Este sistema utiliza señales de radar para detectar la presencia de
automóviles por delante, y advierte al conductor si se acerca peligrosamente o con demasiada rapidez a otros vehículos. Si se
detecta peligro de colisión por alcance, el servofreno de emergencia BAS PLUS calcula en fracciones de segundo la fuerza ideal de
frenado, y la pone a disposición inmediatamente: incluso en el caso de que el conductor no accione el pedal del freno con la decisión
necesaria. De ese modo puede reducirse claramente el número de colisiones por alcance. La luz de freno adaptativa, que advierte a los
demás conductores con señales de intermitencia en situaciones de
frenado de emergencia, aporta igualmente una contribución en el campo de la seguridad.
28
7. TUBERÍAS Y MANGUERAS
Las tuberías y las mangueras son los encargados de conducir el líquido de frenos, soportando la presión interna del líquido, además
deben de resistir la agresión del medio ambiente y otros agentes agresivos del entorno.
Las tuberías de freno normalmente son tubos de acero y muchas veces están recubiertas con polímero para resistir la corrosión;
usualmente tienen un diámetro interior nominal de 2,5 mm. y un diámetro externo de 4,5 mm. En sus extremos tienen abocinamiento
doble o de burbuja (ISO) para adaptarse a las roscas de los tubos y a
los orificios de entrada del cilindro hidráulico. Las mangueras de goma se utilizan para conectar la tubería de acero
en puntos donde la suspensión y el chasis del vehículo se mueven. Las mangueras o tubos flexibles están construidos en capas, de los
que el revestimiento, debe ser resistente al aceite mineral, y el externo a partículas duras y daños producido por piedras, agua, sal y
demás contaminantes que puedan existir en la carretera. El producto que se utiliza es un polímero de mezcla de etileno propileno dieno
(EPDM). Se emplea tela de rayón de capas múltiples para las dos capas de
refuerzo, que resisten la presión del tubo flexible. Los tubos flexibles de frenos están diseñadas para funcionar a una presión de 100 bares,
su presión de rotura es unas 5 veces mayor. La membrana interior del tubo flexible ha de ser resistente al líquido
de frenos (3). El material empleado es EPDM ya que es muy poco
permeable. El material de la capa interior es de rayón por presentar unas muy buenas cualidades de resistencia de presión interna (2).
Algunos tubos flexibles tienen fundas de plástico o acero inoxidable enrollados alrededor de los mismos para dar protección
adicional contra el doblado del tubo en otros componentes (1).
29
7.1 PROBLEMAS CON LAS MANGUERAS DE FRENO
El daño a las mangueras o las líneas de frenos frecuentemente
resultará en una falla parcial o total de los frenos. Generalmente, una
línea deteriorada o torcida tendrá fugas, pero el daño puede solo mostrarse como una restricción en la línea, causando irregularidades
en la aplicación y desaplicación de los frenos. El daño a las líneas de frenos de acero puede generalmente hallarse por medio de la
inspección visual; verifique en busca de abolladuras o de abrazaderas guías que falten. Desafortunadamente, la inspección visual no
detecta, por lo general, los daños a las mangueras de frenos. Las mangueras que se ven bien en el exterior pueden estar contaminadas
o deterioradas por dentro. Estos problemas internos pueden restringir el flujo del fluido de frenos hacia y de regreso de los cilindros
hidráulicos, causando irregularidades en el frenado o disminuyendo la eficiencia del frenado. Las fugas externas, causadas por el
agrietamiento o el roce, pueden desarrollarse en las conexiones o mangueras de los extremos. El roce puede causarse por la
substitución de mangueras mas largas, la instalación inadecuada o
abrazaderas de tubo que faltan, cualquiera de las cuales permite que la manguera se roce contra la suspensión del vehículo. Las fugas
pueden causar una perdida visible del fluido de frenos o la formación de burbujas entre las capas de las mangueras.
¡Reparación de tuberías!
No substituya la tubería de acero de las líneas de frenos por tubería de cobre. Las líneas de frenos de acero tienen una resistencia mucho
mayor a la fatiga causada por la vibración o a las torceduras causadas por la instalación inadecuada o a los escombros que
rebotan del camino.
8. FRENO DE DISCO
El freno de disco consiste en un disco de fierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza montada en la suspensión
delantera que presiona las pastillas de fricción contra el disco.
La mayoría de los frenos de disco tienen pinzas corredizas. Se montan de modo que se puedan correr unos milímetros hacia ambos
lados. Al pisar el pedal del freno, la presión hidráulica empuja un
pistón dentro de la pinza y presiona una pastilla contra el rotor. Esta presión mueve toda la pinza en su montaje y jala también la otra
pastilla contra el rotor.
30
Los primeros frenos de disco tenían pinza fija y se necesitaban dos o
cuatro cilindros en cada rueda. Las pinzas corredizas, con un solo cilindro, se fabrican con menos costo y son más confiables, porque
tienen menos sellos hidráulicos.
Los frenos de tambor se desvanecen al calentarse tanto que el
material de las balatas pierde sus cualidades de alta fricción.
La gran ventaja de los frenos de disco es que no se desvanecen porque se enfrían más rápidamente que los frenos de tambor, que
están cerrados. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hacen más gruesos y
aumenta la presión contra las pastillas, en vez de separarse de las balatas como el tambor al dilatarse. Como el rotor desecha el agua y
el polvo por acción centrifuga, frena mejor en condiciones adversas.
Las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento
de potencia, y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los
frenos de tambor, y se gastan más pronto. Sin embargo, el reforzador de vacío para los frenos de disco hace más fácil aplicarlos,
y las pinzas corredizas se quitan fácilmente para cambiar las patillas.
Algunos frenos de disco tienen indicadores de desgaste de las pastillas. El tipo más común es un resorte montado en la pastilla, que
al gastarse ésta, roza contra el rotor y produce un rechinido aguado.
31
Existen diferentes tipos de caliper (pinzas) de freno según el sistema
de freno y el fabricante. Sin embargo todas se basan en el hecho de que después de liberar la presión del circuito, permiten que la pastilla
de freno, continúe en contacto con el disco de freno, de forma que en
la próxima frenada, el efecto de esta sea inmediato sin necesitar un tiempo de aproximación entre la pastilla y el disco de freno. Este
contacto queda garantizado por los retenes del pistón del caliper, por el propio sistema hidráulico y lógicamente genera un efecto
permanente de frenado (residual torque) cuyo valor es crítico para el buen funcionamiento del sistema.
Pares residuales (residual torque) de frenado altos pueden provocar el
calentamiento del sistema dando lugar a problemas que se describen más
adelante.
Diagrama de funcionamiento del cilindro del caliper
8.1 FRENOS DE DISCO DE PINZA FIJA
8.1.1 Pinza fija de dos pistones
En los frenos de disco de dos pistones, la presión hidráulica empuja los pistones para presionar las pastillas. Los orificios en el
cuerpo de la pinza unen los dos cilindros hidráulicos, con los tubos de los frenos los frenos delanteros. Como la presión es uniforme en todo
el sistema hidráulico, cada pistón actúa con la misma fuerza.
32
8.1.2 Pinza fija de cuatro pistones
La pinza fija de cuatro pistones, Tiene 4 cilindros pequeños. Con
este diseño se aplica una presión uniforme a pastillas más grandes
que las de los frenos de dos pistones. La superficie de fricción y la duración de las pastillas aumenta, y como el área de los pistones es
menor, se reduce el paso de calor del rotor al líquido de frenos. Esto es conveniente porque el líquido se puede sobrecalentar y reducir la
presión de frenado. La fabricación de estos frenos es muy costosa.
8.2 FRENOS DE DISCO DE MORDAZA DESLIZANTE
En este sistema, cuando se acciona el pedal del freno, el líquido a presión proveniente del cilindro maestro desplaza el pistón y este
aprieta la pastilla contra el disco, la fuerza de reacción desplaza la
pinza en sentido opuesto para que la pastilla exterior entre en contacto con el disco y se efectúe la frenada.
33
8.3 COMO FUNCIONAN LAS PASTILLAS
8.3.1 Frenos Sueltos
Las pastillas pueden rozar suavemente contra el rotor que gira con la rueda; este contacto entre las pastillas y el rotor mantiene limpia
ambas superficies y mejora la acción de los frenos. El sello del pistón se flexiona como un resorte para separar el pistón del rotor.
La presión hidráulica es cero.
8.3.2 Frenos Aplicados
La presión hidráulica hace que el pistón y la pinza corrediza opriman las pastillas contra el rotor hasta detenerlo. La gran superficie del
pistón multiplica la presión aplicada.
34
8.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Tiene como ventajas las siguientes:
- Respuesta bastante rápida.
- Gran disipación del calor por permitir circulación de aire por ambos
lados del disco e interiormente entre los canales del mismo en caso de disco ventilado.
- Espacio reducido para la gran potencia desarrollada.
- Mantenimiento rápido y cómodo (cambio de pastillas).
- El ajuste de las pastillas al disco es automático.
- La acción de frenado es independiente del sentido de marcha del
vehículo. Se produce auto limpieza por acción centrífuga.
Como desventajas:
No presenta efecto de energización por lo cual se requiere mayores
fuerzas de apriete. Debido a la proximidad de los pistones a las pastillas puede conducir el calor al líquido y producir burbujas de
vapor.
El freno de emergencia es más complejo que en freno de tambor. Debido a la menor superficie de frenado se producen mayores
temperaturas por fricción aumentando el desgaste de pastillas.
La superficie de fricción es plana en este sistema actuando en forma
axial.
8.5 LOS DISCOS DE FRENO
Los discos de freno son la superficie contra la cual interactúan las pastillas para frenar el
vehículo, debido a que el disco gira en conjunto con las ruedas. Ese rozamiento entre discos y
pastillas produce la transformación de energía cinética en energía calorífica, provocando una
reducción de la velocidad. Los discos de freno no solo deben producir la transformación de
energía sino que además deben de conseguir que el calor producido sea transmitido a la
atmósfera lo más rápidamente posible, ya que
35
sino, las temperaturas a las que operaría el sistema serían muy
elevadas llegando incluso al colapso del sistema.
El material escogido para fabricar los discos de freno es la fundición
gris nodular de grafito laminar, ya que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el periodo de vida de los discos. Existen
también, discos de materiales compuestos en matriz de carbono, usados en autos de carreras y en los frenos de los aviones, aunque
debido al alto costo que tienen son inviables para los vehículos comunes. En la actualidad se están desarrollando discos de freno en
aluminio con una base de carburo de silicio, ya que su menor peso los hacen muy atractivos, pero la mala disipación de calor que tienen los
hacen inviables de momento, ya que necesitan un sobredimensionamiento importante que hacen que pierdan las
ventajas del reducido peso. Las características básicas de la fundición de los discos la podemos
ver la siguiente tabla.
PROPIEDADES
FÍSICAS
VALORES
Resistencia a la tracción 240 N / mm²
Dureza 187-241 HB
La composición básica del material de los discos es una fundición gris
nodular de grafito laminar, que contiene entre un 92% y un 93% de hierro. Además del hierro otros componentes básicos tales como el
silicio, manganeso y otros garantizan la calidad de un elemento crítico en el frenado como es el disco. En el gráfico siguiente podemos
ver el porcentaje de los diferentes materiales que junto con el hierro,
que supone el 93% del total, el resto de materiales suponen entre el 7% y el 8% que resta de la composición total del disco.
Composición de los discos
Composición de los discos (Resto de componentes excluyendo el 92% de hierro)
36
8.5.1 LA GEOMETRÍA DEL DISCO DE FRENO. La geometría de los discos de frenos siempre es la misma, es decir,
una superficie circular perfectamente plana. Vamos a ver a continuación, las soluciones que se han ido aportando para mejorar la
disipación del calor que almacena el disco.
En primer lugar vamos a ir comentando las diferentes partes de las que está compuesto un disco.
LA PISTA: es la superficie en la cual tiene lugar la acción de
fricción entre las pastillas y el disco. Está dimensionada de forma que su potencia de disipación se acerque al valor de 250
W/cm2, pero dicho valor puede variar dependiendo de la geometría del disco, ya que si este es ventilado el valor de la
potencia de disipación puede alcanzar un valor de 750 W/cm2. Por encima de dichos valores, pueden aparecer daños en el
disco, tales como deformaciones geométricas, grietas, depósitos de material de fricción u otros que dañarían el disco
de forma irreversible.
FIJACIÓN: La fijación de los discos está situada en la parte central del mismo. Existe un orificio donde se aloja el buje, así
como por la parte trasera un chaflán que debe de apoyarse perfectamente en la maza para que el ajuste del disco sea
perfecto. Alrededor del orificio donde se aloja el buje, la fijación
tiene un cierto número de orificios que permiten el paso de los birlos de anclaje de la rueda. En la mayoría de los discos la
fijación del disco se garantiza por unos orificios de menor diámetro que fijan el disco.
LA CAMPANA O COPA: La campana es el cilindro que une la
banda, con el plano de fijación. En algunos casos en el interior de la campana sé esta aprovechando para montar un pequeño
sistema de freno de tambor de accionamiento mecánico, con la finalidad de que sirva de freno de estacionamiento
37
EL FILTRO TÉRMICO: El filtro térmico es un canal mecanizado, que separa la pista de la fijación, para reducir el
calor que pasa de la pista hacía la campana. Con este tipo de
canales se evita el calentamiento excesivo de la llanta y por consiguiente del neumático que ya sufre los efectos de la
temperatura por su propio uso.
El principio de funcionamiento de los frenos como ya hemos visto anteriormente se basa en que la energía cinética que lleva el vehículo
debe de disiparse en forma de calor. Este calor se acumula principalmente en los discos.
Pero lógicamente los discos no pueden almacenarlo infinitamente, sino que debe ser disipado a la atmósfera de una forma eficiente. La
forma más sencilla es realizar una circulación de aire que, en contacto con el disco, se caliente y mantenga la temperatura del
disco en valores razonables a efectos de su integridad mecánica.
Los discos deben de desempeñar dos funciones principales: mover el
aire a su alrededor como lo haría un ventilador, y transmitir su energía a la atmósfera como lo hace un radiador.
Para cumplir la primera de sus funciones, la propia geometría del disco hace que sea posible la circulación del aire desde la campana
hacía el exterior de la pista. Además la velocidad de dicho aire es mayor cuanto mayor sea la temperatura que va adquiriendo. Este
proceso se da en los discos sólidos, que cumple con su función cuando la energía que han de disiparse es reducida o media. Cuando
la energía térmica disipada aumenta, las superficies de un disco sólido ya no son suficientes. Si se intentase aumentar su tamaño
tendríamos la limitación impuesta por el tamaño de la rueda por lo cual la solución adoptada por unanimidad es el disco ventilado que
permite una mayor disipación térmica en el mismo espacio.
38
El disco ventilado es la composición de dos pistas separadas por
aletas o alabes en su interior. Estas aletas garantizan la cohesión del disco permitiendo el paso de aire por su interior. Gracias a estas
aletas, el enfriamiento del disco no solo se produce en la superficie
exterior del disco sino que además se produce su enfriamiento por el interior. Este intercambio de energía depende en gran medida de la
forma y la orientación de las aletas, ya que en algunos casos las aletas se oponen al movimiento del aire en su interior con lo cual su
utilidad es negativa. Por ello debe existir un compromiso entre la eficacia y la orientación-forma de las mismas. Generalmente son
radiales y por lo tanto la colocación de los discos en la rueda izquierda o derecha, no afecta a las propiedades autoventilantes. Sin
embargo existe alguna aplicación en el mercado en la cual las aletas están orientadas de tal forma que obligan a que esos discos sean
montados en una rueda o en la otra, ya que no sería eficaz su ventilación si se intercambiara su ubicación.
Una de las mejoras más significativas encaminada a la reducción de la temperatura que alcanza la campana del disco, se consigue
mediante una ranura en forma de canal en la zona situada entre la campana y la pista de frenado del disco, lo que antes hemos
denominado filtro térmico. La sección de paso de calor se reduce, el gradiente térmico aumenta, es decir, la diferencia de temperatura
entre un lado del canal y el otro se hace mayor, lo cual hace que la
temperatura de la campana sea menor. Esto es muy importante ya que el calor que se transfiere a la llanta y por consiguiente a la goma
del neumático es menor, consiguiendo así que no sufra en exceso la carcasa del neumático. También se consigue una reducción en la
deformación del disco al reducirse la temperatura de la campana y sus consiguientes tensiones térmicas.
En los discos ventilados la fabricación de un espesor diferente entre
las pistas de frenado reduce la deformación del mismo. Esto se consigue aumentando el espesor de la pista que va unida a la
campana exclusivamente, ya que de aumentar el espesor de las dos pistas, el grueso total del disco aumentaría excesivamente con la
necesaria reducción del grueso del material de fricción.
39
Existen discos fabricados en dos piezas independientes, diseñados
para autos de carreras. Estos discos constan de una corona de hierro fundido a modo de pistas de frenado y un buje de aleación de
aluminio. Las dos partes están unidas gracias a unos casquillos de
fijación. Durante la frenada el disco presenta dos partes diferenciadas: las pistas de frenado (parte caliente) y la campana
(parte fría). Este tipo de disco soluciona los problemas de deformación, ya que las pistas de frenado pueden dilatarse sin
provocar tensiones que creen grietas. Este tipo de discos permite la deformación radial de las pistas evitando las deformaciones
permanentes y las tensiones. Además supone una reducción importante del peso del conjunto. Sin embargo, dado su elevado
costo, normalmente solo se utiliza este tipo de disco en autos de carreras y en vehículos blindados pero son la solución más extendida
en las motocicletas.
8.5.2 EL BUEN MANTENIMIENTO DE LOS DISCOS DE FRENO.
La gran mayoría de los conductores, piensan que los discos de freno
no se deben de sustituir nunca, ya que son piezas metálicas lo suficientemente duras como para no requerir su reemplazo o una
revisión. Lógicamente están equivocados y desde aquí vamos a intentar dar una visión de porqué el mantenimiento de todo el
sistema de frenos de un vehículo es fundamental.
En primer lugar hay que tener presente que los discos de freno no
son infinitamente rígidos sino que como cualquier pieza de un vehículo se deforma.
Para evitar lo máximo posible esta deformación, hay que tener en
cuenta muchos parámetros, ya que incluso el valor de apriete de las ruedas es uno de los factores que afectan a la deformación del disco.
Es necesario que en el montaje de los neumáticos se lleve a cabo bajo el par de apriete que recomienda el fabricante.
Usando un torquimetro marcado a 10 kg·
m si el rin es de placa acero y a unos 11 kg· m si la llanta es de aleación de
aluminio. Procediendo al apriete de forma
equidistante. Las llaves de apriete neumáticas pueden deformar los discos,
dando lugar a problemas de vibraciones, ruidos, e incluso roturas del propio rin,
principalmente si este es de aleación de aluminio.
40
Para un buen mantenimiento de los discos de freno conviene
revisarlos cada 20000 km. como norma general. Este control no debe de ser solo visual, ya que existe una cota mínima tras la cual el disco
debe de ser sustituido. Esta medida llamada MINIMUM THICKNESS
(mínimo espesor) viene grabada en los cantos de los discos. Más adelante veremos que sucede cuando este espesor no es respetado.
Los controles que se deben realizar, no son solo la medida del espesor con ayuda de un micrómetro de exteriores, sino que además
debe de comprobar el alabeo (run-out) del disco con ayuda de una base magnética y un reloj comparador unido a ella. El proceso de
verificación del alabeo se lleva a cabo, pegando la base magnética en el manguito del vehículo y la punta del reloj comparador debe estar
en contacto con la pista de frenado del disco. En esta posición se debe poner a cero el reloj. Una vez colocado todo el sistema debemos
de hacer girar el disco fijándonos en la desviación que el reloj comparador nos va a ir dando. Si esta variación es mayor a 0,125
mm. (.0049”) debe de ser sustituido el disco por estar alabeado. Esto se hará patente en el freno ya que al frenar nos producirá vibraciones
en el volante, incluso si el alabeo es muy grave se producirán
pulsaciones en el pedal. La planicidad del disco es una característica crítica para una frenada
progresiva y libre de vibraciones no solo en frío sino en caliente. Si esta planicidad no se encuentra dentro de los valores requeridos,
pueden aparecer puntos calientes “judder” que producen vibraciones muy desagradables al frenar. Como se verá más adelante el “judder”
puede aparecer como vibraciones acústicas, vibraciones estructurales en la dirección del vehículo o como pulsaciones en el pedal del freno.
Resolver este tipo de problemas es complejo y desde luego, pasa por la instalación de discos de freno de primerísima calidad y pastillas de
freno con la compresibilidad y el coeficiente de fricción adecuado. En algunos casos, también podemos observar óxido en las pistas de
frenado de los discos, formado al estar el vehículo en un entorno muy húmedo. Esto no implica un problema serio ya que en unas cuantas
frenadas ese oxido debe ser eliminado por el contacto entre las
pastillas y el disco. Si una vez realizadas estas frenadas existe alguna zona donde ese oxido no se haya eliminado, significa que puede
existir algún problema en la pinza, debido a que la pastilla no hace un perfecto contacto en el disco.
Si se observan rayas circulares profundas o grietas radiales numerosas
deberán de cambiar los discos obligatoriamente. LOS DISCOS DEBEN DE SUSTITUIRSE POR PARES (EN AMBAS RUEDAS DEL MISMO EJE) Y A SU VEZ SE DEBEN DE CAMBIAR LAS PASTILLAS AUNQUE
NO SE HAYA AGOTADO LA VIDA ÚTIL DE ESTAS.
41
8.5.3. PROBLEMAS PRINCIPALES ASOCIADOS A LOS DISCOS. El estudio de los diferentes problemas de los discos demuestra que la mayoría de los mismos podrían evitarse si se prestara más atención
al montaje. Esto no solo concierne a ciertos controles cuantificables mediante
mediciones, sino que además debemos realizar un exhaustivo
examen visual de los componentes. LA SOLUCIÓN A TODOS LOS PROBLEMAS, QUE EN ESTE TEMA SE DESCRIBEN, ES LA SUSTITUCIÓN DE AMBOS DISCOS ASÍ COMO LAS PASTILLAS.
8.5.3.1 APRIETE INCORRECTO
El apriete excesivo de los discos crea grietas en la superficie de la
campana que apoya sobre el buje. Estas grietas puede no ser visibles, o ser simplemente un principio de deformación que con el
paso del tiempo y los continuos cambios de temperatura, producen,
en casos extremos, que se acabe desprendiendo la campana de la pista de frenado. Este problema también se produce por no respetar
ni el orden de apriete ni las presiones de apriete, determinadas en este capítulo, para los neumáticos.
Esta deformación es perceptible desde el principio del montaje y se detecta por vibraciones tanto en el pedal como en el volante con
independencia de la velocidad, de la presión o de la temperatura del sistema de freno, con lo que resulta fácil atribuir este problema a un
apriete incorrecto del disco o al montaje de un disco de freno defectuoso o mal rectificado
. 8.5.3.2 MONTAJE INCORRECTO DE LA PINZA
Si la pinza no ha sido colocada correctamente en su posición
apreciaremos un desgaste irregular de las pastillas en forma cónica y antisimétrica.
Se puede apreciar el defecto desde el principio del montaje ya que
escucharemos ruidos muy fuertes al frenar, así como el golpeo de las pastillas
y una fuerte reducción de la eficacia del sistema de freno. Disco dañado por mal montaje de la pinza.
42
8.5.3.3 EXCESIVA HOLGURA DE LOS RODAMIENTOS DEL BUJE
Una excesiva holgura de los rodamientos del buje provoca un
desgaste irregular de las pistas de frenado de los discos. Se observa
un recalentamiento del disco localizado en la zona donde rozaban las pastillas al girar el disco, debido a la holgura en los rodamientos del
buje. Además se aprecia un desgaste excesivo en la zona en la que el
contacto era permanente.
Se notaran vibraciones frecuentes desde el principio que cada vez se irán haciendo más graves.
Disco dañado por holguras en los rodamientos.
8.5.3.4 LIMPIEZA INCORRECTA DEL BUJE
Cuando durante el montaje de un disco nuevo no se limpia correctamente la superficie de apoyo del disco en el buje, se puede
producir un asentamiento inestable del disco en el buje. Esto provoca que al girar el disco se produzca una oscilación del mismo, y en cada
giro, roce contra las pastillas provocando no solo el desgaste excesivo de las pastillas sino el deterioro del disco.
Esto provoca vibraciones que irán creciendo con el paso de tiempo. Además aparecerá un desgaste irregular debido a las vibraciones que
se provocan en el disco. Para prevenir este efecto es fundamental
limpiar perfectamente la superficie del buje. Siempre, para evitar este problema, medir con el comparador que las desviaciones máximas
están dentro de las permitidas.
8.5.3.5 TEMPERATURA EXCESIVA
Los discos presentan vivos colores en la gama de los azules, que principalmente son visibles en la zona del filtro térmico donde se une
las pistas frenantes con la campana. Esta zona cambia de color al
43
sufrir un calentamiento brusco que transforma la estructura del
material. El aumento de la temperatura hace variar la estructura del material
de los discos que incluso puede formar zonas de cementita (Fe3C),
cuya estructura es nefasta para el sistema de frenos. Ya que la cementita es una estructura del hierro muy dura que provoca la
aparición de vibraciones en el sistema de freno y un comportamiento del material de fricción diferente cuando entra en contacto con esa
parte del disco. En comparación con el resto de la superficie del disco, en la zona donde se ha formado cementita, el coeficiente de fricción
(m) es diferente, lo tiene como resultado la diferencia de comportamiento del material de fricción en la zona afectada por la
transformación de la estructura. Además en esta zona se acumulan tensiones térmicas que favorecen la aparición y propagación de
grietas. Para que este problema no aparezca es necesario el rodar las
pastillas y los discos nuevos durante unos 250 o 300 km. Periodo durante el cual las frenadas deben de ser suaves y progresivas. Y
luego durante la vida de los discos evitar el calentamiento excesivo
de los mismos.
Disco dañado por ser sometido a temperaturas excesivas.
Dicho calentamiento excesivo, suele tener los orígenes claramente diferenciados: una conducción en condiciones límite, o la costumbre
de algunos conductores de mantener el píe sobre el pedal, ejerciendo poca presión, en descensos prolongados para retener el vehículo.
Este problema provoca vibraciones en los discos debido a las transformaciones estructurales del disco sufridas por los excesos de
temperatura. Además estas vibraciones se harán cada vez más pronunciadas con el
paso de los kilómetros.
44
8.5.3.6 DESGASTE POR ENCIMA DEL LÍMITE MÁXIMO
Cuando el disco ha sido usado más allá de su vida útil, es decir,
cuando se han sobrepasado el espesor mínimo expresado por el
fabricante, aparece un escalón en las pistas del disco que provoca una reducción de la masa del disco. Esto produce la mala disipación
del calor debida a la perdida de masa comentada anteriormente. Lo que llevará a un calentamiento excesivo, provocando la aparición de
grietas, así como manchas de color más oscuro debido al sobrecalentamiento de dichas zonas.
Es importante recordar que la perdida de espesor del disco provoca que disminuya la conductividad térmica del mismo con lo cual se
produce un aumento de la temperatura mucho mayor y más rápida. Debido a ese exceso de temperatura los discos se deforman con la
consiguiente aparición de ruido y vibraciones.
Disco dañado por un excesivo calentamiento, superior a su límite máximo.
Es recomendable la verificación
periódica del espesor del disco, así
como sustituir los discos cada dos juegos de pastillas. Es
imprescindible siempre que se sustituyan los discos, sustituir
las pastillas. Verificando el espesor de un Disco.
8.5.3.7. DISCOS AGRIETADOS
Los discos han sido sometidos a temperaturas de funcionamiento
muy altas. En la parte exterior del disco se ven claros síntomas de sobrecalentamiento.
Las altas temperaturas favorecen la aparición de las grietas, las cuales se forman al existir pequeños poros en el material, los cuales
debido a las altas temperaturas, crecerán hasta forman la grieta. Las
45
grietas hacen que el disco sea frágil, lo cual en definitiva, favorece el
crecimiento de la grieta hasta romper en dos partes el disco. Las grietas se producen debido a las deformaciones a las que son
sometidos los discos y los impactos que las pastillas producen sobre
los mismos. Se provocan vibraciones y existe la posibilidad de que una de las
grietas crezca tanto que rompa el disco, con el consiguiente riesgo que ello conlleva.
Antes de llegar a la ruptura del disco, las características fricciónantes del conjunto pastilla / disco se ven fuertemente alteradas como
consecuencias de la ruptura de la tercera capa. Con resultados imprevisibles sobre el frenado del vehículo y en cualquier caso
mostrando un desgaste prematuro de las pastillas de freno. En la imagen vemos como el desgaste prematuro de las pastillas ha hecho
muescas en el disco. Se aprecia claramente el surco que la zapata de la pastilla ha dejado sobre el borde exterior del disco.
Este tipo de problema se reconoce por las fuertes vibraciones que vamos a tener sobre el pedal y dirección, así como el ruido que
provoca en cualquier situación de marcha.
Disco dañados por una alta temperatura y la aparición de grietas.
8.5.3.8 DESGASTE EXCESIVO DE LOS DISCOS DEBIDO AL
DESGASTE TOTAL DE LAS PASTILLAS
Si las pastillas se han desgastado tanto que ha llegado haber un contacto metal – metal entre el disco y la zapata de la pastilla, se
aprecia un desgaste muy abrasivo que deja unos surcos muy pronunciados, también se observa transformación de material entre
el disco ya que aparecen zonas oscuras. Se puede reconocer este problema por la disminución de la eficacia
del freno así como por el ruido que produce al frenar, con el
46
consiguiente incremento de la temperatura que se produce en el
contacto metal – metal. Para evitarlo se debe de verificar el desgaste de las pastillas cada 10.000 km. así como debe de verificarse el
estado del circuito eléctrico del sensor de desgaste para que un fallo
de este no produzca el problema descrito.
Disco dañados por el desgaste total de las pastillas.
8.5.3.9 DISCO DAÑADO PORQUE EL MATERIAL DE FRICCIÓN ESTABA CRISTALIZADO
Este problema está causado por materiales de fricción de baja calidad
y en vehículos muy exigentes con el freno; debido a sus altas prestaciones, a ser vehículos dedicados al reparto u otras condiciones
extremas impuestas por el conductor. Los principales síntomas de este problema son frenadas muy largas,
ya que hay una perdida importante de propiedades de frenado. El pedal además de sentirse muy duro, se pierde toda la sensación de
frenado. Este problema es frecuente cuando se emplean pastillas de freno con
un alto contenido de resinas para facilitar su producción o cuando las pastillas no han sido suficientemente curadas en prensa o en el
horno.
Normalmente este problema va asociado también a un alto nivel de chirridos.
Es importante destacar que las pastillas de freno no se recuperan después de haber sufrido este problema. Con lo cual, deben ser
sustituidas por unas nuevas pastillas de freno de calidad y de una marca de calidad reconocida.
47
Disco dañado por la baja calidad del material de fricción.
8.5.3.10 SURCOS Y RAYAS PROFUNDAS
La formación de rayas o surcos profundos pueden haber sido causados por la interposición de diferentes materiales extraños entre
la pastilla y el disco. Estos materiales se pueden haber introducido entre la pastilla y el disco durante la conducción. También puede
estar provocado por una acumulación del material duro de la pastilla al tener un mal proceso de mezclado o elementos extraños durante el
proceso de fabricación. Otra causa es la falta de limpieza después del
rectificado es por eso tan importante la recomendación de lavar con agua y con jabón el disco después de rectificado.
Los síntomas que podemos detectar son la aparición de ruidos muy desagradables tanto durante el proceso de frenado, como sin aplicar
el freno. Se aprecia una reducción de la eficacia de frenado debido a la reducción de la superficie útil de contacto entre el disco y la
pastilla.
Discos dañados por la generación de surcos y Limpieza del disco con agua y jabón grietas profundas
48
8.5.3.11 DEPÓSITOS DE MATERIAL DE FRICCIÓN EN LOS
DISCOS
Se forman depósitos del material de fricción sobre el disco que se han
quedado adheridos sobre el mismo debido a una alta temperatura. Se aprecian vibraciones muy leves en un principio y dependiendo de
la presión de frenado, pero al ir transcurriendo el tiempo las vibraciones se hacen mayores así como aparecen ruidos.
Disco dañado debido a los depósitos de material dejado por las pastillas.
Este tipo de problemas es típico de materiales de fricción de baja calidad en los que a partir de una cierta temperatura se produce la
transferencia del material de fricción al disco con la consiguiente perdida de la planicidad de éste, así como la modificación de las
características funcionales del conjunto pastilla / disco.
8.5.4 RECOMENDACIONES.
Inspeccionar periódicamente (cada 20000km. el estado de los
discos). Siempre cambiar los discos por eje (pareja) ya que el
coeficiente de fricción(µ) correspondiente al disco de freno, no sólo varía ligeramente de un fabricante a otro, sino que
evoluciona con el desgaste del disco. Un mayor coeficiente de
fricción(µ) en una rueda supone necesariamente, el no poder frenar el vehículo sobre una trayectoria recta.
Es imprescindible el limpiar correctamente el asiento del disco en el buje, ya que de no asentar bien el disco en el
buje, se puede producir la deformación del disco, produciéndose un frenado irregular que haría vibrar el volante.
Proceder al apriete de los tornillos de sujeción alternativamente y de forma gradual antes de realizar el apriete final con el
torquimetro y según los valores del par recomendados por el fabricante del vehículo.
49
Limpiar correctamente el aceite anti-corrosión de los discos,
ya que de otra forma, los restos de dicho aceite podría contaminar el material de fricción modificando sus
características de fricción.
Medir el alabeo de los discos mediante un reloj comparador. Si la diferencia, entre el valor máximo y mínimo, fuese mayor
de 0,125 mm. (.0049”) proceder a desmontar el disco para inspeccionar la superficie de asiento de éste y del buje de rueda
y volver a montar en una posición diferente a la anterior para comprobar que el alabeo está dentro del valor máximo
admisible. Es imprescindible frenar suavemente durante los primeros
250 a 300 km. a fin de realizar un buen asentamiento entre las pastillas y los discos. Este asentamiento prolongará la vida
de los discos así como el de las pastillas, además de mejorar la eficiencia del frenado.
Inspeccionar periódicamente el espesor de los discos, en la superficie de trabajo. Si el espesor medido está por debajo del
mínimo espesor especificado por el fabricante, deberá de ser
sustituido el juego de discos. Para saber cual es el mínimo espesor del disco suele venir grabado sobre el canto del disco,
con las letras MIN-TH-XX (MINimum THickness XX). En el catalogo del fabricante también aparece la medida del mínimo
espesor. Es importante sustituir los discos cuando se encuentran por debajo de esta medida, debido a que la rampa
de calentamiento es mayor produciendo fading, desgaste prematuro en las pastillas y otros tipos de problemas no
deseados en el sistema de frenos, como consecuencia del incremento de temperatura.
Nunca se deben rectificar los discos a menos que el torno con el que se cuente tenga la precisión necesaria para ello, y la
pasada sea una pasada a limpiar, no a desbastar. Esto significa que para rectificar discos se deben dar una serie de
consideraciones, ya que nunca debemos de sobrepasar el
mínimo espesor recomendado por el fabricante. Al igual que no se debe de rectificar discos en tornos, cuya precisión, rigidez de
bancada, etc. no sea la requerida para dejar un acabado superficial bueno. Recordaremos que los discos cuando son
fabricados, como todo elemento rotante del vehículo y para que no introduzca vibraciones en el automóvil, deben de ser
equilibrado tanto estática como dinámicamente. En ningún caso cuando nos rectifican un disco nos comprueban si el disco sigue
estando equilibrado, con lo cual será muy probable, y sobre todo si el rectificado ha sido muy profundo que los discos nos
produzcan vibraciones, pero no solo al frenar sino que incluso por el mero hecho de girar.
50
Cambiar siempre las pastillas con el cambio de discos ya que
mantener las pastillas usadas, se reducirán de forma importante tanto la vida de los discos como de las pastillas y
disminuirá la eficacia del sistema de freno.
8.5 PASTILLAS DE FRENO
8.5.1 BREVE RESEÑA HISTORICA SOBRE LA FRICCIÓN.
Con la aparición de los vehículos autopropulsados a finales del siglo XIX, surgió la necesidad de dotarles de un sistema que consiguiese
detenerlos cuando el conductor decidiera. Las primeras soluciones aportadas fue la adaptación de los frenos de los coches de caballos en
estos primeros automóviles. Esto era posible ya que las velocidades que los vehículos de tracción mecánica desarrollaban eran
relativamente bajas. Estos sistemas consistían en un accionamiento manual de una palanca que movía una zapata, la cual rozaba contra
la banda de rodadura de las ruedas produciendo así la fricción necesaria para decelerar o frenar el vehículo de forma efectiva.
En el año 1987 Herbert Frood, implemento el primer forro de fricción
basado en la utilización de fibras de algodón, trenzadas en forma de correa.
Esto estaba todo ligado mediante soluciones bituminosas y hilos de latón. Este material no solo fue usado en los frenos de los coches de
caballos, sino que además fue empleado en algunos de los automóviles de la época consiguiendo unos resultados aceptables.
Lógicamente tenía unas limitaciones ya que el uso de una fibra natural como es el algodón significaba que por encima de 150ºC
perdía las propiedades de fricción y se rompían. Esta desventaja se hizo palpable enseguida, y tan solo diez años después se introdujo en
la formulación las fibras de asbesto. Sentando las bases de los materiales de fricción durante las décadas siguientes.
Se eligió la fibra de asbesto crisótilo para la mayoría de las aplicaciones.
Las fibras de asbesto eran fáciles de tejer de la misma forma que el
algodón con lo cual fue fácil sustituir las fibras de algodón. Su mayor resistencia mecánica, la resistencia a la temperatura, la flexibilidad,
sus excelentes propiedades de fricción y la compatibilidad con las resinas y demás sustancias ligantes, hacían de la fibra de asbesto el
mejor de los componentes para aplicaciones de fricción. La inclusión de latón y otros alambres en el tejido añadieron resistencia física y
modificaron las características fricciónales de comportamiento del material. Durante sesenta años los materiales de fricción de este tipo
han contribuido enormemente en la seguridad de los automóviles, camiones y toda clase de vehículos que circulaban por todo el mundo.
51
A principios de la década de los años 20, los químicos comenzaron el
estudio de sustituir los trenzados de los forros de freno por piezas moldeadas.
Comenzaron usando fibras cortas de crisótila, las cuales eran muy
abundantes y de costo reducido. Uno de los primeros creadores de forros de freno no trenzados fue Mr. Blume, en 1926, su formula
presenta unas similitudes muy interesantes con la primera formula de asbesto desarrollada. La fórmula original se basaba en alambres de
latón y en un refuerzo de tejido de asbesto, unidos por un compuesto de aceite o goma de asfalto. La nueva formula moldeada utilizaba el
mismo asbesto, pero las fibras eran más cortas que las que se utilizaban en el tejido de asbesto. El alambre de latón se sustituyó
por partículas de latón y el asfalto original por aceite de linaza y un carbón bituminoso especial que aportaba un alto grado de volatilidad
y un bajo desprendimiento de cenizas. La mayor parte de los avances posteriores fueron únicamente mejoras que se añadieron a este
concepto original.
Durante la década de los 30, los químicos comenzaron a investigar en
resinas flexibles con mayor resistencia al calor. Estos nuevos materiales, junto con el proceso de mezclado en seco, abrió el camino
a nuevos y muchos más sofisticados componentes y con ello a un nuevo mundo de materiales de fricción que todos conocemos hoy en
día. Al mismo tiempo, otros pioneros en el desarrollo del material de fricción provenían de la industria del caucho. Los trenzados de
algodón y posteriormente los trenzados de asbesto fueron recubiertos con compuestos de caucho que después iban siendo apilados en
capas hasta obtener el espesor requerido, todo ello se conseguía gracias a la ayuda de la maquinaría típica de la industria del caucho.
Más tarde se introdujeron compuestos de fibra de asbesto y caucho, que podían laminarse y plegarse o extrusionarse, también utilizando
la maquinaria convencional del caucho.
Durante la década de los 50 se implemento una nueva formulación
que contenía nuevas resinas que ligaban virutas metálicas dando paso así, a la aparición de las pastillas en base metálica. Esta
formulación procedía del gran éxito que los materiales de fricción metálicos habían conseguido en aplicaciones industriales y
aeronáuticas. Estos nuevos materiales metálicos eran una mezcla de resinas con lana de acero y grafito. Este tipo de formulas fueron muy
usadas durante la década de los 70 en la fabricación de las pastillas. En los años 60, a medida que se avanzaban en el diseño de los
vehículos y era necesario mejorar los sistemas de frenos, muchas empresas de materiales de fricción comenzaron a buscar alternativas
al asbesto como principal componente de los frenos de disco. El asbesto es un material que posee sus propias limitaciones; es un
recurso agotable, de calidad variable y su precio subía. Como
52
alternativa, se contempló el uso de fibras de vidrio, fibras de metal y
más recientemente, fibras de carbón sintéticas.
Al mismo tiempo, comenzó a cuestionarse el efecto sobre la salud del
uso del asbesto. Muchos fabricantes dejaron de trabajar con este material debido a los problemas que se asociaron con él. Todo esto
hizo que los materiales de fricción semi-metálicos llegaran a ser los más utilizados en los años 70 para la fabricación de frenos de disco.
Los semi-metálicos distan de ser materiales ideales para cualquier aplicación. Los materiales de fricción con alto contenido en metales
son mejores conductores del calor que los materiales compuestos de asbesto, y esto puede ocasionar problemas como por ejemplo, una
excesiva transferencia de calor al caliper y al líquido de frenos que puede entrar en ebullición.
El desarrollo de los nuevos materiales de fricción continuó durante los
80. La aparición de la tracción delantera, la reducción de tamaño de las
ruedas y el perfeccionamiento del diseño aerodinámico son sólo
algunos aspectos del desarrollo de la industria automovilística que implicaron nuevas exigencias en el mundo de los materiales de
fricción durante los últimos 20 años. El incremento de calor generado durante el frenado plantea problemas adicionales para la ingeniería
de fricción y para quienes se dedican a formular materiales de fricción.
Por esto, se está desarrollando una nueva generación de productos
con una menor conductividad térmica que los semi-metálicos, que supongan una reducción de la transferencia de calor al líquido de
frenos.
Durante los años 90 hace su aparición una nueva tendencia en los programas de desarrollo de los principales fabricantes de vehículos y
materiales de fricción con el fin de sustituir los contenidos de métales
pesados del material de fricción (trisulfuro de antimonio, sulfuro de plomo o galena, disulfuro de molibdeno, fibras de cobre y
componentes del cobre lo mismo que fibras de silicio) por compuestos no tóxicos, a fin de evitar el impacto negativo de dichos
materiales sobre el medio ambiente y los seres humanos. Se trabaja en un material orgánico que no se desintegre a altas temperaturas de
frenado y mantenga sus características de fricción en un ancho rango de temperaturas. Un material que admita el desgaste sin dañar las
otras superficies. Estamos ante la aparición de una nueva generación de materiales de fricción de superiores prestaciones y más
respetuosos con el medio ambiente, así como con las personas que cada día están en contacto con estos materiales.
No obstante, todavía quedan en el mercado productos de fricción que contienen asbesto, y se recomienda, dadas sus propiedades
53
cancerígenas, su manipulación siguiendo las normas estrictas de
seguridad que están claramente definidas en todos los países para la manipulación de productos tóxicos y peligrosos.
8.5.2 COMPOSICIÓN.
La obligatoriedad de eliminar el asbesto supuso un cambio importante
dentro de las formulaciones. El asbesto era una fibra que constituía la base de cualquier formulación ya que era capaz de aportar las
cualidades requeridas a cualquier material de fricción. No obstante,
aunque los primeros materiales “sin asbesto” que aparecieron en el mercado eran de prestaciones y duración inferiores a los de “con
asbesto”, hoy en día los productos “sin asbesto” han superado a aquellos en todos los requisitos exigibles a un material de fricción.
En la actualidad la mayoría de los fabricantes de fricción emplea en mayor o menor medida la base que a continuación se ofrece.
LAS FIBRAS: Las fibras son los elementos encargados de
aglutinar y ligar el resto de los elementos. Es decir, las fibras son el “armazón” de las pastillas de freno, a través de sus
múltiples ramificaciones van uniendo el resto de los elementos. Existen dos tipos principales de fibras las sintéticas y las
minerales. Las más usuales en el campo de la fricción son: fibras de vidrio, fibras de aramida, lana de roca.
LAS CARGAS MINERALES: Las cargas minerales son las encargadas de dar consistencia mecánica al conjunto, es decir,
le aportan resistencia a la abrasión, resistencia al desgaste. Están encargadas también, de aportar resistencia a las altas
temperaturas. Las más usuales son: barita, magnesita, talco, mica, carbonato, feldespato y otros.
COMPONENTES METÁLICOS: Se añaden en forma de polvo o
viruta para conseguir homogeneizar el coeficiente de fricción así como la transferencia de calor de la pastilla al caliper. Los más
usuales son, latón, cobre, bronce entre otros. No obstante una gran parte de los componentes metálicos usados en los
materiales de fricción, tienen efectos nocivos sobre la salud por lo que se recomienda seguir estrictamente la legislación
referente a los productos que contengan tales metales pesados.
LOS LUBRICANTES O MODIFICADORES DE COEFICIENTE:
Son los encargados de hacer variar el coeficiente de fricción normalmente a la baja, dependiendo del rango de temperatura
de funcionamiento. Son empleados en forma de polvo suelen ser grafitos, cokes, sulfuros, antracitas, etc.
54
LOS MATERIALES ORGÁNICOS: Son los encargados de
aglomerar el resto de los materiales. Cuando alcanzan una determinada temperatura fluyen y ligan el resto de
componentes, hasta que se polimerizan. Las más importantes
son las resinas fenólicas termoendurecibles, aunque también son empleados diferentes tipos de cauchos, ceras y aceites.
LOS ABRASIVOS: Cumplen principalmente la misión de
incrementar el coeficiente de fricción y también renuevan y limpian la superficie del disco permitiendo la formación de la
capa intermedia o también conocida como tercera capa.
8.5.3 FABRICACIÓN.
La fabricación del material de fricción es un proceso bastante estandarizado.
Las variables del proceso son las que cada fabricante define en función del tipo de materiales que emplea, es decir, de la
composición que defina. A grandes rasgos los pasos fundamentales
que se deben de seguir a la hora de fabricar son:
EL PROCESO DE MEZCLADO: Es uno de los principales pasos dentro del proceso de fabricación, ya que su misión es la de
mezclar todos los componentes de forma homogénea. Para conseguir una buena homogeneización de la mezcla, el
mezclador está provisto de un eje central que hace girar los componentes en forma de ochos y en otro eje dos cuchillas
batidoras que son las que van homogeneizando la mezcla. En este proceso, uno de los factores críticos es el tiempo que los
diferentes materiales pasen en el mezclador, ya que este periodo debe estar definido dependiendo del tipo de fibras que
se vayan a mezclar. Cada fibra tiene un tiempo de apertura, es decir, un periodo en el cual su longitud es la mayor posible, a
partir de ahí lo que sucede es que las fibras se van acortando
con lo cual no realizaran la función anteriormente descrita.
55
PREFORMADO: Operación que se realiza a base de presión,
mediante un molde dividido en dos una hembra y un macho, el cual se vierte la
cantidad de mezcla exacta
compactándose a través de la presión ejercida al cerrarse el molde,
obteniendo la forma del producto que se desea de acuerdo al número de
parte que se este procesando.
PRECURADO: La misión del prensado en caliente es la de
aglutinar los diferentes componentes. Por una parte, con la presión que se realiza se consiguen una reducción del volumen,
pero a su vez con la temperatura lo que se hace es fundir las
resinas para que estas fluyan por todo el material ligando los diferentes elementos. Este proceso lleva asociado unos ciclos
de prensado, es decir, que la prensa actuará sobre las pastillas durante un determinado tiempo, para a continuación permitir la
salida de los gases. En está etapa es en la que los soportes (zapatas) son pegados al
material de fricción. Esto se produce por dos motivos
principales, uno de ellos es que el soporte (zapata) lleva
impregnado una resina que consigue la adhesión del material
y por otro lado, existen unos huecos pasantes en los soportes
(zapatas) cuya función es la de
alojar el material de fricción que fluye para conseguir una
completa fijación del material de fricción al soporte. El tiempo
típico de prensado varía de 10 a 12 minutos según la formula
empleada para permitir el curado en prensa de las resinas.
CURADO: El proceso de curado se realiza
en hornos, su misión principal es la completa polimerización de las resinas,
para conseguir una perfecta compactación del material además de ir perdiendo el
contenido todavía existente de volátiles.
Este proceso también es función del tiempo y de la temperatura que se va
alcanzando en las diferentes etapas. Esto significa que las
56
pastillas van sufriendo un ciclo de diferentes temperaturas, en
las cuales van pasando durante un periodo determinado.
OPERACIONES DE MAQUINADO: En esta etapa las pastillas
sufren diferentes proceso de maquinados para adaptarlas a las características dimensionales requeridas por cada aplicación. Es
decir, por un lado se rectifican para conseguir el espesor de material de fricción necesario. Otro de los procesos que pueden
sufrir es la realización de ranuras, al igual que los chaflanes.
INSTALACIÓN DE ACCESORIOS:
Durante esta etapa se le añaden a las pastillas todos los elementos
complementarios tales como los muelles, clips, sensores acústicos,
antirruidos.
ESTAMPADO Y EMPAQUE: Las pastillas están terminadas solo
queda marcarlas y empacarlas para poderlas ofrecer a los diferentes clientes.
57
8.5.4. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS PASTILLAS DE FRENO. Los requerimientos básicos del material de fricción son los que establece la
propia aplicación del producto. Los más relevantes son:
Presentar un coeficiente de fricción
adecuado y estable a cualquier rango de temperatura y presión.
Mantener un equilibrio entre abrasión y resistencia al desgaste.
Una cierta compresibilidad, tanto en frío como en caliente, que haga
que el material absorba vibraciones e irregularidades de la otra
superficie con la que entra en contacto.
Una buena resistencia al choque y al cizallamiento.
Para conseguir satisfacer todos estos requerimientos, cada fabricante implementa sus propias formulaciones, las cuales ensaya una y otra
vez hasta conseguir los resultados que le aportan la calidad que
buscaban. A continuación vamos a ver los diferentes componentes que pueden
llevar consigo las pastillas de freno.
8.5.4.1 Backing (Subcapa):
El backing es una capa de material cuya función es la de
fijar el material de fricción en el soporte además de reducir
la temperatura que llega al caliper. Esta capa de material
tiene su propia formulación, ya que no tiene las características
que del material de fricción se
esperan sino que sus funciones son las de unir la capa de material de fricción al soporte (zapata) además de variar la conductividad térmica
del material de fricción para que el calor no pase a través de ella y no se caliente el líquido de frenos en el caso de materiales de fricción
con una alta conductividad térmica.
58
8.5.4.2 LA ZAPATA O SOPORTE
La zapata es el elemento metálico cuya función es la de mantener el material de
fricción en el porta pastillas del caliper.
La característica principal es que debe de ser lo más plano posible para evitar que
durante el proceso de prensado en caliente y posterior curado de las pastillas
surjan fisuras entre el soporte (zapata) y el material de fricción. Las zapatas se fabrican por estampado a partir de un fleje del
espesor requerido. Dependiendo de la complejidad del soporte se fabrican en varios
pasos, aunque es uno de los procesos más automatizados de la fabricación de las pastillas.
Los soportes son pintados con un barniz de alta resistencia para prevenir la corrosión con el paso del tiempo. La impregnación del
soporte metálico con una resina de gran adherencia es una fase crítica del proceso de fabricación, ya que se debe de garantizar una
correcta adherencia del material de fricción al soporte.
8.5.4.3 LAINAS ANTIRRUIDOS.
Las láminas antirruido son accesorios cuya función principal es la de absorber
las vibraciones que se producen en el contacto entre la pastilla y el disco,
evitando la aparición de ruido. Existen diferentes materiales, como son láminas
de fibra de vidrio, láminas metálicas, cada aplicación lleva definida un tipo de
lámina diferente dependiendo del tipo de vehículo en el cual va montada la
pastilla. La forma de fijarlas al soporte suele variar dependiendo del tipo de
material de la lámina antirruido. Existen láminas que van pegadas por
medio de una resina fenólica las cuales tienen que ser comprimidas contra el soporte sometido el conjunto a una temperatura de unos
150ºC. Otras láminas van remachadas a los mamelones de la zapata. Existe otra posibilidad de que la lámina vaya fijada al soporte por
medio de patillas y embutida en dos mamelones de la zapata, para impedir su movimiento.
Dichas láminas permiten aumentar la compresibilidad de la pastilla de freno en frío con el consiguiente efecto positivo sobre los rechinidos
sin aumentar sensiblemente la compresibilidad de la pastilla de freno en caliente que pudiera dar lugar a carreras excesivas del pedal.
59
8.5.4.4 OTROS ACCESORIOS.
Las pastillas para absorber las vibraciones a las que son sometidas en
el caliper cuando se frena, llevan una serie de accesorios que se
denominan clips o muelles. Estos muelles están fabricados a partir de flejes. Este tipo de elementos depende de la geometría de la pastilla
y del sistema de anclaje. Existen otro tipo de muelles que van situados en el propio caliper pero cuya función es la misma que los
que van situados en las pastillas. En definitiva, permiten un leve movimiento de las pastillas cuando se encuentran frenando lo que
hace que las vibraciones que se producen sean absorbidas. Otro tipo de accesorios que van incluidas en las pastillas son los
sensores de desgaste. La función de estos elementos es la de alertar al usuario del vehículo de que sus pastillas están al límite de su vida
útil y debe de sustituirlas. Existen varios tipos:
SONOROS: Los avisadores sonoros
son pequeños flejes que van
alojados en los laterales del soporte, sobresalen unos dos
milímetros de la superficie de fricción. Lo que produce que cuando la pastilla se ha desgastado y tan solo quedan 2 mm. de material de
fricción este pequeño fleje roce contra el disco y se produzca un rechinido constante que avisa al conductor de que sus pastillas deben
de ser sustituidas.
ELÉCTRICO: Los sensores eléctricos se
componen de un cable conductor con una cabeza de polímero. Cuando este
dispositivo va rozando con el disco, se debe a que a las pastillas solamente les
quedan 3 mm. De superficie de fricción.
El roce con el disco provoca su desgaste hasta que el cable llega a tener contacto
con el disco, cerrando el circuito. Esto produce que se encienda una lámpara
en el panel de instrumentos, que nos indica que debemos cambiar las pastillas.
60
8.5.5 CONJUNTO CALIPER (PINZA) – PASTILLA. En el conjunto que presentamos a continuación veremos más claramente todos los elementos que componen el conjunto de caliper
– pastillas.
8.5.6 PARAMETROS QUE DEFINEN EL MATERIAL DE FRICCIÓN. 8.5.6.1 COEFICIENTE DE FRICCIÓN El parámetro básico que define cualquier material de fricción es su coeficiente de fricción (µ). Durante el desarrollo de nuevas
formulaciones, el coeficiente de fricción es probado en los dinamómetros de inercia, así como en la máquina de presión
constante o dinamómetros Krauss. Una vez pasada esta fase se prueban directamente en vehículos equipados para la adquisición de
los datos que la prueba produzca.
La herramienta fundamental sigue siendo el dinamómetro de inercia. Estos son bancos de prueba completamente sensorizados, en los
cuales se acopla el sistema de freno que se desee probar. Los dinamómetros están comandados por potentes sistemas informáticos
que son capaces de medir cualquier parámetro durante la prueba, desde la temperatura del disco, el coeficiente de fricción, la presión
del circuito, la velocidad de giro, la deceleración, etc. Los dinamómetros de inercia en esencia son máquinas capaces de
reproducir las fuerzas que se generan en un vehículo durante el proceso de frenado. Esto implica que se consiguen simular fielmente
las condiciones de trabajo del sistema de frenos, especialmente del material de fricción durante su vida en servicio.
61
El fundamento del dinamómetro de inercia es la conversión de la
energía cinética del vehículo en energía cinética de rotación. Con lo cual, cuando se producen las frenadas se transforma la misma
energía cinética que llevaría el vehículo en energía calorífica, con lo
que se reproducen las condiciones energéticas que el vehículo lleva asociadas.
Siendo:
M = Masa del vehículo (kg). v = Velocidad del vehículo (m/s)
I = Momento de inercia de las masas de inercia del dinamómetro (kg · m2).
v = Velocidad angular del dinamómetro (1/s).
Al poder igualar las dos expresiones de energía (ya que se
miden en las mismas unidades)
podemos calcular la inercia necesaria en el dinamómetro para
simular fielmente cualquier tipo de vehículo, así como cualquier
tipo de situación en carretera. Aprovechando así todas las
ventajas que reporta el trabajar sobre dinamómetro.
Los dinamómetros de inercia están compuestos por un motor eléctrico que es el encargado de dar
la velocidad necesaria a las inercias, la potencia del motor necesaria es la que determina la inercia que es capaz de mover. Las masas de
inercia son discos de diferentes diámetros que determinan las características dimensionales del vehículo a ensayar, es decir, un
vehículo con una determinada masa cuando se encuentra en
movimiento lleva una energía que es la que hay que disipar al frenar, con lo cual, la masas de inercia son las que acumulan la misma
energía que el vehículo que se desea simular. Lógicamente las inercias están unidas al motor eléctrico mediante un eje. En el
extremo de dicho eje, se encuentra una brida donde va colocado el disco de freno. En el cabezal fijo se coloca la pinza que se desea
probar, así como la bomba de freno, y el sistema hidráulico que comanda la bomba.
62
Las pruebas que se pueden realizar en el dinamómetro son muy
variadas ya que el software que controla el banco, puede ser programado de modo que se realice la prueba que se desee. Existen
una serie de pruebas que están reconocidos a escala internacional y
que a las diferentes compañías les sirve como niveles estándar de prueba.
Las pruebas se encuentran divididas en diferentes etapas, en las cuales se prueba el material de fricción, bajo diferentes condiciones
de funcionamiento. Se puede considerar que una prueba básica está compuesta por las siguientes etapas en un programa estándar de
pruebas:
Etapa de asentamiento. La necesidad del asentamiento se hace patente en los ensayos que se realizan, al igual que
nosotros debemos de hacer el asentamiento cuando cambiamos las pastillas a nuestros vehículos. El asentamiento se realiza a
temperaturas inferiores a 100 ºC, la presión varía desde 15 a 45 bar, el rango de velocidades es de 100 a 30 km/h. Durante
toda la etapa, lo que se mide es el coeficiente de fricción para
ver el comportamiento del material durante las primeras frenadas. Esta etapa esta compuesta por 100 frenadas.
Etapa de sensibilidad a la presión. Variando la presión del
circuito se van comprobando a diferentes velocidades el coeficiente de fricción que el material es capaz de aportar. En
una primera sub-etapa se realizan frenadas a 40 km/h en un rango de presiones que va desde 10 a 80 bares. En las
siguientes sub-etapas la velocidad es de 80, 120, 160 y 180 km/h manteniendo el rango de presiones así como el número
de frenadas.
Etapa de fading. Esta etapa se suele repetir un par de veces durante el proceso, para comprobar que sucede con el
coeficiente si se producen dos fading. El test de fading está
compuesto de 20 frenadas en las cuales el requerimiento es alcanzar una deceleración media de 4m/s2 durante diferentes
temperaturas que van desde los 100ºC de la primera frenada hasta los 550ºC de la última frenada. Cada una de las 20
frenadas se realiza cuando se alcanza la temperatura establecida. Dichas temperaturas van incrementándonse de
30ºC en 30ºC aproximadamente en cada frenada. La presión en el circuito es la necesaria para alcanzar una deceleración media
de 4 m/s2.
Etapa de sensibilidad a la presión a alta temperatura. Es igual que la etapa de sensibilidad a la presión pero con una
temperatura inicial del sistema de 500ºC.
63
Etapas de análisis de características. Estas etapas lo que
hacen es la medición del coeficiente de fricción en condiciones de frenada normal, es decir, a una presión de 30 bar, a una
temperatura inicial de 100ºC y en un intervalo de velocidad de
80 a 30 km/h. Se realizan 18 frenadas durante las cuales se mide el coeficiente de fricción. Se realizan después de cada
etapa descrita anteriormente.
Gráfica obtenida en la etapa de fading
Lo ideal para un buen material de fricción sería que su coeficiente de fricción se mantuviese constante en µ=0,4 durante cualquier rango
de utilización, ya sea en temperatura, de presión o de cualquier otro parámetro. Además debiera de desgastarse poco y no dañar la otra
superficie contra la que entra en contacto, pero esto es una utopía ya que el material de fricción está sujeto a muchos cambios como ya
hemos visto.
El material de fricción no se caracteriza solo por el coeficiente de fricción sino que además existen otras características intrínsecas al
material. Dichas características deben de mantenerse dentro de unos límites para que el material cumpla su función primaria.
8.5.6.1.1 CLASIFICACIÓN MATERIALES DE FRICCIÓN DE ACUERDO A SAE
La clasificación de los materiales de fricción está determinada por la norma SAE J-661 y se representa por dos letras EE, FF, GG, FG, etc;
de las cuales la primera letra nos indica el coeficiente de fricción en frío y la segunda el coeficiente de fricción en caliente.
64
Clasificación de los coeficientes de fricción según SAE J-661
CODIGO RANGO CLASIFICACIÓN
C › 0.15 No Clasificada
D 0.15 a 0.25 Baja Fricción
E 0.25 a 0.35 Media Baja Fricción
F 0.35 a 0.45 Media Alta Fricción
G 0.45 a 0.55 Alta Fricción
H › 0.55 No Clasificada
Este sistema se determina en la prueba Chase, con el procedimiento definido en la norma SAE J-861.
Generalizando un poco, podemos decir sin que sea esto una regla,
que los vehículos pesados y medianos de carga así como automóviles domésticos utilizan un material de coeficiente fricción medio bajo y
medio alto, entre E y F; los automóviles deportivos americanos y europeos utilizan un coeficiente de fricción medio alto y alto, entre F
y G.
Cabe aclarar que el nivel de fricción de un material se puede obtener
con diferentes materiales, ya que cada fábrica tiene sus propias fórmulas. De igual forma el coeficiente de fricción no determina la
calidad del producto, ya que esto dependerá de las materias primas empleadas para su manufactura.
8.5.6.2 DENSIDAD La densidad (Þ) del material de las pastillas es la relación entre la
masa del material de fricción dividido entre el volumen que ocupa. Es un dato importante porque puede darnos idea como estamos
prensando durante el proceso de fabricación, y también como pueden ser las expectativas de vida en servicio.
8.5.6.3 POROSIDAD La porosidad es entendida como el volumen relativo de la proporción de cavidades en el material. Esto incluye poros, ampollas de aire y
cualquier cavidad que presente el material. La proporción de
cavidades debe de ser menor al 5% de la superficie de la pastilla y no afectar a su perfil para que así no sea rechazada la pastilla. Una
porosidad elevada puede provocar desgastes prematuros y una porosidad reducida puede dar lugar a rechinidos.
65
8.5.6.4 FUERZA DE CIZALLADURA.
La fuerza de cizalladura es la resistencia que presenta el material de fricción a ser separado de la zapata cuando sobre el actúa una fuerza
tangencial. Este valor es de los más importantes ya que las pastillas de freno
cuando se encuentran frenando están sometidas no solo a las fuerzas normales contra el disco sino también a grandes esfuerzos
tangenciales que son los que realiza el disco al intentar arrastrar las pastillas en el sentido de su giro.
El valor mínimo aceptable para un test de cizallamiento es de 250 N/cm2, según Reglamento 90, esta presión equivale a desarrollar una
fuerza de 1250 kg. en una pastilla de tipo medio, con un área de 50
cm2. Si esta característica no se cumple es necesario el tomar medidas correctivas que consigan una mayor adherencia entre el
soporte y el material de fricción. Las principales
acciones encaminadas a corregir este defecto son
el empleo de un adhesivo diferente, incluso variar el
material de fricción para que fluya mejor por los
huecos de la zapata y su adhesión al mismo sea
mejor. Es importante destacar no solo el valor
de ruptura o presión
máxima de cizalladura que soporta el material, sino la adhesión que este presenta sobre el soporte metálico, ya que una vez separado el
material de fricción del soporte debe de quedar material adherido al soporte en cantidad superior al 80 % de la superficie del mismo. Si
esto no fuese así sería necesario tomar las medidas oportunas, descritas anteriormente.
En la figura se puede ver como se debe aplicar la fuerza de ruptura en la máquina, es importante que el radio del herramental que
empujará a la superficie de fricción tenga el mismo radio que la pastilla.
El ensayo descrito anteriormente, se utiliza como ensayo de control, tanto en el desarrollo de nuevos materiales como en el control normal
de Calidad que se realiza durante todo el proceso productivo.
66
8.5.6.5 COMPRESIBILIDAD La compresibilidad es el cambio de espesor en las pastillas por la aplicación de una fuerza normal a la superficie de las pastillas. Este
ensayo se realiza en dos condiciones diferentes, en un principio se realiza a temperatura ambiente, lo que se conoce como
compresibilidad en frío y en posteriormente se realiza colocando la
pastilla por el lado del material de fricción contra una superficie que se encuentra a 400ºC durante 10 minutos, es el conocido como test
de compresibilidad en caliente. Cuando el valor de la compresibilidad en frío es mayor a un 2% del espesor de la pastilla, se debería de
modificar el material de fricción para que no se produzca una reducción tan grande en el espesor del material.
Durante el ensayo en caliente el valor máximo de compresibilidad
debe ser menor al 5%. Si se sobrepasase este valor de nuevo deberían de tomarse medidas correctivas ya que ambos límites
máximos tanto para frío como para caliente están definidos según Reglamento 90.
Es importante destacar que la compresibilidad de las pastillas de
freno es una de sus características básicas ya que con una cierta
compresibilidad se absorben vibraciones entre disco y pastilla reduciendo así los efectos nefastos que las vibraciones presentan en
el sistema de freno y que normalmente se traducen en ruido. Por otro lado, una compresibilidad excesivamente alta puede dar lugar a
carreras de pedal muy largas.
8.5.6.6 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
La conductividad térmica de los materiales de fricción es la propiedad
física por la cual tienen la capacidad de transmitir el calor hacia su interior. Para el caso de las pastillas de freno es muy importante que
la conductividad térmica sea capaz de disipar el calor hacía el exterior
de la pastilla pero se debe controlar ya que si ese calor pasara a través del soporte metálico hasta el caliper, llegaría hasta el líquido
de freno. Dicho calor puede provocar que el líquido entre en ebullición con las consecuentes perdidas de eficacia de frenado. Los síntomas
claros de esta ebullición es el aumento de la carrera de pedal, que se iría al fondo, con la consiguiente perdida de eficacia de frenado.
Los valores de conductividad térmica son muy variables de acuerdo a
la formulación de material de fricción, ya que si las pastillas son semimetálicas (aquellas que tienen alto contenido en lana de acero,
de cobre, latón u otros), su conductividad térmica será mayor ya que los metales son mejores conductores de la temperatura. Por ello en
formulaciones semi-metálicas es muy importante colocar un backing
67
que evite la transferencia de calor al líquido de freno para evitar que
el líquido de freno, eventualmente, entre en ebullición. En materiales de fricción de base orgánica la conductividad térmica será menor de
forma que no tendrán, en la mayoría de los casos, la necesidad de
usar backing.
8.5.7 RESUMEN Los factores descritos anteriormente pueden ser incluso
contradictorios entre ellos mismos y en definitiva, el éxito para desarrollar una pastilla de freno de calidad, depende del criterio del
fabricante en cuanto a como valorar y ponderar los efectos de dichos factores para poder ofrecer al usuario el mejor producto posible
según las expectativas de los usuarios.
9. FRENO DE TAMBOR
Partes del freno de tambor.
Esta Vista esquemática de un freno de tambor muestra el tambor (izq.) las
zapatas con sus resortes de retorno (centro), y el plato de anclaje con el cilindro de
rueda (der.) Los pasadores de retención y los resortes de sujeción mantienen las
zapatas sujetas al plato de anclaje, aunque les permiten cierto movimiento.
Los frenos de tambor tienen dos zapatas semicirculares que
presionan contra la superficie interna de un tambor metálico que gira con la rueda. Las zapatas están montadas en un plato de anclaje;
este plato está sujeto en la funda del eje trasero o en la suspensión
para que no gire.
68
Cuando el conductor piso el pedal del freno, la presión hidráulica aumenta en el cilindro maestro y pasa a cada cilindro de rueda. Los
cilindros de rueda empujan un extremo de cada zapata contra el
tambor, y un pivote, llamado ancla soporta el otro extremo de la zapata.
En el ancla, generalmente hay un ajustador de freno, cuando las
balatas, que van unidas a las zapatas se desgastan, hay que acercar más zapatas al tambor con un ajustador de rosca para mantener la
máxima fuerza de frenado. En algunos automóviles se debe hacer un ajuste manual a intervalos de 5000 a 10000 kilómetros.
La mayoría de los automóviles modernos tienen frenos delanteros de
disco y frenos traseros de tambor, como los frenos de disco son de ajuste Automático, los frenos de tambor por lo general también lo
son. Los ajustadores automáticos funcionan cuando se aplican los frenos de reversa.
Las principales ventajas son:
- Temperatura de trabajo menor que la obtenida en freno de disco, generalmente utilizados en vehículos de gama baja (liviano de poca
cilindrada y económicos) que tienen freno de tambor en las cuatro ruedas.
- Protegidos contra la suciedad del medio ambiente.
- Fácil instalación del freno de emergencia.
Como desventajas se tienen:
- Espacio limitado, por el tamaño de la rueda.
- El cambio del material de fricción requiere más tiempo que en freno
de disco.
- Los dispositivos de anclaje son más complejos que en el freno de
disco.
- La disipación del calor es menor que en freno de disco.
- La superficie de fricción es curva actuando en forma radial.
69
9.1 LA ACCION DE SERVO AUMENTA LA FUERZA DE FRENADO
La rotación del tambor se aprovecha para mejorar la fuerza que
ejerce la zapata contra el tambor. Este, al girar tiende a arrastrar consigo la zapata primaria o delantera, la empuja contra el ancla y la
hace pegarse aún más al tambor.
Con esto, la fricción entre estos elementos aumenta y por consiguiente aumenta asimismo la fuerza de frenado.
La fuerza adicional de frenado que se o tiene de esta manera, se
denomina acción de servo. Esa misma rotación del tambor hace que la zapata secundaria se
separe del ancla y del tambor, con lo que disminuye la fuerza de frenado para evitar los amarrones.
9.1.1 El frenado de acción servo asistido o uniservo tiene zapatas
que se desplazan hacia fuera desde sus anclas (izq.). La rotación del tambor jala la zapata primaria contra él, con lo que aumenta la
presión entre ésta y el tambor (der.); al mismo tiempo la zapata secundaria se separa del tambor, reduciendo así la fuerza del
frenado. Las funciones de las zapatas se invierten en reserva.
9.1.2 El frenado de acción servo doble o duoservo tiene un ancla fija encima del cilindro de rueda (izq.). Al aplicar los frenos las
zapatas se pegan contra el tambor (der.) Una se mueve en el ancla, se pega más contra el tambor y aumenta la fuerza de frenado
mientras la otra se mueve en el ajustador, también se pega más al tambor y aumenta dicha fuerza. Al frenar en reversa, la acción de las
zapatas se invierte.
70
9.2 AJUSTE AUTOMÁTICO DE LOS FRENOS DE TAMBOR
Los frenos de disco no necesitan ajuste porque las pastillas no se
separan mucho del rotor. Cada vez que se aplican los frenos, el
pistón sale y toma una nueva posición para compensar el desgaste de las pastillas.
En los frenos de tambor, cuando las balatas se desgastan, hay que
ajustar las zapatas acercándolas al tambor para que el cilindro de rueda pueda empujarlas hasta el tambor. El mecanismo de ajuste
más común es un tornillo pequeño, que avanza al hacer girar una rueda de estrella. En algunos automóviles este ajuste se debe hacer
manualmente cada cierto tiempo.
La mayoría de los automóviles tienen una palanca ajustadora accionada por varilla o cable, que hace girar automáticamente la
rueda de estrella. Al aplicar los frenos en reversa la varilla o el cable levantan la palanca de ajuste, al soltar los frenos, un resorte de
retorno baja la palanca. Cuando las balatas llegan a cierto desgaste,
la varilla o el cable levantan la palanca para que cuando el resorte de retorno la b aje, se acople al siguiente diente de la estrella haciéndola
girar, de esta manera las zapatas se acercan más al tambor.
La mayoría de los frenos se ajustan al girar la rueda de estrella, la cual hace avanzar el tornillo de ajuste para acercar las zapatas del
tambor. En los frenos de ajuste automático la palanca ajustadora accionada por varilla o cable, se acopla a un diente de la estrella. En
los frenos B hendís de los automóviles Ford, un cable levanta la palanca cada vez que se mueva al frenar en reversa.
Conforme se desgastan las balatas las zapatas se abren más para acercarse a los tambores al frenar, a cierto nivel de desgaste el cable
levanta la palanca para que ésta al bajarla el resorte de retorno se acople en el siguiente diente de la estrella, haciéndola girar en otros
modelos de
frenos, la palanca se
levanta al aplicar el freno
de estacionamiento
, no cuando se frena en
reversa.
71
9.3 FUNCIONAMIENTO FRENO DE ESTACIONAMIENTO
La mayoría de los frenos de estacionamiento, requieren tres palancas para multiplicar la fuerza física del conductor, la primera de ellas es la
palanca de mando. Al mover la palanca de mando, la fuerza del conductor se multiplica y se utiliza para tirar del cable delantero que,
a su vez tira de la palanca del compensador.
La palanca del compensador multiplica la fuerza impartida por la palanca de mando y hala los cables traseros. Esta fuerza de tracción
pasa a través de un compensador que garantiza que la tracción sea la
misma en ambos cables traseros.
Para cumplir esta función, el compensador permite que los cables se deslicen un poco para equilibrar las ligeras diferencias de longitud o
ajuste entre dos cables. A su vez, los cables traseros tiran de las palancas de los frenos de estacionamiento.
Las palancas de los frenos de estacionamiento están conectadas a las zapatas secundarias de los frenos traseros.
Al accionar la palanca, esta empuja la biela contra su resorte
comprimiéndolo, la biela o palanca continúa moviéndose empujando la zapata primaria contra el tambor del freno. Cuando la zapata
primaria entra en contacto con el tambor, cesa el movimiento de la biela o palanca. En ese momento, la palanca del freno de
estacionamiento gira sobre el extremo de la biela y la parte superior de la palanca empuja la zapata secundaria contra el tambor. De esta
manera la acción de la palanca del freno multiplica nuevamente la
fuerza del conductor.
9.3.1 AJUSTE FRENO DE ESTACIONAMIENTO
Se considera que un freno de estacionamiento está adecuadamente ajustado cuando satisface los siguientes criterios:
1. Los frenos están aplicados a plenitud y se mantienen en posición después de que el pedal o la palanca se ha desplazado hasta menos
de la mitad de su recorrido posible.
2. Los frenos están totalmente sueltos cuando el pedal o la palanca está en posición de desenganche. Dado que los frenos de
estacionamiento accionan las zapatas de los frenos traseros, deberá
existir el suficiente espacio libre entre la banda y el tambor. Por tanto, antes de tratar de ajustar un freno de estacionamiento, se
deberá inspeccionar la banda, los tambores y las piezas conexas. Se deberá verificar el funcionamiento del regulador de estrella y ajustar
72
los frenos de manera que se deje espacio libre suficiente entre la
banda y el tambor.
En la mayoría de los casos el ajuste de los frenos de estacionamiento
consiste en acortar uno o varios cables a fin de eliminar la falta de tensión. Por lo general este ajuste se hace por medio de una tuerca
de ajuste ubicada en el compensador. Es fácil alcanzar dicha tuerca una vez levantado el vehículo. No obstante, el ajuste de los frenos de
estacionamiento requiere más que un simple ajuste de la tuerca respectiva hasta obtener el funcionamiento deseado de los frenos.
Un cable de freno de estacionamiento ajustado en forma incorrecta puede afectar el funcionamiento de los mecanismos de
autorregulación. La mayoría de los fabricantes de automóviles han establecido procedimientos específicos para ajustar los frenos de
estacionamiento de los diversos modelos que producen.
He aquí un procedimiento típico para ajustar los frenos de estacionamiento de un sistema de frenos de tambor:
1. Poner la palanca de cambios en la posición neutro.
2. Poner la palanca de mando del freno de estacionamiento en la posición de frenado.
3. Levantar el automóvil y sostenerlo con gatos colocados debajo de la suspensión.
4. Aflojar la contratuerca
5. Apretar la tuerca de ajuste contra el compensador hasta que se
vea que los frenos traseros comienzan a ofrecer resistencia.
6. Aflojar la tuerca de ajuste hasta que los frenos se hayan soltado
completamente.
7. Apretar la contratuerca.
8. Verificar el funcionamiento del freno de estacionamiento.
9. Bajar el automóvil.
73
9.3.2 FRENOS DE ESTACIONAMIENTO SISTEMA DE DISCO
Ciertos vehículos presentan la particularidad de tener freno de disco en las cuatro ruedas y el freno de estacionamiento va instalado en las
ruedas traseras.
El acercamiento del pistón a las pastillas se puede hacer hidráulicamente al accionar el pedal del freno en servicio o
mecánicamente manipulando la palanca del freno de mano.
En este tipo de freno de estacionamiento el pistón es empujado hacia
afuera por un tornillo de empuje, el cual esta acoplado a una tuerca autoreguladora empotrada a presión en el fondo del pistón.
Al accionar el freno de mano la palanca en la mordaza hace girar un
rodamiento de empuje permitiendo que un juego de bolas de acero ruede en unas cavidades en forma de rampa produciendo un efecto
de cañón, el cual aplica una fuerza sobre el tornillo de empuje
aplicando las pastillas contra el disco.
Se advierte que para retirar el pistón de un freno de éstos es necesario girarlo hasta que no salga más por rotación.
En este momento se puede utilizar aire para retirarlo completamente.
Para introducirlo también se debe girar utilizando una herramienta adecuada a la forma de la superficie del pistón que pueden ser una
ranura o dos muescas.
La ranura o las muescas deben ser colocadas en una posición tal que los resaltes del respaldo metálico de las pastillas coincidan o de lo
contrario estas no podrán ser montadas.
Adjunto encontrará fotocopia de un corte de un tipo de freno de
estacionamiento en un caliper, con el fin de que se haga una idea más clara de lo que se anotó.
De todas maneras hemos tomado nota para preparar mayor
información ilustrada al respecto.
9.4 Problemas más comunes.
Tambores de freno con puntos duros
Se caracteriza por la aparición de puntos de color oscuro, a causa de sobrecalentamientos, sobre la superficie de frenado del mismo. Estos
puntos duros son los causantes de ruidos durante la frenada.
74
Para saber donde se sitúan dichos puntos bastará con comprobar
sobre la superficie de los forros de las zapatas de freno las zonas en las que el desgaste no sea homogéneo.
Tambores con rayaduras Se caracteriza por la aparición de grietas, a causa de
sobrecalentamientos, en la superficie de frenado del tambor. La aparición de las grietas es debido a los cambios térmicos bruscos
(frío-caliente y viceversa). Las grietas son visibles y es obligatorio proceder al cambio del tambor de freno.
Tambores tronados o abiertos
Se caracteriza por la aparición de una apertura, considerable, en todo lo ancho de la superficie de frenado del tambor. La aparición de las
aperturas es debido a los cambios térmicos bruscos (frío-caliente y viceversa). Estos a su vez, generalmente en este tipo de averías, es
debido a una aplicación incorrecta del tambor.
Tambores azulados Se caracteriza por la aparición de zonas azuladas sobre la superficie
de frenado del tambor, debido a un exceso de temperatura. Esta avería se pude dar debido a frenadas bruscas durante el periodo de
adaptación de las zapatas de freno o a un mal montaje de las mismas.
Tambores rayados
Se caracteriza por la aparición de ralladuras en la superficie de frenado del tambor y por el desgaste prematuro de los forros de las
zapatas de freno. Si las ralladuras no son excesivas es posible rectificar el tambor y
cambiar solamente las zapatas de freno. Importante: el rectificado del tambor no ha de superar las 0.080 pulgadas y el diámetro
máximo admisible del tambor no ha de ser superado. No obstante,
esta reparación es momentánea y es obligatorio el cambio sistemático del tambor de freno.
Tambores brillantes o pulidos
Se caracteriza por que la superficie de frenado del tambor tiene un acabado tipo espejo. Esto se traduce en una menor adherencia entre
las zapatas y el tambor de freno, es decir, se reduce la eficacia de los frenos.
Tambores ovalados
Se caracteriza por la aparición de un mayor desgaste en una zona, en concreto, de los forros de freno. Este desgaste es debido a la
variación de diámetro que sufre el tambor de freno, por calentamiento. Esta avería se puede reparar, rectificando el tambor
75
de freno. Para ello, tendremos que observar que el rectificado no
supere las 0.080 pulgadas y de que el diámetro máximo admisible del tambor no sea superado. No obstante, esta reparación es
momentánea y es obligatorio el cambio sistemático del tambor de
freno.
El “FADDING”
El calentamiento muy rápido por frenadas consecutivas y particularmente violentas producen un efecto de acumulación térmica
en el freno que puede provocar una pérdida de eficacia de los forros denominada “fadding” (término anglosajón que se puede traducir
como desvanecimiento) y caracterizado por un descenso brusco del coeficiente de rozamiento. En estos momentos el freno se vuelve
inoperante y el conductor y el vehículo lo acusa enseguida. La resistencia al “fadding” es uno de los factores más importantes en
los ensayos y pruebas que se realizan antes de dar por bueno un forro determinado. Por lo general, el “fadding” desaparece cuando se
enfrían los forros, es lo que se denomina recuperación. En algunos casos y sobre determinados materiales puede darse el caso de una
sobre recuperación, es decir, al enfriarse el forro se produce un aumento brutal del coeficiente de rozamiento y automáticamente
aparecen ruidos, vibraciones y brusquedades al frenar.
76
10. Preguntas más frecuentes
PREGUNTAS POSIBLE CAUSA / VERIFIQUE:
El vehículo tiene un pedal bajo o * Aire dentro del sistema hidráulico
esponjoso * Ajuste de la zapata trasera
* Ajuste de la varilla de empuje
* Cilindro maestro purgado
inadecuadamente
El vehículo no se detiene después del * Acabado inadecuado del rotor
cambio de balatas * Material de fricción incorrecto
* Área de fricción dañada durante el
frenado
inicial
Rechinido durante la aplicación * Material de fricción instalado
inadecuamente
* Herraje del caliper dañado
* Falta de lubricación
* Liga de caliper pegada
Sonido de metal con * Acabado inadecuado del rotor
metal durante el frenado * Falta de limpieza al Rotor después de
haber sido rectificado.
* Balatas desgastadas excesivamente
Una o más de las ruedas traseras * Muelles o resortes de freno debilitados
se amarran durante el frenado * Tambores de freno ovalados o de
diametro
excesivo
* Platos de apoyo dañados
* Cilindros de rueda sueltos
* Forro contaminado
¿Cuales son las especificaciones * Refiérase al manual de servicio adecuado
apropiadas para rectificar tambores. La práctica general es que los rotores
deben
y rotores? rectificarse a no menos de .030 por
encima
de el molde de especificación mínimo del
rotor (esto no aplica a todos los rotores).
* Los tambores no deben rectificarse a
menos
de .010 con respecto al otro, y al menos
.015
por encima de las especificaciones
mínimas
si no hay ninguna especificación
77
disponible
en un manual de servicio.
Pulsación fuerte del pedal durante * Ruedas instaladas con llave neumática
el frenado, lo cual puede causar que se deformen los
rotores.
* Reborde de oxidación en la superficie de
la maza o la brida del eje.
* Deformación causada por el calor excesivo
de frenos que se patinan.
* Rotores excesivamente rectificados
* Exceso de temperatura en los discos
¿Son los fluidos de freno DOT 3, 4 y * Los fluidos de freno DOT son compatibles
5 compatibles, y cual es la diferencia? Uno con el otro, pero no se mezclan.
* Los fluidos para frenos DOT 3 y 4 tienen
glicol como base, y absorben la humedad
(higroscópico)
* DOT 5 tiene silicon como base, y no absorbe
la humedad.
Que procedimiento se utiliza para * Los manómetros de presión para frenos
diagnosticar la válvula de medición, deben utilizarse en conjunto con un
dosificación y/o de combinación manual de servicio apropiado.
El vehículo se jala a un lado al * Componentes de la dirección dañados
frenarlo o flojos (barra de acoplamiento de la
dirección, articulación de rótula, etc).
* Manguera de freno dañada
* Caliper dañado
El pedal todavía esta bajo y * Aísle los componentes del freno (utilice
esponjoso después de que se ha el método de pinzas de bloqueo) para
localizar
cambiado el cilindro maestro aire atrapado en el sistema.
* Verifique buscando movimiento mecánico
excesivo en el calibrador o el cilindro
de rueda.
El pedal esta alto y duro cuando el * Baja alimentación de vacío hacia
pedal del freno se aplica el Booster
* Booster dañado
* Restricción en la línea de alimentación de
vacío
* Válvula de retención del Booster dañada
* Calipers o cilindros de rueda pegados.
78
GLOSARIO
Caliper- Pinza hidráulica que sujeta las pastillas de freno contra el
rotor. Consiste de cuatro partes básicas: El alojamiento, el pistón, el
sello y la cubierta contra el polvo (el cubre polvo).
Cilindro maestro- Proporciona presión hidráulica a las ruedas. El tipo encontrado en la mayoría de los vehículos, es un cilindro
maestro doble, el cual alimenta el sistema de frenos delantero o trasero independientemente y/o diagonalmente.
Cilindro de rueda- Empuja la zapatas de freno dentro del tambor de
freno. Consiste de cinco partes básicas: El alojamiento, muelle, copas, pistones y cubrepolvos.
Freno de disco- Conjunto de piezas del freno trasero o delantero, el
cual consiste de un calibrador, pastillas, rotor y herraje. El rotor se sostiene en alineación correcta por medio de valeros montados en la
maza del rotor.
Freno de estacionamiento- Proporciona un freno auxiliar accionado
por medio de un cable. Generalmente se encuentra dentro del freno de tambor o disco en el eje trasero.
Freno de tambor- Conjunto de piezas del freno trasero o delantero
que consisten de un cilindro de rueda, zapatas, tambor y herraje. El tambor de freno se mantiene en alineación correcta por medio de
valeros montados en la maza o en el eje de la rueda trasera.
Herraje del freno de disco- Mantiene al calibrador y las pastillas en alineación correcta con el rotor. Permite un movimiento uniforme
cuando se aplica y libera la presión.
Herraje del freno de tambor- Sostiene las zapatas de freno en
alineación correcta con el plato de apoyo, permite una aplicación y desaplicación regulares y permite que las zapatas de freno
mantengan un ajuste correcto a medida que se desgasta el forro.
Liquido para frenos- Todos los líquidos para freno son incompresibles, pero no todos son iguales. Si usted observa la
etiqueta, notará que en cada embase de líquido aparece una clasificación tal como LF3 (DOT 3), LF4 (DOT 4) o LF5 (DOT 5). Los
dos primeros están hechos a base de glicol lo que los vuelve
79
higroscópico (absorben humedad) y el último esta hecho a base de
silicón.
Mangueras de freno- Forman conexiones flexibles entre la tubería
de frenos de acero y los frenos de tambor o de disco. Cada vehículo utiliza una para cada rueda delantera y una o dos para ambas ruedas
traseras.
Pastillas de freno- Convierten el movimiento en calor cuando se afianzan contra la superficie del rotor. Hay diferentes componentes
que resisten diferentes temperaturas de operación. Las pastillas contienen forros remachados o adheridos.
Pedal del freno- El pedal dentro del coche utilizado para comenzar
la acción mecánica o hidráulica qué desacelera o detiene al coche.
Plato de apoyo- Plato de acero utilizado como armadura para las zapatas de frenos, cilindros de rueda y el herraje.
Rotor/Disco- Proporciona una superficie para que las pastillas de freno sean aplicadas. Los rotores varían en espesor y diámetro para
acomodar las temperaturas de operación de los frenos de disco.
Servofreno (Booster)- Incrementa la presión del pie del conductor, al aplicar un esfuerzo de frenado adicional al cilindro maestro. Es un
equipo de línea en los vehículos actuales. Puede accionarse por medio de presión hidráulica o de vacío.
Tambor de freno- Proporciona una superficie para que se apliquen
contra ella la zapata de freno. Los tambores varían en diseño para ajustarse a las diferentes velocidades de enfriamiento.
Tubería de los frenos- El material con el que están manufacturadas
es de acero y su función es la de conectar al cilindro maestro con los
frenos delanteros y traseros.
Válvula de combinación- Equilibra la presión hidráulica entre los frenos delanteros y traseros en un sistema hidráulico partido. La
válvula puede incorporar una de tres funciones, dependiendo el diseño del sistema de frenos. Las funciones de las válvulas incluyen
una sección de medición, una sección de dosificación y una sección de luz de aviso.
Zapatas de freno- Convierten el movimiento en calor cuando se
aplican contra la superficie del tambor. Existen varios materiales del forro para soportar temperaturas de operación diferentes.
80
Bibliografía
http://www.howstuffworks.com
www.iespana.es/mecanicavirtual
www.automecanico.com www.autoxuga.com
www.mecanicavirtual.org/boxes.css
Facts about Friction by Geoffrey Nicholson Technical Manual of Disc Brake Pads by Road House
Brake Linings for Road Vehicles by Karl-Heinz Oehl and Hans-Günther Mitchell1
Recabo y elaboro información.
Ing. Luis Antonio Anguiano Silva
