En els
automobils
, els frens de disc solen trobar-se dins de les rodes.
Un
fre de disc
es un dispositiu la funcio del qual es detenir o reduir la velocitat de rotacio d'una roda. Fet normalment d'
acer
, esta unit a la roda o a l'eix. Per detenir la roda disposa d'unes pastilles que son pressionades mecanica o hidraulicament contra els laterals de los discos. La
friccio
entre el disc i les pastilles fa que la roda es freni. Els frens de disc son utilitzats en automobils, motocicletes i algunes bicicletes.
Els experiments amb els frens de disc van comencar a Anglaterra cap al 1890. El primer automobil amb frens de disc va ser patentat per
Frederick William Lanchester
a la fabrica de
Birmingham
el 1902, encara va haver de passar mig segle perque aquesta innovacio s'utilitzes ampliament. Els primers dissenys de frens de disc moderns van comencar en el Regne Unit cap al 1940 i 1950. Oferien molt millor rendiment en la frenada que els frens de tambor: tenien molt millor resistencia al sobreescalfament (fading) i no perdien la seva eficacia en submergir-los sota l'aigua, important en els vehicles tot terreny. A mes, son molt mes fiables que els frens de tambor a causa de la seva simplicitat mecanica, tenen menys peces i son molt mes simples d'ajustar.
Inicialment els frens de disc van ser introduits en els vehicles esportius que demanaven una major capacitat de frenada. Alguns estaven col·locats dintre del vehicle, junt al diferencial, pero la immensa majoria dels actuals es col·loquen dintre de les rodes. Els posicionats dintre del vehicle permetien disminuir la massa no suspesa i la calor transmesa a les rodes, important en l'alta competicio.
Ara com ara els frens de disc han estat introduits practicament a la totalitat dels vehicles, si be se segueixen utilitzant els frens de tambor en l'eix de darrere en les gammes baixes, com a forma de reduir costos i simplificar el funcionament del fre de ma. A causa que la major part de l'esforc de la frenada es produeix en l'eix davanter, aquesta solucio ofereix un compromis raonable entre cost i seguretat.
Mecanisme i components
[
modifica
]
Discos de fre
[
modifica
]
Fre de disc.
Existeixen diferents tipus de discos de fre. Alguns son d'acer massis mentre que altres tenen la superficie ratllada o tenen forats que els travessen. Aquests ultims, denominats discos ventilats, ajuden a dissipar la calor. A mes, els forats ajuden a evacuar l'aigua de la superficie de frenada. Les ranures serveixen per eliminar amb mes facilitat el residu de les pastilles.
La mordassa es el suport de les pastilles i els pistons de fre. Els pistons generalment estan fets d'
acer
aluminat o cromat. Hi ha dos tipus de mordasses: flotants o fixes. Les fixes no es mouen, en relacio al disc de fre, i utilitzen un o mes parells de pistons. D'aquesta manera, quan s'acciona, pressionen les pastilles a tots dos costats del disc. En general son mes complexes i cares que les mordasses flotants. Les mordasses flotants, tambe denominades mordasses lliscants, es mouen en relacio al disc; un pisto a un dels costats empeny la pastilla fins que aquesta fa contacte amb la superficie del disc, fent que la mordassa i la pastilla de fre interior es desplacin. Aixi la pressio s'aplica a tots dos costats del disc i s'aconsegueix l'accio de frenada.
Les mordasses flotants poden fallar a causa de l'enclavament de la mordassa. aixo pot succeir per bruticia o corrosio, quan el vehicle no s'utilitza per temps perllongats. Si aixo succeeix, la pastilla de fre de la mordassa friccionara el disc fins i tot quan el fre no s'estigui utilitzant, i ocasionara un desgast accelerat de la pastilla i una reduccio en el rendiment del combustible, juntament amb una perdua de la capacitat de frenada a causa de l'escalfament del respectiu conjunt de frenada (tambor-balata o disc-pastilla) i provocara a mes desequilibri en la frenada, ja que la roda amb fre reescalfat frenara menys que la seva contrapart.
Pistons i cilindres
[
modifica
]
Els pistons disposen d'una fixacio que va al voltant i segells que priven l'escapament de la pressio exercida pel liquid de frens, a traves del qual s'accionen. La mordassa porta un conducte pel qual entra el liquid de frens i aixo fa que la mordasa empenyi la pastilla contra el disc i, a la vegada, que es corri la mordassa per frenar amb totes dues i s'aconsegueixi uniformitzar la frenada i el desgast.
Pastilles de fre
[
modifica
]
Les pastilles estan dissenyades per produir una alta
friccio
amb el disc. Han de reemplacar-se regularment, i moltes estan equipades amb un
sensor
que alerta el conductor quan cal. Algunes tenen una peca de metall que provoca que soni un xerric quan estan a punt de gastar-se, mentre que altres porten un material que tanca un circuit electric que fa que s'il·lumini un testimoni en el quadre del conductor.
Fins fa poc les pastilles contenien
asbest
, que s'ha prohibit per resultar
carcinogen
. Per tant, quan es treballa amb vehicles antics cal tenir en compte que no s'ha d'inhalar la pols que pot estar dipositada prop dels elements de fre. Actualment les pastilles son lliures al 100% d'aquest material, ja que va ser catalogat com carcinogen.
Danys en els discos de fre
[
modifica
]
Els discos poden patir diversos danys: guerxat, ratllat, ruptura i cristal·litzacio.
El guerxat es produeix per un sobreescalfament de la superficie de fre que provoca una deformacio en el disc. Aixo provoca vibracions en la frenada i una disminucio en la potencia de fre. El guerxat es pot prevenir amb una conduccio menys exigent amb els frens, aprofitant el fre motor amb un us intel·ligent de la caixa de canvis per reduir la carrega del fre de servei. Pitjar el fre continuament provoca una gran quantitat de calor, per tant s'ha d'evitar. Per verificar-ho es mesura amb micrometre el gruix i amb un comparador de dial o caratula, la deformacio.
La ruptura es troba en tota mena de discos, en els quals poden apareixer clivelles entre els forats (per als ventilats i superventilats), i clivelles en la superficie de friccio que te el disc.
Es produeix quan les pastilles de freno no estan ben instal·lades o son de material mes dur que el material provinent dels discos, aixo quan es frena provoca un ratllat en el qual fa que el disc, en la superficie de friccio es deformi. La solucio per a aquest problema es el rectificat de tots dos discos.
Cristal·litzacio
[
modifica
]
El disc es cristal·litza quan, al moment de frenar, el material de friccio del disc amb les pastilles generen una major temperatura (per exemple, quan es frena desembragat a la baixada d'un pendent), es provoca que el disc es cremi i es torni d'un color blavos. Per reparar-ho s'ha de reemplacar el disc de fre per un de nou. aixo no obstant aquesta perillosa practica pot deixar el vehicle sense frens, ja que pot causar-ne el "defalliment", es a dir la perdua momentania de gran part o la totalitat de capacitat de fre mentre els frens no es refredin. aquest contratemps pot passar a qui no sapiga la teoria de la frenada, que es podria resumir aixi: "per poder complir el seu objectiu els sistemes de fre han d'executar dues funcions, la primera es convertir l'energia cinetica, es a dir la que posseeix tot vehicle en moviment, en una altra forma d'energia que es pugui treure del mobil, causant la reduccio de la velocitat o la detencio en cas necessari, en la majoria dels casos l'energia cinetica es convertida en calor mitjancant el frec entre sabates i tambors o entre discos i pastilles. La segona funcio es la de dissipar la calor produida pel frec del qual hem tractat en el medi ambient, per tant es pot dir que la capacitat dels frens esta limitada per la quantitat de calor que puguin dissipar al medi ambient, tambe cal saber que amb cada frenada es redueix momentaniament la capacitat de frenada, rao per la qual els frens s'han d'usar estrictament quan es necessitin i mai per anar "aguantant" o refrenant el vehicle en el descens d'una llarga o dreta baixada, questio que podria resultar fatal, no solament per al conductor i els seus acompanyants, sino tambe per a moltes altres persones. La "cristal·lizacio" de sabates i pastilles es una evidencia concloent que es va abusar dels frens i per tant reescalfats.