FUNCIONAMIENTO

Cuando accionamos el pedal de freno, el cilindro maestro y el servofreno suministran la presión de frenado a las pinzas de frenos (cáliper),o cilindros traseros para el caso de los frenos a tambor.

Cuando soltamos el pedal de freno se genera una diferencia de presión entre cada rueda respecto del cilindro maestro que libera el movimiento de las ruedas correspondientes.

El accionamiento de los frenos puede ser del tipo mecánico o hidráulico. El mecánico es para emergencia o de mano, en tanto que el hidráulico es el sistema principal y su funcionamiento se basa en la incompresibilidad de los líquidos.

El accionamiento del sistema de freno está compuesto por una bomba de mando accionada directamente o con ayuda pedal mediante un servo freno (servo-asistida) y los cilindros de rueda que empujan a la expansión en el sistema a tambor, y los pistones alojados en sus respectivos cáliper que empujan a la compresión en el sistema de disco.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE FRENOS

BOMBA DE FRENO

La bomba simple está formada por un cilindro donde se aloja el pistón doble que la divide en dos cámaras: la cámara delantera es la llamada De Presión o Activa, y la trasera es la De Reserva. En cada cámara van instalados a modo de sello unas juntas móviles denominadas Cubetas.  La cámara de reserva se comunica con el depósito de líquido de freno por un orificio de 3 o 4 mm de diámetro, en tanto que la cámara de presión lo hace por un orificio de 3 o 4 décimos de diámetro llamado Compensador o De Retorno. Si se trata de un sistema con freno a tambor en las cuatro ruedas,  la cámara de presión , en el sector de envío y retorno tiene una doble válvula.

Al accionar el pedal de freno desde que la cubeta primaria cubre el orificio compensador, la presión en el circuito de accionamiento aumenta y el líquido es desalojado por la válvula de salida hacia los cilindros de rueda. Al soltar el pedal el resorte de la bomba empuja enérgicamente al pistón doble sin que el volumen llegue a ser compensado con el retorno del líquido por lo que en la cámara activa se produce un vacío que hace contraer a la cubeta primaria y el líquido de la cámara de reserva pasa a la cámara activa a través de los orificios que posee el pistón primario. Este desplazamiento es lo que permite mantener el pedal de freno aún cuando se accione con mucha frecuencia. El exceso de líquido que resulta de bombear el pedal vuelve al depósito a través del orificio compensador o de retorno, de poco diámetro.

En el caso del Ford Taunus, la bomba de freno es del tipo de doble circuito y está montada en la carcasa del servo freno. Se trata básicamente de dos cilindros simples montados en tándem  en un cuerpo de una bomba común. Se compone de un pistón primario accionado por el pedal y uno secundario accionado por la presión hidráulica que genera el primero. La ventaja de esta bomba es que si se produjera una pérdida en uno de los circuitos el otro conserva la presión pudiendo frenar el vehículo. Si aparece una pérdida en el circuito secundario, al aplicar el freno el pistón hace tope contra el extremo de la bomba, luego aumenta la presión hidráulica entre los dos pistones aplicándose el freno del circuito primario.

Si en cambio al frenar, la pérdida se detecta en el circuito primario, el pistón es desplazado hasta hacer tope con el pistón secundario, luego la presión aumenta delante del pistón secundario aplicándose así los frenos del circuito secundario.

SERVO FRENO

El servofreno es un mecanismo que se emplea para asistir la fuerza del pie al accionar el pedal de freno, disminuyendo así el esfuerzo requerido logrando una frenada suave y efectiva.

El sistema de freno servo asistido más comúnmente difundido en lo s automóviles modernos es el denominado por Vacío o Depresión, que aprovechan el vacío generado por el motor en el múltiple de admisión multiplicando la fuerza de frenado.

El conjunto del servofreno es un dispositivo mecánico que se encuentra ubicado entre el pedal de freno y la bomba. Al accionar el pedal de freno la varilla de empuje del servo acciona, (asistida por el vacío del múltiple) al pistón de la bomba de freno generando presión de líquido en el circuito de freno logrando así frenar el vehículo.

Figura A

Podemos apreciar el esquema de funcionamiento de un sistema de servo accionado por vacío del múltiple:

1. Varilla de presión o de empuje. (activa la bomba de freno).

2. Cámara de vacío y válvula.

3. Diafragma.

4. Émbolo de accionamiento.

5. Válvula doble.

6. Filtro de aire.

7. Vástago del émbolo ( accionada por el pedal de freno).

8. Cámara de trabajo.

El funcionamiento es el siguiente: En posición de reposo el resorte de varilla de empuje mantiene a ésta y al émbolo presionado hacia la derecha. El émbolo de válvula mantiene en esta posición a la válvula  levantada del asiento en la caja guía, en consecuencia la misma depresión reina en ambos lados del diafragma, siendo éste presionado hacia la derecha (hacia atrás) por el resorte del diafragma.

Figura B

Cuando se pisa el pedal, la varilla de empuje posterior y el émbolo de válvula son desplazados hacia delante. El resorte de válvula hace que la placa alcance el asiento en la caja guía, cerrándose la conexión del lado delantero del diafragma con el lado trasero. Al seguir su carrera hacia delante, el movimiento se transmite al cilindro principal de la bomba de freno, por intermedio del disco de reacción y de la varilla de empuje delantera.

Figura C

Despiece de un servofreno accionado por vacío:

1.    Cilindro.

2.    Resorte de retorno.

3.    Varilla de empuje delantera.

4.    Tornillo de ajuste.

5.    Aro retén.

6.    Toma de vacío del múltiple de admisión.

7.    Diafragma.

8.    Caja guía.

9.    Disco de reacción.

10.  Émbolo de válvula.

11.  Placa de válvula.

12.  Sección de retención.

13.  Guía.

14.  Resorte de retorno.

15.  Soporte.

16.  Varilla de empuje posterior.

17.  Entrada de aire (presión atmosférica).

18.  Filtro de aire.

19.  Guardapolvo.

20.  Resorte de válvula.

21.  Anillo de retén.

22.  Guía de válvula.

23.  Asiento del émbolo de válvula.

24.  Arandela de tope.

25.  Tornillo de fijación.

26.  Extremo.

27.  Arandela.

Figura D

DISCO DE FRENO

El disco de freno es uno de los componentes del sistema de freno, trabaja en altas temperaturas y tiene una capacidad de enfriamiento mucho mayor que el tambor de freno debido a su construcción abierta (permite el paso del aire entre disco y pastillas de freno). Es mas resistente a grandes esfuerzos aun con el uso continuo sin que haya necesidad de regularlo. El desgaste de las pastillas de freno depende mucho del estilo de conducción, en especial de los vehículos utilizados en distancias cortas, o de manera deportiva. Cambiar las pastillas cuando el desgaste lo requiera.

Usualmente los discos de freno son utilizados en ruedas delanteras, aunque en automóviles modernos vienen instalados también en  las ruedas traseras, dando con esto mayor seguridad. Existen básicamente dos tipos de discos: sólidos y ventilados. Los sólidos van montados por lo general en la mayoría de los autos de serie por se costo reducido de fabricación, los ventilados  se usan por lo general en vehículos de alta performance.

Al realizar el cambio de pastillas de freno, los discos deben estar en perfecto estado, de manera que si presentan rayaduras profundas, o si están torcidas, hay que reemplazarlos. Igualmente al cambiar los discos se deben cambiar también las pastillas. El reemplazo de ambos discos se debe realizar en forma simultánea para que el frenado sea balanceado.

Montaje de los discos de Freno

Estos son algunos consejos para tener en cuenta a la hora de sustituir los discos de freno.

Recordar que el montaje inadecuado da como resultado un desajuste entre el disco y las pastillas provocando desgaste irregular, vibraciones en el pedal de freno o en el volante de dirección, afectando el confort y la seguridad de los ocupantes del vehículo.

1: Suspender el vehículo sobre un piso firme y nivelado, siempre apoyar sobre caballetes, retirar las ruedas. Efectuar una rápida inspección visual del estado de los componentes del sistema observando estado del disco, pastillas, conexiones, flexible.

2: Remover por completo las mordazas de freno, evitando desconectar los flexibles del circuito hidráulico de freno y cuidando de no tironear de los mismos (soportarlas con un taco de madera) esto evitará que tengamos que purgar el sistema de freno.

3: Remover el disco de freno usado. El anclaje del disco varía de acuerdo a cada fabricante.

En algunos sistemas el disco está fijado con un solo bulón donde luego de extraerlo se puede sacar el disco con las manos, en el caso del Taunus hay que sacar la turca central, la chaveta, y el pasador de seguridad, para así dejar liberado el disco. Se recomienda controlar el estado de los rulemanes de rueda y cambiarlos si es necesario.

4: Limpie el disco de freno nuevo con un solvente adecuado para eliminar el material anticorrosivo existente (aceite protector), observe que las piezas queden limpias.

Atención: se recomienda usar para la limpieza del disco nuevo alcohol como solvente, no usar derivados del petróleo como naftas, gasoil, etc.

5: Limpie la superficie del la punta de eje donde irá montado el disco de freno, observando que no queden impurezas en esta

superficie. Engrase bien con grasa para rodamientos.

Atención: la presencia de impurezas en esta superficie puede comprometer todo el montaje del sistema, visto que puede provocar el alabeo.

Nota: luego del montaje es necesario efectuar el test de control de alabeo. Grandes valores de alabeo (run-out) causan oscilaciones en el pedal cundo se frena el vehículo. En muchos casos no se percibe este problema cuando el disco es montado, pero después de varios kilómetros se siente una vibración en el pedal de freno o en el volante de dirección, comprometiendo la estabilidad del vehículo.

Una de las causas de esta vibración es la variación de espesor en las pistas del disco, causado por el contacto parcial de las pastillas sobre su superficie cuando los frenos no estuvieran accionados. En estos puntos el disco se desgasta en forma irregular, provocando la aparición de variaciones en el espesor. Cuando esto ocurre se comienza a sentir vibraciones en el frenado. Variaciones de espesor mayores a 0,05 mm pueden inducir vibraciones durante el frenado, siendo que en algunos vehículos esa tolerancia es menor.

6: Monte el nuevo disco  en el vehículo y chequee el alabeo con un comparador. Si el run-out estuviera por encima de 0.10 mm, remueva el disco y repita los puntos 4, 5 y 6.

7: Muy importante. Terminado el montaje, pise el pedal de freno varias veces para asentar las pastillas sobre la superficie de frenado del disco, esto evitará un posible accidente en el taller.

Atención: Recomendamos que al cambiar los discos de freno, siempre cambie las pastillas, y siempre en ambas ruedas.

8: Durante los primeros 500 km no utilice excesivamente el sistema de freno, efectue frenadas suaves. Durante este período las pastillas se irán asentando su superficie a la del disco, lo que va a garantizar un frenado eficiente, con un desgaste parejo del conjunto pastilla/disco.

Recomendaciones:

En la revisión observe atentamente el espesor mínimo de los discos y el estado de su superficie.

En la revisión observe atentamente el espesor mínimo de los discos y el estado de su superficie.

El cambio de discos o pastillas debe ser siempre efectuado por eje de rueda y nunca en una sola rueda.

El espesor de los discos montados debe ser igual.

Mayor recalentamiento del sistema disco/pastilla, principalmente con el uso excesivo.

Disminución del nivel de fricción entre disco y pastilla debido al recalentamiento, lo que disminuye el frenado y en consecuencia aumenta la distancia de frenado.

Menor resistencia del disco por la reducción de las paredes del mismo que soportan las fuerzas de frenado.

Pérdida del líquido de freno por los retenes de los pistones de las pinzas de freno, con la consecuente pérdida de presión de frenado instantánea.

Pastillas con un desgaste excesivo provocan que los pistones de freno se salgan de las mordazas provocando la pérdida total de presión.

Importante: Utilizar discos con espesor por debajo del mínimo recomendado puede ocasionar los siguientes problemas.

Al cambiar los discos de freno delanteros, verificar y regular los frenos traseros, así podrá mantener un ajuste parejo en la relación de frenado entre las ruedas delanteras y traseras.

CAMPANAS DE FRENO

El principio de frenado en las campanas de freno de da por la expansión de las cintas de freno sobre la superficie de frenado, que son accionadas hidráulicamente por el cilindro de rueda, o mecánicamente por el freno de mano.

Comparando con el sistema de freno a disco, el freno a tambor es menos eficiente debido principalmente a su construcción cerrada que le dificulta la disipación del calor.

En la actualidad el freno a tambor está siendo sustituido, en el eje trasero, porque gracias a los avances tecnológicos en materia de electrónica que permiten el desarrollo de sistemas de control de tracción y frenos antibloqueos, cada vez son más los vehículos que se fabrican con discos en las cuatro ruedas, mejorando las prestaciones de frenado, algo que el freno a tambor no puede superar.

La forma de instalación del freno a tambor puede ser: Fija a la masa de rueda ó flotante.

Defectos:

Los defectos en la superficie de frenado de la campana son generados por:

Mala calidad del material de fabricación.

Procesos de fabricación defectuosos.

Por el uso inadecuado.

Mala colocación.

Principales defectos:

Ovalización: debido a proceso de fabricación defectuosos. Puede usarse si la ovalización es menor a 0.05 mm en el diámetro, siempre y cuando no produzca vibraciones en el pedal.

Deformaciones: debido a golpes, generalmente causados en la colocación, por mazazos en la operación de montaje.

Ralladuras: debido a altas temperaturas. Provocadas por mala regulación de las cintas con la campana, o por el uso del vehículo con el freno de mano accionado.

Defectos originados por desgaste irregular en el uso.

Campana de freno con superficie cóncava o convexa:

Se puede utilizar si la curvatura no supera los 0,1 mm. Si la curvatura es superior dará como resultado un frenado ineficiente con necesidad de regular periódicamente.

Campana de freno con cono recto: Puede ser usada si la conicidad no supere los 0,2 mm en el diámetro. Si la conicidad es superior a este valor puede ocurrir que las cintas queden torcidas por acompañar la conicidad de la superficie de la campana durante el accionamiento del freno, provocando torceduras y quiebres de los componentes.

Campanas con ralladuras o canaletas:

Se pueden usar campanas con ralladuras que no superen los 0,1 mm, o se puede remediar con un simple rectificado de la superficie de la campana. El uso de una campana con ralladuras profundas ocasiona desgaste rápido de las cintas de freno.

Cuidados en el montaje de las campanas

Principalmente evitar todo tipo de martillazos durante su montaje, esto ocasiona la ovalización o deformación de la campana que provoca vibraciones del pedal.

CILINDRO DE RUEDA

Remover los guardapolvos de los cilindros de rueda para verificar la existencia de posibles pérdidas de líquido de freno o la presencia de impurezas. Con la ayuda de dos destornilladores mover las cintas para comprobar que no se encuentren trabadas. Si  hubiera algún problema se deberá cambiar el cilindro de rueda.

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CINTAS

Verificar el espesor mínimo de las cintas. Sustituirlas si están ralladas, quebradas, cristalizadas o impregnadas en líquido de freno.