Los frenos DE disco ofrecen un mejor rendimiento de frenado que los tambores comparables, incluida la resistencia a la «decoloración» causada por el sobrecalentamiento. Rastreamos el desarrollo de esta importante innovación automotriz hasta los primeros años del siglo XX.
Aunque Fredrick William Lanchester es generalmente reconocido como el primer fabricante de motores del Reino Unido en patentar una versión mecánica del freno de disco para automóviles en 1902, el ingeniero automotriz con sede en Birmingham solo puede ser acreditado por mejorar una tecnología existente. Esto se debe a que se había instalado un sistema de frenos de tipo disco y pinza muy básico en la rueda delantera de un vehículo eléctrico construido en los Estados Unidos por Elmer Ambrose Cleveland en 1898.
El rendimiento del sistema de frenos basado en discos instalado en los coches de Lanchester estaba severamente limitado, ya que el medio de frenado que actuaba sobre el disco estaba hecho de cobre. Estas almohadillas de cobre no solo eran ruidosas en funcionamiento, sino que también se desgastaron rápidamente debido a las condiciones de polvo que prevalecían en las carreteras en ese momento. A pesar de que las versiones posteriores tenían almohadillas forradas de asbesto más eficientes, los sistemas de frenado basados en tambores resultaron más simples y baratos de fabricar y se convirtieron en la opción preferida entre los fabricantes de vehículos hasta mediados de los años cincuenta.
Como los automóviles estadounidenses de antes de la guerra estaban notoriamente frenados, se llevaron a cabo varios experimentos con complejos sistemas internos y en expansión basados en discos en los Estados Unidos durante el período previo a la Segunda Guerra Mundial. El estallido de la guerra dio lugar a que esta investigación se cambiara al desarrollo de frenos de disco de tipo pinza de accionamiento hidráulico confiables y eficientes para aplicaciones aeronáuticas.
Después de la guerra, Dunlop, con sede en el Reino Unido, se convirtió en un importante productor de frenos de disco aeronáuticos, un factor que llevó a la compañía a adaptar la tecnología para su uso en vehículos de carretera de alto rendimiento. En 1953, un Jaguar tipo C causó sensación cuando fue equipado con un par de frenos de disco automotrices Dunlop resistentes a la decoloración para la Mille Milgia time trail de ese año en Italia. Citroën le siguió con un par de discos delanteros interiores motorizados en su DS de 1955 y en 1956, el Triumph TR3 se convirtió en el primer automóvil de producción de fabricación británica en equiparse con frenos de disco delanteros de serie.
Los frenos de disco se componen de un disco de hierro fundido que gira a la misma velocidad que la rueda de carretera de un automóvil. Cada disco está cubierto parcialmente por una pinza que contiene un par de pistones cilíndricos accionados hidráulicamente. Al activar el pedal de freno del automóvil, los cilindros presionan un conjunto de almohadillas de fricción con respaldo de acero y las presionan contra el disco para frenar o detener el automóvil. Un juego de sellos de goma alrededor de cada pistón evita que el fluido hidráulico escape de la pinza cuando se aplica presión, mientras que los anillos de sellado de goma mantienen el polvo y la suciedad fuera de las carcasas.
La cara interior del disco no cubierta por la pinza está protegida de los escombros de la carretera y el agua por un protector contra salpicaduras de acero prensado. Cada pistón está fundido en forma de » U » para que el fluido empuje sobre una superficie plana y la cantidad mínima de material entre en contacto con la parte de acero de la almohadilla. Como la pinza cubre solo una parte del disco, todo el conjunto se enfría más fácilmente en el torbellino que los forros en un freno de tambor cerrado.
La transferencia de calor desde la superficie de fricción a la pinza se mantiene al mínimo en un freno de disco, lo que evita que el freno se desvanezca, un problema común que puede afectar gravemente el rendimiento de los sistemas basados en tambores sobrecalentados. El desvanecimiento del freno se produce cuando un tambor muy caliente se aleja ligeramente del conjunto de zapata, lo que disminuye la eficiencia de frenado del vehículo. En un automóvil equipado con frenos de disco, sucede lo contrario, ya que el disco se expande ligeramente cuando se sobrecalienta. A medida que un disco expandido se acerca a las pastillas, la eficiencia de frenado se mantiene mientras el fluido no alcance el punto de ebullición.
Las almohadillas son relativamente fáciles de cambiar y generalmente se mantienen en su lugar mediante dos pasadores de retención que pasan a través de la pinza. Cada pasador de retención se mantiene en su lugar mediante un clip de resorte especial. Una placa de cuña generalmente se coloca entre el pistón y la almohadilla para eliminar el chirrido del freno, mientras que algunas almohadillas incorporan indicadores de desgaste. Las almohadillas suelen tener forma segmentaria, pero algunas pueden ser rectangulares, ovaladas o incluso cuadradas. Al reemplazar las pastillas, siempre es recomendable poner un poco de grasa especial para frenos a cada lado de la cuña como precaución adicional contra el chirrido.
Además de las pinzas fijas, hay varios tipos diferentes de montaje: el tipo de balanceo, el tipo de puño y el freno de pinza deslizante. Una pinza oscilante contiene un solo pistón hidráulico de acción directa que funciona en una almohadilla de fricción. La presión del fluido en el cilindro o pistón hace que la pinza opere la otra almohadilla en un movimiento oscilante o deslizante. Las pinzas de puño están diseñadas para ser compactas y tienen ranuras en V especiales en una carcasa fija para evitar atascos. Al aplicar el freno, mueva la parte cilíndrica del’ puño ‘ y la almohadilla correspondiente sobre el disco.
El freno de pinza deslizante funciona en el principio de dos pistones que funcionan en un solo cilindro. Cuando el fluido a presión actúa entre ellos, fuerza la separación de cada pistón. Un pistón fuerza una almohadilla de fricción en el disco por acción directa, mientras que el otro pistón fuerza la pinza en la dirección opuesta y, al hacerlo, pone la almohadilla acompañante en contacto directo con el disco
Algunas pinzas instaladas en automóviles de alto rendimiento contienen cuatro pistones, dos en cada pinza. Para un rendimiento adicional, los discos pueden perforarse o tener ranuras en ángulo fresadas en sus caras. Las almohadillas de reemplazo modernas no contienen amianto peligroso, pero están hechas de varios compuestos duros que a veces pueden incluir partículas metálicas. La combinación de estos diferentes materiales puede hacer que el disco se desgaste y, como tal, se espera que se instalen nuevos discos en cada segundo o tercer cambio de almohadilla.