Cómo funcionan las pinzas de freno

Las pinzas de freno son una parte vital del sistema de frenado de su vehículo. Las pinzas de freno aprietan las pastillas de freno contra la superficie del rotor del freno para reducir la velocidad o detener el vehículo. Brian Sullivan / iStockphoto

Las pinzas de freno son esenciales para la capacidad de su automóvil de detenerse y posiblemente sean una de las piezas de freno de automóvil más importantes. La mayoría de los coches de hoy tienen frenos de disco, al menos en las ruedas delanteras. Pero muchos automóviles y camiones ahora también usan frenos de disco en la parte trasera. En un sistema de frenos de disco, las ruedas del automóvil están unidas a discos de metal, o rotores, que giran junto con las ruedas. El trabajo de la pinza es reducir la velocidad de las ruedas del automóvil creando fricción con los rotores..

La pinza de freno encaja sobre el rotor como una abrazadera. Dentro de cada pinza hay

un par de placas de metal unidas con material de fricción, se denominan pastillas de freno. Las pastillas de freno exteriores están en el exterior de los rotores (hacia la acera) y las pastillas de freno interiores en el interior (hacia el vehículo). Cuando pisa el freno, el líquido de frenos del cilindro maestro crea presión hidráulica en uno o más pistones en la pinza de freno, forzando las pastillas contra el rotor. Las pastillas de freno tienen superficies de alta fricción y sirven para frenar el rotor o incluso para detenerlo por completo. Cuando el rotor desacelera o se detiene, también lo hace la rueda, porque están unidos entre sí.

-Los automóviles y camiones más antiguos usaban frenos de tambor, donde el movimiento de las ruedas se ralentiza por la fricción entre un tambor giratorio y las zapatas de freno montadas dentro del tambor. Esta fricción provocó la acumulación de calor y gases dentro del tambor, lo que a menudo resultó en una pérdida de potencia de frenado conocida como desvanecimiento del freno. Debido a que las pastillas de freno en los sistemas de freno de disco son externas al disco en lugar de estar contenidas dentro de un tambor, se ventilan más fácilmente y el calor no tiende a acumularse tan rápido. Por esta razón, los frenos de tambor se han reemplazado en gran medida en los vehículos modernos por frenos de disco; sin embargo, algunos autos menos costosos todavía usan frenos de tambor para las ruedas traseras, donde se requiere menos potencia de frenado.

Hay dos tipos principales de pinzas: pinzas flotantes (o deslizantes) y pinzas fijas. Calibradores flotantes moverse hacia adentro y hacia afuera en relación con el rotor y tener uno o dos pistones solo en el lado interno del rotor. Este pistón empuja toda la pinza cuando se aplican los frenos, creando fricción de las pastillas de freno en ambos lados del rotor.. Calibradores fijos, como su nombre lo indica, no se mueva, sino que tenga pistones dispuestos en lados opuestos del rotor. Generalmente se prefieren las pinzas fijas por su rendimiento, pero son más caras que las flotantes. Algunas pinzas fijas de alto rendimiento tienen dos o más pares de pistones (o "potenciómetros") dispuestos a cada lado del rotor; algunos tienen hasta seis pares en total.

Las herramientas especiales son útiles cuando se trabaja con pinzas de freno, especialmente cuando se reemplazan las pastillas de freno. Hablaremos de eso en la siguiente sección y luego discutiremos los diferentes tipos de pinzas de freno disponibles para diferentes tipos de vehículos..

Contenido

1. Herramienta de pinza de freno
2. Pinzas de freno de motocicleta
3. Pinzas de freno para camiones
4. Pinzas de freno de alto rendimiento

Es posible que necesite una herramienta de pinza de freno para retraer el pistón de la pinza. Esto proporcionará el espacio libre que necesitará para instalar las nuevas pastillas de freno. Lisa F. Young / iStockphoto

Las pastillas de freno no duran para siempre. Cada vez que las pastillas de un sistema de freno de disco entran en contacto con el rotor giratorio, se desgastan un poco. Gradualmente, estas piezas de freno (las pastillas) se vuelven cada vez más delgadas. Para compensar esto, el pistón de la pinza emerge del cilindro hueco donde reside dentro de la pinza. Mientras lo hace, empuja las pastillas de freno desgastadas más y más hacia el interior del rotor. Eventualmente, las pastillas de freno deberán ser reemplazadas por pastillas nuevas y sin usar. Desafortunadamente, el pistón de la pinza (que ahora está casi completamente extendido) hace que sea difícil quitar y reemplazar las pastillas. El pistón debe volver a colocarse en la pinza.

Aquí es donde entran las herramientas especiales para pastillas de freno. El trabajo de un herramienta de pinza de freno consiste en retraer el pistón o los pistones de nuevo en la pinza para que las pastillas de freno se puedan quitar y reemplazar fácilmente. El pistón no puede simplemente volver a introducirse en la pinza porque está roscado, como un tornillo, y debe volverse a enrollar. Si bien es posible usar, digamos, un par de alicates para hacer esto, no se recomienda . También puede dañar el pistón, la pinza y las manos. La herramienta de la pinza de freno generalmente se ajusta sobre el pistón en un extremo y tiene un mango en el extremo opuesto que permite que se gire. A medida que gira, el pistón se vuelve a enrollar en la pinza..

Las pinzas flotantes también deben recibir servicio si los pasadores sobre los que se deslizan comienzan a pegarse. Esto generalmente es causado por suciedad u óxido. Cuando esto sucede, la pinza no puede retraer completamente la pastilla de freno del rotor y la fricción continúa, incluso cuando no se presiona el pedal del freno. Esto puede causar un desgaste excesivo en la pastilla, ineficiencia en el uso de combustible e incluso deformación del rotor si se acumula suficiente calor..

Hasta este punto, la descripción que hemos dado de una pinza de freno no describe completamente todos los modelos. En las siguientes páginas veremos tipos de calibradores más especializados y veremos en qué se diferencian de los tipos más comunes..

Las pinzas de freno de las motocicletas pueden ser más pequeñas que las pinzas de freno de otros vehículos, pero proporcionan mucha potencia de frenado para las bicicletas relativamente ligeras. Peter Finnie / iStockphoto

Las motocicletas son más pequeñas que los automóviles y, por lo tanto, necesitan menos potencia de frenado. No obstante, la capacidad de reducir la velocidad o detenerse es, de alguna manera, incluso más importante en una motocicleta que en otros vehículos. ¿Cómo es eso? Bueno, dado que el conductor está en gran parte desprotegido, incluso un pequeño choque en el guardabarros puede ser potencialmente fatal. Evitar accidentes es fundamental cuando conduce una motocicleta. Pero, ¿qué tipo de pinzas de freno necesita una motocicleta??

-La respuesta es relativamente simple: pequeña y ligera. A diferencia de las pinzas de freno más grandes que se utilizan en algunos automóviles y camiones, las pinzas de freno de las motocicletas deben mantenerse pequeñas para evitar sobrecargar la bicicleta y estorbar al ciclista. Las pinzas de freno de motocicleta se fabrican comúnmente con materiales livianos como el aluminio, que también tiene la

ventaja añadida de ser inoxidable. Algunas motocicletas son más grandes y potentes que otras; obviamente, esas bicicletas necesitan más potencia de frenado. Muchos más pequeños,

Las bicicletas menos potentes todavía usan frenos de tambor, pero la mayoría de las bicicletas más grandes ahora tienen frenos de disco, especialmente en la rueda delantera. Para aumentar la potencia de frenado, las pinzas de las motocicletas más potentes suelen tener varios pistones. Algunos tienen dos o incluso cuatro pistones, mientras que otros pueden tener hasta doce pistones en una sola pinza. Con su peso relativamente liviano, la mayoría de las motocicletas en realidad tienen más potencia de frenado de la absolutamente necesaria, pero como mencionamos anteriormente, esa no es una mala idea cuando se viaja en un vehículo rápido y sin protección..

En una motocicleta, la pinza delantera se conecta al tenedor -- el conjunto de metal que sostiene las ruedas delanteras y la suspensión en su lugar y sostiene el manillar. Hasta hace poco, las pinzas de freno se unían a las horquillas mediante pernos que se desplazaban en ángulo recto con el rotor. En los últimos años, con la creciente popularidad de frenos de disco radiales (una tecnología que comenzó en las bicicletas de carreras), las pinzas se han colocado más lejos de la horquilla mediante pernos que corren paralelos a la superficie del rotor. Estos calibradores de montaje radial reducen la cantidad de vibración en la horquilla causada por los calibradores de montaje tradicional..

Debido a que tienden a estar más expuestos que las pinzas de los automóviles, y debido a que la pinza es probablemente la más llamativa de todas las piezas de freno de una motocicleta, la apariencia de una pinza de motocicleta puede ser importante para muchos conductores. De hecho, las pinturas para pinzas de freno están disponibles en las tiendas de automóviles y se pueden utilizar para personalizar las pinzas de su motocicleta. Por supuesto, la misma pintura también se puede utilizar en las pinzas de los automóviles. Sin embargo, los expertos desaconsejan poner cromo en las pinzas. Por muy atractivo que sea, el cromo puede hacer que la pinza retenga el calor, lo que producirá un desvanecimiento no deseado de los frenos..

A continuación, descubramos qué características hacen que una buena pinza de freno de camión.

Los camiones grandes también necesitan pinzas de freno grandes. Richard Scherzinger / iStockphoto

No se puede negar: las camionetas y los SUV son grandes, excesivamente grandes, en algunos casos. Con ese tamaño incrementado viene un mayor impulso. Esto significa que los camiones y los SUV necesitan más potencia de frenado que un automóvil. Entonces, ¿dónde pueden obtener la potencia de frenado que necesitan? Pinzas de freno de camión. La potencia de frenado de una pinza está determinada por su fuerza de sujecion -- la cantidad de fuerza que puede aplicar a la superficie de un rotor. Esto es principalmente una función del número de pistones y el área de superficie de la pastilla de freno (donde realmente hace contacto con el rotor). Obviamente, una pinza con una fuerza de sujeción mayor es capaz de frenar o detener un vehículo de forma más fácil y rápida que una pinza que tiene una fuerza de sujeción menor..

-Muchos camiones vienen de fábrica con calibradores flotantes básicos que brindan suficiente potencia de sujeción para el vehículo cuando se entrega al concesionario. Sin embargo, cuando el camión se personaliza con neumáticos más grandes y accesorios pesados, y cuando se lleva una carga considerable de carga a bordo, estas pinzas instaladas de fábrica pueden no ser lo suficientemente potentes para proporcionar la potencia de frenado que necesita el camión. Afortunadamente, existe un mercado de accesorios sustancial para las pinzas de los camiones. Según el fabricante, un camión podría tener calibradores que proporcionen aproximadamente 5,000 milímetros cuadrados (7,8 pulgadas cuadradas) de área de superficie entre los pistones y el rotor. Una pinza del mercado de accesorios puede más del doble de esa superficie, proporcionando la fuerza de sujeción requerida por un vehículo totalmente personalizado.

Más que la mayoría de las piezas de freno, las pinzas de freno de los camiones tienen que soportar mucho calor. El calor es malo para los frenos porque puede provocar que los frenos se desvanezcan y reducir las distancias de frenado. Una buena ventilación en la pinza es esencial para un rendimiento continuo y constante de los frenos. Además, una superficie más grande del rotor de freno (o disco de freno) también puede ayudar a distribuir el calor en un área más grande..

Los camiones y los SUV no son los únicos vehículos que requieren un equipo de freno especial; sin embargo, las pinzas de estos vehículos pesados ​​tienen un trabajo difícil de realizar. Algunos incluso podrían decir que las pinzas de freno de camión deben considerarse pinzas de freno de alto rendimiento. En la siguiente sección veremos algunas de las características que las pinzas de freno de alto rendimiento pueden ofrecer a otros vehículos..

Los automóviles de alto rendimiento necesitan pinzas de freno grandes y fuertes que puedan reducir la velocidad o detener el vehículo a altas velocidades. Christoph Ermel / iStockphoto

Los frenos de disco se desarrollaron originalmente para autos de carrera. Todo el mundo sabe que los autos de carrera se mueven a altas velocidades, pero también necesitan desacelerar rápidamente. En los primeros días de las carreras, cuando la mayoría de los coches estaban equipados con sistemas de freno de tambor, el desvanecimiento de los frenos provocaba una serie de contratiempos en la pista. Los sistemas de frenos de disco estaban mejor ventilados y, como resultado, reducían parte del estrés que las carreras y el calor excesivo

la acumulación puede causar, a su vez, reducir (pero no eliminar) el desvanecimiento de los frenos. Con el tiempo, estos potentes frenos llegaron a vehículos menos orientados al rendimiento. Ahora, incluso se encuentran en la mayoría de los autos económicos. No obstante, los automóviles de alto rendimiento siguen siendo un mercado importante para frenos mejores y más potentes, y las variaciones en el diseño básico de la pinza de freno ayudan a que estos frenos brinden una potencia de frenado superior..

Existen ciertas limitaciones en cuanto a cuánto pueden hacer los frenos del vehículo y sus calibradores para detener un vehículo; Si bien es posible que puedan detener las ruedas, depende del poder de agarre de las llantas hacer el resto, y las piezas de freno mejoradas no pueden ayudar más allá de cierto punto. Sin embargo, hay varias formas en las que las pinzas de freno pueden mejorarse (y se han mejorado). Algunas características comunes que se encuentran en las pinzas de freno de alto rendimiento incluyen: 

• Pistones más grandes -- Cuanto más grandes son los pistones y mayor es el área sobre la que entran en contacto con las pastillas de freno, más fuerza de sujeción tienen en el rotor..  
• Más pistones -- Las pinzas de freno flotantes de gama baja tienen un solo pistón, en el lado interior. Las pinzas fijas de gama baja tienen un solo par de pistones que flanquean el disco del rotor. Los calibradores de alto rendimiento pueden tener múltiples pines o pares de pines, montados en lados opuestos del rotor. Los modelos de seis pistones son cada vez más comunes e incluso los modelos de 12 pistones no son desconocidos. Aumentar el número de pistones también sirve para aumentar la fuerza de sujeción de la pinza..  
• Menor retención de calor -- En cierto sentido, sus frenos pueden considerarse como un dispositivo para convertir el movimiento en calor. A medida que el vehículo se ralentiza, toda esa energía cinética tiene que ir a alguna parte y la mayor parte termina en forma de calor. Si quiere verlo de otra manera, toda esa fricción entre las pastillas de freno y el rotor genera calor de la misma manera que encender una cerilla genera calor. Si se acumula demasiado calor, los frenos comienzan a debilitarse o se vuelven menos efectivos. Por lo tanto, cuanto mejor ventiladas estén las pinzas de freno, mejor funcionarán. Además, cuanto mayor es la superficie del rotor del freno, más se distribuye el calor.. 
• Calibradores de diámetro diferencial -- A medida que se calienta la superficie del rotor, es necesario aumentar la fuerza de sujeción de los pistones para evitar que el freno se debilite. Si la pinza tiene varios pistones (o varios pares de pistones), la superficie del rotor del freno se calienta inicialmente por los pistones que empujan contra la pastilla de freno en el borde delantero de la pinza, lo que hace que la superficie del rotor se caliente cuando gira de nuevo a los pistones más cerca hasta el borde de fuga de la pinza. Por lo tanto, ayuda si los pistones más cercanos al borde trasero de la pinza son más grandes. Las pinzas de calibre diferencial usan pistones más pequeños al frente, pistones más grandes hacia atrás.

Todas estas tecnologías pueden aumentar la potencia de frenado proporcionada por una pinza. Para automóviles más pequeños que normalmente no se conducen a altas velocidades, esta potencia de frenado adicional no es realmente necesaria. Sin embargo, cuanto más rápido y potente sea un vehículo, más se beneficiará de las pinzas de alto rendimiento..

No hay necesidad de detenerse ahora. La página siguiente está cargada con mucha más información sobre frenado, pinzas de freno y otros temas relacionados; simplemente siga los enlaces.

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• Continental Corporation
• Frenos R Us
• La Biblia del freno

Fuentes:

• CadillacFAQ.com. "¿Cómo cambio mis propias pastillas de freno?" (12 de noviembre de 2008) http://www.cadillacfaq.com/faq/answers/bpadchange/index.html
• Carley, Larry. "Pinzas de freno cargadas". AA1Car.com. 2004. (12 de noviembre de 2008) http://www.aa1car.com/library/2004/bf20426.htm
• Continental Corporation. "Las pinzas de doble deslizamiento con disco de freno compuesto ofrecen un rendimiento de frenado óptimo con una comodidad fascinante". 8/6/2006. (12 de noviembre de 2008) http://www.conti-online.com/generator/www/com/en/continental/portal/themes/ press_services / press_releases / products / automotive_systems / pr_2006_06_08_ twin_sliding_calipers_en.html
• Tyagi, Parshant. "Análisis de elementos finitos del diseño innovador de las pinzas de freno de carreras". Diciembre de 2006. (12 de noviembre de 2008) http://soar.wichita.edu/dspace/bitstream/10057/1181/1/t07057.pdf