Φρένα- σύστημα πέδησης

Σε αυτό το thread θα εξηγήσουμε τι είναι το σύστημα πέδησης, ποιος ο ρόλος του ,από τι αποτελείται, ποιοι είναι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση του, ποιες οι πιθανές βλάβες κ.τ.λ

Σκοπός της ύπαρξης του

Σκοπός του συστήματος πέδησης είναι να επιτρέπει στον οδηγό να μειώνει προοδευτικά την ταχύτητα του οχήματός του ή και να το σταματά τελείως, όταν αυτό κινείται, ή να το διατηρεί ακίνητο όταν είναι σταματημένο, ανεξάρτητα από την κλίση του δρόμου

Η λειτουργία του

Η λειτουργία των φρένων βασίζεται στην τριβή. Τα ενεργά μέρη του συστήματος διακρίνονται, κυρίως, σε δύο ομάδες:
α)Τα ακίνητα και σταθερά συνδεμένα μέρη
β)Τα κινούμενα μέρη.
Όταν οι σταθερές επιφάνειες τριβής πιεσθούν με μεγάλη δύναμη επάνω στις κινητές, αναπτύσσεται ισχυρή τριβή, η οποία μετατρέπει την κινητική ενέργεια, που έχει αποκτήσει το όχημα, σε θερμότητα, που στη συνέχεια απάγεται στο περιβάλλον.

Δισκόφρενα

Το διαδεδομένο σύστημα πέδησης πλέον, έχει διαδεχτεί τα ταμπούρα των οποίο βασικό ελάττωμα είναι ότι δεν υπάρχει αρκετός αερισμός στα σημεία που αναπτύσσεται η τριβή, οπότε παρουσιάζεται υπερθέρμανση στις τριβόμενες επιφάνειες με αποτέλεσμα την μειωμένη απόδοση. Κάθε σύστημα δισκόφρενου αποτελείται από έναν δίσκο μία δαγκάνα και ένα ζευγάρι τακάκια.Ο δίσκος συνήθως είναι κατασκευασμένος από χάλυβα, ενώ το τακάκι είναι ένα χαλύβδινο πέδιλο, όπου είναι κολλημένη η επένδυση της τριβής (φερμουίτ) . Ο δίσκος περιστρέφεται ανάμεσα στα τακάκια
Όταν, λοιπόν, πιέσουμε το πεντάλ του φρένου, το υγρό έρχεται με πίεση πίσω από τα έμβολα της δαγκάνας και αναγκάζει να σφίξουν τον δίσκο ανάμεσα τους και να τον επιβραδύνουν ή και να τον ακινητοποιήσουν , όπως εξάλλου και τον τροχό.
Η ψύξη του δίσκου είναι πολύ καλύτερη από την αντίστοιχη των τυμπάνων (στα ταμπούρα) και έτσι επιτρέπει να επενεργούν μεγαλύτερες δυνάμεις για φρενάρισμα-ακινητοποίηση του αυτοκινήτου σε πολύ μικρότερο χρόνο και απόσταση , χωρίς να δημιουργηθεί υπερθέρμανση.

Τους συμπαγείς δίσκους του διαδέχτηκαν οι ΅ΆαεριζόμενοιΆΆ .Αυτοί είναι δίσκοι με μορφή πτερωτής φυγοκεντρικής αντλίας για ακόμη καλύτερη ψύξη. Έχουν δύο λεία τοιχώματα, όπου εφαρμόζεται η πίεση των αντίστοιχων τακακιών ενώ ανάμεσα σ' αυτά τα τοιχώματα σχηματίζονται κανάλια ροής αέρα. Έτσι, κατά την περιστροφή του δίσκου, ρεύματα αέρα περνούν γρήγορα, λόγω της φυγοκέντρισης, από τα κανάλια αυτά και τον ψύχουν πολύ αποτελεσματικά.
Οι δίσκοι επισεις διαφοροποιούνται ως προς το υλικό κατασκευής τους αλλά και ως προς την αρχιτεκτονική τους.
Ως προς το υλικό, ειπαμε ότι το συνηθέστερο είναι ο χάλυβας.Υπαρχουν με διάφορες παραλλαγές κραμάτων, ακομα και κεραμικοί ή και με ίνες carbon.Επίσης μπορεί να μην είναι μασιφ αλλά διαιρούμενοι ,με αλουμινένια συνήθως καμπάνα για μείωση βάρους και καλύτερη απαγωγή θερμότητας.(καμπάνα είναι το κομάτι έδρασης του δίσκου πάνω στο άκρο)
Ως προς την αρχιτεκτονική τους ,υπαρχουν δίσκοι με λείες επιφάνειες, με χαραχτές, με διάτρητες, ακομά και τα δύο μαζι σε συνδιασμό.Υπάρχουν μέχρι και σε σχέδιο ''μαργαριτα''.
Το ίδιο σενάριο και με τα τακάκια...υπάρχουν λύσεις για όλες τις χρήσεις! Καθημερινή συμβατική ,για αθόρυβη λειτουργία μέχρι σκληρά αγωνηστικά τακάκια επιδόσεων.
Η επιλογή των υλικών τριβής δίσκου και τακακιών πρέπει να γίνεται σε συνδιασμό, για να εξακολουθούμε να διατηρούμε την ελγχόμενη φθορά.Π.χ ενα πολύ σκληρό τακάκι σε ένα μαλακό δίσκο θα τον ''φάει'' γρήγορα.

Τώρα θα αναλύσουμε από ποιους παράγοντες εξαρτάται η απόδοση των φρένων μας και πως θα την βελτιώσουμε!

Ξεκινάμε λοιπόν...

Ο συντελεστής τριβής μεταξύ ελαστικού και ασφάλτου, ο οποίος εξαρτάται από το είδος και την κατάσταση των ελαστικών (πίεση, ποιότητα κ.λ.π), από το είδος και την κατάσταση του οδοστρώματος (πάγος,γλίτσα, νερό,λάδια, χώμα κ.λ.π.), Μπορούμε να τον αυξήσουμε αλλάζοντας ελαστικά! Επισης μπορούμε γενικώς να αυξήσουμε την τριβή αλλάζοντας τα με φαρδύτερα.

Ο συντελεστής τριβής του ζεύγους δίσκος-τακάκι.(ανάλογα με την εταιρία κατασκευής, την σύνθεση, την χρήση και την δύναμη που ασκείται) Όσο μεγαλύτερος είναι τόσο το καλύτερο, με μοναδικό μειονέκτημα την αυξημένη φθορά ,αφού όπως είπαμε ένα τακάκι πολύ άγριο κάνει μεγαλύτερη ζημίά στον δίσκο.
Επίσης εξαρτάται από την θερμοκρασία αφού άλλη συμπεριφορά έχουν τα φρένα κρύα άλλη ζεστά .Εδώ μπορούμε να βοηθήσουμε τοποθετώντας έναν χαραχτό ή τρυπητό δίσκο αφού η χάραξη καθαρίζει γδέρνοντας το τακάκι ,αφήνοντας πάντα καθαρό υλικό στην επιφάνεια του, έτσι μπορούμε να έχουμε όσο το δυνατό μεγαλύτερο συντελεστή τριβής αλλά και σταθερό ! Τέλος είναι αυτονόητο ότι αλλάζοντας δίσκους τακάκια μπορούμε να αυξήσουμε τον συντελεστή τριβής.

Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στις επιφάνειες τριβής κατά τη διάρκεια του φρεναρίσματος. Ιδιαίτερα, εάν δεν απάγεται εύκολα η αναπτυσσόμενη θερμότητα, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των ταμπούρων, τότε αυξάνεται η θερμοκρασία στις επιφάνειες τριβής και ελαττώνεται ο συντελεστής τριβής, οπότε μειώνεται και η αποτελεσματικότητα της πέδησης και παρουσιάζεται ολίσθηση, με αποτέλεσμα η απόσταση φρεναρίσματος να αυξάνεται. Οι ακραίες θερμοκρασίες είτε ψηλές είτε χαμηλές επηρεάζουν όχι μόνο τον συντελεστή τριβής, αλλά και τον τρόπο που αποδίδουν τα τμήματα του συστήματος πέδησης. Όταν ο δίσκος υπερθερμανθεί – ερυθροπυρωθεί ,αρχίζει να ΅ΆμαλακώνειΆΆ και να μην δουλεύει σωστά, και επιπλέον η φθορά του είναι μεγαλύτερη .Επίσης οι μεγάλες θερμοκρασίες μαλακώνουν και το τακάκι ,το οποίο μπορεί ακόμα και να διαλυθεί! Βελτιώνοντας την ψύξη των φρένων είτε με τους κατάλληλους δίσκους, είτε με αεραγωγούς ,είτε με πιο ανοιχτές ζάντες κρατάμε πάντα τις θερμοκρασίες εντός ορίων λειτουργίας.

Η κακή κατάσταση του συστήματος πέδησης, που οφείλεται σε φθορές, βλάβες και έλλειψη συντήρησής του.Μπορούμε να το προλάβουμε με συχνούς ελέγχους και τακτική συντήρηση.

Το μπλοκάρισμα των τροχών, αυτοί ακινητοποιούνται και το αυτοκίνητο γλυστράει. Έτσι, ο συντελεστής της τριβής πλέον είναι ολίσθησης άρα ελαττώνεται, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα να ελαττώνεται η αποτελεσματικότητα του φρεναρίσματος και να αυξάνεται, αντίστοιχα, η διαδρομή του φρεναρίσματος.
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα της ολίσθησης, είναι ότι χάνεται η δυνατότητα ελέγχου της κατευθυντικότητας του οχήματος, ΅Άτο τιμόνιΆΆ , με αποτέλεσμα να μη μπορούμε να κατευθύνου το αυτοκίνητο στην πορεία που θέλουμε.Το πρόβλημα αυτό έχει λυθεί στα αυτοκίνητα νεότερης τεχνολογίας με το γνωστό σε όλους ABS.Όσο για τα παλαιότερα οχήματα , η λύση είναι προφανής ,να πατάμε με μέτρο και όχι ''τσαρουχώνοντας''...αλλά σε ένα φρενάρισμα πανικού , μόνο πολύ έμπειροι οδηγοί θα το καταφέρουν!

Τα υγρά φρένων
Τα υγρά θεωρούνται (αν και δεν είναι) ασυμπίεστα, δηλαδή όσο και να πιέσεις ένα λίτρο νερό αυτό δεν πρόκειται ποτέ να χωρέσει σε μικρότερο δοχείο! Αυτό σημαίνει ότι σε ένα υδραυλικό κύκλωμα ,όπως είναι αυτό των φρένων , τα υγρά μεταφέρουν σχεδόν αυτούσια από το ένα μέρος στο άλλο! Απεναντίας τα αέρια είναι φοβερά συμπιεστά, πράγμα που δεν μας αρέσει για αυτό και όταν βάζουμε υγρά φρένων κάνουμε εξαέρωση!(βγάζουμε δηλαδή τον αέρα από το κύκλωμα).Τα υγρά φρένων έχουν υψηλά σημεία βρασμού, αν όμως βράσουν έστω και μία φορά από παρατεταμένα απανωτά φρεναρίσματα, ο ΅ΆαφρόςΆΆ που θα δημιουργηθεί θα απορροφά δύναμη από την πέδηση, άρα δεν θα έχουμε την ανάλογη απόδοση! Η παρουσία νερού στο κύκλωμα σημαίνει ότι ακόμα και με λίγη πίεση (έχει χαμηλό σημείο βρασμού) αυτό θα βράσει και θα δημιουργηθούν διάφορες φυσαλίδες αέρα. Αυτές δεν είναι ασυμπίεστες, άρα σε κάθε πατημα του φρένου ένα μέρος της δύναμης θα πιέζει τις φυσαλίδες και όχι το έμβολο της δαγκάνας! (Όταν συμβαίνει κάτι τέτοιο το φρένο χάνει την σκληρή αίσθηση του και αποκτά μια σπογγώδη). Συμπέρασμα με καλά υγρά η δύναμη πηγαίνει αυτούσια στην δαγκάνα χωρίς απώλειες!
Άρα η λύση είναι προφανής! Τοποθετούμε καλά υγρά, με υψηλό σημείο βρασμού, κάνουμε σωστή εξαέρωση (στα αυτοκίνητα με abs θέλει και διαγνωστικό μηχάνημα, για να κάνει εξαέρωση και στην μονάδα του abs). Αλλάζουμε προληπτικά κάθε δυο χρόνια όπως ορίζει ο κατασκευαστής ή και νωρίτερα!
Λεπτομέρειες για τα υγρά τω φρένων και το DOT στο παρακάτω thread.

https://www.bmwfans.gr/forum/showthread.php?t=147

Η ενεργή επιφάνεια επαφής.
Έτσι ονομάζουμε την κοινή επιφάνεια ανάμεσα στο τακάκι και στον δίσκο. Μετράει αποκλειστικά και μόνο το μέγεθος του τακακιού. (Είναι λογικό το ότι ένα μικρό τακάκι δεν φρενάρει /αντέχει το ίδιο με ένα μεγαλύτερο!
Άρα το συμπέρασμα είναι ότι τοποθετώντας μεγαλύτερες δαγκάνες ,άρα και τακάκια βελτιώνουμε την απόδοση τω φρένων.(Τις περισσότερες φορές χρειάζεται αλλαγή και τω δίσκων)

Η ενεργή ακτίνα
Είναι η απόσταση ανάμεσα στο κέντρο του δίσκου και στο κέντρο των εμβόλων της δαγκάνας! Η τριβή που περιγράψαμε παραπάνω δημιουργεί μια ροπή η οποία θέλει να σταματήσει τον τροχό. Από την σχέση τ=F*r
όπου τ η ροπή ,F η δύναμη της τριβής και r ενεργός ακτίνα, συμπεραίνουμε ότι με την ίδια δύναμη αυξάνοντας την ενεργό ακτίνα, αυξάνουμε την ροπή .Άρα δυνατότερο φρένο! Αυτό το εκμεταλλεύονται τα κιτ μεγάλων φρένων κατά κόρον. Άλλα το έχουμε δει και στην παραγωγή…βλ. Ε46 320 με 325 …ίδια δαγκάνα ,ίδιο τακάκι αλλά στην μία περίπτωση 286χιλ δίσκος ενώ στην άλλη 300χιλ.
Άρα βλέπουμε ότι μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση των φρένων μας μεταφέροντας με αποστάτες ή με άλλες βάσεις την δαγκάνα μας ''πιο έξω'' ,δίνοντας μας την δυνατότητα να τοποθετήσουμε μεγαλύτερους δίσκους!

Ισορροπία στην κατανομή πέδησης

Έχετε αναρωτηθεί γιατί δεν έχουμε τα ίδια φρένα εμπρός και πίσω, αλλά και γιατί δεν τους ασκούμε ίδια δύναμη? Ο λόγος είναι κατανομή του βάρους του αυτοκινήτου. Εξάλλου όπως είπαμε το φρενάρισμα εξαρτάται από την πρόσφυση των ελαστικών και η πρόσφυση από την πίεση που τους ασκείται. Και θα βιαστεί ίσως κάποιος να πει …αφού το μπεμπέ μου είναι 50:50 γιατί δεν έχει ίδια φρένα? Ο λόγος είναι ότι όταν ας πούμε ξεκινήσουμε να φρενάρουμε από τα 120χλμ/ωρα για παράδειγμα παρατηρούμε (ανάλογα με την ανάρτηση βέβαια …και ως προς την σκληρότητα αλλά και ως προς τον σχεδιασμό της) ότι το αυτοκίνητο ΅ΆμπρουμουτίζειΆΆ .Άρα έχουμε μεταφορά βάρους από τον πίσω άξονα στον μπροστινό. Το πίσω μέρος σηκώνεται και ξαλαφρώνει ,ενώ το μπροστινό βυθίζεται και βαραίνει! Ένα μέσο αυτοκίνητο σε δυνατό φρενάρισμα φορτίζει τους εμπρός τροχούς κατά 75% και τους πίσω μόνο 25%.Αυτο σημαίνει ότι ένα αυτοκίνητο 1200kg φορτίζει τον μπροστά άξονα με 800 κιλά ενώ τον πίσω μόνο με 400!!! Άρα λοιπόν όπως είναι αναμενόμενο οι πίσω τροχοί θα μπλοκάρουν αμέσως! Άρα να ο λόγος που έχουμε μεγαλύτερα φρένα εμπρός. Για τον ίδιο λόγο υπάρχει και ένας μηχανισμός που ονομάζεται κατανεμητής! Πίεσης. Αυτός ο μηχανισμός είναι που καθορίζει το πόση δύναμη πέδησης θα πάει στους εμπρός τροχούς και πόση στους πίσω, ώστε να έχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα και να διατηρείται η ισορροπία του αυτοκινήτου!.
Η σωστή κατανομή είναι πόλη σημαντικός παράγοντας αν θέλουμε να κινηθούμε γρήγορα σε μια σριφτερή διαδρομή.. αφού δεν θα φοβόμαστε τα φρένα και θα μπορούμε να ΅ΆτσαρουχωνουμεΆΆ άφοβα! Σε αντίθετη περίπτωση αν έπιαναν υπερβολικά μπροστά θα είχαμε πολλά μούτρα, ενώ αν έπιαναν υπερβολικά πίσω θα είχαμε τσαχπινιές στον κώλο! Εφετζίδικο απΆεξω αλλά όχι αποτελεσματικό για το φρενάρισμα! Οπότε συμπεραίνουμε ότι αν βάλλουμε υπερμεγέθη φρένα πίσω το αμάξι γίνεται δολοφονικό…ενώ αν βάλουμε παντοδύναμα φρένα εμπρός αφήνοντας τα πίσω τέρμα μανίσια, είναι πάλι λάθος! Πρέπει λοιπόν να επεμβαίνουμε ολοκληρωμένα και ισορροπημένα!

FADING
Ένας όρος που συχνά ακούγεται αλλά τι σημαίνει?

Στα ελληνικά μπορούμε να το μεταφράσουμε σαν άναμμα, βράσιμο, κάψιμο, χάσιμο τέλος πάντων των φρένων. Αυτό μπορεί να γίνει με δύο τρόπους.
1)Όταν η θερμοκρασία στα φρένα φτάσει σε τόσο υψηλά επίπεδα, ώστε να ζεσταθούν τα έμβολα της δαγκάνας και από εκεί να περάσουν μεγάλα ποσά θερμότητας στα υγρά των φρένων. Όπως είπαμε και παραπάνω, αυτά αντέχουν μέχρι ένα σημείο, αλλά μόλις ξεπεραστεί το σημείο βρασμού τους , βράζουν και δημιουργούνται φυσαλίδες αέρα μέσα στο υγρό και έτσι χάνουμε τα φρένα. Δηλαδή μπορεί να πατάμε με δύναμη το πεντάλ ,το οποίο θα έχει αποκτήσει μια μαλακή αίσθηση , και το αυτοκίνητο μπορεί να μην φρενάρει! Αν σταματήσουμε λίγο ή αν τσουλήσουμε το αυτοκίνητο σε χαλαρούς ρυθμούς , η θερμοκρασία θα πέσει και τα φρένα θα βελτιωθούν ,αλλά δεν θα επανέλθουν στην ορχική κατάσταση και κάθε φορά που θα πηγαίνουμε για κάτι παραπάνω ,θα χάνουμε τα φρένα μας! Άρα μετά από κάθε βράσιμο των υγρών ,πρέπει να τα αλλάζουμε!

2)Η δεύτερη περίπτωση είναι όταν η θερμότητα δεν περνάει στα υγρά των φρένων αλλά πάει όλη στο τακάκι και στον δίσκο. Αυτά θερμαίνονται υπερβολικά και ο συντελεστής τριβής παίρνει την κατιούσα, και σχεδόν χάνεται αφού το τακάκι ξεκινά να καίγεται και να παράγει αέρια που εγκλωβίζονται ανάμεσα σε αυτό και τον δίσκο , ενώ αν προσπαθήσουμε λίγο παραπάνω μπορεί και να το ψήσουμε .Δηλαδή να γυαλίσουμε την επιφάνεια του και να μην πιάνει καθόλου. Η αίσθηση του πεντάλ παραμένει σκληρή και τίποτα δεν μαρτυρά ότι κάτι συμβαίνει ,αλλά η απόδοση των φρένων έχει πέσει…Άρα πάμε και αλλάζουμε τακάκια.