Φρένα: Τι συμβαίνει όταν φρενάρουμε - Αναλυτική περιγραφή

Για να επιτευχθεί η μείωση της κινητικής ενέργειας του αυτοκινήτου και να μετριάσει την ταχύτητα του ή να σταματήσει εντελώς, χρειάζεται την παρουσία και χρήση των φρένων, τόσο στον μπροστινό, όσο και στον πίσω άξονα, με καθορισμένη διαφοροποίηση της ισχύος τους.

Από τί αποτελούνται τα φρένα

Τα φρένα μετατρέπουν μέσω της τριβής, την κινητική ενέργεια σε θερμότητα. Απαρτίζονται από:

• Το πεντάλ του φρένου
• Το σερβόφρενο ή αλλιώς σύστημα υποβοήθησης
• Τους κυλίνδρους
• Το δοχείο υγρών φρένων
• Τον κατανεμητή της πίεσης
• Τις ορειχάλκινες ή ελαστικές σωληνώσεις μεταφοράς των υγρών
• Τα δισκόφρενα που αποτελούνται από τις δαγκάνες και τα τακάκια (υλικά τριβής)
• Τα ταμπούρα που αποτελούνται από τον κύλινδρο πίεσης
• Τα ελατήρια συγκράτησης των σιαγόνων
• Τα φερμουίτ (υλικά τριβής)
• Το μηχανικό χειρόφρενο.

Ολόκληρο αυτό το σύστημα λειτουργεί με την αρχή της φυσικής των συγκοινωνούντων δοχείων, όπου όταν έχουμε ένα σύμπλεγμα δοχείων που συνδέονται μαζί, η πίεση που δημιουργείται στο ένα, μεταδίδεται με την ίδια δύναμη, την ίδια στιγμή και στα υπόλοιπα.

Φρένα: Λειτουργία

Στην πράξη λοιπόν όταν πιέζουμε το πεντάλ του φρένου, εξασκούμε πίεση στον κύλινδρο που με την σειρά του μεταφέρει αυτή την πίεση στα ειδικά υγρά, τα οποία μέσα απο το κλειστό αυτό υδραυλικό κύκλωμα, μεταφέρουν την πίεση στον κατανεμητή και εκείνος με την σειρά του, στα έμβολα των δαγκάνων ή των σιαγόνων, που «πατάνε» πάνω στα δισκόφρενα ή στα ταμπούρα αντίστοιχα, δημιουργώντας την τριβή που αναφέραμε.

Τα σύγχρονα αυτοκίνητα διαθέτουν εδω και δεκαετίες την υποβοήθηση απο το σερβόφρενο ώστε να μειώνεται η δύναμη της προσπάθειας στο πόδι του οδηγού κατά το φρενάρισμα. Το σερβόφρενο είναι μια απλή κατασκεύή όπου μια ελαστική μεμβράνη, παρεμβάλεται ανάμεσα στο πεντάλ και τον κύριο κύλινδρο.

Η διαφορά πίεσης μεταξύ της υποπίεσης απο την σύνδεση με την εισαγωγή του κινητήρα και της πίεσης στο πεντάλ, πολλαπλασιάζει την δύναμη που εξασκεί ο οδηγός, κάνοντας έτσι το φρενάρισμα ξεκούραστο και εύκολο.

Για να εξαλειφθούν τυχόν διαρροές από το σύστημα σε περίπτωση αστοχίας υλικών ή φθοράς, τα αυτοκίνητα διαθέτουν ένα διπλό ανεξάρτητο υδραυλικό κύκλωμα, έτσι ώστε αν κάποιο από αυτά έχει πρόβλημα, το αυτοκίνητο να μπορεί να ακινητοποιηθεί με το άλλο. Το ένα κύκλωμα μπορεί να συνδέει τους εμπρός τροχούς και το άλλο τους πίσω ή πολλές φορές και διαγώνια εμπρός και πίσω.

Πώς βοηθάει ο κατανεμητής

Όταν φρενάρουμε στο δρόμο, αυτόματα γίνεται μια μεταφορά φορτίου λόγω της αδράνειας, από πίσω προς τα εμπρός. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα αθροιστικά και με το βάρος της μηχανής μπροστά, η «μούρη» του αυτοκινήτου να χαμηλώνει προς την άσφαλτο και η «ουρά» να ανασηκώνεται, με τους πίσω τροχούς έτσι να δέχονται μικρότερα φορτία, εμπεριέχοντας δυνητικά τον κίνδυνο να μπλοκάρουν και να «σφουρίξουν» το αυτοκίνητο ή να του αλλάξουν πορεία αυτό που ξέρουμε ως τετακέ.

Αυτός είναι και ο λόγος που συνήθως χρησιμοποιούνται μικρότερου μεγέθους δισκόφρενα ή ταμπούρα στον πίσω άξονα. Την λύση στο πρόβλημα έδωσε ο κατανεμητής της πίεσης, μια βαλβίδα που μειώνει όσο χρειάζεται την πίεση στα πίσω φρένα, ενώ όταν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις, υπάρχουν κατανεμητές που ρυθμίζουν κατά βούληση το ποσοστό πέδησης εμπρός και πίσω.

Πώς λειτουργούν τα δισκόφρενα

Τα δισκόφρενα περιλαμβάνουν ένα περιστρεφόμενο μεταλλικό δίσκο και την δαγκάνα που «φωλιάζει» πάνω του, η οποία διαθέτει πιστόνια από την μια ή και από τις δύο πλευρές της, που πιέζουν τα τακάκια (υλικά τριβής) πάνω στον δίσκο, για να φρενάρει το όχημα. Στα αυτοκίνητα επιδόσεων θα βρούμε απο διπίστονες, 4 πίστονες, 6 πίστονες ακόμα και 12 πίστονες δαγκάνες!

Οι δίσκοι χωρίζονται σε απλούς, σε αεριζόμενους ή τρυπητούς για καλύτερη ψύξη τους και σε χαραγμένους όταν χρειάζεται να αποβάλουν το τριμμένο υλικό απο τα τακάκια.

Τα τελευταία χωρίζονται ανάλογα την χρήση που θέλουμε (βόλτα, γρήγορη οδήγηση, αγωνιστική οδήγηση) σε σκληρές και μαλακές «πάστες» και ειναι κατασκευασμένα από θερμικές ρητίνες, ανθρακονήματα και κέβλαρ για την αντοχή τους στις υψηλές θερμοκρασίες τριβής που αναπτύσσονται.

Πώς λειτουργεί το ταμπούρο

Το ταμπούρο ή αλλιώς τύμπανο, αποτελείται από το σώμα του που περιστρέφεται μαζί με τον τροχό. Εσωτερικά περιέχει δύο «σιαγόνες» οι οποίες στο σημείο επαφής τους με τα μουαγιέ του τυμπάνου, διαθέτουν αντίστοιχα υλικά τριβής τα λεγόμενα φερμουίτ και τον κύλινδρο με το έμβολο.

Όταν πατάμε φρένο, το έμβολο του κυλίνδρου πιέζει τις «σιαγόνες» οι οποίες με την σειρά τους ανοίγοντας πιέζουν τα εσωτερικά τοιχώματα των μουαγιέ στα τύμπανα και μόλις αφήσουμε το πεντάλ, αυτές με την βοήθεια ελατηρίων και μοχλών, επανέρχονται προς τα πίσω στην αδρανή τους θέση.

Μερικά πιο εξελιγμένα ταμπούρα, διαθέτουν περισσότερους απο έναν κυλίνδρους. Λόγω ότι τα ταμπούρα είναι επιρρεπή στις υψηλές θερμοκρασίες με αποτέλεσμα την θεαματική μείωση της απόδοσης στο φρενάρισμα, τα βρίσκουμε πλέον όλο και λιγότερο στα σύγχρονα αυτοκίνητα.

Τέλος τα υγρά φρένων, ανάλογα με την χρήση του αυτοκινήτου σκληρή ή ήρεμη, χωρίζονται σε κατηγορίες DOT 3, DOT 4. DOT 5, που έχουν να κάνουν με το σημείο βρασμού τους.