Πίνακας περιεχομένων
Ποιοι είναι οι διάφοροι τύποι συστημάτων πέδησης και πώς λειτουργούν;
Τα πάντα για τις δισκόπλακες, τα ταμπούρα, τα τακάκια και τα υδραυλικά: πώς τα φρένα σας κρατούν ασφαλείς.
Τα φρένα είναι εξίσου σημαντικά με τον κινητήρα για κάθε αυτοκίνητο και είναι ζωτικής σημασίας για την ασφάλειά σας στο δρόμο.
Η βασική αρχή λειτουργίας των φρένων είναι απλή: λαμβάνουν κινητική ενέργεια από το κινούμενο όχημα και τη μετατρέπουν σε θερμική μέσω της τριβής, ώστε να σταματήσουν το όχημα. Όλα τα φρένα λειτουργούν με βάση την ίδια αρχή λειτουργίας, αλλά τα διάφορα συστήματα επιτυγχάνουν αυτή την τριβή με διαφορετικούς τρόπους.
ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΕΔΗΣΗΣ
Πριν εξετάσουμε τους τύπους συστημάτων που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα αυτοκίνητο για να σταματήσει, αξίζει να αναφέρουμε τα βασικά εξαρτήματα, ειδικά αν σκέφτεστε να επισκευάσετε ή να αντικαταστήσετε εξαρτήματα του συστήματος πέδησης. Ο τύπος των εξαρτημάτων που χρησιμοποιεί το δικό σας σύστημα φρένων εξαρτάται συχνά από τη μάρκα και το μοντέλο του αυτοκινήτου σας, τις ταχύτητες οδήγησης, την τιμή του αυτοκινήτου και το έτος κατασκευής του.
ΤΑΜΠΟΥΡΑ ΦΡΕΝΩΝ
Τα ταμπούρα φρένων είναι από τους παλαιότερους τρόπους ακινητοποίησης ενός αυτοκινήτου. Ένα ταμπούρο είναι προσαρτημένο στο εσωτερικό του τροχού και εκεί υπάρχουν δύο ανθεκτικά στη θερμότητα τακάκια. Όταν πατάτε το πεντάλ, ασκείται υδραυλική πίεση στο κυλινδράκι του τροχού, προκαλώντας την πίεση των τακακιών στην εσωτερική επιφάνεια του ταμπούρου. Η τριβή μεταξύ των τακακιών και του ταμπούρου προκαλεί τη μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια.
Αυτοί οι τύποι χρησιμοποιούνταν ευρέως στα αυτοκίνητα μέχρι τη δεκαετία του 1980. Καθώς τα αυτοκίνητα αποκτούσαν όλο και μεγαλύτερη ισχύ, τα φρένα με ταμπούρα δεν μπορούσαν να τα ακινητοποιήσουν. Γενικότερα, θερμαίνονται πολύ κάτω από έντονες συνθήκες συχνής πέδησης και όταν είναι πολύ θερμά δεν μπορούν να μετατρέψουν την κινητική ενέργεια σε θερμότητα και έτσι σταματούν να λειτουργούν. Μετά τη δεκαετία του 1980, πολλά αυτοκίνητα άρχισαν να χρησιμοποιούν δισκόπλακες, χωρίς αυτό να συνεπάγεται ότι τα ταμπούρα θα πάψουν εντελώς να χρησιμοποιούνται από εδώ και πέρα. Αντιθέτως, εξακολουθούν να είναι επαρκή και λειτουργικά.
Συχνά, χρησιμοποιούνται για τα πίσω φρένα, επειδή όταν ένα αυτοκίνητο σταματά, η μεγαλύτερη πίεση ασκείται στα μπροστινά φρένα. Επειδή τα ταμπούρα είναι οικονομικότερα στην κατασκευή και έχουν εύκολη συντήρηση, χρησιμοποιούνται συχνά σε entry-level αυτοκίνητα ή σε οικονομικότερα μοντέλα.
ΔΙΣΚΟΠΛΑΚΕΣ
Οι δισκόπλακες αυτοκινητου έχουν κατά μία έννοια «αντικαταστήσει» τα ταμπούρα ως την πιο δημοφιλή επιλογή για τα περισσότερα αυτοκίνητα. Τα ταμπούρα φρένων πιέζουν προς τα έξω και αυτό δεν δημιουργεί τόση πίεση όσο η πίεση προς τα μέσα στον τροχό. Έτσι, οι ειδικοί σχεδίασαν ένα σύστημα που συμπιέζει αντί να σπρώχνει. Aνακαλύφθηκε, επίσης, ότι μεγαλύτερη επιφάνεια σήμαινε περισσότερη τριβή, η οποία ήταν απαραίτητη για τη βελτίωση του φρεναρίσματος σε υψηλές εντάσεις. Ο συνδυασμός της ανάγκης για άσκηση πίεσης και της ύπαρξης μεγάλης επιφάνειας οδήγησε στη λύση των δισκόπλακων.
Η δισκόπλακα είναι ένας μηχανισμός επιβράδυνσης ή διακοπής της περιστροφής ενός τροχού, που συνήθως κατασκευάζεται από χυτοσίδηρο, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις από σύνθετα υλικά άνθρακα ή κεραμικά. Συνδέεται με τον τροχό ή/και τον άξονα. Για να σταματήσει ο τροχός, πιέζεται και στις δύο πλευρές του δίσκου το υλικό τριβής με τη μορφή τακακιών. Η τριβή που δημιουργείται στον δίσκο του τροχού επιβραδύνει ή σταματά τον τροχό.
Ορισμένοι δίσκοι, για να διασφαλίσουν ότι κρυώνουν πιο γρήγορα και άρα παραμένουν πιο αποτελεσματικοί, επιδέχονται τροποποιήσεις. Αυτό επιτυγχάνεται συχνά με την είσοδο του αέρα, επομένως τροποποιήσεις όπως μια τρύπα στη μέση, μικρά κενά στο εξωτερικό ή πτερύγια θα επιτρέψουν στον αέρα να έχει πρόσβαση στο δίσκο και τελικά θα δημιουργήσουν ένα πιο αποτελεσματικό σύστημα πέδησης.
ΤΑΚΑΚΙΑ ΦΡΕΝΩΝ
Εξαρτήματα του συστήματος πέδησης
Ανεξάρτητα από το αν είναι ένας δίσκος ή ένα ταμπούρο που χρησιμοποιεί το αυτοκίνητό σας, το κύριο εξάρτημα που περιέχεται στο δίσκο ή το ταμπούρο είναι ένα τακάκι φρένων (μερικές φορές αναφέρεται ως «σιαγόνα»). Αυτά είναι που δημιουργούν την τριβή. Πολλά και διαφορετικά υλικά χρησιμοποιούνται για τα τακάκια φρένων, αλλά ορισμένα πιο κοινά είδη μπορεί να είναι είτε οργανικά (με χρήση γυαλιού, κέβλαρ, άνθρακα κ.λπ.), είτε κεραμικά, είτε ημιμεταλλικά, είτε πλήρως μεταλλικά. Όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται έχουν σχεδιαστεί για να απορροφούν όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα.
Τα οργανικά τακάκια φρένων είναι πολύ αθόρυβα και δεν φθείρουν τον δίσκο, αλλά πρέπει να αλλάζονται πιο συχνά, επειδή είναι πιο πιθανό να φθαρούν.
Τα κεραμικά τακάκια είναι επίσης πολύ αθόρυβα, έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και μεγάλη ικανότητα πέδησης, πολύ καλύτερη από τα οργανικά τακάκια.
Τα ημιμεταλλικά τακάκια υπερτερούν ακόμη και των κεραμικών τακακιών, αλλά λόγω των ρινισμάτων μετάλλων στο συνθετικό υλικό, φθείρονται περισσότερο τη δισκόπλακα, πράγμα που σημαίνει ότι η δισκόπλακα πρέπει να αντικαθίσταται πιο συχνά.
Τέλος, υπάρχουν τα πλήρως μεταλλικά τακάκια. Αυτά χρησιμοποιούνται στα αγωνιστικά αυτοκίνητα. Διαθέτουν απίστευτη ικανότητα φρεναρίσματος, αλλά κάνουν θόρυβο και φθείρουν τη δισκόπλακα τόσο γρήγορα σαν το παγωτό που λιώνει στον ήλιο. Το αυτοκίνητό σας είναι πιθανό να διαθέτει συνθετικά ή κεραμικά τακάκια φρένων. Σε κάθε περίπτωση, και τα δύο είναι καλές επιλογές για καθημερινή οδήγηση.
ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΕΔΗΣΗΣ
Τα μηχανικά φρένα ήταν στην πραγματικότητα ο πρώτος τύπος συστήματος πέδησης που χρησιμοποιήθηκε στα αυτοκίνητα, όταν αυτά άρχισαν να παράγονται μαζικά τον 20ό αιώνα. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούσαν χειροκίνητη λειτουργία, με τον οδηγό να πατάει ένα πεντάλ μέσα στο αυτοκίνητο. Η δράση του πεντάλ θα ενεργοποιούσε ένα μηχανικό σύστημα μοχλού που ασκούσε δύναμη στα τακάκια του υλικού τριβής. Αυτό το σύστημα επέτρεπε στα τακάκια των φρένων να πιέζουν την εσωτερική επιφάνεια του ταμπούρου, το οποίο ήταν προσαρτημένο στον τροχό. Η τριβή που προέκυπτε μεταξύ των σιαγώνων φρένων και του ταμπούρου επιβράδυνε ή σταματούσε την περιστροφή του τροχού, σταματώντας ουσιαστικά το αυτοκίνητο. Παρόλο που ορισμένα πρώτα μηχανικά συστήματα πέδησης χρησιμοποιούσαν καλώδια για τη μεταφορά της δύναμης από το πεντάλ στο σύστημα μοχλού πέδησης, δεν χρησιμοποιούσαν τροχαλίες, εκκεντροφόρους ή άλλες πολύπλοκες διατάξεις στον μηχανισμό.
Αξίζει να σημειωθεί ότι υπήρξαν πολλά προβλήματα με αυτά τα πρώτα μηχανικά συστήματα πέδησης. Η ανάγκη για συχνή συντήρηση ήταν σημαντική, καθώς τα καλώδια και όλα τα άλλα κινούμενα μέρη έπρεπε να διατηρούνται σε καλή κατάσταση για να λειτουργούν αποτελεσματικά τα φρένα. Η υπερβολική πίεση στα καλώδια ή η δύναμη που απαιτούνταν για να σταματήσει το όχημα μπορεί να οδηγούσε σε σπάσιμο των καλωδίων, δημιουργώντας σοβαρό κίνδυνο για την ασφάλεια. Τα συστήματα απαιτούσαν επίσης ακρίβεια: αν ένας μοχλός ήταν λάθος ευθυγραμμισμένος ή η τάση των καλωδίων είχε ρυθμιστεί λανθασμένα, οι τροχοί θα δέχονταν άνιση πίεση πέδησης, καθιστώντας τον έλεγχο του αυτοκινήτου δύσκολο.
Εξαιτίας όλων αυτών των προβλημάτων, μέχρι το τέλος της δεκαετίας του 1950 τα μηχανικά φρένα χρησιμοποιούνταν σπάνια στα αυτοκίνητα και αντικαταστάθηκαν από υδραυλικά φρένα.
Τα περισσότερα αυτοκίνητα εξακολουθούν να διαθέτουν μια μορφή μηχανικής πέδησης, γνωστή ως χειρόφρενο ή μοχλός στάθμευσης. Πέρα από τα βασικά υδραυλικά φρένα, τα αυτοκίνητα διαθέτουν συχνά ένα μηχανικό χειρόφρενο που χρησιμοποιεί έναν μοχλό και έναν βραχίονα μέσα στο ταμπούρο φρένου, για να βοηθήσει στο σταμάτημα του αυτοκινήτου. Το χειρόφρενο λειτουργεί με ένα καλώδιο που συνδέεται με τον μοχλό του χειρόφρενου στο εσωτερικό του αυτοκινήτου. Όταν εφαρμόζεται, μια καστάνια στον μοχλό συγκρατεί το φρένο στη θέση του και ένα κουμπί επιτρέπει την αποδέσμευση του μοχλού.
Όλα τα αυτοκίνητα είναι εφοδιασμένα με σύστημα χειρόφρενου, το οποίο μπορεί μερικές φορές να είναι ηλεκτρικό και όχι αμιγώς μηχανικό, και συνήθως επενεργεί σε δύο τροχούς, συνήθως στους πίσω. Ο πρωταρχικός σκοπός αυτού του μηχανικού συστήματος είναι να ασφαλίζει το αυτοκίνητο κατά τη στάθμευση και όχι να λειτουργεί ως πρωταρχικός μηχανισμός κατά την κανονική οδήγηση. Ως εκ τούτου, ένα μηχανικό σύστημα είναι κατάλληλο για αυτή τη λειτουργία στάθμευσης.
ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΕΔΗΣΗΣ
Το πιο συνηθισμένο σύστημα για τα σύγχρονα αυτοκίνητα είναι ένα υδραυλικό σύστημα πέδησης και το αυτοκίνητό σας είναι σχεδόν βέβαιο ότι διαθέτει ένα τέτοιο. Τα αυτοκίνητα έχουν συνήθως τέτοιου είδους φρένα και στους τέσσερις τροχούς και τα υδραυλικά συστήματα μπορούν να χρησιμοποιούν είτε μία δισκόπλακα είτε ένα ταμπούρο φρένων.
Σε αντίθεση με τα παλιότερα μηχανικά συστήματα, τα υδραυλικά συστήματα χρησιμοποιούν υγρό για την άσκηση πίεσης στα φρένα. Το υδραυλικό υγρό αποθηκεύεται στους σωλήνες και χρησιμοποιείται για τη μετάδοση της πίεσης ή της δύναμης από το πεντάλ ή τον μοχλό για να σταματήσει το αυτοκίνητο. Το υγρό φρένων ή το υδραυλικό υγρό είναι μια μη συμπιέσιμη ουσία που μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις.
Σε αυτόν τον τύπο συστήματος, η μηχανική δύναμη προέρχεται από την πίεση που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ. Η δύναμη αυτή χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να ωθήσει το υγρό μέσω των σωληνώσεων και, καθώς δεν είναι συμπιέσιμο, προς το σύστημα πέδησης. Σε μια συσκευή γνωστή ως κεντρικός κύλινδρος, η δύναμη αυτή μετατρέπεται στη συνέχεια σε υδραυλική πίεση, που αποστέλλεται στις δαγκάνες ή στα ταμπούρα των φρένων (ανάλογα με τον τύπο του συστήματος).
Κάθε δαγκάνα φρένου περιέχει έναν αριθμό εμβόλων (έως και 6) και η υδραυλική πίεση αναγκάζει τη δαγκάνα να σφίγγει το δίσκο ή το ταμπούρο. Τα τακάκια που συνδέονται με την δαγκάνα δημιουργούν τριβή, καθώς τρίβονται στον δίσκο ή το ταμπούρο και αυτό είναι που τελικά σταματάει το αυτοκίνητο.
Τα υδραυλικά συστήματα πέδησης έχουν επίσης ορισμένα ιδιαίτερα πλεονεκτήματα.
Πρώτον, η δύναμη που παράγεται από το υδραυλικό σύστημα είναι μεγαλύτερη από τα παλιότερα, μηχανικά συστήματα που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα. Αυτά είναι μάλλον ξεπερασμένα και βασίζονται σε μοχλούς, μηχανισμούς ή άξονες, που δεν μεταδίδουν τόση δύναμη όσο τα υδραυλικά συστήματα πέδησης. Τα μηχανικά συστήματα μπορούν επίσης να γίνουν λιγότερο αποτελεσματικά με την πάροδο του χρόνου καθώς τα λειτουργικά τμήματα χαλάνε.
Οι υδραυλικές σωληνώσεις είναι πολύ απίθανο να σκιστούν και απαιτούν ελάχιστη συντήρηση, σε αντίθεση και πάλι με τα μηχανικά φρένα. Είναι, επίσης, απίστευτα γρήγορα και ανταποκρίνονται άμεσα στο πεντάλ, ενώ παράλληλα για να ασκηθεί πίεση στα ταμπούρα ή στους δίσκους, απαιτείται πολύ λίγη δύναμη.
Επειδή ένα υδραυλικό σύστημα έχει πολύ λιγότερα κινούμενα μέρη από ένα μηχανικό σύστημα, η φθορά σε αυτά τα μέρη είναι μικρότερη και η ανάγκη για συντήρηση είναι περιορισμένη. Έτσι, το υδραυλικό σύστημα είναι οικονομικότερο και πιο αξιόπιστο από ένα μηχανικό.
Επίσης, επειδή τα μηχανικά συστήματα μπορούσαν να διαφέρουν σημαντικά ως προς τον σχεδιασμό και την κατασκευή από αυτοκίνητο σε αυτοκίνητο, οι επισκευές ήταν συχνά δύσκολες. Τα υδραυλικά συστήματα έχουν σχετικά απλή σχεδίαση και συναρμολογούνται εύκολα, γεγονός που διευκολύνει τη συντήρησή τους.
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΕΔΗΣΗΣ ΜΕ ΣΕΡΒΟΜΗΧΑΝΙΣΜΟ
Διάγραμμα συστήματος πέδησης
Συχνά αναφέρεται ως ηλεκτρικό φρένο, ενισχυτής φρένων ή ενισχυτής κενού. Ένα σύστημα σερβομηχανισμού έχει σχεδιαστεί για να παρέχει πρόσθετη ισχύ για τη μείωση της απαιτούμενης δύναμης και λειτουργεί σε συνδυασμό με υδραυλικά φρένα.
Ο σερβομηχανισμός πέδησης λειτουργεί δημιουργώντας μερικό κενό, το οποίο αυξάνει τη δύναμη που ασκείται στον κεντρικό κύλινδρο. Με ένα σερβομηχανισμό φρένων, το πεντάλ πιέζει πρώτα μια προσαρτημένη ράβδο, η οποία στη συνέχεια επιτρέπει στον αέρα να εισέλθει στον ενισχυτή φρένων καθώς κλείνει το κενό. Στη συνέχεια, η πίεση αυξάνεται στη ράβδο, η οποία συνδέεται με μια ράβδο στο εσωτερικό του κεντρικού κυλίνδρου.
Το σερβό φρένων έχει γίνει πια πιο συνηθισμένο στα αυτοκίνητα, καθώς οι δίσκοι έχουν αντικαταστήσει τα ταμπούρα ως την στάνταρ ρύθμιση του οχήματος. Οι δίσκοι καθιστούν αναγκαία την ύπαρξη ηλεκτρικών φρένων στα αυτοκίνητα, ώστε να μη χρειάζεται ο οδηγός να ασκήσει μεγάλη δύναμη, ώστε να ακινητοποιηθεί το αυτοκίνητο.
Στο εσωτερικό του συστήματος σερβομηχανισμού, η υποπίεση πολλαπλασιάζει τη δύναμη που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ. Το εξωτερικό μέρος ενός σερβοφρένου είναι ένα κάνιστρο, που περιέχει ένα διάφραγμα και μια βαλβίδα, συνήθως κατασκευασμένη από μέταλλο. Ο σερβομηχανισμός διαθέτει, επίσης, μια βαλβίδα ελέγχου που περιορίζει την κατεύθυνση του αέρα μόνο προς τα έξω, ώστε να εξαλειφθεί ο κίνδυνος απώλειας της λειτουργίας του κατά την κίνηση του αυτοκινήτου.
Αν η υποπίεση διακοπεί, επειδή π.χ. ο κινητήρας σταματήσει, τα φρένα θα εξακολουθούν να λειτουργούν, επειδή υπάρχει κανονική μηχανική σύνδεση μεταξύ του πεντάλ και του κεντρικού κυλίνδρου. Ωστόσο, θα πρέπει να ασκηθεί πολύ μεγαλύτερη δύναμη στο πεντάλ για να ενεργοποιηθούν τα φρένα.
Τα πιο δημοφιλή προϊόντα για το θέμα: