Tecnología y funcionamiento de la pinza de freno

Las pinzas de freno son componentes esenciales en el sistema de frenos de un vehículo. Su tarea principal consiste en convertir la energía hidráulica en energía mecánica. Dicha transformación tiene lugar cuando la presión hidráulica de la bomba actúa sobre los pistones de la pinza, generando la fuerza demandada, para presionar las pastillas contra el disco y desacelerar y detener el vehículo

Tipos de pinzas de freno: flotantes y fijas

Pinzas flotantes

Las pinzas flotantes se caracterizan por pistones (suelen ser uno o dos) situados en un lado de la pinza.

Los pistones empujan una de las pastillas directamente contra el disco, mientras que la otra pastilla es empujada por el movimiento del cuerpo de la pinza flotante, que se desliza sobre guías especiales.

Las pinzas flotantes suelen usarse en vehículos de gama media y en vehículos comerciales ligeros (LCV). Generalmente, están fabricadas en hierro grafito esferoidal.

Pinzas fijas

Las pinzas fijas se caracterizan por un cuerpo individual acoplado en modo rígido al sistema de suspensión del vehículo.

Alojan dos o más pistones, que actúan opuestamente en las pastillas de freno. En algunos casos, se usan "pistones diferenciados", o sea pistones de tamaños diferentes en el mismo alojamiento partido.

Las pinzas fijas se usan en vehículos de gama media y alta y en deportivos, y suelen estar fabricadas en aleaciones de aluminio.

En otras palabras, podemos decir que las pinzas flotantes cuestan menos y presentan una huella más pequeña. Son robustas y pueden actuarse mediante diferentes sistemas. Por el contrario, las pinzas de freno fijas son más ligeras, se desgastan en un modo más uniforme, presentan un par residual menor y se prestan más al diseño.

Pinzas de una y dos piezas

Las pinzas fijas pueden fabricarse en un bloque (monobloque) o en dos piezas separadas. Las pinzas monobloque, al estar fabricadas a partir de una fundición individual, presentan una relación mejor de desplazamiento de masa/líquido y flexibilidad de la forma debido a la ausencia de tornillos o pernos. Asimismo, ocupan un menor espacio radial al carecer de un trazado cónico.

Por otra parte, las pinzas de dos piezas son más fáciles de fabricar y montar al no requerir herramientas especiales para mecanizarlas.

El funcionamiento correcto de las pinzas de freno depende de una serie de factores, incluidos la calidad de fabricación del componente, el montaje correcto y la elección de materiales. La fluidez del pistón, la calidad del revestimiento y la absorción volumétrica (o sea el volumen del líquido de frenos que se absorbe durante el frenado debido a la deformación de la pinza) son otros factores fundamentales para obtener una respuesta rápida y precisa del sistema de frenos.

Los componentes principales de las pinzas de freno

Las pinzas de freno están compuestas por varios componentes:

Cuerpo de la pinza: Ha de soportar el esfuerzo, garantizar que las pastillas se posicionen en el disco y alojar los asientos del pistón.
Cilindros: Alojan el pistón y proporcionan un sellado hidráulico, que permite al pistón moverse suavemente durante el frenado.
Pistones: Transforman la presión hidráulica en fuerza mecánica, aplicándola directamente a las pastillas. Están fabricados en materiales aislados térmicamente, para limitar la transmisión térmica de la pastilla al líquido de frenos. También, se han diseñado para no deformarse a temperaturas altas y para ser compatibles con el líquido de frenos.
Guías deslizantes: Permiten el movimiento relativo entre el cuerpo de la pinza y el soporte fijo, garantizando que la fuerza de frenado se aplica uniformemente.
Juntas: Garantizan el sellado para el líquido de frenos y permiten al pistón regresar a su posición original después del frenado (función de retroceso) a pesar de estar sometidas a presiones de hasta 350 bar y temperaturas entre -40° y +200° C. De forma similar, pero en la dirección opuesta, estas juntas especiales giran el pistón hacia su posición de funcionamiento correcta, si la deformación lateral del disco lo empuja hacia atrás (función de bloqueo). Esto garantiza que la carrera de frenado no sea mayor que la nominal. La junta de pistón debe ser compatible también con el líquido con el que entra en contacto durante el funcionamiento (EPDM para líquidos de frenos DOT, HNBR para aceites minerales).

Tapas para el polvo: Protegen el cilindro del pistón de la suciedad y humedad, evitando daños y corrosión.
Resortes de las pastillas de freno: Devuelven las pastillas a sus posiciones de reposo tras el frenado. El resorte también mantiene las pastillas pegadas a sus pistones respectivos. Están fabricados en acero inoxidable o acero para muelles con un revestimiento anticorrosión.
Tornillo de purga: Permite purgar el aire presente en la pinza.
Anclajes de fijación: Dichos componentes sujetan la pinza de freno en el portabuje. Pueden ser radiales o axiales dependiendo de los requisitos de fabricación.
Orificios radiales: Permiten usar discos con un diámetro mayor, limitan la deformación bajo par y promueven un desgaste de la pastilla más uniforme.
Orificios axiales: Son más fáciles de taladrar al ser paralelos y, asimismo, permiten el montaje de pinzas flotantes.

Tubos

Otros componentes esenciales son los tubos que alimentan las pinzas de freno. Los tubos pueden ser flexibles, realizados en goma y trenzado metálico, y/o tubos rígidos de metal.

Los tubos más idóneos se eligen en función de los requisitos de fabricación y prestaciones. Por ejemplo, los tubos de freno en vehículos de altas prestaciones pueden consistir en un tramo de tubo rígido cerca de la pinza, seguido luego por un tubo flexible. Esta solución se adopta porque el tubo rígido proporciona un aislamiento térmico adecuado para proteger la parte flexible contra las altas temperaturas procedentes de la pinza.