Muy caros pero duran toda una vida: los disco de freno de cerámica

Cuando una nave espacial penetra en la atmósfera terrestre, su capa externa tiene que soportar la alta fricción del aire. Por esta razón, las cápsulas y las lanzaderas están equipadas con protectores térmicos que pueden soportar estas altas temperaturas. Estas baldosas de cerámica se han introducido en la industria del automóvil a través de los discos de freno. Allí también hay un punto en el que se generan regularmente temperaturas muy altas por fricción, los frenos.

¿Qué son los frenos de cerámica?

Por «cerámica» se entienden generalmente los platos que se guardan en el armario de la cocina. No obstante, los materiales cerámicos tienen una gran demanda en la industria. Sobre todo, su efecto aislante contra las averías eléctricas y el calor los convierten en el material preferido bajo condiciones extremas.

Para los frenos se utiliza una cerámica especial: una mezcla de fibras de carbono (el carbono) y carburo de silicio (la cerámica) es ideal para absorber las altas fuerzas de fricción.

Por lo tanto, los frenos cerámicos contienen uno o más componentes de este material. Esto tiene ventajas, pero también desventajas.

Ideal contra la decoloración

Los frenos de un coche funcionan mediante fricción. Un portador de forro se presiona contra un elemento giratorio. En dicho proceso se genera energía de fricción que va contrarrestando la energía de accionamiento. Sin embargo, la fricción genera mucho calor lo que puede ser problemático.

Si el calor de fricción se acerca al punto de fusión del elemento giratorio, es decir, el disco o el tambor, el efecto de frenado disminuye considerablemente. En el caso de unos frenos de tambor obsoletos, esto podría incluso provocar un fallo total.

Aquí se han podido establecer los disco de freno de cerámica y carbono. El material del que están hechos tiene un punto de fusión tan alto que bajo ninguna circunstancia se llega a tal ni siquiera en condiciones extremas. Los discos de freno de cerámica y carbono no solo son ligeros y seguros, prácticamente duran toda la vida si se usan con normalidad. Kilometrajes de 350.000 km y más son bastante habituales.

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Debido a sus propiedades de material, los discos de freno de fundición gris tienden a oxidarse de forma rápida y fuerte. Por lo tanto, estos módulos se basan en el efecto de autolimpieza durante una conducción normal.

Como material no metálico, la cerámica de carbono también es completamente inmune a la sal y a la corrosión. La falta de película de óxido y la abrasión resultante al rozar la capa de corrosión forman parte de la resistencia al desgaste de los discos de freno cerámicos.

La disipación del calor es el mayor reto

Como los discos de freno de cerámica y carbono ya no absorben el calor, calientan aún más los componentes circundantes de un sistema de frenos. Este desarrollo de calor puede llegar a ser tan fuerte que los tubos de freno y los cables de los sensores deben protegerse por aislamientos especialmente desarrollados hechos de fibra cerámica.

Después de todo, ya se han medido valores máximos de hasta 1600 °C en estos módulos. Los discos de freno cerámicos también requieren unos forros diseñados para tales. En general, la sustitución de los discos de freno de acero por discos de freno de cerámica es un reto mucho mayor de lo que se podría pensar.

Ninguna ganga, todavía no

Los discos de freno de fundición gris se fabrican en primer lugar mediante fundición a presión y, a continuación, se tornean a medida. Si algo sale mal, el disco de freno simplemente se vuelve a fundir de nuevo. Por lo tanto, en el proceso de fabricación apenas se produce una pérdida real de material.

Los frenos de discos de cerámica y carbono defectuosos, en cambio, no se puede volver a fundir. Se pueden triturar y utilizar como áridos en la industria de la construcción. Los residuos y materiales residuales, como es habitual en el procesamiento de metales, no se utilizan aquí.

Esta es una de las razones por las que los discos de freno de cerámica de carbono son tan caros. Hablando de números, unos frenos de cerámica puede costar fácilmente 10 000 euros. Tampoco valen la pena para los vehículos de gama media de alta calidad. Por lo tanto, su instalación estándar está reservada para berlinas de lujo, coches superdeportivos, coches de carreras profesionales, transportadores de dinero y vehículos de protección personal.

Sin embargo, la electromovilidad podría causar una propagación masiva de estos componentes. Además de sus buenas propiedades de frenado y su enorme durabilidad, el freno de cerámica y carbono es también extremadamente ligero. Cada gramo que se pueda ahorrar en el vehículo tiene un efecto directo sobre el alcance de un coche eléctrico. Los discos de freno de cerámica y carbono podrían contribuir a la reducción de peso. Pero esto sigue siendo un sueño de futuro.

Uso sensato de los discos de freno de cerámica de carbono

De todo modos, el uso de componentes cerámicos está justificado para vehículos normales. Sin embargo, en lugar de sustituir los discos de fundición gris por componentes de cerámica de carbono, los forros de freno de cerámica son una alternativa sensata.

Los forros de freno cerámicos también están disponibles como accesorios de fabricantes de renombre. Se instalan de la misma manera que los convencionales. Su uso tiene varias ventajas:

Sin embargo, el rendimiento de frenado de los forros de freno cerámicos es comparable al de los componentes convencionales. Quien haya montado llantas bonitas en su coche se hará un gran favor con forros de freno de cerámica. La temida abrasión de los frenos forma habitualmente una película de polvo persistente cuya eliminación cuesta mucho trabajo. En el caso de los forros de freno cerámicos, esta abrasión es mucho menor.

Sin embargo, es sorprendente que se puedan comprar juegos de frenos baratos con pastillas de freno cerámicas. Los precios de los fabricantes para estas variantes de frenos apenas son más caros que los de los juegos de frenos normales. Un juego de frenos de ATE con disco de freno, forros y piezas pequeñas iestá disponible por aprox. 130 euros.

Un precio bastante económico para un producto de calidad de un fabricante establecido. Estos bajos precios realmente hacen que valga la pena considerar esta característica para la próxima revisión del sistema de frenos.

Apostar por la innovación

El desarrollo de los discos de freno también continúa más allá de los enfoques de las aplicaciones cerámicas. El último desarrollo son los discos híbridos: El disco de freno de hierro fundido de probada eficacia está remachado sobre un soporte de aluminio. Los discos de freno híbridos ofrecen el máximo rendimiento cuando se requieren propiedades excepcionales de abrasión y disipación de calor uniformes.

Desafortunadamente, la masa real sigue siendo necesaria en este caso: los sencillos discos de freno de una sola capa apenas se utilizan. Hoy en día, los discos de freno de doble pared, ventilados internamente, en el eje delantero son cada vez más habituales.

Además de las muchas ventajas que ofrecen estos innovadores componentes, como una mejor disipación del calor y un mayor rendimiento, lamentablemente también se produce un aumento de la masa.

Pero esto puede salvarse en otra parte: Allí donde el hierro fundido gris pesado solo aumenta el peso total del vehículo, se utiliza aluminio ligero para los discos de freno híbridos. La pieza de unión entre el anillo de freno y el cubo de la rueda está hecha de metal ligero para discos de freno de alto rendimiento.

Esto es solo una pequeña contribución para reducir de la masa. Sin embargo, dado que los discos de freno son una masa móvil particularmente crítica, cada gramo ahorrado es bienvenido. Un disco de freno más ligero genera menos desequilibrios. y tiene un efecto más suave en la compleja mecánica del eje de dirección.

En términos de calidad, esto no supone ninguna diferencia: en términos de resistencia, el aluminio en la aleación correcta puede compararse con el acero.

¿Por qué no todo el disco de aluminio?

El aluminio no se utiliza como material para el disco de freno completo por dos razones:

El aluminio se funde a 600 °C. Como se ha descrito anteriormente, este metal ligero fallaría después de solo unos pocos procesos de frenado porque pueden superar rápidamente los 1000 °C.

Además, el aluminio no es muy resistente a la abrasión. El desgaste no sería justificable incluso con un método de frenado suave. Por lo tanto, el uso del metal ligero como soporte del anillo de freno sigue siendo la única forme de aprovechar este material en un sistema de frenos.

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