Frenos de disco: Pinzas de freno

Pinzas de freno

Pinzas de freno

También denominadas mordazas, se trata de un armazón habitualmente fabricado en aleación de aluminio o fundición que se encuentra sujeto al puente o mangueta de la rueda, rodeando a las pastillas y al disco de freno. Tiene mecanizado los cilindros donde se disponen los émbolos, así como una entrada para la tubería de presión, el orificio destinado al purgador y, en ocasiones, las canalizaciones por donde circula el líquido de frenos.

Despiece de una pinza de frenos
Despiece de una pinza de frenos

Los émbolos o pistones son los actuadores hidráulicos encargados de transformar la presión existente en el circuito en fuerza mecánica, empleada para empujar a las pastillas contra el disco. En función de las prestaciones y la constitución del sistema de frenado, pueden utilizarse uno o varios émbolos. La utilización de múltiples émbolos permite un reparto más homogéneo de las fuerzas sobre las pastillas de frenos.

Pinza de frenos seccionada
Pinza de frenos seccionada

Los émbolos se fabrican como pistones huecos de acero torneado. Por su parte plana, transforman la presión hidráulica en fuerza lineal, transmitiéndola a la superficie posterior de las pastillas de freno por su base hueca. La ejecución de base hueca permite ejercer la fuerza limitando superficie de contacto, ayudando a evitar el recalentamiento de los émbolos y el líquido de frenos por transmisión de temperatura de las pastillas.

El sello hidráulico se realiza mediante retenes de hermeticidad, alojados en ranuras mecanizadas en el cuerpo de la pinza o los propios émbolos. La flexión y retención de los retenes permite el desplazamiento en avance de los pistones a la vez que los retrae y mantiene en su posición cuando no existe presión hidráulica de trabajo.

Entre el cuerpo de la pinza y el de los émbolos se disponen guardapolvos para evitar la suciedad y la corrosión, asegurando un correcto deslizamiento.

Tipos de montaje

Las pinzas de freno pueden ser de dos tipos: fijas o flotantes. Durante el funcionamiento, en las pinzas fijas se desplazan únicamente los émbolos, en cambio, en las pinzas flotantes también se desplaza parte de la pinza. Según la constitución y principios de funcionamiento del conjunto, se utilizan diferentes sistemas de montaje. Los más empleados en los sistemas de freno de disco son:

Freno de disco con pinza fija

La mordaza se encuentra fija en el cuerpo portante del eje. Interiormente y a cada lado del disco, se disponen uno o más cilindros. Mediante unas ballestas expansibles, se mantienen apretadas las pastillas en la cavidad de la mordaza para evitar su movimiento.

Despiece de un freno de disco con pinza fija
Despiece de un freno de disco con pinza fija

Al accionar el freno, la presión generada llega a través de las canalizaciones hasta los émbolos de accionamiento. La presión desplaza los émbolos interiores y exteriores a la misma vez, apretando las pastillas contra el disco. Durante el desplazamiento de los émbolos se produce la deformación del retén, que recuperará su forma original una vez se libere la presión hidráulica, provocando el retroceso del émbolo. Las pastillas, en cambio, vuelven ayudadas por el tambaleo del disco.

Fases de funcionamiento de un freno de disco con pinza fija
Fases de funcionamiento de un freno de disco con pinza fija

Las características principales de este montaje son:

  • Requiere un espacio relativamente grande para su montaje.
  • Al circular el líquido de frenos dentro de la mordaza y cerca del disco, alcanza temperaturas elevadas, pudiendo formar burbujas.
  • Permite utilizar discos de gran diámetro.
  • Utilizado en vehículos de altas prestaciones o automóviles pesados.
Freno de disco con marco flotante

El marco se halla unido mediante un alojamiento desplazable y unos pasadores a un soporte fijo atornillado al cuerpo portante del eje. En el marco sólo hay un émbolo de accionamiento situado en el lado interior de la rueda.

Despiece de un freno de disco con marco flotante
Despiece de un freno de disco con marco flotante

Al accionar el freno, se desplaza el émbolo apretando la pastilla contra el disco de freno. La fuerza con la que el pistón aprieta genera una fuerza opuesta que desplaza el marco flotante, arrastrando consigo la otra pastilla de freno y apretándola contra el disco. Del mismo modo que con la pinza fija, el retroceso del conjunto se consigue por acción de los retenes del émbolo y el tambaleo del disco.

Gif marco flotante
Fases de funcionamiento de un freno de disco con marco flotante

Las características principales de este montaje son:

  • Menor espacio necesario para su montaje.
  • El líquido de frenos no circula tan cerca del disco, consiguiendo un menor calentamiento del mismo.
  • Idóneo para vehículos de poco peso.
Freno de disco con pinza flotante

Está formado por dos componentes principales, la caja y el soporte. La caja incorpora el cilindro con su émbolo y las pastillas de freno, manteniéndose unida mediante los pasadores al soporte.

Despiece de un freno de disco con pinza flotante
Despiece de un freno de disco con pinza flotante

El funcionamiento es el mismo que en el sistema de marco flotante. El émbolo presiona la pastilla interior contra el disco al accionar el pedal de freno. Mediante la fuerza de reacción, la caja se desplaza y con ella la pastilla exterior hasta presionar el disco de freno. La separación del conjunto se realiza del mismo modo que en los montajes anteriores.

Gif pinza flotante
Fases de funcionamiento de un freno de disco con pinza flotante

Las características principales de este montaje son:

  • La forma de la caja permite una mayor superficie del émbolo y en consecuencia, una mayor fuerza de frenado.
  • Espacio de montaje reducido.
  • Menor calentamiento del líquido de frenos al circular a cierta distancia del disco.
  • Idóneo para turismos y vehículos industriales ligeros.
Freno de disco con pinza oscilante

Está formado por una mordaza alojada alrededor de un perno que hace la función de eje de giro. En la pinza se encuentra el cilindro con el émbolo y las pastillas de freno en forma de cuña.

Constitución de una pinza de freno oscilante
Constitución de una pinza de freno oscilante

Al accionar el freno, la presión hidráulica desplaza al émbolo hasta apretar la pastilla interna contra el disco. A partir de la presión generada, se ejerce una presión sobre el extremo cerrado del cilindro, obligando a la mordaza a oscilar alrededor del perno y empujando a la pastilla externa hasta presionar esta contra el disco.

Gif pinza oscilante
Fases de funcionamiento de un freno de disco con pinza oscilante

Las características principales de este montaje son:

  • Forma compacta y ligera.
  • Menor calentamiento del líquido de frenos.
  • Idóneo para motocicletas.
Pinza con freno de estacionamiento

Se trata de una pinza de freno empleada para el sistema de freno de estacionamiento, pudiendo utilizarse dos configuraciones distintas. En los montajes de pinzas de freno con varios pistones, se emplea una segunda pinza flotante de un único pistón exclusiva para el freno de estacionamiento y, por tanto, accionada mecánicamente. En los montajes con pinza flotante de un único pistón, se incorpora el sistema de accionamiento mecánico para el freno de estacionamiento en el interior del émbolo, utilizando la misma pinza para el freno de servicio (funcionamiento hidráulico) y el freno de estacionamiento (funcionamiento mecánico).

Vista de una pinza de freno de estacionamiento independiente y una pinza de freno flotante que incorpora el sistema mecánico
Vista de una pinza de freno de estacionamiento independiente y una pinza de freno flotante que incorpora el sistema mecánico

El sistema de accionamiento mecánico para el freno de estacionamiento está compuesto principalmente de un cono -6- que se desplaza junto con el émbolo -4-, una tuerca -8- y un muelle de ajuste -9-, encargados del tensado automático del sistema y un husillo -10-, siendo el responsable de desplazar el conjunto al estirar del freno de mano para desplazar las pastillas -2- y bloquear el disco de freno -3-.

Constitución de una pinza de freno flotante que incorpora el sistema de freno de estacionamiento
Constitución de una pinza de freno flotante que incorpora el sistema de freno de estacionamiento

La pinza de freno de este tipo funciona de dos formas distintas:

  • El funcionamiento hidráulico (imagen A) de esta pinza de freno es igual al de cualquier pinza flotante. Al presionar el pedal de freno, la presión hidráulica empuja al cono y este a su vez al émbolo, desplazando la pastilla interior hasta hacer contacto con el disco de freno. La fuerza aplicada provoca el desplazamiento del cuerpo de la pinza, arrastrando consigo la pastilla exterior hasta que también hace contacto con el disco de freno. El retorno del émbolo y del cono a su posición de reposo se realiza por la recuperación del retén de estanqueidad que al recobrar su forma natural retrae levemente el conjunto.
  • El funcionamiento mecánico (imagen B) es producido al accionar el freno de estacionamiento. El cable Bowden actúa sobre la palanca de freno y esta sobre el husillo, haciéndolo girar. El husillo se encuentra fijado axialmente a la pinza, por lo que sólo puede rotar sobre si mismo, transmitiendo su giro a la tuerca de ajuste que transforma el movimiento giratorio en lineal desplazando el cono contra el pistón. El movimiento del émbolo empuja las pastillas contra el disco, produciendo el frenado el vehículo. Al liberar el freno de estacionamiento, el husillo gira en sentido contrario y retrae la tuerca de ajuste, mientras que el émbolo retorna a su posición por la deformación del retén.
Funcionamiento de una pinza de freno flotante con freno de estacionamiento incorporado
Funcionamiento de una pinza de freno flotante con freno de estacionamiento incorporado

La recuperación de juego de desgaste de las pastillas o reajuste de este sistema se realiza de forma automática al accionar el freno de estacionamiento junto con el freno de servicio. El desgaste de la pastilla obliga a que el émbolo salga cada vez más, siendo necesario cubrir esta distancia. Al accionar el freno de estacionamiento con el pedal de freno pisado, el giro del husillo recupera la distancia existente entre el cono y la tuerca de ajuste. Cuando se libera el freno de estacionamiento, el muelle de ajuste presiona la tuerca, evitando que retroceda en exceso al girar el husillo y desplazándose únicamente la distancia preestablecida mediante la dureza del dicho resorte, manteniendo una correcta distancia entre la pastilla y el disco de freno.

Debido a este funcionamiento, cuando se sustituyen las pastillas de freno traseras no es posible hacer retroceder al émbolo aplicando presión, ya que el cono y la tuerca de ajuste bloquean su desplazamiento. Para retraer el émbolo, resulta necesario emplear un útil específico que lo hace girar, logrando la rotación de todo el conjunto interior sobre el husillo y consiguiendo así el espacio necesario para colocar las nuevas pastillas de freno. El sentido de giro correcto para lograr la retracción del conjunto es siempre el contrario al descrito por la palanca para lograr la activación.