Los Frenos a Tambor

Los frenos de los autos, por lo general, son a disco y/o tambor. Muchos de los autos de los 70 en adelante traen frenos delanteros a disco y traseros a tambor. A pesar de algunas excepciones, antes de esa década la mayoría tenían frenos delanteros y traseros a tambor.

Los frenos a tambor funcionan haciendo rozar con fuerza una zapata, o bien de hierro fundido o de acero recubierta de un material especial de fricción, en lo que llamamos la campana por medio de un cilíndrico que se acciona de forma hidráulica cuando pisamos el pedal de freno expandiendo las zapatas

Veamos como funcionan

El aro exterior de color negro es la campana objeto del frenado, los dos semi-círculos rojos son las zapatas que pueden girar utilizando como centro de rotación los puntos azules inferiores, una leva representada con color azul en la parte superior colocada entre los extremos libres de las zapatas y por último un resorte de color negro, que mantiene a las zapatas apretadas contra la leva.

El mecanismo tal y como se representa en la figura 1 no está ejerciendo ninguna fuerza de frenado sobre el tambor que gira libremente ya que las zapatas están separadas del tambor atraídas por el resorte una a la otra a acercarse, debido a la posición de la leva separadora.

Si a través de algún mecanismo, hacemos girar la leva un cierto ángulo, esta obligará a las zapatas a separarse, venciendo la fuerza del resorte, las que se apretarán con fuerza al tambor en movimiento, frenándolo.

El modo de separar las zapatas puede ser de diferente naturaleza, los mas comunes son:

1. Con la utilización de una leva como en este caso, accionada por cilindro neumático y palanca utilizando aire comprimido.

2. Utilizando una leva accionada por una palanca que a su vez se acciona manualmente a través de un cabe de acero.

3. Utilizando un pequeño cilindro hidráulico de doble pistón colocado directamente entre las zapatas.

4. Utilizando un juego de palancas entre una y otra zapata accionadas manualmente a través de un cable de acero.

En los frenos reales el movimiento de las zapatas es muy pequeño.

El material de rozamiento que recubre en la mayor parte de los casos las zapatas de frenos, es comúnmente un polímero termoestable de tipo fenólico, relleno con fibras de refuerzo y en algunos casos, polvos metálicos o negro de humo para aumentar la conductividad de calor.

Este tipo de freno esta constituido por un tambor, que es el elemento móvil, montado sobre el buje de la rueda por medio de unos tornillos o espárragos y tuercas, del cual recibe movimiento, y un plato de freno, elemento fijo sujeto al puente o la mangueta.
En este plato van instalados los elementos de fricción, llamados ferodos, y los mecanismos de accionamiento para el desplazamiento de las zapatas.

El Tambor

El tambor es la pieza que constituye la parte giratoria del freno y que recibe la casi totalidad del calor desarrollado en el frenado.
Se fabrica en fundición gris con grafito esferoidal, material que se ha impuesto por su elevada resistencia al desgaste y menor costo de fabricación y que absorbe bien el calor producido por el rozamiento en el frenado. Cabe destacar también, para ciertas aplicaciones, las fundiciones aleadas, de gran dureza y capaces de soportar cargas térmicas muy elevadas.

El tambor va torneado interior y exteriormente para obtener un equilibrado dinámico del mismo, con un mecanizado fino en su zona interior o de fricción para facilitar el acoplamiento con los ferodos sin que se produzcan agarrotamientos.
En la zona central lleva practicados unos taladros donde se acoplan los espárragos de sujeción a la rueda y otros orificios que sirven de guía para el centrado de la rueda al buje.
El diámetro de los tambores, según las características del vehículo, esta normalizado según la norma UNE 26 019.

El Plato de Freno

El plato de freno esta constituido por un plato portafrenos o soporte de chapa embutida y troquelada, sobre el que se monta el bombín o bombines de accionamiento hidráulico y las zapatas de freno y demás elementos de fijación y regulación.
Las zapatas se unen por un extremo al bombín y por el otro a un soporte fijo o regulable; a su vez, se mantienen unidas al plato por medio de un sistema elástico de pasador y muelle, que permite un desplazamiento de aproximación al tambor y las mantiene fijas en su desplazamiento axial. El muelle, que une las dos zapatas, permite el retroceso de las mismas a su posición de reposo cuando cesa la fuerza de desplazamiento efectuada por el bombín.

Forma y características de las zapatas

Las zapatas de freno están formadas por dos chapas de acero soldadas en forma de media luna y recubiertas un su zona exterior por los ferodos o forros de freno, que son los encargados de efectuar el frenado por fricción con el tambor.
Los forros de freno se unen a la zapata metálica por medio de remaches embutidos en el material hasta los 3/4 de espesor del forro para que no rocen con el tambor, o bien pegados con colas de contacto. El encolado favorece la amortiguación de vibraciones y, como consecuencia, disminuyen los ruidos que éstas ocasionan durante el frenado.

Tipos de freno de tambor

Según la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado, los frenos de tambor se clasifican en los siguiente tipos:

Freno de tambor Simplex

En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulación y accionadas por medio de un solo bombín de doble pistón. Este tipo de frenos de tambor es de los mas utilizados sobre todo en las ruedas traseras.

Este tipo de freno de tambor se caracteriza por no ser el mas eficaz a la hora de frenar, debido a que las zapatas no apoyan en toda su superficie sobre el tambor, pero destaca por su estabilidad en el coeficiente de rozamiento, es decir, la temperatura que alcanza los frenos en su funcionamiento le afectan menos que a los otros frenos de tambor

Con esta disposición, durante el frenado, una de las zapatas llamada primaria se apoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efectúa una fuerte presión sobre la superficie del tambor. La otra zapata, llamada zapata secundaria, que apoya a favor del giro de la rueda, tiende a ser rechazada por efecto del giro del tambor, lo que hace que la presión de frenado en esta zapata sea inferior a la primaria.

Invirtiendo el sentido de giro, se produce el fenómeno contrario: la zapata primaria se convierte en secundaria y la secundaria en primaria.

Freno de tambor Duplex
En este freno, y con el fin de obtener una mayor fuerza de frenado, se disponen las zapatas en forma que ambas resulten primarias. Para ello se acopla un doble bombín de pistón único e independiente para cada zapata, los cuales reparten por igual las presiones en ambos lados del tambor.

Estos frenos provistos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces pero sensibles a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Presentan la ventaja de que, con su empleo, no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientos del buje.

Freno de tambor Twinplex
Este tipo de freno de tambor es muy similar al Duplex salvo que los puntos de apoyo de las zapatas en vez de ir fijos se montan flotantes. En este freno las dos zapatas son secundarias, pero por un sistema de articulaciones, trabajando en posición flotante, se acoplan al tambor en toda su superficie, evitando el acuñamiento y ejerciendo una presión uniforme sobre el tambor. En un sentido de giro las dos zapatas actuarían como zapatas primarias y en el otro sentido como zapatas secundarias.

Freno de tambor Duo-servo
Está constituido por dos zapatas primarias en serie, con lo cual se aumenta el efecto de autobloqueo. En este freno, una zapata empuja a la otra mediante una biela de acoplamiento. Es un freno altamente eficaz, pero muy sensible a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Se consiguen esfuerzos mas elevados de frenado y las zapatas ejercen en cada sentido de giro igual esfuerzo. Este tipo de freno se emplea mucho en frenos americanos.

Bombines o cilindros de freno de tambor

Estos elementos son los encargados de efectuar el desplazamiento lateral de las zapatas para el frenado del tambor.
Según la finalidad que tienen que cumplir y la clase de freno empleado, se construyen tres tipos principales de bombines:

• Bombín de doble pistón: esta formado por un cilindro (1) con los taladros (8) de amarre al plato portafrenos. En su interior van alojados los pistones (2) en oposición, sobre los que van roscados los tornillos (3) para el apoyo de las zapatas. Las cazoletas de goma (4) hacen de retén para mantener estanco el interior del cilindro y los pistones se mantienen separados por la acción del muelle (5) centrado sobre las dos cazoletas retén (4).
  Por el orificio (A), donde se rosca el latiguillo de freno, tiene lugar la entrada de liquido a presión procedente de las canalizaciones del circuito; en el orificio (B) se monta el purgador (6) que sirve para extraer el aire de las canalizaciones. El conjunto va cerrado con los guardapolvos (7), que evitan la entrada de polvo y suciedad al interior del cilindro.

Bombín de émbolo único: su constitución y funcionamiento es parecido al anterior, lleva un solo émbolo y se utiliza en los sistemas en que las dos zapatas son primarias.

Bombín de cilindros escalonado: también llamado «bombín diferencial» este modelo tiene dos pistones o émbolos de diámetros diferentes. El pistón mas pequeño empujaría a la zapata primaria (la que mas frena) y el de mas diámetro empujaría a la zapata secundaria (la que menos frena).

Sistema de reglaje de los frenos de tambor

El desgaste que se produce en las frenadas como consecuencia del rozamiento de las zapatas contra el tambor, hace que aquellas queden cada vez mas separadas de este en posición de reposo, lo que supone un mayor recorrido muerto en la acción de frenado y el envió de mayor cantidad de liquido desde la bomba. Para solucionar este problema existen unos sistemas de reglaje que pueden ser manuales o automáticos.

Sistema de reglaje manual:

• Sistema Bendix: en este tipo de freno para aproximar las zapatas al tambor cuando se produce el desgaste de los ferodos, se dispone de un sistema mecánico de accionamiento manual, que consiste, en unas levas excéntricas sobre el plato de frenos que limitan el recorrido tope de las zapatas hacia su posición de retroceso. Las excéntricas forman cuerpo con un eje, cuyo extremo posterior sobresale por la parte trasera del plato de freno, resultando así accesible aun con las rueda montada, lo cual supone que la operación de reglaje pueda ser efectuada sin necesidad de desmontar ningún componente.