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ya hemos mencionado en notas anteriores de PowerZone, Porsche desde
hace algunos años ha instalado de serie, en su modelo GT2 y
opcionalmente el 911Turbo, su sistema de frenos cerámicos Porsche
Ceramic Composite Brake (PCCB). Este revolucionario sistema de frenos
consta de un disco cerámico perforado, dotado de conductos
de autoventilación internos que veremos en detalle a continuación. |
Aún
cuando los frenos convencionales a disco de fundición
gris y caracterizados por su color plateado proporcionan incomparables
valores de deceleración, hecho que ha quedado probado
en las innumerables pruebas comparativas realizadas por diferentes
entidades independientes, la utilización de un nuevo
material compuesto ofrece una capacidad y una eficacia mayores
y marca un nuevo punto de referencia en el campo de la tecnología
de los frenos.
El rendimiento se establece basándose en criterios de
la máxima importancia, como son la capacidad de respuesta
sobre las superficies secas o húmedas, propiedades “antifading”,
estabilidad en la frenada, el peso del conjunto y la duración
de los discos. Los frenos Porsche PCCB marcan además
una nueva marca en las distancias de frenado, a pesar de que
el sistema PCCB no podrá desplegar su potencial pleno
hasta que la industria no disponga de unos compuestos de caucho
apropiados para las cubiertas y de un ABS específico.
Los expertos en el campo de los sistemas de frenos auguran que
los frenos PCCB ofrecen un futuro prometedor, ya que al margen
de las ventajas ya citadas, permiten su montaje sobre el sistema
previo sin ningún tipo de problemas. Sólo es necesario
sustituir los discos y las pastillas de freno, sin que los pistones,
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el
mecanismo del servo y otros componentes del sistema requieran
modificación alguna.
Un coeficiente de fricción
veinticinco por ciento más alto
El sistema de frenos cerámico proporciona una respuesta
más efectiva y un coeficiente de fricción más
alto (el coeficiente de fricción es de aproximadamente
0,5, lo que representa un incremento en la fase inicial de la
frenada de un 25% con relación a los discos convencionales
de fundición). Esta capacidad adicional marca una clara
ventaja en situaciones críticas. Una frenada de emergencia
con los frenos PCCB no implica la necesidad de ejercer una mayor
presión sobre el pedal de freno ni requiere ningún
otro sistema de asistencia que ayude a generar la máxima
presión de frenado en ambos trenes de rodaje en solo
fracciones de segundo. Los frenos PCCB proporcionan, de inmediato
y sin ningún cambio en el tacto del pedal, la más
alta efectividad de frenado. |
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Excelente
estabilidad "antifading"
La temperatura de operación es un factor determinante
en las distancias de frenado con discos de freno metálicos,
pero no es un elemento prioritario en el caso de los frenos
PCCB. Las pastillas y los discos de freno siempre proporcionan
un óptimo coeficiente de fricción, con independencia
de la temperatura de operación.
En la severa prueba "antifading" de Porsche, que consta
de 25 frenadas consecutivas desde el 90 por ciento de la velocidad
máxima hasta los 100 kilómetros por hora, el coeficiente
de fricción de los frenos cerámicos se mantuvo
en 0,45 después de la undécima frenada. Esta excelente
estabilidad puede ahorrar a un conductor una sorpresa desagradable
al tener que frenar, por ejemplo, desde una velocidad alta hasta
la detención total. A diferencia de los sistemas convencionales
que pierden |
efectividad
a medida que aumenta la temperatura de los discos, que ha de
compensarse con una mayor presión sobre el pedal, los
frenos Porsche están diseñados para desacelerar
desde las más altas velocidades.
En unas condiciones de acción tan exigentes como las
que plantea la mencionada prueba, así como en los descensos
de montaña o en competición, los discos de freno
cerámicos llegan a alcanzar temperaturas de hasta 800
grados, muy por encima de la temperatura de los discos convencionales.
Claro que los cerámicos PCCB se "hornean "
al alto vacío, a más de 1.700 grados y soportan
sin problemas los más elevados niveles de temperatura.
Los discos de fundición, en cambio, se dilatan a alta
temperatura y su superficie se ondula. Estas deformaciones impiden
que las pastillas de freno "apoyen" sobre los discos
en toda la superficie de contacto y, en consecuencia, producen
unas molestas vibraciones en el volante de dirección
al frenar. Estos movimientos pulsantes recortan de forma notable
el confort de conducción ya que transfieren las vibraciones
a todo el tren delantero, provocando una cierta sensación
de desequilibrio. |
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Ventilación
interior: un diseño patentado por Porsche
Los discos cerámicos PCCB son capaces de soportar tan
altas temperaturas debido al bajo peso específico de
su material, que dispersa de un modo más eficaz el calor
acumulado. De todas formas, la temperatura podría aumentar
en determinadas condiciones de frenado hasta superar un valor
crítico para los sensores del ABS o para el líquido
de frenos, para evitar esto los discos cerámicos incorporan
unos conductos de autoventilación envolventes que ofrecen
la máxima eficacia en la ventilación interior
e incorporan agujeros transversales que refuerzan los efectos
de ventilación en las mismas superficies de rozamiento.
Estas perforaciones en las superficies de rozamiento aseguran
además un comportamiento de frenado más efectivo
que los discos convencionales de fundición gris, en especial
sobre superficies húmedas. Esta ventaja se debe en parte
a la alta densidad del compuesto de fibra orgánica que
conforma a las pastillas, por lo que éstas no absorben
tanta humedad como los |
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sistemas
convencionales.
La patente nació del simple objetivo de capitalizar las
leyes físicas en el auténtico sentido de la palabra:
la aplicación de los frenos en una carretera mojada produce
que la humedad acumulada entre el disco y el forro de las pinzas
se evapore de forma instantánea, lo que provoca una fina
capa de vapor de agua entre ambos elementos de fricción,
lo que impide que el freno actúe con la máxima
efectividad. Porsche ha solucionado este problema por medio
de la utilización de discos de frenos perforados. Las
aberturas permiten dispersar inmediatamente el vapor de agua
acumulado de manera que los cilindros puedan transmitir a las
pinzas la plena potencia de fricción. |
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Máximo
control en los discos de freno
Los frenos de las ruedas delanteras cuentan con pinzas de seis
pistones, en tanto que los posteriores utilizan la ya clásica
y efectiva solución de cuatro pistones. Los pistones
son de diferente diámetro para compensar el desgaste
tangencial y oblicuo del material. Un sistema de aislamiento
térmico de nuevo desarrollo asegura que las elevadas
temperaturas que pueden producirse al frenar no sean transmitidas
de algún modo al líquido de frenos.
Este novedoso sistema consta de un elemento termo aislante ubicado
entre las pastillas y los cilindros de freno de cada pinza.
Es una pequeña pieza de cerámica, cuyo factor
de aislamiento es 2,5 veces más alto que el del titanio,
que es el material que se suele utilizar en los sistemas de
freno de los monoplazas de Fórmula 1 para impedir la
transmisión del calor. Las pinzas de aluminio utilizan
el tradicional diseño "Monobloque" de Porsche,
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| con
las pastillas montadas con pernos para prevenir la corrosión
y la línea de conexión o flexible montado en el
exterior para una óptima refrigeración del líquido
de frenos. |
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Un
cincuenta por ciento más ligero
El diámetro de los frenos de disco cerámicos utilizados
en el 911 Turbo es de 350 milímetros. Un disco cerámico
pesa en definitiva alrededor de un 50 por ciento menos, debido
a la menor densidad del material que lo compone, lo que supone
un ahorro de peso del 16,5 Kg. en el tren de rodaje.
Este importante ahorro de peso supone un progreso tecnológico
increíble para el desarrollo de chasis y suspensiones
ya que los ingenieros especializados tienen como uno de sus
principales objetivos la reducción en el peso de las
masas no suspendidas. El sistema de frenos PCCB ofrece excelentes
posibilidades para mejorar el confort de rodaje, el comportamiento
de suspensión de las ruedas y la precisión de
la dirección de un auto de estas características.
Un sofisticado sistema de fabricación.
Comparado con los discos de freno, cuyos procesos de fabricación
y mecanizado consumen nada más que un par de horas, los
nuevos discos de cerámica PCCB requieren un |
| sofisticado
sistema de producción superior a un día. Desde
el principio, se requiere una selección y tratamiento
previo adecuados de la fibra de carbono que se va a utilizar
en el compuesto de la fibra con carburo de silicio. |
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Las
posteriores operaciones de cocción en un horno de alta
temperatura y la silificación en una atmósfera
de alto vacío exigen muchos años de experiencia
en este tipo de producción. Para poder satisfacer las
más exigentes pautas de calidad, Porsche ha seleccionado
un proveedor con más de cien años de experiencia
en el campo de los procesos de horneado de materiales a alta
temperatura: SGL Carbón en la localidad alemana de Meitingen,
cerca de Augsburg. Porsche ha concentrado en esta empresa de
alta tecnología toda la cadena de fabricación
de sus discos PCCB , partiendo de la producción inicial
de la fibra de carbono.
El proceso de producción comienza con una mezcla de una
cantidad exacta de fibra de carbono con polímeros líquidos,
entre ellos resinas, para formar un compuesto tipo pegamento
de fibra de carbono. Posteriormente se realiza una compresión
termal del compuesto dentro de los moldes de los discos que
incluyen los circuitos de ventilación interiores. Con
el endurecimiento del
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polímero,
se consigue un disco de fibra de carbono listo para el tratamiento
posterior.
Los discos son trasladados a continuación a un horno
de pirolisis. Todos los componentes polímeros se transforman
en carbono durante esta cocción que se efectúa
a más de 1.000 grados en una atmósfera de nitrógeno.
Este proceso de fabricación daría como resultado
un disco de fibra de carbono, igual a los que incorpora un auto
de Fórmula 1. |
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La
última operación, muy importante, es la que
marca la diferencia y proporciona un disco cerámico
altamente estable. Requiere una inmensa experiencia en el
tratamiento de los materiales de alta temperatura, ya que
la cantidad de silicio en la fase de silificación en
el horno de alto vacío debe ser exacta, al igual que
la temperatura del proceso, ligeramente por encima de los
1.420 grados, punto de fundición del material. A esta
temperatura el silicio fluye como el agua y es absorbido por
el disco de carbono provisto de las perforaciones transversales,
como si éste fuera una esponja.
Tras el proceso de enfriamiento, el disco de freno es casi
tan duro como el diamante. El grado de dureza del carburo
de silicio sometido al proceso de conversión química
equivale a 9,7, por lo que el material cerámico ofrece
una elevada capacidad de resistencia a los impactos. |
Una
duración superior a la de la vida útil del auto
Los discos de freno cerámicos presentan, debido a su
alto nivel de resistencia y dureza, una resistencia a la abrasión
notablemente superior a los convencionales. Su vida útil
es muy prolongada: en los múltiples ensayos realizados
los discos cerámicos ofrecen una duración similar
a la que puede ofrecer el propio auto, de hasta 300.000 kilómetros.
Otro factor que contribuye a esta durabilidad es la cualidad
anticorrosiva del material compuesto. Los discos cerámicos
son absolutamente inmunes al salitre que se utiliza en los sistemas
de irrigación automáticos para las superficies
nevadas durante el invierno europeo. Tanto el soporte del disco
como los elementos de conexión, por su parte, ofrecen
una duración similar, ya que los ingenieros de Porsche
los han realizado en acero inoxidable, disponiendo de una máxima
vida útil en todos los componentes. Las pastillas de
freno, finalmente, permiten realizar un kilometraje que llega
al doble que el ofrecido por las pastillas convencionales. |
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Historia
en el desarrollo de los frenos Porsche
La empresa Porsche AG es uno de los pocos fabricantes de automóviles
del mundo que no ha cedido el desarrollo de sus sistemas de
freno a la industria auxiliar. Desde hace décadas ha
encarado este importante aspecto de seguridad como una de sus
competencias prioritarias. Sobre la base de la excelencia adquirida
por Porsche en la tecnología de frenos a lo largo de
tantos años, los deportivos de la marca frenan de forma
más rápida, más segura y más efectiva.
El estricto compromiso de utilizar la más alta tecnología
para proporcionar los autos de serie con sistemas de frenos
de la más alta calidad y una óptima efectividad
se remonta al año 1977. Porsche presentó en aquella
época su modelo 911 Turbo como el primer vehículo
de serie equipado con un sistema de frenos desarrollado a partir
de los sistemas utilizados en competición. |
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El
sistema de frenos provenía concretamente del Porsche
917.
Por medio de unas pinzas fijas de freno construidas en aluminio
con cuatro pistones, discos autoventilados y perforados, el
sistema de frenos permitía controlar sin ningún
problema los 300 CV de potencia que entregaba el motor de 3,3
litros del Turbo. De hecho, la potencia de frenado disponible
superaba claramente la capacidad necesaria.
El diseño de pinzas fijas fue desarrollado por Porsche
especialmente para la competición y ofrece, desde hace
mucho tiempo, numerosas ventajas con relación a los sistemas
de frenos utilizados en los vehículos de producción
masiva. |
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Los
frenos deben soportar altas temperaturas
Una efectiva dispersión del calor, utilizando aleaciones
de aluminio de alta resistencia térmica en la carcasa
de las pinzas y sus pistones, así como la incorporación
externa de los conductos del líquido de frenos en la
misma corriente del aire de ventilación. Este diseño
reduce la temperatura del líquido de frenos, lo que a
su vez disminuye el desgaste de las pastillas y prácticamente
elimina la posibilidad de la formación de burbujas en
el fluido de frenos.
La rigidez es máxima, y como consecuencia, las dilataciones
son mínimas, lo que es un requisito ineludible para una
rápida respuesta del freno, un óptimo tacto y
recorrido corto del pedal. Un retroceso homogéneo de
las pastillas de freno asegura una óptima refrigeración
de los discos, evitando así todo tipo de ondulaciones
y rugosidades en las superficies de los discos, así como
cualquier vibración al efectuar una frenada. La ligereza
de todos los elementos del sistema contribuye a la disminución
del peso de las masas no suspendidas, lo que favorece un calibrado
más efectivo de los espirales y amortiguadores. En los
"tests" de estabilidad de frenos los ingenieros de
la marca han comprobado que la temperatura de los discos autoventilados
disminuía alrededor de 40 grados utilizando conductos
envolventes en vez de radiales. Posteriormente lograron reducir
la temperatura otros |
60
grados perforando los discos de forma transversal. Porsche patentaría
los discos autoventilados con conductos envolventes con perforaciones
transversales en 1967.
Desde 1960, Porsche ha registrado más de 300 patentes
a través del desarrollo propio de sistemas de frenos.
Cinco de los puntos tecnológicos más importantes
son los siguientes: |
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1962:
Discos de freno de sujeción al interior de la llanta
Este disco de freno de sujeción al interior de la llanta
fue desarrollado por Porsche y debutó con gran éxito
en el monoplaza Porsche 804 Fórmula 1. Posteriormente
se desarrolló para su utilización en el modelo
de serie 356B 2000 GS. La ventaja más destacable de este
sistema respecto a un disco de freno convencional es su diseño
compacto, que permitía que el vehículo incorporase
discos y pastillas con una superficie entre un 20 y un 25 por
ciento más amplias, sin necesidad de cambio en la medida
de las llantas.
1976: Pinzas
fijas de aluminio de diseño "Monobloque"
El Porsche 935 fue el primer vehículo de competición
que
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| incorporó
pinzas fijas de aluminio de diseño "Monobloque"
con pastillas de freno fijadas mediante pasadores. El entonces
innovador desarrollo ofrecía una rigidez excepcional
de todos sus componentes y una máxima fiabilidad. Esta
fue también la primera vez que se montaron los caños
flexibles del líquido de frenos en la parte exterior
de la pinza con la finalidad de mejorar la refrigeración
del fluido hidráulico. |
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1977:
El primer sistema de frenos de competición en un auto
de serie
Para la presentación del Porsche 911 Turbo de 3,3 litros,
la firma de Stuttgart tomó la decisión de dotarlo
con un sistema de frenos procedente de un prototipo de competición
para equilibrar los 300 CV de potencia del modelo. En ese momento
nació la tradición de equipar a todos los vehículos
Porsche de serie con sistemas de frenos de desarrollo propio.
Los frenos del modelo 911 Turbo eran una evolución del
sistema que utilizó el laureado Porsche 917 , con innovadores
detalles como las pinzas fijas de aluminio y los discos de freno
perforados y autoventilados con conductos envolventes en vez
de radiales.
1982: Frenos
de disco con doble pinza
Este sistema de frenos provisto de doble pinza de aluminio
en cada rueda fue desarrollado especialmente para competición
y fue
una importante contribución para que los Porsche 956/962
|
|
consiguieran
cinco victorias consecutivas en el circuito de
Le Mans. Un disco de freno con dos pinzas fijas de aluminio
duplica la superficie de las pastillas y, en consecuencia, su
duración, siendo los períodos de sustitución
también dos veces más largos. El diseño
técnico de las mordazas fijas de una pieza dotadas de
unas pastillas fijadas mediante varios pasadores constituye
la base para la actual generación de los frenos de mordaza
fija Monobloque incorporados en las series Boxster y 911. |
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| 1996:
Concepto innovador de frenos para la nueva generación
de deportivos Porsche
Toda la experiencia obtenida por Porsche en competición
con sus vehículos 935 y 956/962 en el terreno de los
frenos de pinza fija de aluminio "Monobloque" ha
sido aplicada a los sistemas de freno de la nueva generación
de deportivos de serie, con especial énfasis en los
siguientes puntos:
- Los
pistones de freno tienen diferentes diámetros para
compensar el desgaste oblicuo y tangencial de las pastillas.
- El
diseño "Monobloque" proporciona una extremada
rigidez de todos los componentes.
- La
refrigeración del líquido de frenos en las
pinzas se mejora a través de la utilización
de conductos exteriores enfriados por el flujo de aire.
- La
pinza de una sola pieza ("Monobloque") asegura
una importante reducción de peso.
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| Repasando
estos elementos es que podemos tener una idea del potencial
increíble de frenada, a esta altura legendario, de esta
marca germana. Claro esta que no es de gusto que un Porsche
no solo es amado por su aceleración o su velocidad final,
si no que también es venerado por su alta capacidad dinámica,
en la que el poder de frenado juega un papel importantísimo. |
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