Soluciones innovadoras de Brembo para contrarrestar el NVH
Autor: Héctor Chela García, Asistencia técnica en Brembo
La primera función de un sistema de frenos es la de reducir la velocidad y detener un vehículo en movimiento de una forma controlada, estable y eficaz. La segunda función es la de mantener el vehículo inmóvil mientras está parado. El sistema de frenos debe detener el vehículo en la menor distancia posible, independientemente de las condiciones. Por lo tanto, los requisitos de diseño y fabricación son muy exigentes y se deben tener en cuenta distintos parámetros del vehículo, como el peso y las especificaciones de las piezas colindantes.
Una de las principales demandas de los potenciales propietarios de vehículos es el confort durante la conducción. Este factor puede influir decisivamente a la hora de elegir el siguiente vehículo, por lo que es necesario prestar gran atención al tema de los NVH (acrónimo del inglés Noise Vibration Harshness, es decir ruido, vibraciones y dureza). A medida que los motores se vuelven más silenciosos debido a la electrificación de las transmisiones, el NVH gana la atención de todos los fabricantes, que están cada vez más interesados en reducirlo. Sin embargo, para prevenir el NVH es fundamental entender qué es y qué lo causa.
NVH – Las causas y las soluciones
El NVH afecta a la calidad y a la facilidad de conducción, y al confort de los ocupantes del vehículo. Los ejemplos de NVH que suelen producir los sistemas de frenos abarcan desde los molestos chirridos agudos hasta la incómoda sensación causada por la vibración y la dureza.
Para reducir el NVH, durante el diseño de los sistemas de frenos los ingenieros deben considerar factores como los componentes de los sistemas de frenos, pero también los elementos circundantes, además de considerar que estos elementos son variables y que están sujetos a la cantidad de uso o exposición al entorno.
El ruido, las vibraciones y la dureza están estrechamente relacionados entre sí por la forma en que se producen.Cuando un objeto vibra, tiende a hacerlo a una frecuencia determinada o a un conjunto de frecuencias. Si las amplitudes de las vibraciones son lo suficientemente grandes y la frecuencia natural se encuentra dentro del rango de frecuencias audibles por los humanos, entonces el objeto que vibra producirá ondas de sonido audibles. Las vibraciones de baja frecuencia pueden originarse debido a las características naturales del material del disco de freno, cuando éste se expone al calor y está en movimiento, lo que se conoce como “deformación termoelástica”.
NVH, acrónimo del inglés Noise Vibration Harshness, es decir ruido, vibración y dureza.
Existen varias soluciones de diseño para evitar el NVH del disco de freno. Las vibraciones se reducen utilizando hierro fundido con alto contenido en carbono, que tiene una elasticidad diferente, para mejorar la amortiguación y disminuir así los efectos de sacudida.
La superficie del disco de freno debe ser lisa para evitar la vibración de las pastillas al entrar en contacto entre sí.
La forma en que está unido el disco (la tapa hacia la superficie de frenado), también puede influir en el NVH y ha dado como resultado la innovación que se conoce comúnmente como disco de freno de dos piezas. Esta innovación supone un ahorro del 30 % de peso en la masa no suspendida, dado que la tapa se fabrica con materiales más ligeros, y además confiere una mayor flexibilidad a la superficie de frenado, sin crear distorsión en la tapa.
La prevención del NVH va más allá de la simple superficie del disco de freno. De hecho, los diseños de ventilación interna son mucho más complejos debido a las cámaras de ventilación internas, que disipan el calor lo más rápido posible. La forma y distribución de los pilares genera una circulación de aire dentro de la cámara de ventilación, que permite una mayor evacuación del calor y mejora la resistencia a la formación de fisuras hasta en un 40 %. La última generación de discos de freno Brembo se han diseñado con pilares de diferentes geometrías dispuestos con tres anillos a lo largo de la superficie de frenado.
Otras causas de NVH y Brembo las previene todas
Aparte de las sacudidas, el sistema de frenos produce otras clases de ruidos, p. ej., chirridos de baja o alta frecuencia.
Estos ruidos son el resultado de la inestabilidad dinámica que se produce en las frecuencias naturales del sistema de frenos. En general, el deslizamiento de la pastilla contra la superficie de frenado del disco provoca pequeñas fluctuaciones en la propia fuerza de fricción.
A la hora de desarrollar los compuestos hay que tener en cuenta más de 20 características diferentes y al diseñar una pastilla debe de haber un equilibrio entre rendimiento y confort. Los tribólogos de Brembo tienen formas innovadoras de eliminar los ruidos perceptibles por el oído humano, mediante la selección de la materia prima exacta que se debe utilizar, sin comprometer el rendimiento.
Gracias al biselado de la pastilla de freno se mejora el confort en el frenado, eliminando los chirridos y el ruido. Los biseles pueden controlar la forma en que entra en contacto el borde de la pastilla con el freno.
Las ranuras de la pastilla de freno tienen una triple función: en primer lugar, dividen la superficie en dos áreas más pequeñas para reducir la deformación térmica. En segundo lugar, las ranuras rompen el material de fricción en distintas unidades, para cambiar la frecuencia y la amplitud de la sacudida de los frenos, eliminando así la deformación de la placa de soporte metálica. Finalmente, las ranuras facilitan la expulsión de partículas de material de fricción, que proceden de los residuos generados durante el frenado, generados en la superficie de contacto entre la pastilla y el disco.
Los separadores de freno, denominados “brake shims” tienen la capacidad de controlar el ruido de tres formas diferentes:
- Previenen y reducen la transmisión de las fuerzas vibracionales.
- Un separador de freno puede añadir masa a la pastilla de freno, que puede amortiguar vibraciones y oscilaciones en la pastilla y la pinza.
- Un buen separador de freno puede actuar como barrera térmica para garantizar una temperatura homogénea en toda la superficie de la pastilla.
Brembo dispone de un separador multicapa fabricado con una combinación de diferentes capas de metal y caucho, para obtener así el máximo confort.
Un gran reto en la prevención del NVH consiste en minimizar las vibraciones de los componentes cuando están en movimiento. El indeseado NVH se puede generar cuando los componentes comienzan a chocar, en lugar de moverse de manera coordinada entre sí. Esto se evita mediante un muelle, que puede ser un componente metálico, de alambre o de cinta. El muelle elimina el ruido y devuelve las pastillas a la posición de reposo tras el frenado, cuando el retroceso del disco es insuficiente.
A pesar de la gran cantidad de innovaciones para evitar el NVH, es obligatorio seguir aplicando medidas de mantenimiento, debido a la corrosión producida por el deterioro natural de los metales.
Apueste por la seguridad, montando piezas Brembo de primer equipo y visite www.bremboparts.com para obtener más instrucciones de montaje y de mantenimiento.