Tudo sobre discos de freio bipartidos: Vantagens, desgaste e substituição

Desde a introdução do sistema de freio a disco no automóvel, o disco a freio é uma parte muito importante na engenharia automotiva. Juntamente com a pastilha de freio, o disco do freio forma um conjunto de fricção resistente a desgaste e deve suportar cargas extremamente elevadas.

As seguintes informações técnicas e dicas práticas foram elaboradas pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas neste web site apenas devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

Discos do freio de duas peças

Os veículos mais pesados ou mais potentes necessitam de um sistema de frenagem de maior dimensão. Nesses casos, os discos do freio possuem um diâmetro maior, assim como uma maior espessura do material do cubo do disco do freio. Esse tipo de discos do freio é suscetível a desvios como, por exemplo, diferenças de espessura, deslocamento axial e blindagem, quando expostos a elevada carga térmica. Para esse caso, os discos do freio de duas peças (também designados por discos de freio compostos) oferecem inúmeras vantagens. Ao usar diferentes materiais, o fluxo térmico é desacoplado do cubo da roda.

Material e estrutura

Durante a frenagem, os discos de freio são expostos a elevadas cargas mecânicas e têm que resistir a elevadíssimas forças de pressão e de tração, bem como a forças centrífugas e cargas térmicas. Para obter os melhores resultados em todas as situações de frenagem, a composição do material do disco de freio deve estar adaptada ao sistema de frenagem.

Ponto de união com rebites em aço inoxidável

Consoante o tipo de veículo e o campo de aplicação, na produção em série são maioritariamente usados discos de freio com grafite lamelar (p. ex. ferro fundido GG 15). As propriedades do ferro fundido podem ser melhoradas através da adição dos mais variados materiais. Molibdênio e crômio melhoram a resistência à ruptura térmica e a resistência ao desgaste da liga. A capacidade de absorção térmica é melhorada através do aumento de teor de carbono. Os discos de freio de duas peças HELLA são compostos por um cubo do disco de freio em alumínio e por um anel de fricção com elevado teor de carbono em ferro fundido. Os dois componentes são fixados, nos pontos de união, por rebites em aço inoxidável, de modo a garantir a transmissão de torques relativamente elevados e para permitir a dilatação axial do anel de fricção durante o aquecimento, independente do cubo do disco. Dessa forma são minimizadas tensões térmicas e reduzidas fissuras térmicas na área de transição entre o anel de fricção e o cubo do disco.

Através do uso de alumínio no cubo do disco de freio, o peso do disco de freio é reduzido em até 20%.

Vantagens

Além da redução do peso, esses discos de freio têm ainda as seguintes vantagens:

Redução do consumo do combustível e consequente redução comprovada das emissões de CO2
Características de condutividade térmica melhoradas reduzem deformações térmicas e minimizam vibrações durante a frenagem
Elevada capacidade de carga
Redução dos ruídos ou vibrações graças ao "desacoplamento" entre o anel de fricção e o cubo do disco
Melhoria das características de condução através da redução da massa do sistema de frenagem que não é suportada pela suspensão

Através de uma construção personalizada é, assim, possível aumentar substancialmente a performance de um disco de freio.

Desvantagens

A única desvantagem é o complexo processo de fabricação, que se deve aos vários métodos e processos de ligação dos mais variados materiais.

Canais de resfriamento radiais de um disco de freio com ventilação interna

Durante o processo de frenagem, a energia de movimento é transformada em energia térmica através da fricção. Até 90% dessa energia transformada é absorvida pelo disco de freio e transmitida para o ar ambiente. Em condições extremas, os discos de roda podem atingir temperaturas de até 700 °C.

Além das cargas físicas, os discos de freio são expostos a influências ambientais, sujeira, água e sal. Todos esses fatores devem ser considerados pelo fabricante dos discos de freio durante a fase de desenvolvimento e de fabricação.

Os discos de freio de duas peças são ventilados internamente. Sua massa maior lhes confere uma melhor capacidade de absorção térmica e arrefecem mais rapidamente pelos canais ventilados. Esses canais radiais estão situados entre os dois anéis de fricção. Através da rotação do disco de freio é criado um efeito de ventilador, que gera uma corrente de ar contínua que percorre o disco de freio. Além disso, os discos de freio de duas peças podem ser munidos de ranhuras ou furos axiais. A abrasão do freio, a água e a sujeira são coletadas pelos entalhes ou ranhuras e eliminadas através dos movimentos giratórios. Os furos axiais aumentam a dissipação do calor, mas têm um efeito de autolimpeza muito reduzido porque o material de abrasão do freio se pode acumular nos furos.

Diferentes variantes

Disco de freio composto BMW com cubo do disco em alumínio rebitado

Disco de freio Mercedes Benz com cubo do disco em chapa de aço dentada

Discos de freio de duas peças BMW e Mercedes

Consoante o fabricante, os discos de freio de duas peças podem variar no que diz respeito ao design, composição do material e método de ligamento. A ligação entre o cubo do disco em alumínio e o anel de fricção em ferro fundido também pode variar substancialmente por fabricante. Nesse caso podem ser usados métodos especiais de fundição, colagem ou de prensagem e ligações mecânicas com rebites, grampos, pernos ou parafusos.

A Mercedes Benz usa, em alguns modelos automóveis, discos de freio compostos, com um cubo do disco em chapa de aço e um anel de fricção em ferro fundido. Os dois componentes são unidos por prensagem, através de uma construção ou denteação especial. O perfil dentado na superfície externa do cubo do disco de freio engrena, para a transmissão do torque, em um perfil dentado complementar no anel de fricção. O cubo do disco de freio em chapa de aço possui uma espessura de somente 2,5 milímetros. Um cubo do disco de freio convencional possui normalmente uma espessura de 7,5 até 9 milímetros.

Discos de freio para o automobilismo

Por razões de custos, os discos de freio de várias peças em cerâmica ou carbono somente são usados no automobilismo ou em veículos de gama alta. Além do reduzido peso, da longa vida útil e do bom tempo de resposta, outra vantagem é o reduzido comportamento de fadiga. Porém, devido à menor capacidade de dissipação do calor, esses discos de freio necessitam de pastilhas de freio especiais que compensem essa "falha".

Desgaste e controle

Controle do empenamento do disco com um relógio comparador

Indicação da espessura mínima no bordo do disco de freio

Controlar o estado do disco de freio composto

Devido às elevadas cargas mecânicas e térmicas, o estado do disco de freio composto, tal como nos discos de freio convencionais de uma peça, deve ser controlado regularmente no âmbito das inspeções predefinidas pelo fabricante. O limite de desgaste do disco de freio é definido, pelo fabricante, com base na espessura mínima do anel de fricção. Esse valor é indicado ou gravado em milímetros, no bordo externo ou no cubo do disco de freio.

Adicionalmente também podem ser realizados os controles em vigor para os discos de freio como, por exemplo, a verificação da concentricidade (empenamento do disco) e a verificação da diferença de espessura (discos com espessuras diferentes) do disco de freio. As respectivas tolerâncias são definidas pelo respectivo fabricante do veículo e têm que ser obrigatoriamente respeitadas.

Avisos de manutenção

Superfície de contato preparada no cubo da roda

Para assegurar um funcionamento perfeito do sistema de frenagem são recomendados os seguintes avisos:

Substituir os discos de freio sempre aos pares
Montar discos de freio novos sempre com pastilhas de freio novas
A superfície de contato do cubo da roda deve estar plana, limpa e livre de rebarbas, ferrugem e danos
Em discos de freio com ventilação interna, controlar event. o sentido de rotação
Observar o torque de aperto indicado
Uma vez que os discos e pastilhas de freio se devem primeiramente adaptar, o sistema de frenagem deve ser sujeito a um amaciamento moderado. Prestar atenção aos avisos de amaciamento dos fabricantes de veículos
Prestar atenção aos folhetos informativos e aos avisos de reparo e de segurança dos fabricantes do veículo
Os trabalhos de reparo no sistema de frenagem somente devem ser realizados por pessoal devidamente treinado

Não ajuda em nada

Muito útil

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