Com va frenar la gent fa mil anys? L'evolució del sistema de fre
Es diu que fa mil anys, quan els antics conduïen carruatges tirats per cavalls, es basaven essencialment en l'esforç manual per a tot: bombejaven per repostar, tiraven per girar, tocaven amb la boca i frenaven amb les cames, bé, el potes de cavall. Finalment, després d'innombrables lliçons apreses a través de la sang i les llàgrimes, la gent es va adonar que quan baixava, confiar únicament en les potes del cavall no només desgastava el cavall sinó que posava en perill el conductor.
Així, va néixer el primer sistema de fre. La gent utilitzava una peça de fusta com a pastilla de fre per crear fricció amb la roda, proporcionant força de frenada. Tot i que de vegades la llenya fumava quan s'aplicaven els frens, n'hi havia prou per als vagons de moviment lent. De fet, encara avui es poden veure sistemes de frens amb estructures similars. Els frens de llanda de la bicicleta, per exemple, han evolucionat des de la mòlta de la superfície del pneumàtic fins a la mòlta de la llanda de la roda, però el principi segueix sent similar.
Des que la màquina de vapor va sorgir al segle XVIII, la potència dels vehicles va passar de l'home i l'animal a la màquina, i les velocitats van augmentar, però els sistemes de frenada van veure pocs canvis. A principis del segle XX, tant si es tractava d'un carruatge de cavalls, d'un tren o d'un automòbil primerenc, el sistema de frens funcionava de manera similar als que s'utilitzaven amb carruatges anteriors. El resultat? Fins i tot en terreny pla, els accidents encara es van produir. Afortunadament, l'any 1900, un geni anomenat Wilhelm Maybach va dissenyar el primer fre de tambor d'automòbil. Et sona familiar? Encara avui, alguns camions i turismes de gamma baixa encara fan servir frens de tambor.
Casualment, només dos anys més tard, l'any 1902, un altre geni, Frederick William Lanchester, va dissenyar el primer fre de disc, que és el sistema de frenada utilitzat en més del 80% dels cotxes actuals, inclòs el Xiaomi SU7. Podríeu pensar que els frens de disc van sorgir molt més tard que els de tambor, però no és així. Els frens de disc tenen requisits més elevats per als materials de pastilles de fre. Els primers discs estaven fets de ferro i coixinets de coure, que es van desgastar ràpidament. Imagina't sortir en un viatge familiar amb aperitius, cervesa, cartes i tres jocs de pastilles de fre, decebedor, oi? Per tant, a causa de les limitacions en la tecnologia dels materials, els frens de disc no es van popularitzar.
Els frens de tambor, però, també tenen els seus problemes. El seu disseny limita inherentment la dissipació de la calor, fent-los propensos a la decadència tèrmica. Això segueix sent cert fins i tot per als frens de tambor moderns. Però a mesura que millorava la tecnologia dels materials, els frens de disc van començar a cridar l'atenció de nou. Les primeres pastilles de fre estaven fetes d'amiant, però l'amiant tenia un defecte fatal: no era respectuós amb el medi ambient. Les fibres d'amiant pel desgast es podrien inhalar i causar danys pulmonars irreversibles, per això ja no s'utilitzen les teules d'amiant, una vegada habituals a la meva infantesa. A més, l'amiant és un mal conductor de la calor, per la qual cosa era difícil refredar-se després de la fricció de la frenada.
Més tard, es van desenvolupar pastilles de fre semimetàl·liques, substituint l'amiant per llana d'acer per augmentar la duresa. Però ara la conducció de calor era massa bona. La temperatura va augmentar ràpidament i el sistema de fre es va mantenir calent, fent que les peces de cautxú, com ara segells i mànegues, envellissin més ràpidament. Les altes temperatures també van vaporitzar l'aigua del líquid de fre, fent que els frens se sentissin suaus. A més, la fricció metall sobre metall va provocar soroll a baixes velocitats i els frens s'oxiden fàcilment quan plovia.
A causa d'aquests inconvenients, es va desenvolupar una nova generació de pastilles de fre: materials poc metàl·lics. Com el seu nom indica, aquests coixinets tenien menys contingut de metall. Tot i que no eren tan duradores, el seu rendiment de frenada era millor que les pastilles semimetàl·liques i eren més silencioses, sovint s'utilitzaven en cotxes que prioritzen la comoditat. Finalment, van sorgir pastilles de fre a base de ceràmica, utilitzant fibres ceràmiques per reforçar-les. Aquests coixinets de gamma alta són resistents a la calor, oferint una fricció estable i un soroll reduït. A més, com que no tenen metall, no deixen pols de frens difícil de netejar a les rodes. L'inconvenient? Són cars.
Però els frens de ceràmica ni tan sols són els més cars. Hi ha una opció encara de nivell superior: frens basats en carboni. Es presenten en dues varietats: carboni-ceràmica i carboni-carboni. Un és un compost de carboni i fibres ceràmiques, mentre que l'altre està fet totalment de carboni. Tots dos ofereixen una excel·lent conductivitat tèrmica, resistència a altes temperatures, una forta força de frenada i un pes lleuger, cosa que els fa més duradors. És per això que els frens basats en carboni es troben normalment en cotxes de carreres, esportius de gamma alta i avions. Per als conductors quotidians, però, no són realment rellevants a causa del cost.
Després de tota aquesta discussió sobre els frens de disc, potser us preguntareu si els frens de tambor encara tenen possibilitats de tornar. La resposta és no, simplement estan superats. Els frens de tambor són pesats, tenen una mala dissipació de la calor i són menys efectius per proporcionar una frenada ràpida i contínua. Tampoc són compatibles amb la tecnologia moderna com l'ABS. Dit això, els frens de tambor tenen els seus punts forts. Un avantatge és la seva forta força de frenada. De les dues sabates de fre, una segueix la rotació del tambor de fre mentre l'altra va en contra. En frenar, la sabata que es mou en contra de la rotació crea un efecte d'autofrenada, apretant el fre a mesura que prems amb més força. Aquest és un avantatge estructural. Els frens de tambor també són rendibles, ja que el seu disseny no ha requerit canvis significatius en els últims anys. A part de les actualitzacions dels materials de fricció, s'han mantingut relativament barats de produir.
