Υδραυλικό κύκλωμα φρένων

Πληροφορίες για τα [υγρά φρένων] από το Wikipedia


Το υγρό που σας φρενάρει (Auto Express 62, 9/1972)

Τα σύγχρονα φρένα και οι ιδιότητές τους
Οι περισσότεροι από εμάς έχουν δοχεία με μισοχρησιμοποιημένα (ή και αχρησιμοποίητα) υγρά φρένων στο αυτοκίνητο ή στο κουτί με τα διάφορα ανταλλακτικά που πιθανόν να υπάρχουν για το αυτοκίνητό σας. Το πρόβλημα είναι αν τα υγρά αυτά μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν. Είναι κατάλληλα για τα σύγχρονα φρένα ή για φρένα διαφορετικού κατασκευαστή; Πως επηρεάζεται το σύστημα φρένων από τα υγρά αυτά;
sx1.JPG
Ένα τυπικό διάγραμμα σύγχρονων υδραυλικών φρένων φαίνεται στο σχήμα 1. Το πεντάλ σπρώχνει το έμβολο στην αντλία και αυτό προκαλεί ροή μέσω σωλήνων που φτάνουν μέχρι τους κυλίνδρους των θερμουΐτ ή των τακακιών και το πιέζουν επάνω στα τύμπανα ή τους δίσκους αντιστοίχως. Είναι βασικό να υπάρχει πλήρης αρμονία μεταξύ του υγρού και όλων των υλικών που έρχονται σε επαφή μαζί του. Τα υλικά αυτά περιλαμβάνουν αρκετά διαφορετικά μέταλλα, πλαστικά εξαρτήματα (π.χ. το δοχείο υγρών φρένων) και λαστιχένιους σωλήνες και στεγανωτικούς δακτυλίους (τσιμούχες). Εάν κατά την διάρκεια ζωής του υγρού σημειωθεί διάβρωση των μεταλλικών εξαρτημάτων λόγω ακατάλληλου υγρού, αυτό θα οδηγήσει σε φθορά των στεγανωτικών δακτυλίων και τελικά θα προκληθεί διαρροή ή και αχρήστευση των φρένων.
Ένα καλής ποιότητας υγρό φρένων θα προκαλέσει διόγκωση των ελαστικών δακτυλίων (είτε είναι από φυσικό καουτσούκ είτε από συθεντικό) μέσα σε αυστηρά προκαθορισμένα όρια. Οι δακτύλιοι αυτοί πρέπει να λιπαίνονται ικανοποιητικά από το υγρό των φρένων και να μη φθείρονται με την πάροδο του χρόνου. Η ύπαρξη λαδιού ή βενζίνης μέσα στο υγρό, μπορεί να προκαλέσει υπερβολική διόγκωση και συνέχεια, αποσύνθεση του ελαστικού δακτυλίου. Η μόλυνση αυτή του υγρού οφείλεται συνήθως στην χρήση άδειων δοχείων λαδιού που γεμίζονται με υγρό φρένων και χρησιμοποιούνται για να συμπληρώνονται τα υγρά στο δοχείο, όταν κατέβει η στάθμη τους.
Είναι εξαιρετικά σημαντική η ιδιότητα του υγρού φρένων να λιπαίνει ικανοποιητικά όλα τα κινητά μέρη. Διάφορες έρευνες που έχουν γίνει, αποδεικνύουν ότι μέσα στην πόλη ένας οδηγός φρενάρει περίπου 8 με 10 φορές ανά χιλιόμετρο και χρησιμοποιεί το αμπραγιάζ περίπου 6 με 8 φορές ανά χιλιόμετρο. Καλύπτοντας περίπου 10 με 12000 χλμ το χρόνο μέσα στην πόλη, σημαίνει ότι θα χρησιμοποιήσει το αμπραγιάζ του περίπου 60 με 100000 φορές τον χρόνο και περίπου 80 με 120000 φορές τα φρένα του. Επειδή το υγρό φρένων είναι αναπόφευκτα, ίδιο με το υγρό του αμπραγιάζ (όταν το αμπραγιάζ είναι υδραυλικό) είναι φανερό ότι η λιπαντική ικανότητά του πρέπει να είναι μεγάλη. Αν και οι προδιαγραφές SAE J703b είναι διεθνώς παραδεδεγμένες για υγρά φρένων και απαιτούν 85000 φορές χρήση του πεντάλ τους, μερικοί κατασκευαστές φρένων έχουν πολύ αυστηρότερες προδιαγραφές και απαιτούν το λιγότερο 500000 φορές χρήση του πεντάλ, πριν σημειωθεί οποιαδήποτε πτώση απόδοσης.
Το ιξώδες (δηλαδή ο βαθμός ρευστότητας) του υγρού φρένων είναι επίσης σημαντικό. Όπως συμβαίνει με πολλά άλλα υγρά, γίνεται πιο λεπτόρρευστο με την αύξηση της θερμοκρασίας και πιο παχύρρευστο όταν η θερμοκρασία πέφτει. Παρ’ όλα αυτά, το υγρό φρένων πρέπει να λειτουργεί ικανοποιητικά ακόμα και στο μεγαλύτερο κρύο. Σε ορισμένα μέρη της Αμερικής και του Καναδά έχουν σημειωθεί θερμοκρασίες μέχρι -40 βαθμών Κελσίου! Εάν λοιπόν, σε αυτές τις χαμηλές θερμοκρασίες, το υγρό πήξει περισσότερο από όσο πρέπει, σημειώνεται μια έντονη ελάττωση στην «αίσθηση» του πεντάλ και μια τάση των φρένων να «κολλούν» ή και ακόμη, μετά το φρενάρισμα, να μην αφήνουν ελεύθερο τον τροχό. Έχουν γίνει έρευνες που απέδειξαν ότι το ιξώδες ενός συμβατικού υγρού φρένων διπλασιάζεται ή και τριπλασιάζεται με την απορρόφηση 5% νερού, πράγμα που μπορεί να συμβεί μετά από τρία χρόνια ζωής του υγρού (σχ. 2).
sx2.JPG sx3.JPG
Η σπουδαιότερη, όμως, ιδιότητα του υγρού φρένων είναι η αντοχή του και η ικανοποιητική λειτουργία του σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Στο σχ. 3 φαίνεται, διαγραμματικά, ένα δισκόφρενο που δείχνει πόσο κοντά στο υγρό δημιουργείται αυτή η θερμότητα. Επί πλέον, το ποσό αυτής της θερμότητας έχει αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια και πιθανότατα θα συνεχίσει να αυξάνεται καθώς τα αυτοκίνητα γίνονται διαρκώς ταχύτερα. Άλλοι σημαντικοί παράγοντες είναι η ελαττωμένη ροή αέρα για την ψύξη των φρένων λόγω των διαρκώς φαρδύτερων ελαστικών, η αυξανόμενη χρήση αυτομάτων κιβωτίων ταχυτήτων που βασίζονται λιγότερο στο φρενάρισμα της μηχανής και απαιτούν μεγαλύτερη χρήση των φρένων κλπ. Επίσης, ο χώρος του κινητήρα είναι τώρα θερμότερος λόγω ακτινοβολίας και αποβολής θερμότητας από μεγαλύτερους και ισχυρότερους κινητήρες. Ο περιορισμένος χώρος του κινητήρα στα σύγχρονα αυτοκίνητα σημαίνει ότι το δοχείο υγρών φρένων, η αντλία, οι σωληνώσεις και τα θερμουΐτ βρίσκονται πλησιέστερα σε πηγές θερμότητας. Αν η σχέση μεταδόσεως του διαφορικού μειωθεί κατά μισή μονάδα, μπορεί να συντελέσει στην αύξηση της θερμοκρασίας κατά 3 έως 8 βαθμούς Κελσίου στον χώρο του κινητήρα.
Συνεπώς, το σημείο βρασμού του υγρού φρένων έχει αποκτήσει ακόμα μεγαλύτερη σπουδαιότητα. Όσο ψηλότερα βρίσκεται το σημείο αυτό, τόσο μικρότερη τάση για εξαέρωση έχει το υγρό κατά τη διάρκεια της χρήσης των φρένων. Το σημείο τοπικής εξαερώσεως είναι κάτι για το όποιο ο οδηγός προειδοποιείται ελάχιστα ή και καθόλου. το υγρό των φρένων βράζει τοπικά, σχηματίζοντας ατμό που μπορεί να συμπιεστεί. Πατώντας τότε το πεντάλ, μπορεί να φτάσει στο πάτωμα χωρίς κανένα αποτέλεσμα. Φανταστείτε τι θα μπορούσε να συμβεί με αυτές τις συνθήκες σ' ένα αυτοκινητόδρομο ή σ' ένα ορεινό δρόμο γεμάτα στροφές…
Αυτή η τάσι του υγρού να εξαερώνεται, ενισχύεται σημαντικά από το γεγονός ότι τα υγρά των φρένων έχουν την ιδιότητα να απορροφούν υγρασία από την ατμόσφαιρα. Η ιδιότητα αυτή των σύγχρονων συμβατικών υγρών, που βασίζονται σε αιθέρες γλυκόζης και γλυκόλες, είναι γνωστή ως «υγροσκοπικότης» και έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση του σημείου βρασμού και συνεπώς και του σημείου τοπικής εξαερώσεως.
Πειράματα που έγιναν με τη συμμετοχή πολλών αυτοκινήτων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα συμβατικά υγρά φρένων απορροφούν περίπου 2% νερό τον πρώτο χρόνο χρήσεως, 3,5% μετά από δύο χρόνια και σχεδόν 4,5% μετά από τρία χρόνια. Κατά την διάρκεια αυτής της περιόδου, το σημείο βρασμού είχε ελαττωθεί σημαντικά (Σχ. 4). Ανακάλυψαν επίσης ότι η υγροσκοπικότητα του υγρού συμβάλλει πολύ περισσότερο στην ελάττωση του σημείου βρασμού παρά η υγρασία που περνάει από τους στεγανωτικούς δακτυλίους.
sx4.JPG sx5.JPG
Είναι φανερό ότι το σημείο τοπικής εξαερώσεως του υγρού φρένων είναι πολύ μεγαλύτερης σημασίας από το σημείο βρασμού. Χαρακτηριστικά αποτελέσματα δοκιμών του σημείου τοπικής εξαερώσεως σε υγρά φρένων με σημείο βρασμού 400, 500και 550 βαθμούς Φαρενάιτ φαίνονται στο Σχ. 5. Οι καμπύλες δείχνουν ότι η ιδιότητα αυτή του υγρού μειώνεται με τον χρόνο.
Στην Αμερική, έγιναν τεστ με πλήρως εξοπλισμένα αυτοκίνητα που ταξίδεψαν από την μια άκρη της χώρας στην άλλη μετ' επιστροφής και βρήκαν ότι η υψηλότερη θερμοκρασία που σημειώθηκε στα υγρά των φρένων ήταν 275 βαθμοί Φαρενάιτ. Παρόμοια τεστ, που έγιναν από το Εθνικό Γραφείο Προτύπων, έδωσαν αποτελέσματα 290 βαθμών Φαρενάιτ. Στην Ευρώπη θα είχαμε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες λόγω των διαφορετικών συνθηκών οδηγήσεως και των γενικώς μικρότερων φρένων. Έτσι το Σχ. 5 δείχνει ότι με συμβατικά υγρά φρένων που έχουν αρχικό σημείο βρασμού ακόμη και 55 βαθμούς Φαρενάιτ, ο κίνδυνος της τοπικής εξαερώσεως του υγρού υπάρχει μετά από ένα μόλις χρόνο χρησιμοποιήσεώς του. Αυτός ο κίνδυνος είναι ακόμη μεγαλύτερος με υγρά που έχουν χαμηλότερο σημείο βρασμού. Ασφαλώς είναι απόλυτα δικαιολογημένη η σύσταση των κατασκευαστών προς τους οδηγούς να αλλάζουν τελείως τα υγρά των φρένων τους κάθε χρόνο 18.000 χλμ.
Ας δούμε τώρα μερικά πρακτικά θέματα σχετικά με την καθημερινή χρήση των υγρών φρένων και ας προσπαθήσουμε να ξεκαθαρίσουμε κάπως την σύγχυση που επικρατεί σχετικά με τις προδιαγραφές SAE και την ποιότητα των υγρών που αντιπροσωπεύουν. Από την εποχή που η SAE δημοσίευσε τις προδιαγραφές της, το 1946, έχουν γίνει πολλές αλλαγές στις απαιτήσεις των προδιαγραφών, λόγω της προόδου στα συστήματα φρένων και στους τρόπους δοκιμών των υγρών. Πιο κάτω ακολουθεί μια περίληψη για τις απαιτήσεις αυτών των προδιαγραφών της SAE (τα κουτιά έχουν συνήθως ετικέτες με τις προδιαγραφές αυτές).

  • SAE 70R1. Παρουσιάστηκε τον Δεκέμβριο του 1946, ως υγρό βαρέως τύπου, με κατώτατο σημείο βρασμού 300 βαθμ. Φαρενάιτ. Καταργήθηκε τον Σεπτέμβριο του 1967, αν και η παραγωγή υγρών 70R1 είχε ουσιαστικά σταματήσει το 1958, όταν παρουσιάστηκε το 70R3. Υγρά φρένων με παρεμφερείς προδιαγραφές προς το 70R1 χρησιμοποιούνται ακόμα στην Ρωσία, στην Ινδία και στην Άπω Ανατολή.
  • SAE 70R2. Παρουσιάστηκε τον Δεκέμβριο του 1946, ταυτόχρονα με το 70R1, ως υγρό ελαφρού τύπου, με κατώτατο σημείο βρασμού 230 βαθμ. Φαρενάιτ. Καταργήθηκε τον Απρίλιο του 1958.
  • SAE 70R3. Παρουσιάστηκε τον Απρίλιο του 1958 ως υγρό βαρέως τύπου, με κατώτατο σημείο βρασμοί 375 βαθμ. Φαρενάιτ. Καταργήθηκε τον Σεπτέμβριο του 1967.
  • SAE J 1703. Παρουσιάστηκε τον Σεπτέμβριο του 1967. το σημείο βρασμού παρέμεινε στους 375 βαθμ. Φαρενάιτ, αλλά αυξήθηκαν οι απαιτήσεις σταθερότητας. Η τροποποίηση SAE J 1703α παρουσιάστηκε τον Απρίλιο του 1968, η SAE J 1703b τον Ιούλιο του 1970 και η σημερινή SAE J 1703c τον Ιούλιο του 1971. Οι διάφορες αυτές τροποποιήσεις κάλυπταν την εισαγωγή περισσοτέρων δοκιμών για την επίτευξη υγρών υψηλοτέρας ποιότητας, προέβλεπαν πλέον λεπτομερείς μεθόδους δοκιμών κλπ. Εάν το εγχειρίδιο ενός αυτοκινήτου γράφει ότι πρέπει να χρησιμοποιείται υγρό φρένων SAE 70R1 η SAE 70R3, είναι επίσης ασφαλές και ακίνδυνο να χρησιμοποιούνται υγρά SAE J 1703 ή J 1703α ή J 1073b ή J 1703c.

Πολύ συχνά γεννιέται το ερώτημα αν πρέπει να ανακατεύουμε υγρά μιας μάρκας με υγρά άλλης. Οι κατασκευαστές φρένων έχουν χωριστά υγρά που ταιριάζουν με τα φρένα τους και συνεπώς η απάντηση είναι π.χ. υγρά Λόκχηντ για φρένα Λόκχηντ ή υγρό Καστρόλ Γκέρλινγκ για φρένα Γκέρλινγκ. Είναι, βέβαια, σωστό ότι τα διάφορα υγρά που ανταποκρίνονται στις παρούσες προδιαγραφές SΑΕ είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια για μικρό χρονικό διάστημα, άλλα αυτό δεν εγγυάται καθόλου την μακροχρόνια καταλληλότητά τους. Η Γκέρλινγκ, παραδείγματος χάριν, θέτει πολύ αυστηρότερα κατώτατα όρια σε σχέση με τα ελαστικά εξαρτήματα, την οξείδωση, την λιπαντικότητα, την αποθήκευση, το σημείο βρασμού κ.λπ. του υγρού φρένων.
Όλα βέβαια τα υγρά φρένων που ανταποκρίνονται στις προδιαγραφές SΑΕ J 1703c μπορούν να ανακατεύονται χωρίς να αλλοιώνονται διάφορες ιδιότητες τους όπως η χημική σταθερότητα, η σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, τα χαρακτηριστικά χαμηλών θερμοκρασιών κ.λπ. Αλλά το ανακάτεμα αυτό πιθανόν να είναι βλαβερό διότι κάθε κατασκευαστής φρένων και υδραυλικών αμπραγιάζ χρησιμοποιεί διάφορες μεταλλουργικές μεθόδους και διάφορα μίγματα ελαστικού για τα εξαρτήματα των προϊόντων του και η λίπανσή τους πιθανόν να μη γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις του κατασκευαστή, όταν εμείς ανακατεύουμε υγρά διαφορετικών εταιριών.
Λόγω των εξαιρετικά αυστηρών απαιτήσεων που έχουν οι κατασκευαστές φρένων για τα υγρά που χρησιμοποιούνται στα προϊόντα τους για να εξασφαλισθεί η μεγαλύτερη δυνατή ασφάλεια, δεν υπάρχει ένα εντελώς διεθνές υγρό που να ανταποκρίνεται σε όλες τις προδιαγραφές όλων των κατασκευαστών φρένων.
Όταν ο κατασκευαστής του αυτοκινήτου μας έχει τοποθετήσει μικτό σύστημα φρένων (δηλ. χρησιμοποιώντας προϊόντα διαφόρων εταιριών) τότε πρέπει να ακολουθούμε απολύτως τις οδηγίες του και να χρησιμοποιούμε μόνο τα υγρά που προδιαγράφει τα βιβλίο του αυτοκινήτου. Μ’ αυτό τον τρόπο, το σύστημα φρένων του αυτοκινήτου μας θα έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, θα λιπαίνεται όπως προβλέπει ο κατασκευαστής του και συνεπώς και η δική μας ασφάλεια θα είναι μεγαλύτερη.