Coup d'œil sur Les plaquettes et les disques de frein

Convertir l'énergie cinétique en énergie thermique par le biais de la friction - c'est l'essence même du fonctionnement des freins. L'importance des freins d'un véhicule ne peut être surestimée, car ils constituent un élément de sécurité essentiel. Les erreurs de montage sont donc à éviter. Bosch l'a bien compris et organise régulièrement des formations en ligne pour devenir un spécialiste des freins. CarFix y a participé, a réussi avec brio et partage maintenant avec vous les connaissances qu'il a acquises. La première partie du cours traite de la théorie des freins, des plaquettes de frein et des disques de frein; la deuxième partie entre ensuite dans le détail des mesures, des liquides de frein, des scénarios de dommages et des conseils d'installation.

Qu'est-ce que le freinage?

Comme mentionné dans l'introduction, le freinage est tout simplement la conversion de l'énergie cinétique en énergie thermique par le biais de la friction. Du moins, c'est ainsi que fonctionne essentiellement un système de freinage hydraulique. Outre le système de freinage hydraulique, il existe également un freinage par récupération, où l'énergie cinétique est convertie en énergie électrique.

Coefficient de frottement

La force de freinage dépend du coefficient de friction entre le bloc de frein et le disque ainsi qu'entre le pneu et la surface de la route. Le coefficient de frottement entre deux matériaux est déterminé par essais et erreurs. Avec un coefficient de frottement dynamique, la vitesse doit également être prise en compte. Dans la pratique, le coefficient de frottement dynamique est toujours inférieur au coefficient statique.

Le coefficient de frottement statique entre la plaquette et le disque de frein est le rapport entre la force avec laquelle la plaquette est pressée contre le disque de frein et la force de freinage avec laquelle la roue est freinée. Ce facteur est désigné par le terme μ (mu).

 

Le frottement entre le pneu et la surface de la route - l'adhérence - dépend des charges sur les essieux, qui sont dynamiques et ont tendance à baisser lors du freinage. En conséquence, le centre de gravité du véhicule se déplace vers l'essieu avant, ce qui permet d'appliquer des forces de freinage plus importantes sur l'essieu avant.

Stabilité par frottement

Une bonne performance de freinage dépend également du maintien du coefficient de friction dans toutes les conditions.

• Une surchauffe peut entraîner une décoloration ou un blocage de vapeur (pour ce dernier point, voir l'article sur les liquides de frein). Le 'fading', c'est-à-dire quand le liquide de frein bout, réduit les performances de freinage (temporairement) car les températures extrêmes corrodent les matériaux et les liants, ce qui entraîne la formation d'un film lubrifiant entre la plaquette et le disque, empêchant la transmission de la puissance de freinage. En refroidissant, cette couche peut s'user et l'effet de freinage peut être restauré.
• La vitesse a un impact sur le coefficient de frottement dynamique. En pratique, à des vitesses plus élevées, le coefficient de friction des plaquettes de frein moins qualitatives est plus instable, alors que ce coefficient devrait en fait rester stable pendant toute la durée de vie de la plaquette.
• L'humidité entre la plaquette et le disque de frein crée - comme dans le cas du fading (mais là sous l'effet de la chaleur) - un film lubrifiant qui réduit considérablement l'effet de freinage. L'eau doit donc être évacuée rapidement. Les véhicules modernes peuvent déclencher le système de traction, sur la base des données du capteur de pluie, afin de presser légèrement les plaquettes de frein contre le disque de frein de temps en temps afin de fournir un freinage sec.

Convertir l'énergie cinétique en énergie thermique par le biais de la friction - c'est l'essence même du fonctionnement des freins

Garnitures de frein

Depuis la fin du siècle dernier, les fabricants européens ne produisent plus de garnitures de freins contenant de l'amiante. Les garnitures de frein modernes peuvent être divisées en trois groupes:

• Noa: garnitures de freins dans lesquelles l'amiante a été remplacé par des matériaux organiques tels que le caoutchouc, le verre, la résine, etc. Respectueux de l'environnement et silencieux, mais avec une forte émission de poussière. Utilisé principalement sur le marché américain avec ses vitesses maximales relativement basses sur l'autoroute.
• Semi-met et low-met: garnitures de frein à base de métaux (cuivre, acier, etc.). Les versions à faible teneur en métaux n'utilisent plus de cuivre car cette matière première est sous pression. Ces garnitures de frein ont une longue durée de vie et d'excellentes performances de freinage. Il y a cependant un risque de bruit supplémentaire.
• Céramique: les pièces de frein en céramique ont une excellente performance de freinage et une très longue durée de vie. Toutefois, le prix de revient est si élevé qu'ils ne sont utilisés que dans les voitures de sport exclusives.

normalisation

Les pièces de frein destinées au marché secondaire ne sont admises sur le marché européen qu'avec un certificat d'homologation conforme à la norme ECE-R90. Le règlement 90 de la Commission européenne impose des exigences aux pièces de frein en termes de résistance au cisaillement, de résistance à la pression, de sensibilité à la vitesse et de résistance à la température.

Plaquettes de frein

Structure

Un sabot de frein est constitué d'une plaque de base sur laquelle est collé le matériau de la garniture. Le matériau de revêtement (sans plaque de base) a une épaisseur minimale comprise entre 2 mm et 3,7 mm.

Certaines plaquettes de frein comportent une rainure dans le matériau de friction, non seulement pour évacuer la saleté et l'humidité, mais aussi pour éviter que le matériau de la garniture ne se brise si la plaque de base se plie (à cause d'un guide bloqué, par exemple).

Il existe également des plaquettes de frein avec un certain nombre de couches au-dessus de la plaque de base pour éviter le bruit. Il est important qu'aucune graisse ne soit appliquée sur ces couches. Les plaquettes de frein pour étriers flottants peuvent comporter une bande adhésive. Le bloc de frein doit être placé avec le côté de la bande adhésive opposé au côté du piston sur un étrier bien dégraissé. Lors d'une première application du frein, les tolérances peuvent avoir augmenté, ce qui peut provoquer un cliquetis du bloc de frein. La bande adhésive fixera alors le bloc de frein à l'étrier et empêchera le jeu et donc les bruits.

D'autres plaquettes de frein présentent parfois un biseau sur un ou deux côtés. Le bord biseauté sert à faire le contact en premier lors du freinage lorsque la voiture avance. Ce type de plaquette de frein est directionnel dans son placement; une flèche sur les plaquettes indique le sens de rotation.

Certaines plaquettes de frein comportent une plaque métallique (cale) sur la plaquette. Sa forme est telle que la plaquette peut être pressée contre le disque de frein sans vibration.

Des poids peuvent également être ajoutés aux plaquettes de frein. Ceux-ci garantissent que la fréquence de vibration du composant est au-delà de l'audition humaine (20 Hz - 20 KHz).

Disques de frein

Un disque de frein standard - ventilé ou non - est constitué d'une version en acier massif. Pour des raisons de stockage (protection contre la rouille), une couche de graisse est appliquée sur ces disques de frein. Cette couche doit être enlevée avant le montage. Il existe également des disques de frein avec un revêtement en zinc, qui protège le disque de la corrosion pendant le stockage mais aussi pendant l'utilisation. D'autres disques de frein ont été traités avec Alutherm, un traitement anticorrosion similaire au revêtement en zinc, mais plus résistant aux températures élevées.

Composite

Outre les disques de frein en acier, il existe également des disques en matériaux composites (compound). Le centre de ces disques est fabriqué dans un matériau plus léger et est riveté au disque lui-même. Cela permet d'isoler la chaleur des roulements de roue et de réduire le poids non suspendu (grâce à un centre plus léger).

Dans le cas des disques de frein composés - surtout si l'on veut faire une demande de garantie - il faut veiller à ce que la roue ne soit pas tordue sur le disque de frein lorsque le châssis est retiré. En outre, la roue doit également être serrée en trois étapes. Les contraintes du matériau peuvent provoquer des vibrations.

Les pièces de frein destinées au marché secondaire ne sont admises sur le marché européen qu'avec un certificat d'homologation conforme à la norme ECE-R90

Dimensions

Les dimensions du disque de frein dépendent du type de matériau, du poids, de la rugosité de surface, de la rugosité de la pièce de friction, de la tolérance du disque, de l'oscillation et de la variation d'épaisseur.

Refroidissement

Avec les disques de frein ventilés, un refroidissement forcé est obtenu entre les deux surfaces de freinage. Le flux d'air est dirigé vers l'extérieur à partir du centre. Afin de pouvoir installer des disques de frein à gauche et à droite et de préserver la solidité du disque de frein, une grande attention a été accordée à la forme des ponts de liaison.

Pour les freins des véhicules à forte puissance, les disques de frein sont parfois fournis avec une position de montage. Il existe alors une référence distincte pour le côté gauche et le côté droit. La différence est due à la forme des lames ajustées.

Dimension minimale d'usure

La dimension d'usure minimale est également gravée sur le disque de frein. Il ne s'agit pas du minimum du disque de frein, mais de l'usure minimale pour laquelle un nouveau jeu de plaquettes de frein peut encore être monté.