Υγρά φρένων

Τα υγρά φρένων είναι ένας τύπος υδραυλικού υγρού που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές  υδραυλικών φρένων και υδραυλικού συμπλέκτη, σε αυτοκίνητα, μοτοσικλέτες, ελαφρά φορτηγά και σε κάποια ποδήλατα. Χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν την δύναμη σε πίεση και να πολλαπλασιάζουν τη δύναμη πέδησης. Κάτι τέτοιο έχει εφαρμογή επειδή τα υγρά δεν είναι αισθητά συμπιεστά –στη φυσική τους κατάσταση τα συστατικά των μορίων δεν έχουν εσωτερικά κενά και τα μόρια δένονται καλά μαζί  και έτσι μεγάλες δυνάμεις συμπιέζουν κατευθείαν τους χημικούς δεσμούς των υγρών. 

Τα περισσότερα υγρά φρένων που χρησιμοποιούνται σήμερα έχουν βάση τον γλυκολαιθέρα. Ωστόσο, είναι διαθέσιμα υγρά φρένων με βάση τα ορυκτέλαια (Citroën/Rolls-Royce liquide hydraulique minéral (LHM) και τη σιλικόνη (DOT 5). 

Τα υγρά φρένων πρέπει να συναντούν συγκεκριμένες απαιτήσεις όπως αυτοί προσδιορίζονται από τα διάφορα στάνταρ που έχουν οριστεί από οργανισμούς όπως το SAE, ή άλλες αντίσοιχες των τοπικών κυβερνήσεων. Για παράδειγμα, τα περισσότερα υγρά φρένων που πολούνται στη Β. Αμερική, ταξινομούνται από το Department of Transportation (DOT) που έχει δικές του βαθμολογίες, όπως «DOT 3» και «DOT 4». Οι ταξινομήσεις τους αντικατοπτρίζουν ευρέως τα συμφέροντα που προέρχονται από τους προσδιορισμούς του SAE, αλλά σε ότι αφορά τις τοπικές λεπτομέρειες, η Αλάσκα και οι Αζόρες έχουν να λάβουν υπόψιν, διαφορετικές διακυμάνσεις στην κανονική θερμοκρασία και στην υγρασία. Για παράδειγμα: Πολλές χώρες αναφέρουν ρητά τις προδιαγραφές SAE ή απλά αναφέρονται στην «καλύτερη εξάσκηση» η οποία στην πράξη θα αναφέρεται στα στάνταρ του SAE. Όλα τα εγκεκριμένα υγρά, θα πρέπει να είναι άχρωμα ή να έχουν το χρώμα του κεχριμπαριού για να γίνουν δεκτά για χρήση στο δρόμο των ΗΠΑ, εκτός από το DOT 5τύπου σιλικόνης, το οποίο πρέπει να είναι μωβ.

Χαρακτηριστικά 
Τα υγρά φρένων πρέπει να έχουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και να συναντούν συγκεκριμένα στάνταρ ποιότητας, ώστε το σύστημα φρένων να λειτουργεί κατάλληλα.

Σημείο βρασμού 
Τα υγρά φρένων υποβάλονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, ιδίως στους κυλίνδρους σε φρένα με ταμπούρα και στις δαγκάνες φρένων. Πρέπει να έχουν υψηλό σημείο βρασμού, για να αποφευχθεί η εξάτμισή τους στα σωληνάκια των φρένων. Η εξαέρωση αυτή είναι πρόβλημα επειδή ο ατμός είναι πολύ πιο συμπιέσιμος σε σχέση με τα υγρά και έτσι καταργεί την υδραυλική μεταφορά της πέδησης –και έτσι τα φρένα δεν θα μπορέσουν να σταματήσουν το αμάξι. 

Τα στάνταρ ποιότητας αναφέρονται στα υγρά φρένων ως «υγρά» και «ξηρά» σημεία βρασμού. Το υγρό σημείο βρασμού, το οποίο συνήθως είναι πολύ χαμηλότερο (αν και πάνω από τις περισσότερες κανονικές θερμοκρασίες σέρβις), αναφέρεται στο σημείο βρασμού των υγρών αφού απορροφήσουν μια συγκεκριμένη ποσότητα υγρασίας. Aυτό είναι ένα μικρό ποσοστό (μονοψήφιος αριθμός), που διαφέρει από τύπο σε τύπο. Τα υγρά φρένων γλυκολαιθέρα (DOT 3, 4 και 5,1)είναι υγροσκοπικά (απορροφούν νερό), που σημαίνει ότι απορροφούν υγρασία από την ατμόσφαιρα υπό κανονικά επίπεδα υγρασίας. Τα μη-υγροσκοπικά υγρά (π.χ. DOT 5 σιλικόνης και φόρμουλες με βάση το ορυκτέλαιο), είναι υδροφοβικά, και διατηρούν ένα αποδεκτό σημείο βρασμού κατά τη διάρκεια ζωής των υγρών. 

Τα υγρά με βάση τη σιλικόνη είναι πιο συμπιέσιμα από τα υγρά με βάση τη γλυκόλη, κάτι που δίνει την αίσθηση μαλακού φρένουν. Ενδεχομένως μπορεί να δημιουργηθεί το πρόβλημα διαχωρισμός/συγκέντρωσης νερού και ψύξη/βρασμός στο σύστημα με τον καιρό –είναι ο κύριος λόγος που χρησιμοποιούνται υγροσκοπικά υγρά μονής φάσης.

Ιξώδες 
Για την αξιόπιστη και συνεχής λειτουργία του συστήματος φρένων, τα υγρά θα πρέπει να διατηρούν ένα σταθερό ιξώδες σε μια ευρεία κλίμακα θερμοκρασιών, περιλαμβανομένου και του ακραίου ψύχους. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα συστήματα με σύστημα αντι-μπλοκαρίσματος φρένων (ABS), με σύστημα πρόσφυσης και έλεγχο σταθεροποίησης (ESP), μιας και αυτά τα συστήματα μπορεί να χρησιμοποιούν μια βαλβίδα βασισμένα στη χρονική διάρκεια, αντί στο να μετρούν πίεση ή όγκο για να ελέγχουν την ποσότητα των υγρών που μεταφέρονται.

Διάβρωση 
Τα υγρά φρένων δεν πρέπει να διαβρώνουν τα μέταλα τα οποία τα περιβάλουν, όπως δαγκάνες, κύλινδροι φρένων, αντλίες φρένων και βαλβίδες ελέγχου ABS.  Πρέπει να προστατεύουν επίσης ενάντι στη διάβρωση όταν η υγρασία εισβάλλει στο σύστημα. Για να γίνει αυτό εφικτό, τοποθετούνται πρόσθετα (αντισκοριακά) στα υγρά. Η σιλικόνη είναι λιγότερο όξινη στη βαφή σε αντίθεση με τα υγρά βάσης γλυκολαιθέρα. 
Το πλεονέκτημα με τα υγρά με βάση το ορυκτέλαιο της Citroen LHM, είναι η απουσία της διάβρωσης. Τα λαστιχάκια μπορεί να φθαρούν με τα πολλά χιλιόμετρα, αλλά αν μη τι άλλο, αυτά τα συστήματα έχουν εξαιρετική μακροζωία. Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντικαταστάτης χωρίς να αλλαχτούν τα λαστιχάκια λόγο ασυμβατότητας.

Συμπίεση 
Τα υγρά φρένων πρέπει να διατηρούν χαμηλό επίπεδο συμπίεσης, ακόμα και στις εναλλαγές θερμοκρασίας σε διάφορες καταστάσεις περιβάλλοντος. Κάτι τέτοιο είναι σημαντικό, ώστε να διατηρηθεί διαρκή αίσθηση φρεναρίσματος στο πετάλ. Καθώς η συμπιεσιμότητα αυξάνεται, είναι απαραίτητη η μεγαλύτερη διαδρομή του πετάλ για να διατηρηθεί η ίδια πίεση στο πιστόνι της δαγκάνας του φρένου.

Σέρβις και συντήρηση 
Οι περισσότεροι επαγγελματίες μηχανικοί, συμφωνούν ότι τα υγρά με βάση τη γλυκόλη (DOT3, DOT4 DOT 5.1) θα πρέπει να αλλάζονται κάθε 1-2 χρόνια υπό  μη-αγωνιστικές συνθήκες. Πολλοί κατασκευαστές απαιτούν επίσης περιοδικές αλλαγές των υγρών ώστε να σιγουρέψουν την αξιοπιστία και την ασφάλεια. Μόλις τοποθετηθούν τα υγρά, η υγρασία εισχωρεί μέσα τους μέσο των σωλήνων και των λαστιχένιων στεγανών και τελικά τα υγρά θα πρέπει να αντικατασταθούν όταν το περιεχόμενο του νερού γίνει αρκετά υψηλό. Στο εμπόριο διατείθενται ηλεκτρονικοί μετρητές και τανίες ελέγχου για να μετρηθεί το περιεχόμενο της υγρασίας. Ωστόσο, οι ταινίες ελέγχου ανακλήθηκαν από την αγορά, επειδή απορροφούν υγρασία από τον αέρα πριν καν χρησιμοποιηθούν. Τα αντι-διαβρωτικά επίσης καταστρέφονται με τον καιρό. Οι κατεστραμένοι αντι-διαβρωτές προκαλούν διάβρωση στο σύστημα φρένων. Το πρώτο μέτταλο που διαβρώνεται είναι ο χαλκός. Μπορείτε να βρείτε πότε είναι η στιγμή να αλλάξετε τα υγρά φρένων, όταν τα ιόντα του χαλκού φτάσουν τα 200 ppm. Τα καινούρια υγρά φρένων θα πρέπει να αποθηκεύονται πάντα σε ένα σφραγισμένο δοχείο ώστε να αποφεύγεται η εισροή υγρασίας. 

Τα υγρά DOT 5 έχουν βάση τη σιλικόνη και τα παραπάνω δεν ισχύουν. Στην καλύτερη περίπτωση τα υγρά σιλικόνης θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συστήματα μη-ABS τα οποία δεν είχαν πριν υγρά γλυκόλης. Οποιοδήποτε σύστημα έχει προηγουμένος χρησιμοποιήσει υγρά με βάση τη γλυκόλη θα περιέχει υγρασία. Τα υγρά γλυκόλης διασκορπίζουν την υγρασία μέσα στο σύστημα και περιέχουν αντι-διαβρωτικά. Τα υγρά σιλικόνης δεν επιτρέπουν στην υγρασία να εισέλθει στο σύστημα, αλλά δε σκορπά την ήδη υπάρχουσα. Ένα σύστημα το οποίο γεμίστηκε με υγρά σιλικόνης από την αρχή, δεν απαιτεί να αλλάζονται τα υγρά κατά διαστήματα, παρά μόνο όταν το σύστημα έχει ανοιχτεί για επισκευή ή αντικατάσταση. Ο στρατός των ΗΠΑ έχει ως στάνταρ του τα υγρά σιλικόνης από το 1990. Τα υγρά σιλικόνης χρησιμοποιούνται εκτενώς σε ψυχρά κλίματα, ιδίως στη Ρωσία και τη Φινλανδία. 

Μια μικρή πτώση της στάθμη των υγρών φρένων στο δοχείο τους μπορεί να ξαναγεμιστεί, αλλά αν η στάθμη πέφτει διαρκώς, θα πρέπει να βρεθεί η αιτία και να επισκευαστεί. Η στάθμη των υγρών φρένων στο δοχείο τους θα πέσει καθώς το υλικό τριβής (τακάκια ή σιαγόνες) φθείρεται και οι δαγκάνες ή τα κυλινδράκια ανοίγουν περισσότερο για να καλύψουν το κενό. Το χύσιμο των υγρών που προκαλείται από το σπρώξιμο των πιστονιών της δαγκάνας πίσω, πρέπει να αποφεύγεται, επειδή τα υγρά γλυκόλης θα διαβρώσουν πολύ γρήγορα τη μπογιά με την οποία θα έρθουν σε επαφή (μπορούν να αφαιρεθούν γρήγορα πλένοντας με νερό και όχι σκουπίζοντας). Η στάθμη των υγρών φρένων μπορεί να είναι χαμηλή λόγο διαρροής, που μπορεί να συντελέσει σε απώλεια υδραυλικής πίεσης και κατά συνέπεια σε απώλεια ικανότητας πέδησης. Τα μοντέρνα αυτοκίνητα έχουν πολλαπλά υδραυλικά κυκλώματα (δύο χωριστά κυκλώματα) ώστε να προλάβουν την πλήρη υδραυλική απώλεια. 

Υγρά φρένων με διαφορετικούς βαθμούς DOT δεν μπορούν πάντα να ανακατευτούν. Πρέπει να είναι του ίδιου τύπου και τουλάχιστον της ίδιας βαθμίδας. Το DOT 5.1 μπορεί να αντικαταστήσει τα DOT 4 και 3, το DOT 4 μπορεί να αντικαταστήσει το DOT 3. Το DOT 5 δεν πρέπει να ανακατευτεί με κανένα από αυτά, μιας και η ανάμιξη της γλυκόλης με τη σιλικόνη μπορεί να προκαλέσει διάβρωση λόγο της παγιδευμένης υγρασίας. 

Τα υγρά φρένων είναι τοξικά και εύφλεκτα και μπορούν να κάνουν ζημιά σε βαμμένες επιφάνειες.

Μηχανολογία