1958 BELVEDERE BRAKE (part 1) PISTONS UPDATE

[Guest]

BRAKE PISTONS UPDATE

FOR A 1958 BELVEDERE

PART ONE of THREE [color="red"](testo italiano in fondo)[/color]

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WARNING: working on brake parts is extremely dangerous. Drum shoes' springs are heavily loaded and without appropriate tools and experience it is very easy to injure fingers or hands. Worse, it is possible to lose an eye, as in the case of blowing air compressed into a front cylinder bleeder while watching closely why the piston doesn?t come out. Then the piston shoots out like a rocket, in your eye. There are many unknown dangers. IF YOU ARE NOT an experienced mechanic please DO NOT try this proceeding at home, but bring the car to a mechanic, have the brake cylinders sorted out, then bring them to the machine shop showing this tip, and then bring the modified pistons back to the mechanic for reassembly. The result will be the same and you will remain in one piece. I repeat, working on brake parts is likely to injure you seriously.

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I apologize for bothering the professionals, but I felt I had to give some warning to the younger friends approaching our lifestyle....



(ahem...by the way, all of us have grown our experience out of scratches and wounds....)

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ok, let's start:



As many Chrysler models, the 1958 Plymouth belvedere has a wondrous braking system, called ?the total contact brake?.

If you already know this system you may jump the following paragraph, otherwise a little refresh is necessary to understand my reasons to improve an already excellent drum brake.

In the ?total contact brakes? the brake shoes do not pivot on an axis, as in ordinary brake drum systems, but they rather "slide" in a rail, allowing the shoes to move out and contact the drum surface. Thereby the whole shoes lining touches the drum, giving a powerful braking action.

On the contrary the brake shoes of an ordinary drum brake, pivot on an axis at their bottom and only a portion of their lining touches the drum. That portion is normally only 75% of lining surface.

So, the "total contact brake" is a more powerful braking system.



In order to fully use the "self-energizing" effect, typical of any brake drums,

(NOTE: "self-energizing" happens to the one shoe that is pushed against the drum in the direction of the drum rotation), the pistons of the front wheel ? in a "Total Contact Brake" - are separated and set, on the brake support plate, at 180 degrees.

So both their actions follow the drum rotation.

Maybe the following picture of the RIGHT front wheel explains it better:

(fig.1)



We can see that both the pistons push the shoe according to the forward drum rotation. Therefore both shoes enjoy the self-energizing effect?.but in the forward motion only!

When the car goes in reverse, this system of course has no self-energizing, therefore giving a weaker brake action.



The following is a picture of the RIGHT rear brake:

(fig.2)



the shoes still slide in a rail, but the action is given by a double piston cylinder assembly.

By this way, when the car goes in reverse, the backward shoe enjoys the self-energizing effect, while the the other shoe is only "pushed".

In forward motion, obviously, it is the opposite.



Summing up, our car in forward motion brakes with 6 "self-energized" shoes and 2 "simply pushed" shoes. In reverse motion, it is the opposite.



The problem with any drum brake is that when the rubber dust covers and cups get tired with time, or when in a cold winter the rubber shrinks and/or gets stiffer, the dust generated by your linings will unavoidably find its way past the rubber dust cover, then past the cylinder and past the rubber cup, where it will disrupt the cup surface which keeps the fluid inside the cylinder.

After 1958 a valve was added on the circuit, to keep a residual pressure in the line after the pedal was released, so that the cup could mantain the seal. But Time would overcome this device as well.

Once the seal is disrupted, the brake fluid will find its way out, by seeping under the cup, then under the cylinder and out of the dust cover, from where it drips on the inner bottom of the drum. Once the fluid is on the bottom of the drum, the wheel rotation will bring the fluid all around the linings, impregnating them until the day you push the brake pedal and your car swings violently on one side.

It's rebuilding brake time, and no fun at all. This thing happens to ANY drum brake system. End of the refreshing?



Unfortunately, in our Total Contact Brake there is one weak point: it is the upper front cylinder, since it is working upside down. We can easily understand that its rubber cup is having a hard time in keeping the brake fluid inside. Not only dust and time will make its damages, but Gravity force will sooner or later drive the fluid past the rubber cup and of course onto the inner bottom of the drum.



That's what happened to me more than once, so I decided to do something to help the poor cylinder obliged to work upside down.



My idea to improve the system was simple: to add an O-ring around the piston, so the dust entering the dust cover will not get past the piston and at the same time, any fluid trying to seep down for gravity would be stopped behind the O-ring.

(fig.3)



The above picture shows my first attempt, made on the stock brake piston.



Of course to keep an equal braking force on all shoes, ALL the pistons had to be modified the same way.



See all the stock pistons with the groove and the O-ring in the picture below.

(fig.4)



This system did NOT work perfectly?!



I realized that as the piston pushes the shoe out, the resistance of the shoes spring generates a "sideways force component" that pushes the piston against one side of the cylinder (the upper side, actually). And under that force the piston pivoted on the O-ring, resulting in the piston working tilted (not parallel to cylinder).

As a consequence, the upper corner of the piston was RUBBING against the cylinder.



In the following picture we have a zoom on the scratched corner.

(fig.5)



However, the scratch shown in this picture resulted after ten (10) years of the car used almost everyday, averaging 10 miles a day, in european city traffic (that is a lot of braking action). Moreover, this car was always parked outside, summer and winter, day or night.

It is almost unbelievable that in spite of the scratches, the tilted position, and the shrinking rubber, this O-ring was still holding and the fluid never leaked out of the cylinder.



Recently I had to renew the rear linings of my Belvedere brakes (because of leaking rear axle oil seals the car was swinging very bad on one side, unpredictably)

So I decided to play the smart guy by changing all the brake cylinders, too. But damn! The price for all six of them, including shipping at my door, plus import taxes, plus taxes on the shipping, plus purchase tax, was far too high for my pockets.

Worse yet, I would have got stock pistons and stock rubber cups that, for me, would have started troubles in a couple of cold winters. Mmm?.

I looked back at my old set of brake cylinders. After all they weren't that bad?



So, I cleaned them inside with a simple honing tool , the one used for intake manifolds (see picture below)

(fig.6)



I used the 30 mm diameter size, the softest mesh. This brush fits tightly and gently in the cylinder, and cleans the inside in ten - twenty strokes.

To operate, just push it in the cylinder and stroke in and out (?sorry?) COSTANTLY ten or twenty times. That is enough to clean any rust sposts.



Then I proceeded to improve my previous modification.



This time I would have machined new pistons with TWO O-rings groove instead of one (see picture)

(fig.7)



By this way the piston will work straight when the "sideways force component" will apply.



Moreover, as time and use could develop an accumulation of dirt or cylinder rust, or maybe dinosaurs' shit between the two rubber rings, I have machined three minor grooves, to be filled with silicone grease.

(fig.8)



See the three minor grooves and some silicone grease applied, in the picture above

(I repeat SILICON GREASE,

NOT SILICON FOR GASKETS)



It could be interesting to note that the rubber O-rings do not protrude too much from the piston, just 0,2 millimiters on the diameter (that is 0.050 " approx)

(fig.9)



Note also that the size of the two grooves to be machined depends on the O-ring diameter that you buy.

We have to remember that the rubber ring has to snap tight in the groove, but not too tight or it will become too hard to fit the cylinder.

However, there are charts giving the groove size according to O-rings diameter, that any good machine shop has.



Shown in the picture below there is the modified front piston assembly, ready to install.

(fig.10)



We see the aluminium piston with two O-rings, the rubber cup and spring

(dust covers not shown, see further).



The rubber parts are ordinary 1/8" cup and dust shield obtained from almost any general automotive shop in Milano. A very good and experienced one is Novaricambi, Via Arqu? 22. (tf. 02/28.27.905) Rubber part prices? eur 0,20 each?

These guys have even a website at www.novaricambi.com



As for the dust covers, the guys at Novaricambi supplied a better designed item, a type with a wider and reinforced lip, which is likely to withstand both the high temperature (such as braking on a long mountain slope) and the below zero ?C of a long winter parking in the outside. (hopefully...)

(fig.11)



I hope the picture above is able to show the lip difference: the dark one are the stock dust covers, (with the thin lip supposed to hold the dust out), and the clear one are the new type, (with the wider and thick lip).



Of course, in order to mantain the same friction in all the four brakes, I have done the same job to ALL the cylinders.

Four piston for the front, four pistons for the rear.

Here we see all the sets ready to install.

(fig.12)



The clever machinist capable of making such a marvelous set of pistons is Luca, one of the brother of the machine shop "Rettifica fratelli Negrini" Viale Ortles 80, Milano (tf. 02 - 57.40.93.93). This guy has really a "magic touch" in his hands.



I guess my Belvy brakes will perform spotlessly for the next twentyfive years, now!



This is the End of part one of three. Stay tuned for the rest of the story, because...

"...There are more more things to do on Mopar brakes, Horatio, that are dreamt in your philosophy...."? (mixing Hamlet, with Shakespeare permission)



Feel free to copy and distribute this work to your mopar friends, but please, just remember to quote me as the author.

Thanks?.

Antonio Primavera, Milano, autumn 2006



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[color="red"]versione in italiano dell'autore

del topic

BRAKE PISTONS UPDATE

(aggiornamento pistoncini dei freni)

per una Belvedere del 1958

prima parte di tre[/color]-

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[color="purple"]ATTENZIONE: lavorare sui freni a tamburo ? pericoloso. Le molle delle ganasce sono molto potenti e senza adeguata esprerienza e attrezzi appropriati ? facile ferirsi gravemente dita o mani. Peggio, si pu? anche perdere un occhio, se per esempio si manda aria compressa in un cilindretto e si guarda da vicino perch? il pistoncino non viene fuori. Il pistoncino poi esce come una pallottola, dritto nell'occhio. Ci sono molte situazioni pericolose. SE non siete dei meccanici di professione non fate questo lavoro da soli. ma portate la macchina ad un officina, fatevi smontare i cilindretti e poi portateli in rettifica, mostrando loro come li volete. Dopo fatevi rimontare il tutto dal meccanico. Il risultato sar? uguale e voi sarete ancora tutti interi. Adesso, se vi fate male, non dite che non vi avevo avvertito.

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(I professionisti mi scusino la tiritera, ma ritengo necessario mettere in guardia i pi? giovani che, per esempio, potrebbero non sapere che il cacciavite ? l'attrezzo pi? pericoloso dell'officina. MAI lavorare con un cacciavite puntato verso s? stessi o l'amico che aiuta)



...Poi ? anche vero che se non ci si fa un po' di male non si impara niente?.



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Bon, cominciamo:



Come molti altri modelli del gruppo Chrysler di quegli anni, le Belvedere del 1958 hanno un portentoso sistema frenante, detto "Total Contact Brake" , ovvero freno a contatto totale. Se gi? conoscete tale sistema, potete saltare il seguente paragrafo, altrimenti un breve promemoria ? necessario per capire perch? ho cercato di migliorare un gi? eccellente sistema frenante.

Nel sistema frenante " Total Contact Brake? le ganasce non ruotano su un perno come nei normali freni a tamburo, bens? "scivolano" dentro un binario. In tal modo la ganascia "esce verso l'esterno" fino a contattare la superfice del tamburo. Ne consegue che l'intero rivestimento delle ganasce tocca il tamburo, fornendo una potente azione frenante. Al contrario, con le ganasce che ruotano su di un perno si ottiene che solo una porzione (normalmente il 75% ) del loro rivestimento tocca il tamburo. Pertanto il "Total Contact Brake" ? un sistema frenante molto potente.

Inoltre, allo scopo di sfruttare al massimo l'effetto "autofrenante", che posiede qualunque freno a tamburo, (NOTA: l'effetto "autofrenante" avviene sulla ganascia azionata dal pistoncino nel senso di rotazione del tamburo. In pratica il tamburo ruotando "succhia" la ganascia sotto di s? ) i pistoncini delle ruote anteriori sono separati e posti a 180? in modo che entrambi azionino la rispettiva ganascia nel senso di rotazione del tamburo durante la marcia.normale.



Forse la seguente foto della ruota ANTERIORE DESTRA chiarisce meglio il concetto.

----vedi sopra, figura 1 ----

Possiamo infatti osservare che entrambi i pistoncini azionano la relativa ganascia secondo la direzione della rotazione del tamburo (durante la marcia normale).

Pertanto entrambe le ganasce hanno l'effetto "autofrenante". Tuttavia ci? avviene soltanto durante la marcia in avanti!!! Quando l'auto fa la retro, le due ganasce ovviamente non "autofrenano" e la frenata ? meno potente.



Questa ? una foto del freno POSTERIORE DESTRO:

-----vedi sopra, figura 2 -----

Le ganasce scivolano ancora nel proprio binario ma vengono azionate da un doppio cilindretto (doppio pistoncino).

In tal modo quando l'auto procede in avanti c'? una sola ganascia autofrenante (quella a destra nella foto), mentre l'altra ? solamente spinta. Quando invece l'auto procede in retromarcia, avviene il contrario. Questa soluzione permette di frenare bene anche in retromarcia (le velocit? sono sempre minime)

Riassumendo, quando la nostra Belvy procede in avanti, frena con 6 ganasce autofrenanti e due solo spinte. In retromarcia succede esattamente il contrario.



Il problema comune a tutti i freni a tamburo ? che quando i gommini a tazza (interni ai cilindretti) e le cuffiette parapolvere esterne invecchiano, o quando le temperature invernali li induriscono o addirittura li fanno restringere (anche se di pochi centesimi), la polvere generata dalle stesse ganasce si infiltra sotto i parapolvere, oltrepassa i pistoncini e si infila sotto i gommini a tazza, dove interrompe la loro tenuta al liquido dei freni.

Dopo il 1958 lungo la linea idraulica venne aggiunta una valvola di ritenzione che serviva a mantenere una pressione residua nel circuito anche dopo aver rilasciato il pedale. tale pressione teneva allargati i gommini a tazza e cos? essi potevano avere una buona tenuta anche a pedale rilasciato. Ma il tempo aveva facilmente ragione anche di tale dispositivo.



Una volta che la polvere interrompe la tenuta dei gommini a tazza, il liquido dei freni passa sotto i pistoncini, poi sotto i parapolvere e infine va a gocciolare sulla parte inferiore delle ganasce o dell'interno del tamburo. La rotazione della ruota provvede poi a spalmare il liquido su entrambe le ganasce fino a che un giorno vi capita di frenare a la machina tira violentemente da un lato.

Questo pasticcio succede con qualunque freno a tamburo.



Fine del promemoria?



Sfortunatamente, nel nostro "Total Contact Brake" c'? un punto debole: si tratta del cilindretto superiore delle ruote anteriori, perch? deve lavorare sottosopra. E' facile capire che i suoi gommini non possono trattenere il liquido dei freni al suo interno all'infinito. Non solo la polvere e il tempo faranno il loro danno, ma anche la stesssa forza di Gravit? prima o poi riuscir? a far passare il liquido dei freni oltre i gommini. E naturalmente gi? dentro il tamburo.



Tale inconveniente mi si ? verificato pi? volte, cos? tempo fa decisi di aiutare quel povero cilindretto costretto a lavorare a testa in gi?.

La mia idea per migliorare il sistema era semplice: aggiungere un O-ring al pistoncino. In tal modo la polvere che oltrepassava i parapolvere non avrebbe superato il pistoncino e allo stesso tempo il liquido dei freni attirato dalla forza di gravit? sarebbe stato fermato dietro l'O-ring.

La foto seguente illustra il mio primo tentativo, fatto sui pistoncini originali.

-----vedi sopra, figura 3 -----



Naturalmente per mantere la stessa forza frenante su tutte le ruote TUTTI i pistoncini dovevano essere modificati allo stesso modo.

-----vedi sopra, figura 4 -----

Si possono vedere alcuni pistoncini con la cava per alloggiare l'O-ring ed altri con l'O-ring gi? montato.



Questo sistema NON funzionava bene?.



In seguito ho scoperto che quando il pistoncino spinge la ganascia si genera una componente laterale della forza esercitatat dalla molla di ritorno. Tale componente spinge il pistone contro una sola parete del cilindretto (quella superiore, nel nostro caso) e sotto tale forza il pistone "bascula" sull'O-ring e lavora storto (non parallelo al cilindro).

Pertanto, nel mio caso, un angolo del pistoncino RASCHIAVA contro l'interno del cilindro.



Nella foto che segue c'? una zummata su questo angolo che raschiava.

-----vedi sopra, figura 5 -----



C'? da dire che l'usura illustrata dalla foto si ? prodotta in 10 (dieci) anni di uso quasi quotidiano della Belvy, con una media di 15 km al giorno nel traffico di citt? (quindi con molto uso dei freni). Inoltre l'auto e sempre parcheggiata all'esterno, giorno e notte d'estate o d'inverno.

E' quasi incredibile che nonostante tale usura l'O-ring teneva ancora e i cilindretti non perdevano assolutamente liquido.



Recentemente ho dovuto "risuolare" le ganasce della Belvy perch?, a causa dei paraoli dei semiassi che non tenevano pi?, l'olio del differenziale finiva a volte sul tamburo di sinistra e a volte su quello destro, secondo le curve e l'auto tirava imprevedibilmente di qua o di l? (uno vero spasso). Cos?, visto che avevo i freni a terra ho deciso di fare il furbo e metterci anche tuuti i cilindretti completi nuovi. Ma? Sti' ca***!!! A momenti mi costavano come mezzo rebuild kit per il motore! Per giunta erano i pezzi di serie, il che significava che dopo un paio di anni mi sarei trovato di nuovo al principio di questo paragrafo. ?Affan?



Riguardai i vecchi pistoncini e notai che non erano poi cos? rovinati? Cos? li ho lucidati dentro con una di quelle spazzoline da trapano per lucidare i condotti dei collettori (date un occhiata alla foto)

-----vedi sopra, figura 6 -----

e che costano due euro l'una. Visto che il diametro interno dei cilindretti ? di 28,5 mm, ho usato la spazzola da 30 mm, della mescola pi? morbida. Questa spazzola entra nel cilindretto con un minimo di forza, e lo lucida in un minuto. Basta inserirla nel cilindretto, far girare il trapano a mezza velocit? e spingerla avanti e indietro lentamente (?eh, s?, pi? o meno in quella maniera l??) dieci o venti volte. Ci? ? sufficiente per lucidare il cilindretto in maniera soddisfacente.



Dopodich? ho messo mano alla mia precedente modifica dell'O-ring sui pistoncini.



Questa volta avrei fatto fare al tornio dei pistoncini nuovi con DUE cave per O-ring al posto di una (guardate la foto)

-----vedi sopra, figura 7 -----

In tal modo il pistoncino sarebbe rimasto orizzontale quando la "componente laterale" avrebbe esercitato la sua forza.



Inoltre, dal momento che tra i due O-ring col tempo e l'uso si sarebbe accumulato dello sporco, della ruggine o forse escrementi di dinousauro, ho fatto fare tre solchi meno profondi tra i due O-ring, in modo da riempirli con grasso siliconico per cilindretti. vedi foto

-----vedi sopra, figura 8 -----

(ripeto "GRASSO SILICONICO", NON SILICONE PER GUARNIZIONI. Questo grasso non attacca le guarnizioni di gomma perch? non ? a base di petrolio.)



Pu? essere interessante osservare che l'O-ring non sporge molto dal pistoncino, soltanto mm 0,2 circa. vedi foto

-----vedi sopra, figura 9 -----

Si pu? notare anche che la misura della cava da realizzare sul pistoncino, per alloggiare l'O-ring dipende dallo spessore e dal diametro dell'O-ring che avete a disposizione.

Dobbiamo ricordarci che l'O-ring deve alloggiare stretto sulla cava ma non troppo stretto o diventa troppo duro per entrare nel cilindretto.

Ad ogni modo ci sono delle tabelle che stabiliscono le dimensioni della cava in relazione al tipo di O-ring che si vuole usare, presso tutte le buone rettifiche (o anche nei manuali dei periti meccanici).



La foto a lato -----vedi figura 10 ----- mostra uno dei cilindretti anteriori con i suoi pezzi, pronto da montare.

Vediamo quindi il nuovo pistoncino di alluminio il gommino a tazza e la molletta interna. (I parapolvere non sono illlustrati, vedete pi? avanti)



Il gommino a tazza ? un normale gommino da 1 pollice e 1/8 (28,5 mm) ottenibile da qualunque negozio di ricambi auto. Uno di quelli meglio forniti e soprattutto con personale che capisce al volo quello che cercate ? NOVARICAMBI, via Arqu? 16, Milano, tf 02-28.27.905.

I prezzi ? 1 gommino euro 0,20?



Per quanto riguarda le cuffiette parapolvere, Novaricambi mi ha fornito un modello pi? avanzato: un tipo con un bordino pi? largo e rinforzato, che pu? sostenere con pi? efficacia gli sbalzi di temperature dei freni (dal surriscaldamento sulle lunghe discese alpine a quelle delle notti invernali a meno 12).

Spero che nella foto -----vedi sopra, figura 11 ----- si riesca a vedere la differenza: quelli neri sono i gommini di serie con il bordino sottile: quelli chiari sono quellli nuovi con il bordino pi? largo e pi? spesso.

Naturalmente per mantenere la stessa forza frenante su tutte le ruote, il lavoro ? stato fatto su tutti i pistoncini. Quattro per i quattro cilindretti anteriori e quattro per i due cilindretti posteriori, che sono doppi.



Qui li vediamo tutti pronti per il montaggio.

-----vedi sopra, figura 12 -----

Il bravissimo tornitore/fresatore capace di realizzare questi meravigliosi pistoncini si chiama Luca Negrini, della rettifica F.lli Negrini, viale Ortles 80 Milano, tf 02-57.40.93.93. I fratelli Negrini non sono dei dilettanti. Sono rettificatori da tre generazioni.



Suppongo che i freni della mia Belvy non mi daranno pi? fastidi per i prossimi venti anni?.!



Questa ? la fine della prima parte.



Restate in attesa del seguito della storia, perch?? " ?ci sono pi? cose da fare sui freni Mopar, Orazio, di quante se ne sognino nella tua filosofia?. " (scherzando con l' Amleto, Shakespeare permettendo).



Siate liberi di copiare e distribuire questo lavoro ai vostri amici interessati ma, vi sarei riconoscente se vorrete ricordarvi di citarmi come l'autore?

...Grazie!

Antonio Primavera,

Milano, autunno 2006[/color]

[Guest]

Bravo Sgommatore,

complimenti per il lavoro, sulla macchina e sul computer.

Sono curioso di testare il risultato.