L'impianto frenante

Buona domenica a tutti!

Dopo sospensioni e pneumatici, per completare la panoramica sul gruppo ruota, parliamo di un impianto molto importante presente anch’esso su tutte le vetture : l’impianto frenante.

Esso  è utilizzato per ridurre in modo più o meno graduale ed in spazi ragionevolmente contenuti  la velocità dell’autoveicolo e di tenere questo fermo durante le soste.

In base a queste due funzioni a bordo veicoli sono presenti due impianti differenti:

•  quello di frenatura di servizio

•  quello di frenatura di stazionamento

Con riferimento al primo tipo di impianto, possiamo dire che esso si differenzia in base al tipo di veicolo su cui si trova e, più precisamente, può essere di tipo idraulico in cui il fluido di lavoro è una particolare liquido se è installato su autovetture e di tipo pneumatico in cui invece il fluido di lavoro è aria compressa se parliamo di veicoli da lavoro quali camion ed autobus.

In questo articolo tratteremo solo gli impianti di frenatura di servizio di tipo idraulico oltre a quelli di frenatura di stazionamento, tralasciando quelli pneumatici.

Gli impianti di servizio idraulici si compongono di quattro gruppi di elementi principali  ciascuno dei quali dotati di particolari componenti.

Il primo gruppo è quello degli elementi di comando all’interno del quale troviamo: pedale, pompa del freno (formata da un pistoncino che mette in pressione il liquido quando viene premuto il pedale; questa pompa è collegata al serbatoio contenente il liquido del circuito) e servofreno ovvero un dispositivo che amplifica l’intensità dello sforzo esercitato sul pedale e che si differenzia in base all’alimentazione del veicolo, sia esso benzina o diesel.

Il secondo gruppo contiene gli elementi di trasmissione dell’impianto: trattasi di tubazioni rigide e flessibili.

Il terzo gruppo contiene i freni anteriori e posteriori e prende il nome di gruppo degli attuatori, mentre il quarto gruppo racchiude in sé  elementi di regolazione e correzione di frenata quali sistemi di sicurezza attiva (abs et all) che saranno trattati in un post ad hoc.

Prima di focalizzare l’attenzione sui principali tipi di freni delle autovetture, credo sia opportuno sottolineare il fatto che su un autoveicolo sono presenti due tipi di circuiti indipendenti in cui il primo comanda il freno anteriore sinistro e il posteriore destro, mentre il secondo comanda i rimanenti, l’anteriore destro ed il posteriore sinistro questo perché in caso di malfunzionamento di uno dei due circuiti viene assicurato un minimo di azione frenate sia sull’assale anteriore che posteriore.

I principali tipi di freno presenti sulle autovetture sono due:

•  a ceppo, più conosciuti come freni a tamburo

•  a disco 

Il freno a ceppo o tamburo è costituito da un cilindro rotante detto tamburo appunto solidale con il sistema da frenare e da uno o più ceppi, le ganasce, realizzati in materiale d’attrito che hanno il compito di esercitare la forza sul cilindro per frenare la vettura. Quando si preme il pedale del freno il circuito mette in azione le ganasce che con azione di attrito rallentano e frenano il tamburo solidale alla ruota.

Il freno a tamburo si classifica per il numero dei ceppi, semplice e doppio e per la disposizione degli stessi sul tamburo, interna ed esterna.

Quello a tamburo è un freno  che presenta diversi vantaggi, tra cui una notevole efficienza  richiedendo  un limitato sforzo sul pedale per garantire una apprezzabile potenza frenante ed una realizzazione economica  essendo di tecnologia poco sofisticata e ricercata, mentre tra gli svantaggi troviamo un peso piuttosto elevato ed un surriscaldamento superiore ad altri tipi di freno. Questo provoca una perdita di efficacia che lo ha portato nel tempo ad essere utilizzato solo sulle ruote posteriori di vetture di cilindrata medio piccola; infatti lo sforzo frenante che devono sopportare le ruote posteriori è modesto rispetto a quelle anteriori sulle quali grava la maggior parte del carico frenante.

Nelle immagini seguenti è possibile vedere un freno a tamburo, nella prima si vede il suo principio di funzionamento, mentre nella seconda un suo complessivo:

 

Freno a tamburo, principio di funzionamento

Freno a tamburo, complessivo

 

L’altro freno presente su tutte le autovetture è quello a disco;  l’elemento mobile, quello collegato alla ruota, è costituito da un disco di ghisa o acciaio, mentre quello fisso è costituito da una pinza che avvolge la parte periferica del disco stesso.

La pinza contiene le pastiglie che vengono premuti contro le pareti laterali del disco generando attrito che produce l’azione frenante, che è direttamente proporzionale alla pressione sul pedale.

Le pastiglie sono costituite da una miscela di molti materiali (resine, abrasivi, lubrificanti) e in quelle pregiate possiamo trovare anche delle fibre di kevlar per la notevole resistenza che esse offrono.

Al disco di un freno vengono chieste proprietà di robustezza a causa delle sollecitazioni meccaniche alle quali viene sottoposto, l’indeformabilità in modo che le pinze possano agire sempre su superfici piane, la resistenza all’abrasione  per garantire durate notevoli e la conducibilità termica per disperdere rapidamente il calore.

Questo tipo di freno è presente sull’avantreno di tutte le autovetture perché più performante di quello a tamburo ed inoltre è presente anche sul retrotreno delle vetture con prestazioni più elevate.

Una parola che molto spesso si sente quando si parla di freni a disco è “autoventilati”; i freni autoventilati presentano dei condotti  la cui rotazione provoca l’aspirazione dell’aria che passa dal centro alla periferia raffreddando il disco evitando il fading cioè evitando che l’efficacia dei freni venga compromessa a causa di eccessivi utilizzi degli stessi. Le immagini seguenti riportano i principi di funzionamento e un complessivo di un freno a disco:

Freno a disco, principio di funzionamento

Freno a disco, complessivo

Su tutti i veicoli è anche presente il freno di stazionamento, più conosciuto come il freno a mano. Questo blocca il veicolo quando esso è in sosta e facilita le partenze in salita sui veicoli che non presentano altri aiuti di tipo non meccanico .

Questo tipo di freno è quasi sempre di tipo meccanico e aziona i freni posteriori tramite dei tiranti che vengono azionati quando si tira l’apposita leva, di solito posizionata tra i sedili anteriori del veicolo. Essa presenta una forma standardizzata, tranne qualche caso particolare (qualche lettore ricorderà  il freno a mano della Alfa Romeo 75). In alcuni veicoli, quali le tedesche Mercedes-Benz, il freno di stazionamento viene attivato da un altro pedale posizionato a sinistra di quello della frizione e di dimensioni ridotte rispetto agli altri e sganciato con una manopola posta all’altezza del cruscotto.

Le immagini seguenti riportano la leva di un freno a mano tradizionale e il freno di stazionemento di casa Mercedes-Benz:

Freno di stazionamento tradizionale

Freno di stazionamento Mercedes-Benz

Nel quadro delle vetture è presente una spia circolare con una "P" che segnala l’inserimento del freno a mano dal momento che esso può essere “facilmente” inserito durante la marcia ed inoltre risulta non perfettamente sganciato al momento di una partenza.

Un consiglio che mi permetto di dare è quello di prestare molta cura all’utilizzo del freno di stazionamento specie nella manovra di innesto dello stesso: la corretta manovra di inserimento consiste infatti nel premere il tasto e sollevare con decisione la leva sino a fine corsa; spesso qualche “distratto” dimentica di premere quel tasto accompagnando la manovra con uno spiacevole rumore metallico; bene, quel tasto non serve solo per lo sgancio; essendo componenti meccanici sono soggetti ad usura e senza premere quel tasto a lungo andare si finisce con il danneggiare il sistema compromettendone l'efficacia di funzionamento.

Proprio per evitare questo problema, su alcune vetture di classe medio alta, sono disponibili freni di stazionamento che entrano in funzione solo se viene premuo il testo; ciò significa che sollevare la leva senza premere il tasto non provoca nessun effetto ed una volta lasciata essa ritorna nella posizione originaria di riposo.