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TECNOLOGIA DI BASE: i freni.

TECNOLOGIA DI BASE: i freni. - opinioni e discussioni sul Forum di Quattroruote

  1. 99octane

    99octane

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    Come funziona l'impianto frenante?
    Cominciamo a distinguere due tipi di freno.
    Esistono i freni a tamburo, e i freni a disco.
    I primi sono una delle prime forme di freno impostesi.
    Sono caratterizzati da un cilindro cavo di ghisa al cui interno si trovano due pattini abrasivi che vengono spinti contro le pareti del cilindro stesso tramite l'azione di una leva collegata al freno.
    Uno dei miti che circondano i freni a tamburo e' che frenino poco.
    Questo e' assolutamente falso. I freni a tamburo, al contrario, frenano MOLTO MEGLIO dei freni a disco, grazie a una superficie d'attrito molto maggiore e a un sistema di attuazione decisamente piu' vantaggioso.
    Il problema vero del freno a tamburo e' la dissipazione del calore, molto inefficiente, col risultato che il freno a tamburo soffre di pesanti problemi di "fading". Ossia: il freno a tamburo frena molto meglio, ma sopporta molto meno la fatica.
    Il tamburo ha un altro vantaggio non da poco: ha una durata lunghissima e ridottissime esigenze di manutenzione. Tipicamente un freno a tamburo dura quanto il veicolo.

    Il freno a disco, pur offrendo un livello di frenata assai minore, e' caratterizzato da doti di dissipazione del calore molto migliori, ed e' diventato lo standard negli impianti frenanti automobilistici e motociclistici.

    La dinamica della frenata di un'auto e' caratterizzata dall'applicazione di una forza al dispositivo frenante che si traduce in una forza frenante sulla ruota.
    L'efficacia della frenata e' dunque determinata da due fattori:
    - la capacita' del dispositivo frenante di esercitare forza frenante
    - la capacita' della ruota di applicare tale forza a terra, dipendente quindi dalla capacita' di grip della ruota.

    Dunque, e' inutile avere un dispositivo frenante ultrapotente se la ruota non e' in grado di esercitare il grip necessario. Allo stato attuale dei sistemi frenanti, il limite alla frenata e' dato solo dalla ruota.

    Il grip e' determinato sia dalla mescola della gomma, sia dalla forza peso che vi grava sopra.
    E qui si stabilisce un criterio fondamentale per il dimensionamento dei sistemi di frenata: la forza frenante provoca un forte trasferimento di carico all'anteriore, mentre il posteriore viene "scaricato".
    Il risultato e' che l'anteriore, specie nelle moderne auto TA che hanno una massa gia' fortemente squilibrata all'avantreno, esercita circa il 65-70% della forza frenante.
    Per questo motivo, il posteriore ha di solito un impianto frenante assai meno potente, perche' comunque le ruote posteriori non sarebbero in grado di esercitare un grip sufficiente.
    Questo fa si' che, ancora oggi, su molte auto di prezzo contenuto si scelga di montare al posteriore dei freni a tamburo. La minore resistenza all'affaticamento e' un problema secondario, dato il modesto carico di lavoro, ed e' piu' che compensato dalla lunghissima durata del dispositivo e dalla sue ridotte esigenze di manutenzione, che contribuiscono ulteriormente all'economia di esercizio.
    Tuttavia, sempre piu' utilitarie montano comunque fin dall'inizio freni a disco anche al posteriore (di dimensioni tipicamente molto piu' contenute che all'anteriore) perche' comunque in caso di affaticamento dei tamburi il carico di lavoro dell'anteriore aumenta portando a una riduzione complessiva dell'efficacia dell'impianto. I dischi anche al posteriore portano maggiori garanzie di resistenza al fading.

    Naturalmente un diverso dimensionamento dell'impianto frenante non e' sufficiente a garantire la corretta applicazione della forza frenante.
    A questo contribuisce il ripartitore di frenata, un dispositivo che differenzia la pressione del circuito idraulico ai due assi. Inizialmente erano meccanici, ma oggi sono in larga parte elettronici e associati a sistemi come il CBC (Cornering Brake Control) che ripartisce dinamicamente la forza frenante non solo tra i due assi, ma anche sulle ruote del singolo asse leggendone le condizioni d'aderenza tramite i sensori dell'ABS.

    Dunque, riassumendo:
    I freni a tamburo frenano PIU' dei freni a disco
    I freni a tamburo resistono al fading MENO dei freni a disco
    I freni a tamburo richiedono meno (anche zero) manutenzione
    I freni a disco hanno una grande resistenza alla fatica e una migliore modulabilita'.
    I trasferimenti di carico in frenata fanno si' che l'asse anteriore contribuisca a larga parte della forza frenante complessiva.
    Il minor grip che l'asse posteriore puo' esercitare e' compensato con impianti frenanti all'asse posteriore piu' contenuti (che riduce anche i costi) e dal ripartitore di frenata, meccanico o elettronico, dotato o meno di dispositivi di controllo attivi della ripartizione di frenata.
     
  2. Grattaballe

    Grattaballe

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    Mi permetto delle precisazioni: il freno a tamburo non frena più di uno a disco correttamente dimensionato (vorrei poi sapere con che criterio si confrontano i due impianti..). La presunta maggiore potenza, in realtà, è un "effetto servofreno" che si manifesta solo all'inizio della frenata, ed è dovuto al fatto che il bordo di entrata della ganascia viene "attratto" dal tamburo in movimento rotatorio e tende a piantarsi sempre di più contro lo stesso. Si può considerare un difetto, che tralaltro limita molto la possibilità di modulare l'inizio della frenata. Tale effetto scompare abbastanza presto data la scarsa resistenza al fading. La durata al giorno d'oggi si rivela lunga ma non lunghissima. Nel caso delle Punto, per esempio, le ganasce durano mediamente poco di più delle pastiglie. Comunque non tutta la vita del veicolo, ma questo nemmeno quando i tamburi erano in auge.
    Per quanto riguarda la manutenzione, vedo ogni giorno (per lavoro..) cilindretti che (ad esempio..) perdono olio, mentre le pinze con lo stesso difetto sono molto più rare. In un freno a tamburo ci sono parecchie molle, astine, placchette, registri per il freno a mano. Sulle pinze fisse, per esempio non c'è nulla, su quelle flottanti solo due perni ricoperti da due cuffiette.
    Meno particolari, meno possibilità di rotture e malfunzionamenti.
    Il fatto poi che sulle vetture coi tamburi all'anteriore la prima modifica che si faceva fosse quella di passare ai dischi (500-126-Mini-850..), e che i tamburi all'anteriore siano spariti dagli anni '70, non depone a favore del freno a tamburo e nemmeno è corretto imputare la sua fine solo alla maggiore modulabilità e resistenza dei dischi.
     
  3. Maxetto

    Maxetto

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    Perchè a volte i tamburi posteriori sono fonte di vibrazioni in frenata?
     
  4. lsdiff

    lsdiff

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    Una precisazione: Il materiale dei pattini nei tamburi NON E' AFFATTO ABRASIVO: se così fosse assottiglierebbe le pareti della campana fino a consumarla (e sostituirla non è cosa da poco: molto più difficile che cambiare dischi e pastiglie). I pattini sono ricoperti di materiale SACRIFICALE AD ALTO COEFFICIENTE D'ATTRITO.
    Ma Octane questo lo sa di sicuro... evidentemente anche lui a volte scrive un po' di fretta ;)
     
  5. 99octane

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    Il freno a tamburo e' sparito per la sua scarsissima resistenza al fading.
    I problemi che citi sono esasperati dalla massa spropositata delle auto di oggi, dove un'utilitaria arriva a pesare 12 quintali: la massa di un furgone dei tempi del freno a tamburo. E si continua a salire... :rolleyes:
     
  6. 99octane

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    Si', dovevo uscire.
    Grazie della precisazione.
     
  7. Grattaballe

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    Non viene prodotto col fine di essere abrasivo ma consuma ugualmente la superficie interna del tamburo (per definizione l'attrito si accompagna all'usura...) e i tamburi hanno un diametro massimo oltre il quale la frenata non viene garantita. D'altronde è lo stesso per i freni a disco....le pastiglie consumano il disco fino a richiederne la sostituzione se lo spessore scende sotto al minimo ammesso.
     
  8. 99octane

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    Ovvio.
    Tutto si usura.
     
  9. Grattaballe

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    E però gli autocarri (potenzialmente 44.000kg...) hanno frenato coi tamburi fino a poco tempo fa. C'è da dire invece, che il tamburo non si può ingrandire all'infinito alla ricerca di maggiore superficie frenante. Oltre a un certo limite diventa impossibile garantire il mantenimento delle dimensioni progettuali in regime di utilizzo severo ( più brevemente, si ovalizzano o si svirgolano..) se non al costo di farlo diventare pesantissimo. Il disco, da questo punto di vista batte il tamburo per 50 a zero, potendo utilizzare due fasce frenanti opposte tra loro quindi insensibili al puro sforzo meccanico (il calore è un'altra cosa...).
     
  10. lsdiff

    lsdiff

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    C'è una differenza sostanziale tra abrasivo e sacrificale ad alto coefficiente d'attrito e cioè che il materiale sacrificale è fatto per consumarsi, mentre l'abrasivo è fatto per consumare.
    Come giustamente dici, anche la campana del tamburo e i dischi dei freni si usurano, ma questo fenomeno è tenuto sotto controllo, in fase di progetto e di messa a punto dell'impianto, scegliendo bene la "durezza" del materiale sacrificale (pastiglie o rivestimento dei pattini).
    Nelle vetture stradali tale materiale è un composito tra una matrice legante (una specie di colla) e materiale d'attrito. Con l'uso, il legante si riscalda, si ammorbidisce e rilascia il materiale d'attrito che in questo modo riduce moltissimo l'abrasione del disco o della campana.
    Nelle corse, dove la durata dei dischi è meno importante che sulle auto di serie, si usano pastiglie più dure ottenute per sinterizzazione, ossia compattando la polvere del materiale d'attrito per effetto di pressione e temperatura elevate (inferiori a quella di fusione).

    Da come scrivi, ho l'impressione che queste cose tu le sappia benissimo. Le ho scritte lo stesso perché magari a qualcun altro interessano. ;)
     
  11. Paolo_

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    Mai trovato un freno a tamburo che freni bene...

    E' una tecnica superata.
     

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