L'impianto frenante è una delle componenti fondamentali per ogni veicolo, cruciale per la sicurezza di tutti gli occupanti. Tutti gli appassionati di motori sono attenti alle prestazioni, all'accelerazione e alla velocità di un'auto o una moto, ma in pochi pensano a quanto impiega un veicolo per fermarsi una volta raggiunta una data velocità.

Sia in campo auto che moto, per frenare un veicolo viene trasformata l’energia che questo ha accumulato prendendo velocità, in attrito e calore mediante l’azione dei freni rallentando di fatto il mezzo. Spesso nelle nostre anteprime dei gran premi mostriamo la potenza frenante con i dati forniti da Brembo, che in talune condizioni per frenare una vettura da F1 impiegano anche 3000cv, mentre per accelerare a 300Km/h da fermo necessitano meno di 1000cv. Questa differenza indica l’importanza che hanno i freni, più di quanto possa essere percepibile dall’appassionato o dall’automobilista che usa la sua vettura quotidianamente.

Tipi di Impianti Frenanti

L’impianto frenante può essere classificato in:

  • Meccanico: Usato agli albori dell’automobile.
  • Idraulico: Ancora oggi in uso.
  • Aerodinamico: Che fa uso di appendici alari, usato dalle più recenti supercar ed hypercar.
  • Elettrico: Sempre più in voga per effetto della diffusione delle vetture ibride ed elettriche.
  • Pneumatici: In uso su veicoli di una certa stazza come autobus e autocarri.

Funzionamento dell'Impianto Frenante Idraulico

Partendo dalla descrizione di un circuito idraulico in questo sistema viene messo in pressione un liquido incomprimibile attraverso una pompa mediante l’azione del pilota sul comando a pedale. Oggi ci sono sistemi Wire Less in uso anche in F1 che usano il pedale come un interruttore o potenziometro non collegato meccanicamente al sistema. L’impianto frenante classico è composto da un serbatoio per l’olio, una pompa di comando, tubazioni composte da elementi rigidi collegati attraverso elementi flessibili e raccordi a tamburi con ganasce, oppure dischi con pinze e pattini per l’azione frenante vera e propria. Inoltre ci sono sistemi di controllo come correttori e regolatori di frenata, e di controllo dell’antibloccaggio delle ruote come l’ABS.

Secondo le norme di legge vigenti da molti anni ormai gli impianti frenanti hanno due circuiti separati che comandano le ruote di un automobile. In questo modo, che se dovesse esserci un’avaria, almeno due ruote incrociate sono ancora in condizioni di poter frenare il veicolo. Ricordiamo che questo sistema non è la salvezza assoluta in caso di guasto. Un conducente difficilmente si accorge del problema in anticipo, e quando andrà ad azionale il pedale del freno, avrà solo la metà della forza frenante con un bilanciamento approssimativo. Quindi sapere di avere un impianto sdoppiato non toglie al conducente l’incombenza di avere cura meticolosa per l’efficienza del proprio impianto frenante. Ci sono anche altri sistemi di sicurezza oggi obbligatori come l’ABS, ovvero il sistema che impedisce il bloccaggio dei freni che tratteremo sia per funzionamento che per utilizzo in seguito.

La pompa frenante mette in pressione il liquido stipato in un serbatoio di solito ben visibile e trasparente nel vano motore. Il liquido presente nel serbatoio fa parte di un circuito sigillato, di conseguenza se cala il suo livello, può dipendere solo dall’usura degli elementi frenanti che modificando la loro posizione in funzione dello stato facendo scendere il livello del liquido. Se questo scende sotto un livello minimo i casi sono due, o si è giunti al limite di usura degli elementi frenanti o c’è un problema di perdita da qualche parte nell’impianto. In sostanza il liquido freni non deve essere mai rabboccato, il livello torna al massimo appena si cambiano le guarnizioni frenanti, diversamente c’è una perdita e va individuata immediatamente.

La pompa quindi mette in pressione il liquido che per effetto del fatto che è incomprimibile trasferisce il carico sugli elementi frenanti che faranno azione o sulle parti interne del tamburo, o esterne mordendo il disco freno. Ovviamente nei comandi meccanici, oggi ancora largamente diffusi, la pressione sul pedale determina anche quella sugli elementi frenanti. Per aumentare la forza frenante con un minore sforzo sul pedale da parte del conducente si usa un servofreno. Quello usato dalla maggioranza dei veicoli moderni è di tipo a depressione. Nel caso si tratti di un motore benzina o ciclo otto, il sistema utilizza la depressione fornita dal collettore di aspirazione, mentre per i motori diesel la depressione viene prodotta da una pompa di vuoto specifica.

In sostanza quando il conducente aziona il pedale, il servofreno utilizzando la depressione di uno dei due sistemi sopracitati, amplifica la potenza, che può arrivare anche la doppio della forza impressa sul pedale. Il servofreno classico è formato da due camere, una anteriore ed una posteriore divise da una membrana elastica. Un tubo collega il servofreno al collettore o la pompa di vuoto, controllato da una valvola di non ritorno. Il servofreno viene collegato direttamente al pedale e su di esso viene anche montata la pompa. I più attenti monteranno allo spegnimento del motore, un netto indurimento del pedale del freno che torna ad essere direttamente collegato alla pompa senza ausilio intermedio. Ci sono sistemi che consentono di tenere un serbatoio di vuoto in modo da consentire almeno qualche frenata prima del netto indurimento del pedale del freno, che per inciso non perde ancora la sua efficacia, ma va solo azionato con maggiore veemenza per fermare il veicolo a motore spento. I più fortunati ricorderanno la forza che necessitava sulle vecchie utilitarie degli anni 50 e 60 per frenare l’auto quando non veniva usato il servofreno.

Molti ricorderanno come una delle Icone delle supercar la Ferrari F40 per scelta non usava il servofreno, per la sua filosofia che la voleva vettura dura e pura sotto il controllo del pilota. Una scelta opinabile visto che il servofreno, ben tarato nella sua azione, consente di modulare più precisamente la frenata attraverso una dosaggio della forza frenante più preciso e costante.

Liquido Freni

L’impianto frenante idraulico, si basa sulla premessa che deve sfruttare l’azione di pressione su un liquido incomprimibile. Questo è formato da una olio particolare che utilizza degli additivi antischiuma con determinate caratteristiche ben definite. Per evitare fenomeni di affaticamento soprattutto per un uso intenso dell’impianto si deve evitare che si formino bolle di vapore per effetto dell’aumento della temperatura del liquido, quindi deve avere un elevato punto di ebollizione almeno a 260°C, inoltre deve avere una viscosità tale da funzionare bene anche alle basse temperature, e non deve avere elementi chimici al suo interno che possono danneggiare tubazioni e guarnizioni dell’impianto, infine deve aver anche capacità lubrificanti per facilitare il movimento delle guarnizioni e dei cilindretti per gli elementi frenanti veri e propri.

A prescindere dal livello, anche se questo rimane costante nel tempo, per preservare le sue caratteristiche principali è sempre consigliabile una sostituzione completa del liquido almeno ogni due anni. Il liquido dei freni passa attraverso delle tubazioni. Queste sono molto complesse, formate da elementi rigidi, collegate agli elementi finali flessibili. Questi ultimi sono fondamentali soprattutto per la questione dell’affaticamento. La pressione del liquido dei freni tende ad allargare la sezione flessibile del tubo, questo porta ad una riduzione della forza frenante. La cosa diventa ancora più evidente quando l’impianto è sotto sforzo nelle condizioni di affaticamento. Questo fenomeno porta ad una riduzione della consistenza del pedale del freno, di dice che diventa spugnoso perdendo mordente, per evitare questa condizione si usano tubazioni particolari che resistono alla deformazioni per alte pressioni con il pedale del freno che rimane stabile e consistente senza perdere mordente sugli elementi finali come tamburi e dischi freno.

Freno a Mano Idraulico

Il freno a mano serve a bloccare il veicolo durante il parcheggio e a impedirne il movimento. Inoltre, viene utilizzato negli sport motoristici per far sbandare l'auto, o per le efficaci curve che tutti gli appassionati amano.

I freni a cavo standard sono collegati a una ganascia o a un sistema frenante separato o parallelo, che ha il compito di frenare il veicolo quando si tira la leva, cioè il freno a mano. Nei veicoli più recenti si trovano anche freni a mano elettronici che, premendo un pulsante, inviano un segnale ai freni robotizzati posteriori, che portano il veicolo all'arresto e lo mettono in modalità "parcheggio". Questo sistema serve solo per il parcheggio, quindi le ruote posteriori non possono essere frenate completamente a velocità più elevate.

Il modo più efficace per garantire il bloccaggio completo delle ruote posteriori a qualsiasi velocità è quello di installare un freno a mano idraulico. Si tratta di una leva o maniglia che aziona un cilindro idraulico. La rotella spinge sul fluido del sistema, provocando la frenata dell'asse posteriore, proprio come avviene quando si preme il pedale del freno sull'asse anteriore. Conosciamo diversi modi in cui viene inserito il freno a mano idraulico:

  • Nel circuito del freno originale
  • Circuito separato

Installazione e Consigli

La prima considerazione riguarda la posizione del freno a mano. Si tratta di una questione soggettiva, ma è ormai prassi comune installare il freno a mano nella posizione di serie (di solito se è orizzontale) o tra il volante e la leva del cambio (soprattutto per le derapate) per tenerlo a portata di mano del pilota (se è verticale). Sono disponibili anche freni che mantengono la funzione di freno di stazionamento e possono quindi essere bloccati contro il movimento del veicolo. Tuttavia, è anche possibile mantenere il freno a mano originale e installare un freno idraulico (se il veicolo utilizza le ganasce). L'installazione è anche facilitata dai freni a mano invertiti, che hanno il cilindro idraulico montato in senso inverso (verso il motore).

Il collegamento può essere effettuato collegandosi a un sistema frenante in serie o creando un circuito separato.

Collegamento all'Impianto Frenante Originale

Se il collegamento è all'impianto frenante originale, il freno a mano deve essere installato all'uscita del freno posteriore o collegandosi direttamente alla pompa del freno o collegandosi al tubo che porta ai freni posteriori prima che il pezzo a T sia diviso in freni posteriori separati.

Vantaggi: installazione più semplice, non è necessaria una seconda coppia di freni

Svantaggi: trasmissione della variazione della pressione di azionamento del freno a mano quando il freno a mano è azionato, peggioramento dell'azionamento del freno a pedale quando il freno a mano è azionato

Installazione in un Circuito Separato

Se il freno a mano è installato nel proprio circuito, di solito è necessario installare una seconda coppia di pinze freno su quell'asse, che funzionerà indipendentemente dal pedale del freno e sarà azionata solo da un freno a mano idraulico separato. In questo caso, il freno a mano ha un proprio serbatoio per il liquido dei freni.

Vantaggi: l'applicazione del freno a mano non pregiudica l'uso del freno a pedale, senza la necessità di interferire con l'impianto frenante originale

Svantaggi: la necessità di installare un set di freni separato sull'asse posteriore, il serbatoio del liquido dei freni nell'abitacolo del veicolo

L'installazione viene effettuata utilizzando tubi di rame/acciaio o tubi in teflon e raccordi.

Utilizzo di Tubi in Rame

Grazie all'utilizzo di tubi in rame, l'impianto può essere facilmente posato negli attacchi originali e il raccordo per il freno a mano può essere creato piegandolo. Si tratta di una sostituzione diretta dei tubi originali, con la necessità di creare un'area di alloggiamento per le "holendre" (terminali dei freni) utilizzando un kit di svasatura.

Vantaggi: sostituzione duratura del tubo originale, facilità di manipolazione mediante piegatura, resistenza alla corrosione (nel caso di tubi in rame), prezzo contenuto

Svantaggi: necessità di creare un'area di decantazione, l'ossidazione

Utilizzo di Tubi in Teflon

L'utilizzo di tubi in teflon è il metodo di collegamento di maggiore qualità. I tubi in teflon con treccia in acciaio inox offrono la massima protezione contro gli influssi ambientali, impediscono il gonfiaggio (come nel caso dei tubi in gomma) e resistono ai fluidi dei freni da competizione. I tubi sono collegati con raccordi in acciaio inox di diverse angolazioni e forme che ne semplificano l'installazione.

Vantaggi: massima durata e resistenza, facile installazione, diversi colori di protezione della treccia, raccordi in acciaio inox

Svantaggi: prezzo elevato, raggio di curvatura ridotto (a causa della resistenza della treccia in acciaio inox)

PRO TIP: La maggior parte dei cilindri freno idraulici (ad es. RACES, WILWOOD, OBP,..) utilizza ingresso AN4 (7/16-20) e uscita AN3 (3/8-24).

PRO TIP 2: Per esperienza, sappiamo che il cilindro freno ideale per la maggior parte delle applicazioni è 15,8mm (0,625").

Infine, per un corretto funzionamento, è necessario spurgare accuratamente l'impianto frenante dopo l'installazione e ricordare di avere dischi, pastiglie (ganasce) nuove e liquido dei freni giusto.

Pompa dei Freni

La pompa dei freni è un componente idraulico che consente di trasmettere la forza impressa sul pedale del freno dal conducente alle pinze dei freni che operano sui dischi freno per frenare o rallentare il vicolo. La pompa freni converte di fatto la pressione meccanica esercitata sul pedale in pressione idraulica attraverso il liquido dei freni. Ciò avviene per mezzo di un cilindro con un pistone che si muove all’interno. Il liquido freni trasmette questa pressione alle pinze attraverso i tubi freno: in questo modo le pinze spingono le pastiglie dei freni contro il disco freno creando l’attrito necessario a frenare.

Premendo il pedale del freno, la forza generata sul pedale viene trasmessa tramite la forcella al pistone presente all’interno del corpo della pompa. Il movimento del pistone mette in pressione il liquido dei freni, che attraverso le linee dei freni trasmette tale pressione fino alle pinze dei freni. I componenti delle pompe freni devono essere tutti in buona stato e lavorare in sinergia per assicurare il funzionamento del sistema frenante. valvole di non ritorno: la loro funzione è di impedire al liquido dei freni di tornare indietro quando si rilascia il pedale.

La pompa dei freni è montata nella parte anteriore del vano motore lato del conducente. Di forma cilindrica e in materiale metallico, è collocata sul pannello firewall che separa abitacolo da vano motore, collegata al pedale del freno da un’asta di collegamento. Il collegamento diretto tra pedale e pompa consente di massimizzare e non disperdere la forza meccanica che viene applicata sul pedale, a favore di un’ottimale risposta in frenata. Dalla pompa dei freni si dirimano le linee dei freni (tubature rigide metalliche) che portano il liquido in pressione dei freni verso le pinze, attivandole e permettendo alle pastiglie di premere sui dischi freno.

Problemi Comuni e Manutenzione

Il cilindro e il pistone all’interno delle pompe freno possono nel tempo danneggiarsi o usurarsi, rendendo più difficile mantenere la pressione idraulica necessaria. La rottura o il malfunzionamento della pompa freni sono facilmente identificabili nel momento in cui si avverte il pedale del freno troppo morbido e che va fino in fondo senza opporre la necessaria resistenza, con frenate troppo lunghe. E’ in primis il conducente dell’auto, quando si accorge che l’auto non frena come dovrebbe, a rendersi conto di un potenziale problema alla pompa freni, che verrà poi appurato dal meccanico.

Possibili problemi:

  • Perdita liquido freni: una guarnizione o una tenuta consumata della pompa potrebbero provocare un trafilamento di olio freni.
  • Pedale freno poco reattivo: una scarsa risposta del pedale del freno potrebbe essere causata anche dalla presenza di aria nel sistema frenante idraulico. A differenza del liquido del freno, l’aria è infatti comprimibile e questo potrebbe creare l’inadeguata risposta del pedale.

Come si è visto, la presenza di aria nel sistema frenante potrebbe compromettere l’efficace pressione idraulica generata dalla pompa freno. Il controllo del liquido dei freni è ovviamente la prima cosa che occorre verificare quando si avverte qualche problema in frenata. Se il liquido è insufficiente la pressione idraulica non è adeguata e l’intero sistema frenante non lavora efficacemente. La verifica periodica del livello dei liquido freni e l’eventuale rabbocco sono dunque operazioni essenziali per non incorrere in conseguenze peggiori. È inoltre fondamentale attenersi agli intervalli di sostituzione del liquido dei freni indicati dal Costruttore.

Anche una guarnizione usurata potrebbe essere la causa di perdite di liquido freni. In questo caso occorre verificare l’usura delle guarnizioni della pompa freni ed eventuali danni ai componenti interni della pompa. Quando una pompa freni, oltre all’usura delle guarnizioni, presenta anche un’ usura importante dei suoi componenti si rende necessaria la sostituzione della pompa freni. In molti casi, quando il chilometraggio è elevato e si verifica l’usura delle guarnizioni, è comunque consigliabile procedere alla sostituzione della pompa per non incorrere in conseguenze più serie. Per sostituirla con una pompa freni di ricambio è necessario scaricare il liquido dei freni prima di smontare la pompa e scollegarla dalle linee dei freni e dal pedale. Dopo l’installazione, il sistema va nuovamente caricato con il nuovo liquido dei freni.

TAG: #Idraulico

Potrebbe interessarti anche: