Quando si dice che i freni sono la parte più importante della moto forse si esagera, ma se gli pneumatici sono il nostro punto di contatto con l'asfalto, i freni sono uno dei principali strumenti per governarli. Vanno perciò sempre controllati e tenuti in perfette in condizioni, tanto all’anteriore, quanto al posteriore, con una particolare attenzione ai dischi.
L'Impianto Frenante: Componenti e Funzionamento
I freni installati in una moto sono nella maggior parte dei casi di tipo idraulico: la forza frenante di questi componenti è dovuta alla pressione esercitata dal fluido frenante attraverso un circuito. Il fluido, contenuto in un apposito serbatoio alloggiato generalmente sul manubrio, viene posto sotto pressione attraverso l’attivazione della leva del freno. Tirare la leva ha l'effetto di pompare il liquido nei tubi fino alle pinze, prima attraverso una tubazione e poi per un cilindretto.
Una volta raggiunte le pinze, il liquido dei freni eserciterà una pressione sulle stesse; a loro volta le pinze muoveranno le pastiglie che faranno attrito sui dischi, generando l’attrito artefice della frenata. Tutto ciò avviene con una grande produzione di calore da parte del disco e delle pastiglie stesse, dato che l’energia provoca un aumento della temperatura dei dischi.
Tipologie di Dischi Freno
È utile ricordare in modo sintetico le caratteristiche più importanti dei tipi di dischi. In generale si fa una distinzione di fondo tra dischi fissi e dischi flottanti.
Dischi Fissi
Sono così chiamati in quanto forgiati in un unico pezzo, mentre nei flottanti solo la parte interna è fissa e quella esterna è mobile. I dischi della moto, solitamente costruiti in acciaio inossidabile, si presentano dotati di fori o aperture di forma diversa, che servono a dissipare il calore, e facilitare la dispersione dell’acqua.
Tornando alle caratteristiche generali, i dischi fissi hanno il vantaggio di essere più economici, ed essendo forgiati in un unico pezzo, sono più facili da pulire (sempre e solo con appositi prodotti). Lo svantaggio risiede nel peso, superiore rispetto a quello dei dischi flottanti.
Dischi Flottanti
Sono costituiti da due parti di materiale differente (acciaio in contatto con le pastiglie, alluminio internamente), che sono tenute insieme da degli appositi rivetti. Il vantaggio dei dischi flottanti risiede in un peso minore e in una maggiore efficacia durante l'azione frenante, legata anche alla elevata capacità di dissipare il calore.
Data la maggiore complessità costruttiva, questi dischi sono più cari di quelli fissi. I dischi poi possono cambiare forma, ci sono quelli a “margherita” che hanno un disegno meno rotondo e dal profilo più irregolare, come se appunto l'insieme fosse costituito da “petali”. Una soluzione che può migliorare il raffreddamento e sulle moto da off road permette di avere dischi più puliti perché il fango si “attacca” con meno facilità.
Dischi in Carbonio
Se ne sente parlare solo in MotoGP, l'unica categoria del motociclismo sportivo che utilizza dischi in questo materiale raffinato e costosissimo. Sulle moto da strada non viene utilizzato. Dal punto di vista della dinamica del veicolo, il disco in carbonio offre un potere frenante di gran lunga superiore all'acciaio, ma una minore progressività nella risposta. Per questo motivo, ma soprattutto per la necessità di tenere il carbonio lontano dall'acqua per il corretto funzionamento dei freni, nelle gare bagnate si tende ancora ad utilizzare dischi in acciaio (alle volte però vengono montate cover che coprono il disco in carbonio).
Il diametro dei dischi in carbonio varia da 320mm a 355mm: sono misure importanti per frenare moto che subiscono decelerazioni anche di 1,5g.
Manutenzione e Sostituzione dei Dischi Freno
La sostituzione dei dischi freno della moto va valutata in linea di massima una volta raggiunti i 30.000-35.000 km di percorrenza. La durata di questi componenti dipende comunque molto dalla tipologia delle strade percorse e dallo stile di guida. Uno stile aggressivo a lungo andare influirà non solo sul consumo delle pastiglie, ma dei dischi stessi.
La sostituzione può avvenire con prodotti originali o after market, va effettuata in officina e si raccomanda ovviamente di informarsi attentamente sui modelli compatibili con il proprio motociclo, prima di procedere all’acquisto. Informazioni a riguardo possono trovarsi sul libretto della moto o anche facendo una ricerca su internet.
Pinze Freno: Flottanti o Fisse
A “mordere” i dischi freno ci sono le pinze, che si dividono sostanzialmente in due famiglie: flottanti o fisse.
Le pinze flottanti sono le più economiche e hanno i pistoncini (le parti della pinze che vengono a contatto con il disco) solo su un lato. Le pinze fisse presentano pistoncini su entrambi i lati è possono essere composte da due parti avvitate su di loro oppure essere realizzate in un’unica fusione (le pinze monoblocco). Il vantaggio rispetto alla flottante è comunque una maggiore rigidezza e quindi più efficacia, ma il costo di produzione è maggiore. Le pinze fisse poi possono essere fissate in maniera differente e si parla così di pinze assiali o radiali.
Le pinze assiali hanno i bulloni disposti assialmente rispetto al disco freno, viceversa la pinza radiale avrà gli elementi di ancoraggio disposti radialmente rispetto al disco. Il vantaggio delle pinze radiali è una maggiore della potenza frenante ma soprattutto la sensibilità e la leggerezza rispetto a quelle assiali.
Il Consumo delle Pastiglie dei Freni
Vale la pena ricordare che le pastiglie dei freni sono da cambiare ben più spesso rispetto ai dischi e che il loro corretto consumo prolunga la vita dei dischi stessi. Bisogna evitare assolutamente di finire le pastiglie se non si vuole rigare i dischi e compromettere definitivamente il loro stato.
Il controllo si fa senza smontare nulla: basta osservarle (con l’aiuto di una pila) dall’apposita finestrella posta sulla pinza. Le pastiglie hanno un indicatore di consumo: le scanalature praticate sul materiale d’attrito, che debbono essere sempre ben evidenti. Se non sono più visibili, è giunto il momento di sostituirle... e sarà meglio farlo al più presto!
Due Tipi di Pastiglie: Sinterizzate e Organiche
La parte delle pastiglie a contatto con i dischi freno si chiama “materiale d’attrito”, che è, in sostanza, un miscuglio (una “mescola più correttamente) di diversi elementi. A seconda degli elementi utilizzati dal produttore si dividono in due famiglie:
- Sinterizzate: Composte da polveri metalliche, lubrificanti e abrasivi. Le polveri sono sottoposte a pressioni e temperate elevate, così da formare un blocco unico senza bisogno di particolari leganti. Si possono utilizzare solo su impianti realizzati apposta per pastiglie sinterizzate.
- Organiche: La base principale sono resine leganti, metalli, lubrificanti e abrasivi, sono chiamate anche carbon-ceramiche. Si possono utilizzare su tutti tipi di impianti frenanti (compresi quelli per sinterizzate).
I materiali che determinano la capacità di “mordere” i dischi sono le polveri metalliche (nelle sinterizzate) o le resine leganti più eventuali metalli (nelle organiche). I lubrificanti invece servono a mantenere uniforme l’attrito (cioè la capacità di mordere), mentre gli “abrasivi” servono per tenere pulito il disco freno.
Rodaggio delle Pastiglie
Pochi lo sanno ma anche le pastiglie hanno bisogno di un rodaggio, anzi di due.
- Meccanico: Occorre che le pastiglie “imparino” ad aderire al meglio ai dischi quando si azionano i freni, infatti con l’uso i dischi si riempiono di solchi piccolissimi e visto che all’inizio le pastiglie sono perfettamente lisce non riescono ad aderire finché non riescono a “copiare” i microsolchi dei dischi. Operazione che riesce bene solo se all’inizio si frena con delicatezza.
- Termico: Anche le pastiglie devono essere “cucinate” per bene, vanno scaldate “a fuoco lento” facendo delle frenate leggere da 60/70 km/h fino a 30 km/h, lasciando poi trascorrere alcuni secondi per farle raffreddare.
Un rodaggio completo si ottiene dopo circa 150/200 chilometri, tutto dipende comunque dal tipo di pastiglie: quelle organiche hanno bisogno di un rodaggio più lungo rispetto alle sinterizzate. La “colpa” è dovuta alle resine che le compongono: se il rodaggio è fatto male queste possono essere richiamate sulla superficie della pastiglia depositandosi su di essa (si parla di vetrificazione) e creando una patina che ridurrebbe molto l’effetto frenante.
Il Liquido Freni: Sostituzione e Importanza
A “spingere” le pastiglie contro i dischi è il liquido dei freni spinto a sua volta dalla pompa del freno. Il liquido nell’impianto deve sempre essere al giusto livello: in genere sulla pompa (è uno “scatolotto” sistemato sul manubrio) c’è un oblò che permette facilmente di controllarlo, se scende vuole dire che c’è una perdita nell’impianto. Anche il liquido dei freni va cambiato, come l’olio del motore. Almeno ogni due anni, ma se la moto è rimasta ferma a lungo (più o meno un anno), conviene cambiarlo prima.
L'Importanza del Tubo Freno
Altro elemento che permette alle pastiglie di rendere al meglio, sono i tubi dell’impianto frenante, quelli economici possono dare dei problemi nelle frenate più decise, perché si possono deformare non trasmettendo così tutta la forza frenante della pompa alle pastiglie. Per evitare questo inconveniente, bisogna montare tubi in treccia metallica che sono quasi del tutto indeformabili e non costano nemmeno troppo cari: in media siamo sotto i 100 euro.
Lo Spurgo dei Freni
Se l’efficacia dell’impianto frenante non è più delle migliori allora bisogna provvedere a una spurgo. L’ideale è farlo in due e attenzione che il liquido dei freni è altamente corrosivo: indossate guanti in gomma e coprite con stracci la zona attorno al serbatoio del liquidi dei freni.
Quindi cercate la valvola di spurgo sulle pinze freno, poi apritela con una chiave e infilatevi un tubicino in gomma. Smontate il coperchio del serbatoio del liquido freno in maniera da vedere il liquido. Aggiungetene per arrivare al livello massimo, ricoprite con la membrana e tirate il comando del freno.
Tenendo la leva tirata allentate il dado che chiude la valvola di spurgo: vedrete uscire liquido dal circuito, di colore scuro. Quando il flusso si arresta, chiudete la valvola di spurgo e “mollate” la leva del freno, rabboccate il liquido nella vaschetta, tirate di nuovo la leva e riaprite la valvola di spurgo. Ripetete il procedimento finché il liquido che esce dalla valvolina è del tutto pulito e privo di bollicine d’aria.
Come Funzionano i Freni di una Moto
Quando la velocità è sostenuta e si avvicina una curva che si fa? Comunemente freniamo per poterci inserire nella curva alla giusta velocità. E’ ovvio no? Bene, questo è più che appurato (a meno che non vogliate provare il brivido di affrontare una curva a una velocità eccessiva con estremi rischi). Quello che purtroppo s’ignora, nella maggior parte dei casi, è che non sempre i freni della moto rispondono sempre allo stesso modo.
Il motivo si può riassumere (nel limite del possibile) nella breve spiegazione che segue. I freni di una moto, nella stragrande maggioranza dei casi, sono di tipo idraulico. Vale a dire che la forza frenante è trasportata dalla pressione di un fluido. E’ il liquido frenante contenuto nel piccolo serbatoio posto sul manubrio e che è messo in pressione dal movimento della leva del freno.
Quest’ultima va a spingere un pistoncino all’interno di un cilindretto, in modo da pompare l’olio nei tubi fino alla pinza. Il pistoncino mette in pressione il liquido, esattamente come fa lo stantuffo di una siringa per uso medico. Il liquido dei freni va a premere su altri pistoncini, quelli delle pinze, che a loro volta premono contro le guarnizioni d’attrito (le cosiddette pastiglie dei freni).
Surriscaldamento dei Freni: Fading e Effetto dell'Acqua
Tutto ciò avviene con una grande produzione di calore da parte del disco e delle pastiglie stesse, dato che l’energia provoca un aumento della temperatura dei dischi. Una parte di questo calore viene dissipata immediatamente nell’aria, un’altra invece è assorbita dall’impianto frenante tramite il contatto pastiglia/disco/pistoncini. A farne maggiormente le spese sono le pastiglie e il liquido frenante.
Le prime, superata la normale temperatura d’esercizio, possono formare gas nel contatto col disco rovente (il cosiddetto fading) che inevitabilmente riduce la potenza frenante. Può succedere dopo continue frenate in lunghe discese di montagna.
Il liquido freni è fatto per resistere a temperature oltre i 100 °C ma purtroppo è igroscopico. Questa caratteristica lo rende in grado di assorbire l’umidità presente nell’aria. L’acqua e l’umidità sono “nemiche” dei freni, poiché bollendo a 100 °C possono causare brutti scherzi. La temperatura di esercizio dei freni, infatti, arriva facilmente tra 100 e 220 °C. In questi casi le eventuali “impurità” d’acqua presenti nei tubi diventano vapore formando bolle d’aria nel circuito frenante.
L’effetto è un allungamento degli spazi di frenata e la brutta sensazione di non avere più forza nella mano (e piede, per il freno posteriore). Quanto alle pastiglie occorre verificarne periodicamente lo spessore. Mai scendere sotto i 2 mm di profondità della parte usurabile o al di sotto dei segnalatori di usura.
Scelta delle Pastiglie Freno
Nella scelta della tipologia di pastiglie giuste occorre considerare il tipo di uso che si fa della moto: tranquille passeggiate, utilizzo in aree urbane, in ambienti freddi e umidi, in pista ecc. In linea di massima occorre evitare pastiglie blasonate di tipo “racing”, poiché queste normalmente richiedono di essere portate “in temperatura” prima di fornire le prestazioni ottimali. Per cui a freddo rendono notevolmente meno di quelle dalle prestazioni più “tranquille”.
Approfondimenti Tecnici con Lukethebike
Si fa presto a dire freni. In quanti sanno come funziona un impianto frenante? La differenza fra i vari tipi di pastiglie? E che differenza c’è fra un olio DOT4 e uno DOT5? Di questo e altro ha parlato il nostro Luca Fiorentino nel suo Forum Tecnico, l’appuntamento con la lezione in aula che accompagna la nostra tradizionale visita annuale allo stabilimento Honda di Atessa.
Principio di Funzionamento dell'Impianto Frenante
Sapete qual è il principio fisico di funzionamento di un impianto frenante? La conversione dell’energia cinetica di un corpo (l’insieme moto più pilota) in calore. Cosa che avviene attraverso l’attrito dei pistoncini sul disco; o delle ganasce sul tamburo.
Va da sé intuire che i freni quando utilizzati generano molto calore. Di qui i problemi di dissipazione, che i costruttori hanno affrontato in vari modi. Per gli ormai vetusti freni a tamburo erano state ad esempio realizzate delle prese d’aria con appositi convogliatori. Per i dischi invece si sono fatte scanalature e forature varie; anche per alleggerire il disco, che è un elemento critico per la ciclistica, visto che è una massa non sospesa (ne parleremo in una futura puntata).
Per far fronte alle dilatazioni termiche che portano i dischi a deformarsi, e in alcuni casi per ridurre il peso applicato alla ruota, si è arrivato a separare la funzione di supporto (hub) da quella frenante (pista), ed anche a creare un maggiore gioco fra di esse, per recuperare le dilatazioni termiche che, invero, farebbero deformare il disco (flottanti e semi flottanti).
Pinze a Quattro Pistoncini: Perché Sono Più Efficaci?
Si chiama ‘diametro effettivo del disco’, ed è misurato disegnando una circonferenza che passa esattamente al centro della superficie d’attrito della pastiglia frenante. Maggiore è il diametro effettivo del disco, maggiore è la leva a favore della pinza che morde per generare effetto frenante.
Una pinza a 4 pistoncini, a parità di superficie d’attrito delle pastiglie, garantisce una frenata maggiore, perché agisce su un diametro effettivo superiore rispetto a quello di una pinza a soli due pistoncini.
Frenata Sportiva vs. Scooter: Differenze Chiave
Una moto sportiva molto caricata in avanti e capace di velocità molto elevate, in frenata è in grado di trasferire molto peso sulla ruota anteriore, incrementando moltissimo il cerchio d’attrito (l’inerzia dipende dal quadrato della velocità) grazie anche a pneumatici con un’impronta a terra molto efficace. Viceversa uno scooter che ha un baricentro basso, un interasse lungo e una velocità bassa, non riuscirà mai a fare altrettanto.
Disco Singolo o Doppio Disco? Pro e Contro
Su modelli economici si preferisce usare un singolo disco più grande, piuttosto che un doppio disco ma dal diametro più piccolo. Si compensa con il maggior diametro la riduzione di superficie frenante delle pastiglie, e il carico raddoppiato della doppia pinza. Tra l’altro, questa soluzione è più economica anche per la manutenzione ordinaria, visto che si sostituiscono due sole pastiglie per volta, piuttosto che quattro.
Liquido Freni: Quale DOT Scegliere?
Il liquido freni trasferisce la pressione applicata alla pompa frenante fino ai pistoncini delle pinze. Deve scorrere a temperature fino a -40° senza gelare, e deve resistere a temperature di almeno 180°, senza andare in ebollizione. Ormai tutti gli impianti richiedono l’uso di fluidi di tipo DOT4. E il DOT5? Quello lo si usa nelle competizioni, perché unisce una viscosità bassissima a un elevato punto d’ebollizione. Però ha il difetto di essere corrosivo per le guarnizioni dell’impianto frenante, quindi è idoneo solamente per le gare, dove la manutenzione è continua.
| Tipo di Liquido | Punto di Ebollizione a Secco | Punto di Ebollizione Umido | Viscosità | Uso |
|---|---|---|---|---|
| DOT3 | Minimo 205°C | Minimo 140°C | Elevata | Auto meno recenti |
| DOT4 | Minimo 230°C | Minimo 155°C | Media | Auto e moto moderne |
| DOT5 | Superiore a DOT4 | Superiore a DOT4 | Bassa | Competizioni |
Pastiglie Freno: Materiali e Temperature di Esercizio
Consideriamo per facilità i due estremi: l’uso in circuito e l’uso su strada: Le pastiglie per uso racing devono sopportare temperature molto elevate, superiori ai 450°C, mantenendo un coefficiente d’attrito alto. Per questo scopo vengono formulate delle mescole che soddisfano questi requisiti, ma al tempo stesso perdono efficacia a temperature inferiori a quella indicata.
Le pastiglie per uso stradale, invece, debbono offrire elevati coefficienti di attrito sin dalle temperature più basse; perché in questo uso succede che i freni debbano offrire la massima efficacia anche a freddo. Oltre questa differenziazione, abbiamo mescole a matrice metallica e mescole a matrice resinosa.
Funzione della Piastrina Dietro la Pastiglia Freno
Ha una doppia funzione: principalmente serve a smorzare le risonanze della pastiglia (fischio), compito per il quale in passato si applicava uno strato di vernice a base di asbesto. La seconda funzione è isolare dal calore il fluido freni.
Pinza Freno: Manutenzione e Kit di Ricambio
Si può fare manutenzione della pinza? Sono reperibili gli appositi kit? Esistono in commercio kit di revisione completi di pistoncini, paraoli e parapolvere, sia originali, sia after market. Il loro impiego è piuttosto raro: si ricorre alla sostituzione dei ricambi interni solo in caso di malfunzionamenti imputabili a difetti o usura degli stessi. La frequenza della revisione della pinza dipende strettamente dall’uso.
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