Nei veicoli industriali e, a maggior ragione, sui mezzi per il trasporto pesante, per decelerare il mezzo non ci si può affidare al semplice impianto frenante ad aria installato a bordo. Questo principalmente per due motivi: primo, l’elevato costo per la sostituzione di pastiglie e dischi di tali dimensioni e secondo, soprattutto nella marcia in discesa o a pieno carico, l’impianto frenante principale non è adatto a un funzionamento continuo e prolungato.
I sistemi di frenatura ausiliaria sono dei sistemi indipendenti dal classico e comunemente conosciuto sistema frenante, il quale agisce direttamente sulla ruota mediante (disco o tamburo). Nei mezzi industriali, specialmente nei veicoli pesanti destinati al trasporto, il sistema ausiliario risulta essere fondamentale per garantire efficienza frenante in qualsiasi condizione esterna.
Tempi di utilizzo troppo lunghi o un continuo utilizzo non solo generano un eccessivo consumo delle parti soggette a strisciamento, ma possono portare a un sovraccarico termico degli stessi freni con conseguente diminuzione dell’effetto frenante, più comunemente conosciuto come fenomeno del fading.
Tipologie di Rallentatori
Di questi sistemi di frenatura prolungata, detti rallentatori, ne esistono di due tipologie in base alla posizione nella quale vengono installati:
- Rallentatori Primari: montati fra motore e cambio.
- Rallentatori Secondari: montati fra cambio e assi di trasmissione.
I rallentatori primari presentano lo svantaggio dell’inevitabile interruzione della trasmissione di forza e quindi dell’effetto frenante nel processo di cambio con cambi manuali ma, essendo realizzati in associazione con cambi ad innesto sotto carico, hanno, rispetto ai rallentatori secondari, un notevole vantaggio in caso di tratti in ripida pendenza a bassa velocità.
Considerando, invece, la modalità con la quale intervengono e rallentano il mezzo pesante, possiamo suddividere i rallentatori in: idrodinamici o idraulici ed elettrodinamici o elettromagnetici.
Rallentatori Idrodinamici o Idraulici
I rallentatori idrodinamici o idraulici adottano lo stesso funzionamento del giunto Fottinger. Sono composti quindi da uno statore, un rotore, un comando idraulico con relativa pompa, un moltiplicatore, un circuito per l’olio del cambio e una centralina di gestione. Il conducente stesso aziona il retarder e ne determina la potenza frenante tramite una leva manuale posta sul volante o tramite il pedale del freno.
L’olio entra nella camera del retarder, il rotore spinge l’olio e lo mette in circolo, l’olio entra nei vani delle palette dello statore e viene rinviato al rotore generando una coppia opposta (frenante) al movimento del rotore. Questa coppia frenante viene poi trasmessa all’uscita del cambio tramite il demoltiplicatore così da rallentare il mezzo pesante.
Durante questo processo si ha naturalmente una trasformazione di energia: il rotore trasforma l’energia meccanica dell’albero motore in energia cinetica di un liquido.
Rallentatori Aquatarder
I rallentatori Aquatarder, adottati di solito dalla Mercedes, sono dei retarder idrodinamici o idraulici che al posto dell’olio del cambio utilizzano il liquido del circuito di raffreddamento come fluido di lavoro. Per il resto rimane identico ai retarder appena descritti, infatti, durante l’azionamento la pressione dell’aria spinge l’acqua contro le palette del rotore rallentando cosi il movimento del motore.
Il fluido di lavoro (in questo caso acqua) viene poi raffreddato direttamente nel circuito di raffreddamento del motore.
Rallentatori Elettrodinamici o Elettromagnetici
I rallentatori elettrodinamici o elettromagnetici sono, invece, composti da uno statore fisso, a cui sono fissate le bobine dell’eccitatore, e da una coppia di rotori, solidali con l’albero di trasmissione, che li fa entrare in rotazione. Lo statore e i rotori sono montati coassialmente,”faccia a faccia”: uno spazio vuoto, chiamato traferro, separa i rotori dallo statore, evitando così qualsiasi attrito.
Per eseguire la frenatura le bobine dell’eccitatore ricevono corrente e quindi producono un campo magnetico che induce nei rotori correnti parassite. Tali correnti portano ad un momento frenante la cui grandezza dipende dall’eccitazione delle bobine dello statore e dal traferro tra rotore e statore.
Lo statore svolge quindi il ruolo di induttore ed è costituito da una serie pari di elettromagneti che, quando attraversati da una corrente elettrica continua, generano i campi magnetici necessari per la produzione di correnti parassite nella massa dei rotori.
I rotori svolgono il ruolo di indotto. Per definizione, le correnti parassite hanno origine da una massa metallica conduttrice, quando questa è posta all’interno di un campo magnetico variabile. La variabilità del campo magnetico a cui sono sottoposti i rotori è quindi determinata dalla rotazione di questi ultimi.
Le correnti parassite si avvolgono attorno a linee di flusso magnetico e per tale motivo vengono anche chiamate correnti vorticose. La generazione di correnti parassite nella massa del rotore comporta la comparsa di forze di Laplace che si oppongono alla rotazione del rotore. La coppia frenante così prodotta, applicata all'albero di trasmissione, permette di rallentare il veicolo.
Le correnti parassite provocano un graduale aumento della temperatura dei rotori che evacuano il calore nell’aria, per ventilazione.
I rallentatori elettrodinamici presentano, a differenza dei comuni rallentatori idrodinamici secondari, momenti frenanti relativamente elevati a bassi numeri di giri ma la decelerazione del veicolo diminuisce all’aumentare del carico termico del rallentatore elettrodinamico stesso.
Considerando l'evoluzione dei sistemi frenanti nei camion, l'impianto frenante è una componente fondamentale del veicolo, poiché permette al conducente di percorrere le strade urbane ed extraurbane in sicurezza, sia a vuoto che a pieno carico. Perché ciò sia possibile, sono necessarie soluzioni tecnologiche avanzate e capaci di garantire la massima efficienza nelle diverse condizioni stradali.
Lo sviluppo della tecnologia ha portato alla progettazione di soluzioni sempre più efficienti, in grado di agire in maniera efficace anche sui mezzi pesanti. Oggi, l’impianto frenante di un camion si configura come un complesso di meccanismi estremamente avanzato che lavorano in simbiosi e si integrano per consentire il rallentamento o l’arresto del veicolo, garantendo aderenza al manto stradale, stabilità e controllo a prescindere dal carico, dalla velocità di marcia e in base alla tipologia di terreno.
Tipologie di Sistemi Frenanti
- Idraulici: Sistemi diffusi tra le auto e i furgoni di massa inferiore alle 3,5 tonnellate. La forza frenante viene trasmessa utilizzando un fluido, solitamente un olio apposito.
- Pneumatici: Sono i più diffusi sui mezzi pesanti. Il loro principio di funzionamento si basa sull'utilizzo dell’aria compressa.
A differenza di auto e furgoni, nei camion con un peso superiore a 3,5 tonnellate si utilizza un sistema frenante pneumatico che funziona in modo inverso. In questi mezzi pesanti, una carenza di aria compressa nel sistema, attiva automaticamente i freni, garantendo sicurezza.
Componenti dei Freni per Camion
- A tamburo: Benché siano stati largamente sostituiti dai modelli a disco, la loro installazione nei mezzi pesanti rimane ancora una scelta affidabile.
- A disco: Sono tra i più comuni freni per camion: la loro popolarità risiede nella capacità di dissipare rapidamente il calore, offrendo una decelerazione più immediata e uniforme.
- Freno motore
- Retarder
- Intarder
- Aquatarder
- Telma
Sistemi di Controllo Avanzati
- ABS (Anti-lock Braking System): Essenziali per garantire la sicurezza durante la guida del veicolo, questi meccanismi prevengono il bloccaggio delle ruote durante le decelerazioni improvvise.
- EBS (Electronic Braking System): Rappresentano un'evoluzione dell'ABS.
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