Impianto Frenante

Dispensa didattica

Zanutto Daniele

I Freni pag. 4782

Compito I freni hanno il compito di rallentare, frenare e fermare un veicolo e di impedire un suo movimento da fermo. Durante la decelerazione, l’energia cinetica è trasformata in energia termica.

Impianto dei freni È composto da tutti gli impianti che permettono di ottenere la decelerazione di un autoveicolo come pure la sua immobilizzazione su di un piano inclinato.

Impianti di frenatura

Freno di servizio (FS) Ha il compito di ridurre, se necessario, la velocità del veicolo fino, eventualmente, a fermarlo. Durante la frenata, il veicolo deve mantenere la sua direzione. Il freno di servizio è azionato in modo continuo con il piede e agisce su tutte le ruote. Per legge, il freno di servizio deve essere composto da una pompa tandem che garantisca il funzionamento di due circuiti indipendenti tra loro.

Impianto frenante di soccorso (IFSo)

Ha il compito di sostituirsi all’impianto dei freni di servizio in caso di un guasto e di svolgere le stesse funzioni, ma con effetto ridotto. Non è necessariamente un circuito supplementare. Questo impianto frenante puo essere costituito, infatti, dal circuito del freno di servizio non interessato dal guasto oppure dal freno di stazionamento. Freno di stazionamento (Fst)

Ha il compito di impedire che un veicolo si metta in movimento quando questo si trova senza la marcia inserita su un piano inclinato. I suoi componenti, per motivi di sicurezza, devono avere un collegamento meccanico (tirante ria, comando e flessibile). In genere è azionato mediante una leva manuale (freno a mano) oppure tramite un pedale. Agisce sulle ruote di un solo assale.

Freno motore Ha il compito di mantenere nelle discese prolungate la velocità impostata dal conducente per evitare il surriscaldamento dei freni di servizio.

Sistema antibloccaggio (ABS) E’ costituito dalle parti di un impianto del freno di servizio. Questo sistema evita il bloccaggio delle ruote durante la frenata allo scopo di ridurre la spazio di frenata e permette di mantenere il controllo della frizione della vettura. Le ruote sono monitorate da sensori e i segnali trasmessi da tali sensori vengono

elaborati dalla centralina elettronica. Questo permette di regolare la pressione che agisce nell’impianto frenante della ruota interessata.

Struttura di un impianto dei freni Un impianto dei freni è composto da:

una fonte di energia (muscolare, idraulica o pneumatica); un dispositivo di azionamento; un dispositivo di trasmissione; eventualmente dispositivi ausiliari per i veicoli da rimorchio,per esempio

dispositivo del freno rimorchio; freno di stazionamento; freno di servizio; eventualmente regolazione della forza frenante,per esempio ABS; freno delle ruote sugli assi anteriori e posteriori.

Freno motore

Gli autoveicoli della classe M3,a partire da un peso complessivo di 5,0t (eccetto gli autobusb urbani) e i veicoli della classe N3, a partire da un peso complessivo consentito di 12t, devono possedere un freno motore per lunghi percorsi in discesa. Tale impianto deve sostenere una sollecitazione corrispondente a quella che si crea procreando 6Km in pendenza del 7% a una velocità di 30Km\h.

Frenata minima

È frenata minima può essere calcolata a partire dai dati di misura rilevati sul banco di collaudo dei freni. Luci di arresto L’azionamento del freno di servizio, nei veicoli appartenenti alle classi M, N e O, deve essere reso visibile posteriormente attraverso due luci d’arresto rosse. I veicoli appartenenti alla classe M1, a partire dal 18 marzo 1993, possono essere dotati di una terza luce d’arresto posizionata centralmente sulla parte posteriore del veicolo, mentre quelli di nuova fabbricazione devono averla obbligatoriamente.

Tipi di impianti frenanti (classificati secondo il tipo di fonte energetica) Freno a forza muscolare La forza del piede del conducente (per le automobili max. 500 N; per i veicoli industriali max. 700 N) genera su ogni ruota la forza frenante. La massima forza frenante complessiva corrisponde alla forza peso complessiva del veicolo. Per tale motivo è necessario che la forza del piede sia moltiplicata attraverso una trasmissione meccanica e/o idraulica. Servofreno Se la forza del piede con la sua trasmissione non è sufficiente a generare le forze frenanti richieste, è necessario l’apporto di forze aggiuntive; queste vengono ottenuto con l’ausilio di un servo freno. Il veicolo deve comunque poter essere frenato in caso di assenza delle forze aggiuntive. La forza richiesta al conducente non deve superare 800 N. Freno ad aria compressa La forza di frenata può essere generata grazie al impiego di aria compressa. Tramite il pedale del freno, il conducente gestisce soltanto la pressione dell’aria presente nel circuito.

Domande di ripasso:

1. Qual è il compito dei freni?

2. Elenca i tipi e le caratteristiche dei diversi tipi di impianti.

3. Come funziona il freno motore?

4. ABS: cos’è e come funziona?

5. Qual è la struttura di un impianto frenante?

Freno idraulico Struttura L’impianto frenante idraulico si compone di un pedale del freno, la pompa tandem con servofreno, un sistema di tubazioni con, eventualmente, un limitatore di frenata, i cilindretti dei freni, le pinze e i freni delle ruote.

Freni delle ruote Tutte le ruote sono dotate, in generale si freni a disco. A volte le ruote posteriori hanno anche il freno a tamburo; In questo caso vengono definiti freni misti. Per motivi di sicurezza, la legge prescrive un impianto frenante ad due circuiti indipendenti tra loro con una pompa tandem. In caso di guasto di uno dei circuiti frenanti, il veicolo può essere frenato con l’altro circuito.

Funzionamento Il funzionamento del freno idraulico si basa sulla legge di Pascal. La pressioni esercitata su un liquido racchiuso in un contenitore si trasmette in tutte le direzioni con la medesima intensità. La forza esercitata dal conducente durante la frenata agisce su uno dei pistoni della pompa tandem. Questo permette di creare una pressione al interno del circuito idraulico. Secondo il principio di Pascal, questa pressione si espande in tutto il circuito con la stessa intensità fino a raggiungere i pistoncini della pinza. La pressione che agisce sulla superficie del pistoncino genera la forza frenante (forza d’appoggio della pastiglia sulla superficie del disco). La differenza di dimensione tra la superficie del pistone della pompa e quella dei pistoncini della pinza genera una moltiplicazione idraulica della forza. Le forze sono proporzionali alle superfici dei pistoni, ossia una superficie maggiore genera una forza più grande. Lo spostamento dei pistoni è invece inversamente proporzionale alla forza: il pistone con la superficie minore, quindi con la forza più piccola, effettua spostamento più grande. Il freno idraulico è in grado di lavorare con pressioni molto elevate( fino a 120bar, per breve periodo anche fino a 180 bar). Questo permette di lavorare con pistoni di dimensioni ridotte. Dato che il liquido per freni non può praticamente essere compresso e dato che i giochi di ventilazione sono molto ridotti, si muovono soltanto piccolissime quantità di liquido; l’aumento di pressione e i freni reagiscono velocemente. Il freno idraulico non richiede manutenzione per un periodo di tempo abbastanza prolungato.

Pompa idraulica Per i due circuiti frenanti è necessaria una pompa tandem, la quale è azionata dal pedale di freno attraverso il servo freno.

Compiti:

- aumento rapido della pressione in ogni circuito frenante; - riduzione rapida della pressione per permettere di liberare

rapidamente il disco freni; - compensazione del volume del liquido freni in caso di

cambiamento di temperatura; - mantenere costante il livello del liquido all’interno del circuito,

compensando cosi l’usura delle pastiglie. Struttura La pompa tandem contiene due pistoni disposti in serie: il pistone primario e il pistone secondario. All’interno del corpo della pompa, essi creano due camere di pressione separate. Entrambi i pistoni sono realizzati come doppi pistoni, ossia tra la parte anteriore e quella posteriore, che assicurano l’ermeticità, si trova una camera circolare. Questa camera circolare è costantemente alimentata dal liquido dei

freni attraverso il foro alimentazione. Sulla parte anteriore di ogni pistone è montata la guarnizione primaria che assicura la tenuta ermetica della camera a pressione. Valvola centrale È utilizzata nei veicoli con ABS e assolve la funzione del foro di compensazione e della guarnizione primaria. Esistono anche pompe tandem che hanno una valvola centrale su entrambi i pistoni. Suddivisione del circuito frenante Suddivisione “asse anteriore - asse posteriore” (a doppia T) L’asse anteriore e l’asse posteriore formano due circuiti frenanti separati. Utilizzando una pompa tandem, in caso di guasto ai freni dell’asse anteriore, si ottiene un sufficiente effetto con i freni dell’asse posteriore. Si possono utilizzare su tutte le ruote dei freni a tamburo o dei freni a disco oppure, in alternativa dei freni a disco delle ruote anteriori e freni a tamburo sulle ruote posteriori. Suddivisione diagonale (X) Ogni ruota anteriore forma un circuito frenante con la ruota posteriore ad essa diametralmente opposta. In caso di guasto di un circuito frenante, si può verificare un momento di imbardata, quando le ruote del circuito intatto si bloccano. In tal caso, un effetto stabilizzante è esercitato dalle forze di reazione laterale trasmesse dalle ruote del circuito guasto. Questo sistema frenante necessita di un braccio a terra negativo. Suddivisione a triangolo(a doppia L) Se si utilizzano dei freni a disco a pinza flottante con due cilindri oppure dei freni a disco a pinza fissa con quattro cilindri sull’ asse anteriore, ogni circuito frenante agisce sull’asse anteriore e su una ruota posteriore. Più raramente i circuiti frenanti hanno le seguenti suddivisioni.

Suddivisione “quattro - due” (HT) Si utilizzano dei freni a disco a pinza flottante con due cilindri a due freni a disco a pinza fissa con quattro cilindri sull’asse anteriore e, sull’asse posteriore, dei freni a disco a pinza flottante con un cilindro o dei freni a disco a pinza fissa con due cilindri, oppure ancora dei freni a tamburo. Uno dei circuiti agisce sull’ asse anteriore e su quello posteriore ( 4 ruote), l’altro soltanto sull’asse anteriore ( 2 ruote). Suddivisione “quattro - quattro” (a doppia H) È possibile quando per tutte le ruote si utilizzano dei freni a disco a pinza fissa con quattro cilindri o dei freni a disco a pinza flottante con due cilindri. Una coppia di cilindri o un cilindro di ogni ruota formano uno dei circuiti frenanti (4 ruote), le coppie o i cilindri rimanenti formano l’altro ( 4 ruote).

Domande di ripasso:

1. Descrivi la struttura del freno idraulico.

2. Spiega il principio di Pascal.

3. Pompa idraulica, compiti:

4. Elenca i tipi di circuiti frenanti.

5. Descrivi i seguenti circuiti frenanti: T – X.

Freno a tamburo Attualmente, i freni a tamburo ( freni con ceppi interni) sono utilizzati prevalentemente come freni per le ruote posteriori delle automobili oppure per i veicoli industriali. Struttura e funzionamento Il tamburo del freno è solidale come il mozzo della ruota e gira insieme ad esso. I ceppi e i dispositivi che producono la forza di serraggio si trovano sulla piastra porta ceppi, la quale a sua volta è fissata alle sospensioni delle ruote ( fusello, assale) e non si muove. Durante la frenata il dispositivo di serraggio preme i ceppi con le loro guarnizioni contro il tamburo del freno, producendo in tal modo l’attrito necessario. La forza di serraggio può essere generata in modo idraulico tramite i cilindretti del freno ( freno di servizio) oppure meccanicamente tramite comando a cavo flessibile e leva di serraggio ( freno di stazionamento). Caratteristiche: -effetto servo, durante la frenata il ceppo primario viene spinto contro il tamburo nel senso di rotazione, il tamburo tende a tirare il ceppo contro di sé aumentando cosi l’effetto frenante ( effetto servo ); -il ceppo secondario, invece, viene respinto dal senso di rotazione del tamburo: effetto frenante diminuisce; -realizzazione più semplice del freno di stazionamento; - l’usura delle guarnizioni è minore rispetto a quella del freno a disco; -la grandezza di costruzione è limitata dal disco della ruota; -la sostituzione delle guarnizioni e la manutenzione sono costose; -cattiva asportazione del calore; il freno tende all’effetto fading. Il fading è diminuzione dell’effetto frenante, per esempio durante una frenata prolungata. Il coefficiente d’attrito della guarnizione diminuisce alle alte temperature oppure ad elevate velocità di scorrimento. La deformazione del tamburo è irregolare (dilatazione conica), in quanto il calore è asportato meglio in vicinanza del mozzo della ruota.

Tipi A seconda della modalità di azionamento ed del supporto dei ceppi si distingue tra: - freno tipo simplex; - freno tipo duplex; - freno servo; - freno duo-servo; - freno duo-duplex; Freno tipo simplex. E’ il tipo più semplice di freno a tamburo. Ha un ceppo primario (autosterzante ) e un ceppo secondario. Il serraggio dei ceppi è possibile grazie ad un cilindretto a doppio effetto, una camma a S, un dispositivo conico o una leva. Ogni ceppo ha un suo punto di rotazione o di appoggio fisso. I freni tipo simplex hanno una forza di frenata uniforme sia a marcia avanti sia in retromarcia, ma hanno un ridotto effetto servo. L’usura delle guarnizioni è maggiore sul ceppo primario. La realizzazione del freno di stazionamento è semplice. Freno tipo duplex. Ha due ceppi primari. Quindi, è necessario per ogni ceppo un dispositivo di serraggio separato. Tale tipo di freno, in genere, ha un azionamento idraulico ed è dotato di due cilindretti a effetto semplice. Ogni cilindretto funge anche da supporto per l’ altro ceppo. La frenata in marcia avanti risulta nettamente migliore in quanto tutte e due le ganasce vengono spinte contro il tamburo nel suo senso i rotazione (doppio effetto servo).

Domande di ripasso:

1. Dove è impiegato il freno a tamburo?

2. Descrivi il funzionamento del freno a tamburo.

3. Cos’è il fading?