Come funzionano i freni? Puntata 1, le auto piccole e medie [Video]
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Come funzionano i freni? Puntata 1, le auto piccole e medie [Video]

di Massimo Clarke
Alla scoperta degli impianti frenanti per auto oggi: nelle piccole e medie cilindrate, durata e comfort rappresentano la priorità
3 luglio 2020
Come funzionano i freni? Puntata 2, le vetture sportive [Video]
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Le esigenze prioritarie in questo caso sono la durata e il confort, oltre alla sicurezza. Per soddisfarle sono fondamentali l’impiego di materiali adeguati e un corretto dimensionamento dei dischi, delle pinze e delle pastiglie. Inoltre per i costruttori sono importanti l’aspetto economico e quello relativo all’ingombro. Quest’ultimo è fortemente legato alle dimensioni e alla geometria delle ruote (diametro e campanatura).

In una vettura medio-piccola la potenza frenante in gioco nei rallentamenti più vigorosi è di diverse centinaia di cavalli (molti più di quelli erogati dal motore, quindi!). Il calore viene assorbito principalmente dai dischi e deve essere smaltito convenientemente, in modo da evitare che essi raggiungano temperature troppo elevate.

Una temperatura troppo alta porta a una diminuzione della forza frenante perché il coefficiente di attrito pastiglia/disco peggiora. Inoltre, il disco può deformarsi. Il ripetersi nel tempo di sollecitazioni termiche intense può causare la formazione di cricche nei dischi, cosa che rende necessaria la loro sostituzione.

Temperature molto elevate possono essere raggiunte anche in vetture di prestazioni modeste e non impiegate sportivamente. Al termine di una serie di tornanti in discesa, con relativo susseguirsi di frenate, i dischi di una utilitaria possono arrivare a 600 °C. La durata delle pastiglie, dotate di materiale d’attrito soggetto a consumarsi, è nettamente inferiore a quella dei dischi e può essere indicativamente dell’ordine di 50.000 km. Questo con un uso normale della vettura; è infatti molto influenzata dalle condizioni di impiego e dallo stile di guida.

Anche i dischi con il passare dei chilometri sono soggetti a usura, e ciò causa una diminuzione del loro spessore. A decretare la fine della loro vita utile (che mediamente può essere indicata in circa 100.000 km) è il raggiungimento del minimo spessore ammesso dal costruttore. I freni devono funzionare senza emettere rumorosità, come stridii e fischi, e senza dare luogo a vibrazioni e a ruvidità avvertibili. Raggiungere questo obiettivo è meno semplice di quanto non si possa pensare.

La massima sicurezza viene fornita non solo da una elevata potenza frenante ma anche dal mantenimento di un coefficiente di attrito pastiglia/disco costante, anche in caso di frenate lunghe e ripetute. In questo modo, grazie anche a una adeguata modulabilità, pure durante i rallentamenti più vigorosi la frenata rimane sempre perfettamente controllabile.      

I dischi sono in ghisa, materiale che si presta ottimamente a questo tipo di impiego: ha una grande resistenza all’usura, può lavorare anche a temperature elevate e ha ottime caratteristiche tribologiche (coefficiente d’attrito). Le ghise hanno un costo ridotto e consentono di ottenere per fusione componenti anche di geometria complessa. Importante è utilizzare quelle con la composizione più vantaggiosa per questo specifico tipo di impiego.

Dato che le prestazioni delle vetture di piccola e media cilindrata sono relativamente modeste e che il peso è contenuto, si impiegano dischi di diametro non molto elevato e spesso non ventilati. Per ragioni di costo e di spazio (minore ingombro dal lato ruota) si utilizzano pinze flottanti. Le loro prestazioni sono inferiori a quelle delle pinze fisse, ma risultano comunque adeguate per auto di questo tipo.

Una ulteriore esigenza è la prontezza nella risposta all’azionamento del pedale del freno, che va comunque sempre abbinata alla massima modulabilità. Per migliorare ulteriormente la situazione i tecnici lavorano a una riduzione dei pesi (non si dimentichi che i dischi e le pinze dei freni fanno parte delle masse non sospese) e a un ulteriore incremento della potenza frenante.

In tutte le categorie di automobili negli ultimi anni si è assistito a un aumento non solo del peso e delle prestazioni, ma anche del diametro delle ruote, cosa che ha consentito l’installazione di dischi di diametro maggiore e quindi in grado di assicurare una più elevata potenza frenante. In termini di prestazioni le pinze fisse, dotate di pistoni opposti, presentano vantaggi non trascurabili rispetto a quelle flottanti, nelle quali si hanno solo uno o due pistoni dallo stesso lato e il corpo della pinza scorre su appositi perni o guide.

Nelle pinze fisse è minore l’attrito che interessa le parti mobili e sono inferiori le deformazioni elastiche del corpo pinza. È maggiore la durata delle pastiglie, che lavorano in condizioni migliori (la distribuzione delle pressioni è più omogenea). Il materiale impiegato per queste pinze non è la ghisa, che invece si usa per quelle flottanti, ma l’alluminio che consente di ottenere un superiore rapporto rigidezza/peso.

Finora sulle vetture di questa tipologia le pinze flottanti hanno dominato la scena. Per i modelli più performanti Brembo per prima ha introdotto sistemi frenanti caratterizzati dalla presenza di pinze fisse in lega di alluminio al posto delle pinze flottanti in ghisa. Si tratta di una novità assoluta per il segmento che assicura migliori prestazioni e segna un importante passo in avanti sulla strada della riduzione dei consumi e dell’impatto ambientale.

Per ridurre al minimo l’ingombro trasversale queste pinze innovative, della serie Flexira, sono dotate di particolari inserti in acciaio dal lato ruota. Per avere qualcosa in più gli utenti che amano una guida particolarmente brillante possono dotare le loro vetture di dischi forati o baffati, grazie ai quali la superficie delle pastiglie può essere mantenuta più pulita; le polveri e i gas, come pure l’acqua se si guida sul bagnato, vengono asportate più agevolmente. I fori possono inoltre migliorare il raffreddamento dei dischi.      

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