I freni rappresentano un dispositivo meccanico di estrema importanza per la sicurezza dell’auto e del suo conducente: ecco tutto ciò che bisogna sapere su questo fondamentale componente.
Cosa sono i freni a disco
I freni a disco sono costituiti da un disco in ghisa o acciaio vincolato al mozzo della ruota, per questo ha la medesima rotazione della ruota e del suo stesso mozzo. Questi dischi sono accompagnati da un sistema a pinza che spinge contro di esso una coppia di pastiglie (o ferodi).
Queste ultime, costituite da un materiale – ghisa e composito – che genera attrito, che rallenta le ruote e la marcia dell’auto, premendo come una tenaglia sui lati dei dischi.
I freni vengono azionati mediante un impianto idraulico (impianto frenante) che imprime mediante cilindretti alle pastiglie la spinta direttamente proporzionale alla forza esercitata sul pedale dal conducente. Questo processo crea molta energia e il disco ha anche il compito di dissiparla, per questo il componente può raggiungere una temperatura di 700°.
Freni a disco e freni a tamburo
Il sistema di frenatura a disco è un’invenzione recente, è stato montato per la prima volta su un’automobile di serie nel 1955: prima di allora venivano utilizzati esclusivamente freni a tamburo, costituiti da un cilindro rotante (il tamburo) e uno o più ceppi a mezzaluna realizzati con materiale d’attrito, ovvero le ganasce, con alle estremità dei pistoncini, che permettono la frenatura esercitando forza sul tamburo. I freni a tamburo si azionano mediante il pedale del freno che, una volta premuto, immette l’olio in pressione, la forza dell’olio fa muovere i pistoncini che forzano il contatto delle ganasce con le pareti del tamburo, generando la frenata.
Rispetto ai freni a tamburo, i freni a disco offrono una capacità frenante migliore, oltre alla minore usura e alla forza frenante immutata dopo azionamenti ripetuti. Inoltre, l’efficacia frenante su strade bagnate era nettamente superiore
I materiali delle pastiglie freno
Le pastiglie freno sono realizzati da 5 elementi funzionali diversi. L’elemento principale è la miscela di materiale d’attrito composta da una ventina di componenti (a volte anche più di 30) tra cui oltre alle fibre con resina troviamo elementi ceramici, abrasivi di vario genere e grafite (che svolge un ruolo lubrificante e antivibrazione). Per motivi legali, stanno sparendo dalla composizione il rame (che aveva sostituito l’amianto al suo tempo come isolante termico) e l’antimonio.
Al di sotto di questo strato composito, si trova un elemento intermedio che serve a isolare il resto della componentistica dal calore, seguito da uno strato di fissaggio, un supporto in acciaio e infine uno strato di materiale che permette di attenuare le vibrazioni.
Il mercato offre diverse tipologie di pastiglie freno, la differenza sostanziale riguarda il materiale utilizzato per il rivestimento che da attrito sul disco effettuando di fatto la frenata. Ogni materiale ha diverse caratteristiche:
- Pastiglie semi-metalliche: costituite dal 65% di componenti metallici e il restante 35% in materiali organici e grafite. Queste varianti sono particolarmente dure vista la grossa percentuale di metalli, fornendo una buona dispersione del calore ma risultano particolarmente aggressive sui dischi, provocandone una maggiore usura;
- Pastiglie in acciaio basso: formate principalmente da materiali organici e il 30% di metallo, risultano efficienti nella gestione termica e offrono una buona potenza frenante;
- Pastiglie organiche: realizzate con percentuali di metallo molto basse (al di sotto del 15%), dono più silenziose e morbide ma poco durature e indicate per la guida sportiva;
- Pastiglie ceramiche: utilizzate su impianti frenanti ad alte prestazioni, le pastiglie ceramiche rinunciano al metallo e offrono ottime performance di frenata e durabilità.
Quando è necessario sostituire le parti dell’impianto frenante?
Affinché i freni siano sempre performanti, è importante sottoporli a controlli periodici. Infatti quando si consumano, l’efficienza della frenata si riduce notevolmente, mettendo a repentaglio la sicurezza di automobilisti e pedoni.
In linea di massima la regola generale è:
- Sostituire le pastiglie ogni circa 30.000 o 40.000 km e in ogni caso quando il loro spessore diventa inferiore ai 2-3 mm;
- Sostituire i dischi ogni circa 80.000 km, in linea di massima dopo due cambi di pastiglie e quando sono usurati. L’usura è causata dall’asportazione di materiale da parte delle pastiglie quando si crea l’attrito di contatto. Se lo spessore del disco scende al di sotto del minimo consentito, è il momento di andare in officina. Fattori variabili della durabilità dei dischi sono: lo stile di guida, il carico a bordo e le irregolarità della strada.
Detto ciò, il controllo periodico in officina al di fuori di questi parametri è fondamentale, in quanto i vostri meccanici si accerteranno dello stato dei freni e di tutto l’impianto frenante.
Come riconoscere quando i freni si stanno usurando?
- Il pedale del freno risponde in modo anomalo
- L’auto vibra in fase di rallentamento
- I freni emettono un fischio (le pastiglie sono progettate per emettere un fischio prima del completo consumo)
- Il livello del liquido dei freni nell’impianto frenante diminuisce
Qualora si manifestasse una di queste anomalie non esitate a recarvi in officina, ne vale della sicurezza vostra e degli altri!
Qualora si manifestasse uno di questi problemi non esitate a recarvi in officina, dove provvederanno al controllo e all’eventuale sostituzione delle pastiglie o dei dischi (le prime costano poche decine di euro, i secondi un po’ di più, ma vengono sostituiti con meno frequenza): non temporeggiate, perché ne va della sicurezza vostra e degli altri!
La scelta dei dischi
I dischi vanno acquistati sempre in coppia rispetto all’asse, ovvero se si cambia il disco sinistro è necessario anche il destro, sia per l’asse anteriore che per quello posteriore (non è necessario cambiarne quattro, ma solo la coppia).
Ogni volta che si sostituisce un disco, vanno cambiate anche le pastiglie. E’ buona regola inoltre eseguire una pulizia di tutto il sistema frenante.
Inoltre, bisogna fare una distinzione tra dischi pieni e ventilati. I dischi ventilati sono montati sull’asse anteriore, disponibili in versione forata o scanalata in sistemi particolarmente sollecitati. L’asse posteriore è solitamente dotato di dischi pieni o solidi. Questo consente una corretta distribuzione della forza frenante tra gli assi.
La scelta delle pastiglie
Nella scelta delle pastiglie, va tenuta in considerazione la gestione della temperatura di esercizio: per la guida urbana, ad esempio, si possono utilizzare pastiglie capaci di reggere temperature tra i 300° e i 350° C. Sul fronte sportivo vengono prodotte pastiglie capaci di raggiungere temperature anche fino a 900° C, ma ciò che conta è la temperatura di esercizio: le versioni sportive danno il meglio di sé a temperature superiori al 100°C.
Altro fattore importante da considerare è il coefficiente di attrito generato sul disco: valori ottimali per una buona pastiglia sono quelli compresi tra 0,3 e 0,5. Una pastiglia fredda potrebbe far scendere però il valore anche a 0,2.
La cosa fondamentale per l’efficacia di una pastiglia freno è la sua durata nel tempo, a seconda dello stile di guida. La scelta del materiale può far variare notevolmente l’efficacia frenante nel tempo ed è importante saper gestire la durezza della pastiglia a seconda del proprio stile di guida.
