Funzionamento della pinza freno a disco anteriore su KVYO o scooter: focus sulla pinza anteriore
Le pinze freno sono componenti essenziali del sistema frenante di un veicolo il cui compito principale è quello di convertire l'energia idraulica in energia meccanica. Le pinze flottanti sono caratterizzate da pistoni (generalmente uno o due) situati su un solo lato della pinza. Le pinze flottanti sono comunemente utilizzate nei veicoli di fascia medio-bassa e nei veicoli commerciali leggeri (LCV). Al loro interno ospitano da due a più pistoni, che agiscono in maniera opposta sulle pastiglie freno. Si può quindi affermare che le pinze flottanti hanno minori costi e ingombri, una buona robustezza e possono essere attuate con diversi sistemi.
Il corretto funzionamento delle pinze freno dipende da una serie di fattori, tra cui la qualità della lavorazione dei componenti, il corretto assemblaggio e la scelta dei materiali. Pistoni: i pistoni trasformano la pressione idraulica in forza meccanica, applicandola direttamente sulle pastiglie. Essi sono realizzati in materiali termicamente isolanti per limitare la trasmissione di calore dalla pastiglia al liquido freni. Guarnizioni: le guarnizioni garantiscono la tenuta del fluido freni e permettono il ritorno del pistone alla sua posizione originale dopo la frenata (funzione Roll-back) nonostante siano sottoposte a pressioni fino a 350 bar e temperature comprese tra -40° e +200° C. In egual modo ma in verso opposto, queste speciali guarnizioni riportano il pistone nella corretta posizione di lavoro qualora, a causa di una deformazione laterale del disco (funzione Knock-back), esso venga spinto indietro. Ciò assicura che la corsa di frenata non sia più lunga di quella nominale. Molle delle pastiglie freno: riportano le pastiglie in posizione di riposo dopo la frenata. La molla svolge anche la funzione di mantenere le pastiglie aderenti ai rispettivi pistoni.
Altri componenti fondamentali sono le tubazioni che alimentano le pinze freno. Questi tubi possono essere flessibili, in gomma e treccia metallica e/o tubi metallici rigidi. A seconda delle esigenze costruttive e prestazionali vengono scelte le tubazioni più idonee, ad esempio nei veicoli ad alte prestazioni viene utilizzato un segmento di tubo rigido a partire dalla pinza per poi proseguire con un tubo flessibile.
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. Di Luca Fiorentino (con la collaborazione di Riccardo Matesic) Lukethebike, Luca Fiorentino, Genteki rider presso Honda Europe, traducibile come collaudatore esperto di riferimento per il mercato di destinazione di uno o più modelli. Nella sua lunga carriera in Honda ha ricoperto diversi incarichi tecnici. Oggi ci mette a disposizione la sua esperienza scrivendo di tecnica.
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).
Figura descrittiva: lo schema di funzionamento di un impianto frenante. Figura 2 - Figura 3 - Così si presentano il freno a tamburo e quello a disco. Figura 4 - Il funzionamento di un freno a tamburo a camma singola comparato a quello (migliore) a doppia camma. Figura 5 - Schema di funzionamento del freno a disco, con il dettaglio sulla pinza flottante e su quella fissa a doppio pistoncino. Figura 6 - Un freno a tamburo a doppia camma, con in evidenza la presa d’aria forata per il raffreddamento interno.
evitando di montare un disco flottante. di maggiore pressione da parte della pompa. L’attacco semplicemente variando gli spessori di montaggio. I bulloni però subisco uno stress assiale superiore, e vanno cambiati ogni volta che si smonta la pinza (teoricamente…). Essi sono generalmente cavi, per permettere una migliore deformazione assiale.
Figura 8 - Esempio di pinza flottante a singolo pistoncino. Figura 9 - Esempio di pinza a doppio pistoncino, in questo caso anche con attacco radiale. Figura 10 - Una pinza monoblocco, ricavata dal pieno. Perché le pinze a quattro pistoncini? 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.
Si guardi la fig. 11 per capire come 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. È ancora la fig. 11 a chiarirci perché il pistoncino torna indietro quando lasciamo la leva del freno: il paraolio che lo racchiude ha un ‘effetto molla’.
Figura 11 - Un’immagine per capire il vantaggio in termini di efficacia frenante di una pinza a 4 pistoncini su una a 2. E poi: sapete perché il pistoncino torna indietro quando rilasciamo la leva del freno? Perché una moto sportiva frena più di uno scooter? 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 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? E il disco perimetrale? 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. Grande, quindi rimane più tempo esposta all’aria. si sono visti in commercio. Sulla scelta fra disco singolo e doppio disco pesano anche altri fattori non da poco conto. Le dimensioni del cerchio e l’effetto giroscopico indotto dal disco di diametro superiore. Ma non va sottovalutato anche il posizionamento di mercato del veicolo, che in certi casi richiede la scelta obbligata del doppio disco. Figura 14 - La Buell fu una delle poche case a sposare la scelta del disco perimetrale.
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. Figura 15 - Le caratteristiche di base del liquido frenante. Figura 16 - DOT3, DOT4, DOT5 caratteristiche a confronto. Figura 17 Il confronto fra i freni delle MotoGP e quelli per uso stradale.
Quali pastiglie? Sparito dal commercio l’asbesto, perché cancerogeno, abbiamo oggi pastiglie sinterizzate di varie mescole. 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. L’esempio SH 300 (uso cittadino) e il Forza 300 (uso stradale più esteso) hanno lo stesso impianto frenante. Sull’SH 300 montiamo però mescole a matrice metallica, che offrono un attrito iniziale più pronto, ma che nel turismo possono facilmente tendere a ‘fischiare’, una risonanza dovuta alla maggiore rigidezza. Al contrario, sul Forza 300 ne montiamo a matrice resinosa, perché si adattano meglio alle velocità più elevate, offrendo una superiore progressività. Il tutto ovviamente a parità di prestazioni. Figura 18 - Differenti pastiglie e differenti reazioni all’aumento della temperatura di funzionamento.
Pompa radiale o tradizionale? Come si vede dalla figura, serve la piastrina dietro la pastiglia frenante. 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. Figura 19 - Lo schema di confronto fra il funzionamento di una pompa radiale e di una assiale mostra come la prima consenta di agire sul freno godendo di una corsa inferiore della leva.
Si può fare manutenzione della pinza? Sono reperibili gli appositi kit? Ricambi interni sono in commercio. Frenante. Scopri le differenze tra freni a tamburo e a disco per moto, con comandi meccanici o idraulici. Ne esistono di due principali tipologie: a tamburo e a disco, con comandi meccanici o idraulici. Oggi è molto più facile trovare sistemi idraulici con disco, perché più efficienti e non più costosi come un tempo. La soluzione tamburo con comando meccanico si può ancora trovare al posteriore su qualche scooter di piccola cilindrata per ridurre i costi di produzione. Partiamo con i comandi; il comando meccanico è semplice, utilizza un cavo d’acciaio o un’asta dove possibile per funzionare. Il comando idraulico invece è composto da tubi, solitamente in gomma, contenenti olio viscoso. In questo caso si sfrutta l’incomprimibilità dell’olio per il funzionamento. Per quanto riguarda le tipologie di impianti frenanti iniziamo col descrivere il sistema a tamburo. Questo è composto da due parti principali: le ganasce e appunto il tamburo. Le prime sono vincolate alla moto e quindi ferme durante la marcia, mentre il tamburo è collegato alla ruota e costretto alla rotazione. Le ganasce vengono attivate da un cilindretto nel caso di comando idraulico o da meccanismo se il comando è a cavo e spinte contro il tamburo. L’impianto frenante a disco è composto da uno o più dischi in acciaio, o leghe particolari per impianti più performanti, dalle pastiglie e da una pinza. Per qualsiasi tipo di impianto, a meno di problemi di funzionamento, la manutenzione prevede la sostituzione dei componenti sottoposti ad usura. Il sistema a tamburo ha bisogno di un cambio delle ganasce e più alla lunga del tamburo stesso. Identico per gli impianti a disco ma in questo caso si fa riferimento a pastiglie e dischi. Nel primo occorre smontare la ruota per ritrovarsi con ganasce e tamburo separati. Per sostituire le ganasce basta rimuoverle dai loro inserti e rimuovere le molle che hanno la funzione di ritorno quando il freno non è più azionato. A questo punto basta riposizionare delle nuove ganasce e il gioco è fatto. La difficoltà in questo tipo di impianto è reinserire le nuove ganasce a causa delle molle difficili da riposizionare. Per quanto riguarda l’impianto frenante a disco, anche qui si smonta la ruota assieme al disco. Si procede rimuovendo le pastiglie dalla pinza e inserendo quelle nuove. Negli impianti idraulici è opportuno effettuare uno spurgo (cambio dell’olio) ogni tanto.
La pinza freno anteriore sinistra STANDARD PARTS è un ricambio OEM compatibile con scooter Kymco 50 e 125cc. Prepara il veicolo posizionandolo su un banco di lavoro stabile o su un cavalletto centrale per garantire la stabilità durante l’intervento. L’azione del frenare quando si guida è una cosa che diamo per scontata ma è un’azione tutt’altro che banale, dato che coinvolge molti pezzi meccanici controllati da un’elettronica sofisticata. Si tratta impianti ormai evoluti, dato che dialogano anche con ADAS avanzati quali la frenata automatica di emergenza o il cruie control adattivo. Qualsiasi automobile moderna ha i freni a disco, almeno sulle ruote anteriori, e quindi ha anche le pinze dei freni, caliper in inglese. Questi importantissimi gruppi meccanici hanno come forma una specie di “C”, al cui centro ruota il disco. Il materiale d’attrito - le pastiglie - è sostenuto dalla pinza e viene premuto contro il disco da pistoncini idraulici messi in pressione da un circuito collegato con il pedale del freno. Una prima grande differenza è data dalla sistemazione dei pistoncini, che possono essere presenti sui due lati della pinza freno o su un lato solo. Nel primo caso le pinze sono fisse, dato che entrambe le pastiglie si muovono verso il disco del freno. Se i pistoncini (al limite uno solo) sono solo da un lato allora la pinza è flottante perché può scorrere trasversalmente, sotto la spinta del pistoncino, in modo che anche l’altra pastiglia possa comprimere il disco. In generale nelle pinze fisse i pistoncini sono 2 ma non mancano esempi di pinze freno a 4, 6 e più pistoncini (per le automobili ad alte prestazioni), equamente ripartiti fra i 2 lati del disco. Le pinze dei freno sono generalmente molto più longeve dei dischi e delle pastiglie ma anche loro possono usurarsi e persino rompersi. I sintomi che qualcosa non va possono essere diversi ma è frequente il caso che i malfunzionamenti derivino da dischi rovinati o pastiglie troppo consumate. In quest’ultimo caso i pistoncini possono uscire troppo dalle loro sedi, rovinando così le guarnizioni e persino le sedi stesse. La frenata diventa irregolare, sbilanciata e il livello del liquido dei freni scende velocemente, sporcando il disco e la ruota, perché si verifica una perdita dal pistoncino danneggiato. Un pistoncino danneggiato o corroso può rimanere bloccato e non scorrere più. Un segnale che una pinza è grippata è una ruota più sporca di polvere dei freni rispetto all'altra mentre se il supporto della pinza o la pinza stessa si dovesse spezzare si sentirà un forte rumore metallico azionando i freni e la frenata stessa risulterà irregolare e debole: occorre quindi fermarsi immediatamente e non utilizzare il veicolo fin quando non si è capita bene l’origine del guasto. Questa pinza freno TRW, per esempio, è flottante a singolo pistoncino, è fatta in alluminio e ha una leva che si collega al freno a mano in modo da funzionare come freno di stazionamento ad azionamento meccanico.