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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. Non è possibile affidarsi al solo impianto frenante durante la fase di decelerazione per due motivi: L’elevata usura delle componenti nell’uso continuo e prolungato e gli elevati costi di sostituzione di disco e pastiglie freno.
Il sistema ausiliario evita, a differenza del sistema frenante, il surriscaldamento delle componenti per sovraccarico termico. Il sovraccarico si realizza nel momento in cui le componenti d’attrito soggette a continuo strisciamento rimangono a contatto per tempi prolungati. L’efficienza frenante cala per via di questo fenomeno, chiamato Fading.
I sistemi di frenatura ausiliaria “prolungata” sono definiti rallentatori.
I rallentatori possono essere: primari o secondari, in base alla posizione che ricoprono nell’accoppiamento degli organi meccanici.
I primari sono montati fra motore e scatola del cambio. Hanno il vantaggio di essere caratterizzati da una rapida risposta in tratti di ripida pendenza e condizioni di bassa velocità.
Lo svantaggio riguarda l’interruzione del processo di decelerazione nelle condizioni di cambio del rapporto di velocità (nei motori a cambio manuale).
I secondari invece sono montati fra scatola del cambio e assi di trasmissione della potenza. Efficienti nelle condizioni di frenata prolungata ad alte velocità e percorsi in salita.
Ulteriore distinzione la si fa parlando di modalità di funzionamento. Possiamo trovare rallentatori idrodinamici (o idraulici), elettrodinamici (o elettromagnetici).
Gli Idrodinamici si suddividono in rallentatori che sfruttano come fluido operativo olio del cambio e quelli che utilizzano l’acqua del sistema di raffreddamento, gli Aquatarder.
I rallentatori idrodinamici sono composti: da un rotore, un moltiplicatore, uno statore, un circuito idraulico per l’olio del cambio, un controllo elettronico gestito dalla centralina e un comando idraulico di azionamento con relativa pompa di ammissione del fluido.
Il conducente nelle condizioni di frenata prolungata decide egli stesso di azionare il retarder olio-dinamico mediante una leva manuale posta sul volante o controllata in proporzione alla pressione esercitata dal piede sul pedale del freno.
La centralina, in base alle informazioni elaborate dai sensori e dalla pressione sul pedale, calcola la pressione e la quantità d’aria da inviare nel circuito idraulico del retarder. L’aria spinge l’olio presente nel circuito in una particolare zona del retarder: tra rotore e statore.
Il rotore spinge l’olio in circolo nel sistema retarder, successivamente il fluido entra nelle varie fessure del palettamento dello statore. Quest’ultimo reindirizza il fluido al rotore creando interferenza nella rotazione del rotore stesso: si viene a creare una coppia frenante mediante i differenti versi di rotazione del rotore (mediante fluido).
La coppia frenante è trasmessa agli assi di trasmissione a valle del cambio mediante un moltiplicatore di velocità, che amplifica l’effetto e decelera il mezzo pesante.
Durante il funzionamento viene trasformata energia meccanica dell’albero in energia cinetica per accelerare e il fluido nel circuito fino a raggiungere lo statore. Successivamente abbiamo una trasformazione di energia cinetica (frenante) del fluido in energia termica, nel momento in cui il fluido sviluppa la coppia frenante necessaria per decelerare.
Il fluido aumenta la propria temperatura e pertanto il sistema dovrà essere munito di uno scambiatore di calore acqua-olio integrato al retarder, per far sì che la temperatura sia tenuta sotto controllo.
Il sistema funziona analogamente al retarder ad olio, la differenza sta nel fluido operativo. Gli Aquatarder sfruttano, per l’appunto, acqua.
L’acqua fluisce continuamente tra statore e rotore, creando resistenza al moto di rotazione del rotore. Le temperature divengono elevate e il raffreddamento avviene mediante il passaggio del fluido nel circuito di raffreddamento.
Il sistema è maggiormente utilizzato da Mercedes. Garantisce minor peso, minor ingombro ed efficienza per via della mancata usura e sovratensione termica.
I rallentatori elettrodinamici sono composti da: statore fisso con bobine dell’eccitatore e una coppia di rotori solidali all’albero di trasmissione che li mette in rotazione.
Rotori e statore sono calettati sullo stesso asse a distanza data, definita “traferro“, che evita qualsiasi contatto minimizzando l’usura.
Durante la fase di frenata, la centralina aziona un controllo elettronico che immette corrente nelle bobine dell’eccitatore. La dipendenza studiata tra i fenomeni elettrici e magnetici, ci portano a concludere che a tal corrente (nelle bobine), corrisponde un campo magnetico che a sua volta induce correnti “parassite” nei rotori. Questi campi elettro-magnetici creano interferenza tra loro. Si crea un momento frenante lungo l’asse di trasmissione in cui sono calettati rotori e statore.
Il momento frenante aumenta all’aumentare dell’eccitazione delle bobine dello statore. Tutto in funzione di quanta pressione vien fatta sul pedale del freno (o livello di azionamento della leva manuale).
Lo statore è l’elemento induttivo ed è caratterizzato da una serie di elettromagneti. Questi ultimi, una volta attraversati da corrente continua, generano campi magnetici in grado di produrre correnti parassite (indotte) nei rotori.
I retarder elettrodinamici presentano momenti frenanti elevati a bassi numeri di giri, a differenza di quelli idro-dinamici. Tuttavia, a differenza di quest’ultimi, all’aumentare del carico termico del rallentatore elettro-dinamico, crolla l’efficienza frenante.
L’efficienza nei retarder crolla in funzione dell’aumento della temperatura. Il perché?
I sistemi sono progettati in modo tale da evitare che si inneschi un incendio per temperature troppo elevate.
