Vehicle CuEriosity 02×01 – Freni a disco e problema dell’ “ovalizzazione”

I freni a disco sono sicuramente la tipologia più diffusa ed efficace. Si sfrutta l’attrito tra un disco rotante solitamente in acciaio (non mancano però soluzioni più prestazionali in carbonio o carbo-ceramiche), fissato in modo solidale con la ruota, che gira in mezzo ad una coppia di pastiglie. Queste sono dotate di un materiale ad alto coefficiente di attrito, noto come ferodo. Lo scopo è appunto quello di dissipare l’energia cinetica del veicolo grazie all’attrito tra disco e ferodi, ottenendo in questo modo una diminuzione di velocità.

Vantaggi dei freni a disco

Esistono diversi vantaggi nell’utilizzo dei freni a disco, proviamo a riassumerne qualcuno.

1 – Sono in grado di disperdere il calore in modo soddisfacente, grazie anche a sistemi di autoventilazione. Durante la frenata è fondamentale non eccedere con lo stress termico in relazione ai materiali utilizzati per non incorrere in crollo prestazionale o eccessiva usura.
Per esempio possono essere utilizzate delle alette per dissipare il calore, o ancor meglio dei pioli.

Questi, rispetto alla ventilazione ad alette, offrono una superficie maggiore per lo scambio termico e generano maggiore turbolenza dell’aria che, a sua volta, favorisce la capacità di raffreddamento.

Oppure si possono utilizzare dei dischi forati che favoriscono l’espulsione di gas indesiderati, riducendo o annullando il fenomeno del fading (vedi sotto).

2 – Un altro vantaggio per i freni a disco è dato dal fatto di godere di un’azione frenante proporzionale alla forza esercitata sul pedale. In questo modo la frenata risulta maggiormente modulabile da parte del conducente, offrendo una sensazione di sicurezza.

3 – Altro aspetto da considerare è legato alla pulizia e alla manutenzione. In prima analisi, il fatto di ruotare solidalmente con le ruote permette di liberarsi facilmente dalle impurità raccolte. Inoltre l’architettura stessa dell’impianto permette un rapido controllo dello stato dei dischi e delle pastiglie, e la possibilità di sostituire i ferodi usurati agevolmente.

Un aspetto già citato, ma molto importante, è la gestione del calore. Eccessive temperature possono portare ad una diminuzione del coefficiente di attrito tra pastiglie e disco a causa di un cuscinetto di gas che si frappone tra essi (fading, appunto), pericolo di ebollizione dell’olio del sistema idraulico e deformazioni di componenti dell’impianto frenante (“ovalizzazione”).

“Ovalizzazione” dei freni a disco

Specifichiamo fin da subito che questo termine è tecnicamente scorretto. Di fatto si tratta di una deformazione dei dischi, specialmente per effetti termici, che vagamente rimanda ad una forma ovale.
Come ci ricorda Brembo,

L’eccessivo aumento della temperatura del disco ha numerose conseguenze, tra cui la più importante è riconducile alla dilatazione della fascia frenante che tenderà a dilatarsi in senso radiale ed assiale, deformandosi in taluni casi in maniera permanente. In questo caso la fascia frenante si curva e si trasforma in un cono, non trovando la forma originaria dopo il raffreddamento.

Significa quindi che la deformazione del disco è riconducibile essenzialmente a due fattori. Da una parte l’eccessiva temperatura con tutte le cause annesse, e dall’altra la capacità del materiale del disco di deformarsi rimanendo in campo elastico, senza mai raggiungere quello plastico. Infatti nel caso di raggiungimento del campo plastico le deformazioni saranno permanenti, e non sarà possibile un naturale ritorno alla forma originale.

Come evitare la deformazione assiale dei freni a disco?

Per prima cosa bisogna tener presente che gli impianti frenanti delle auto più diffuse sono pensati per un uso urbano, sicuramente non ad uno sportivo.

Si dovrebbe anche favorire il freno motore quando possibile: mantenere una giusta distanza di sicurezza permette di farne parecchio uso senza dover ricorrere forzatamente all’uso del pedale.

Naturalmente bisognerebbe fare attenzione al giusto accoppiamento tra disco e pastiglie in termini di materiale d’attrito, evitando soluzioni “fai da te” improvvisate.

In generale il buon senso e un controllo periodico fanno da padroni ed evitano ulteriori spese.

fonti: Brembo.com