Dischi freno assemblati per autoveicoli

Da quando il sistema di freni a disco è stato introdotto per le automobili, il disco del freno è stato un componente strutturale significativo nella produzione automobilistica. Insieme alla pastiglia del freno, il disco del freno forma un accoppiamento di attrito soggetto ad usura e, di conseguenza, deve sopportare condizioni di carico estreme.

Le informazioni tecniche e i suggerimenti pratici riportati di seguito sono stati redatti da HELLA per offrire un'assistenza professionale alle officine. Le informazioni contenute in questo sito web devono essere utilizzate esclusivamente da personale tecnico specializzato.

Dischi freno assemblati

I veicoli più pesanti o potenti devono essere dotati di un impianto frenante ultradimensionato. I dischi freno devono avere quindi un diametro maggiore e la campana uno spessore maggiore. Tali dischi, se sottoposti a sollecitazioni termiche elevate, sono soggetti a variazioni, come differenze di spessore, spostamento assiale e vetrificazione. I dischi freno a due parti, detti anche dischi assemblati, offrono degli indubbi vantaggi a questo proposito. Grazie all'impiego di materiali diversi e di processi di accoppiamento speciali, riescono infatti a deviare il flusso di calore dal mozzo della ruota.

Struttura e materiali

In fase di frenata i dischi freno sono soggetti a carichi meccanici pesanti e devono resistere non solo a forze di pressione, trazione e centrifughe, ma anche a notevoli sollecitazioni termiche. Per ottenere i migliori risultati in ogni situazione è necessario adattare la composizione dei materiali del disco freno all'impianto frenante in questione.

Punto di giunzione con rivetti in acciaio inossidabile

Per la maggior parte dei veicoli e degli ambiti di applicazione, lo standard della produzione in serie è rappresentato da dischi freno in grafite lamellare (ad esempio in ghisa grigia GG 15). Le proprietà della ghisa grigia possono essere migliorate con l'aggiunta di vari materiali. Molibdeno e cromo aumentano la resistenza della lega all'usura e alla formazione di cricche a caldo. Aumentando il tenore di carbonio si migliora la capacità termica. I dischi freno assemblati HELLA sono composti da una campana in alluminio e da un anello di attrito in ghisa grigia ad alto tenore di carbonio. I due componenti vengono fissati nel punto di giunzione con rivetti in acciaio inossidabile, che garantiscono la tenuta di forze relativamente alte e che consentono all'anello di attrito di dilatarsi termicamente in direzione assiale indipendentemente dalla campana. In questo modo è possibile ridurre l'incidenza di deformazioni termiche e cricche a caldo nel punto di giunzione tra l'anello di attrito e la campana.

L'impiego di alluminio per la campana consente inoltre di diminuire il peso del disco freno anche del 20%.

Vantaggi

Oltre alla riduzione del peso questi dischi presentano i seguenti vantaggi:

Riduzione del consumo di carburante con abbassamento verificabile delle emissioni di CO2
L'aumento della conducibilità termica riduce la deformazione dei materiali e minimizza le vibrazioni in frenata
Maggiore capacità di carico
Riduzione del grado di rumorosità e vibrazioni grazie al disaccoppiamento tra l'anello di attrito e la campana disco
Aumento del comfort di guida grazie alla riduzione della massa non sospesa dell'impianto frenante

Questa tecnologia costruttiva migliora notevolmente l'efficienza dei dischi freno

Svantaggi

L'unico svantaggio è la laboriosità del processo produttivo dovuta alla necessità di gestire processi di accoppiamento differenti a seconda del materiale.

Canali radiali di raffreddamento di un disco freno autoventilato

Nel corso di una frenata l'attrito converte l'energia cinetica in energia termica. Fino al 90% di tale energia viene assorbita dal disco freno e dissipata nell'aria. In condizioni estreme i freni possono raggiungere temperature di 700 °C.

Oltre alle sollecitazioni fisiche i dischi freno sono soggetti a contaminazioni ambientali, sporco, acqua e sale. Tutti questi fattori devono essere presi in considerazione dai costruttori di dischi freno in fase di produzione.

I dischi freno assemblati sono sempre ventilati. Da un lato essi offrono una maggiore capacità di accumulo termico grazie alla loro massa più estesa, dall'altro raffreddano più rapidamente grazie ai canali attraversati dall'aria. I canali radiali sono posti tra i due anelli di attrito. La rotazione del disco freno crea un effetto di ventilazione che genera a sua volta un continuo passaggio d'aria attraverso il disco. I dischi assemblati possono essere inoltre dotati di baffature o fori assiali. Residui di abrasione, acqua e sporco si accumulano nelle baffature e vengono espulsi grazie al movimento di rotazione. I fori assiali aumentano la dissipazione di calore. Essi presentano però un effetto autopulente ridotto, in quanto possono accumulare dei residui di abrasione al loro interno.

Versioni diverse

Disco freno composito BMW con campana in alluminio rivettata

Disco freno Mercedes Benz con campana in lamiera d'acciaio dentata

Dischi freno assemblati di BMW e Mercedes

I dischi freno assemblati possono differenziarsi a seconda del costruttore del veicolo per quanto riguarda il design, la composizione dei materiali e il processo di accoppiamento. Il tipo di giunzione tra la campana disco in alluminio e l'anello di attrito in ghisa grigia può variare a seconda del costruttore. È possibile utilizzare speciali processi di fusione, incollaggio o stampaggio, come pure giunzioni meccaniche tramite rivetti, fermagli, perni o viti.

In alcuni modelli Mercedes Benz utilizza dei dischi freno compositi con campana in lamiera d'acciaio e anello di attrito in ghisa. I due componenti vengono uniti tramite una struttura o dentatura speciale con accoppiamento bloccato alla pressa. Il profilo dentato della metà esterna della campana rivolta al copertone si innesta nel profilo dentato complementare dell'anello di attrito per trasmettere la coppia. La campana in lamiera d'acciaio ha uno spessore di soli 2,5 millimetri. La parete di una campana classica ha di solito uno spessore compreso tra 7,5 e 9 millimetri.

Audi ceramic brake disc — Disco freno Audi in ceramica

Dischi freno per veicoli sportivi

Per ragioni di costi i dischi freno a più parti in ceramica o carbonio vengono montati esclusivamente su veicoli sportivi o di fascia alta. Oltre al peso ridotto, alla lunga vita utile e alla buona reattività, un ulteriore vantaggio è rappresentato da una diminuzione dell'effetto fading. A ragione della loro scarsa conducibilità termica questi dischi richiedono tuttavia delle pastiglie speciali, in grado di bilanciare questo fattore.

Usura e controllo

Controllo dell'eccentricità del disco mediante comparatore

Indicazione dello spessore minimo sul bordo del disco freno

Controllare le condizioni del disco freno composito

A causa delle elevate sollecitazioni meccaniche e termiche a cui è sottoposto un disco freno composito, le sue condizioni devono essere controllate periodicamente durante l'ispezione prevista dal costruttore, come avviene per i dischi freno tradizionali. La soglia di usura del disco viene stabilita anche in questo caso dal costruttore in base al valore dello spessore minimo dell'anello di attrito. Tale valore, espresso in millimetri, viene indicato o stampato sul bordo esterno o sulla campana del disco freno.

Durante l'ispezione è possibile eseguire anche le procedure di testing più comuni per i dischi freno, come il controllo della centratura (eccentricità) e delle differenze di spessore (vari spessori del disco). I relativi valori di tolleranza sono indicati dai costruttori dei veicoli e devono essere osservati rigorosamente.

Avvertenze

Superficie di appoggio preparata del mozzo della ruota

Per garantire il perfetto funzionamento dell'impianto frenante si consiglia di seguire le seguenti indicazioni:

I dischi freno devono essere sempre sostituiti in coppia
Quando si cambiano i dischi freno, sostituire sempre anche le pastiglie
La superficie di appoggio del mozzo della ruota deve essere piana, priva di bavature, pulita, senza ruggine e senza danni visibili
Nel caso di dischi freno autoventilati rispettare il senso di rotazione
Rispettare la coppia di serraggio prescritta
Rodare l'impianto frenante evitando frenate brusche nei primi km, per permettere alle superfici di attrito del disco e della pastiglia di adattarsi fra di loro. Rispettare le istruzioni di rodaggio fornite dal costruttore del veicolo
Seguire le indicazioni riportate nel foglio illustrativo incluso nella confezione, oltre alle avvertenze su riparazione e sicurezza prescritte dal costruttore del veicolo
I lavori di riparazione sugli impianti frenanti devono essere eseguiti esclusivamente da personale qualificato

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