Impianto frenante, i consigli per viaggiare sicuri

La corretta manutenzione di dischi e pastiglie è fondamentale per garantire la sicurezza. Ecco come fare per avere un impianto sempre efficiente.

Impianto frenante, i consigli per viaggiare sicuri

di Stefano Panzeri

22 novembre 2013

La corretta manutenzione di dischi e pastiglie è fondamentale per garantire la sicurezza. Ecco come fare per avere un impianto sempre efficiente.

Dischi e pastiglie: parla l’esperto

Negli ultimi decenni l’elettronica è entrata di prepotenza nell’auto aumentando le performance ottenibili con la meccanica pura. Eppure i componenti tradizionali rimangono insostituibili. Se l’arrivo di ABS, BAS e altre diavolerie digitali hanno reso più regolare ed efficiente la frenata, dischi e pastiglie freno continuano ad avere una funzione predominante nel garantire l’adeguata sicurezza delle auto. Un ruolo che spesso tendiamo a dare per scontato o a sottovalutare presumendo che dischi e pastiglie abbiamo una tecnologia semplice ormai consolidata in oltre 100 anni di storia. Un pensiero erroneo che spesso ci induce a disinteressarci degli elementi terminali dell’impianto frenante.

Per riportare la giusta attenzione ai due componenti ci siamo avvalsi della consulenza di Luca Armellin dell’Ufficio Tecnico e Ricerca e Sviluppo della Metelli, azienda di Cologne (BS) poco conosciuta al grande pubblico, ma i cui componenti sono molto più presenti nelle nostre auto di quanto si pensi.

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Le nostre domande si sono limitate ai due componenti maggiormente soggetti a usura, dischi e pastiglie, e non sono stati considerati tamburi e ganasce. Pur essendo ancora diffusi sulle auto di piccole dimensioni, si tratta di componenti con specifica struttura meccanica e costruttiva, ma con principi analoghi in termini di materiali d’attrito e funzionamento a quelli di dischi e pastiglie. Ne consegue che la maggior parte dei ragionamenti riportati per i freni a disco sono validi anche per quelli a tamburo. 

Nelle pagine successive il testo integrale dell’intervista.

Le caratteristiche del disco freno

Come sono fatti i dischi?

Esiste una grande varietà di tipologie di dischi che si differenziano per materiali impiegati, per forma e per superficie. Tra le prime si possono trovare prodotti inlega d’acciaio, le più diffuse in ghisa e, per sportive e auto da competizione, inceramica e carbonio.

Ampia pure la varietà di forme, che per semplicità, possiamo dividere in “pieno” e “ventilato”, dove il primo è costituito da un disco con doppia faccia di contatto, mentre il secondo è composto da “due” dischi separati da una serie di vani (di varie geometrie) nei quali passa aria. Questo accorgimento nel realizzare questi tipi di dischi ha due effetti: il primo di aumentare la superficie di scambio termico attraverso la quale il disco può cedere calore all’aria, il secondo è che “l’alettatura” nel disco che ruota induce una circolazione d’aria nei vani presenti tra le due fasce frenanti, accentuando ulteriormente la capacità del disco di cedere calore e quindi di raffreddarsi più rapidamente.

Analogamente,la superficiedelle fasce frenanti può essere liscia, con forature origature. Questi accorgimenti permettono ai gas prodotti dal materiale d’attrito della pastiglia che degrada di fuoriuscire e alla pastiglia di mantenere al massimo il contatto con il disco. La contropartita è che ai banchi prova, a parità di pressione idraulica, si può misurare una minor efficacia delle frenate “fredde” che in un utilizzo normale di un’autovettura costituiscono il 95% dei casi. Per questo motivo tali accorgimenti sono rimasti ad esclusivo appannaggio di alcuni dischi destinati a mercati “particolari”, come competizioni o tuning.

Quali sono le caratteristiche di un buon disco freno in ghisa?

È concettualmente inesatto parlare di ghise efficienti in senso assoluto; ogni elemento in lega contribuisce a dare alla ghisa una caratteristica particolare, ma c’è sempre una contropartita. Possiamo affermare a livello generale che ci sono una serie di elementi in lega (cromo, manganese) che contribuiscono a conferire alla ghisa caratteristiche di resistenza meccanica e alla fatica termica, elementi quali rame che migliorano la conducibilità termica, mentre la presenza di altri elementi quali il silicio serve, ad esempio, a migliorare la colabilità della ghisa, un aspetto più legato alla realizzabilità di una buona fusione che al comportamento del disco in esercizio. Tenori particolarmente alti di carbonio invece (si parla di ghisa High Carbon) concorrono a migliorare il comportamento tribologico del disco con la pastiglia, cioè a incrementare l’efficienza dei due elementi nel loro insieme.

Dal punto di vista non strettamente metallurgico, un buon disco freno deve avere in primis una fusione eseguita correttamente, cioè che presenti una struttura del metallo corretta, conseguenza certamente di una buona composizione della ghisa, ma anche di una colata effettuata a regola d’arte e di un raffreddamento del metallo liquido non troppo veloce né troppo lento. Inoltre devono essere garantiti sovrametalli minimi perché lo strato superficiale di una fusione presenta inevitabilmente delle alterazioni che non si devono trovare nel disco freno finito.

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E di una pastiglia efficiente?

Una pastiglia deve avere molteplici caratteristiche spesso contrastanti fra loro, quali un buon coefficiente d’attrito tipico di pastiglie “tenere” e una buona durata caratteristica invece di pastiglie più “dure”. Inoltre, deve funzionare bene a freddo (ad esempio, le pastiglie in [glossario:carbonio] non funzionano a basse temperature), deve resistere alle frenate più violente senza perdere la sua efficacia nel tempo e, non dimentichiamoci, agli elementi esterni al quale è esposta.

Quindi se parliamo di una pastiglia destinata al normale parco auto circolante che possa essere definita globalmente “efficiente” diciamo che è quella che possiede il miglior compromesso generale tra tutte le caratteristiche; questo sempre nelpieno rispetto delle più stringenti normative ambientali.

Le informazioni sul prodotto

Come si legge l’etichetta di dischi?

L’etichetta dei dischi freno riporta tutte le informazioni necessarie per la corretta identificazione del prodotto, ovvero: il codice a catalogo, la quantità di dischi per confezione (normalmente 2 dischi freno per confezione, dato che normalmente si sostituiscono 2 dischi freno alla volta, siano essi anteriori o posteriori), l’indicazionese sono anteriori o posteriori, la misura del diametro esterno, lo spessore nominale (TH, dall’inglese Thickness) nelle condizioni in cui sono venduti e lo spessore minimo (THmin) al di sotto del quale i dischi freno vanno sostituiti, le applicazioni dei veicoli a cui sono destinati, il codice di adattabilità al prodotto originale, l’indicazione della provenienza del fabbricante, la data di confezionamento e il codice a barre.

 

E quella delle pastiglie?

In più e/o di diverso rispetto a quella dei dischi freno, l’etichetta delle pastiglie freno riporta il codice WVA (sostanzialmente il corrispettivo del codice di adattabilità all’originale riportata sulle etichette dei dischi freno), la quantità delle pastiglie nella confezione (che in questo caso normalmente è di 4 dato che per ogni disco freno sono necessarie 2 pastiglie freno), il codice di omologazione ECE R90 (omologazione di conformità del prodotto rispetto al ricambio originale; in altre parole la certificazione che comprova che la pastiglia rispetta gli standard del ricambio originale in termini di prestazioni e sicurezza), l’indicazione relativa al costruttore dell’impianto frenante e la forma delle pastiglie contenute.

Esistono differenze di prestazioni tra prodotti ufficiali e after market?

Parlando di pastiglie certamente, i prodotti ufficiali spesso sono un buon compromesso generale, mentre i prodotti aftermarket sono molto spesso presenti sul mercato con prodotti differenziati per enfatizzare alcune caratteristiche che l’utente può maggiormente desiderare (durata, prestazioni migliorate nelle frenate estreme, miglior coefficiente d’attrito ecc.).

Diverso è il discorso se si parla di dischi; la qualità (composizione e fusione) della ghisa è importante certo, ma le lavorazioni meccaniche sono di grande rilievo. Il disco deve essere lavorato correttamente altrimenti ne risulta un componente con un comportamento in frenata non all’altezza delle aspettative. Nel parco aftermarket dei dischi freno si trova di tutto, dal disco di fattura assolutamente paragonabile all’originale, al peggior disco immaginabile, “tipicamente di provenienza asiatica”.[!BANNER]

Sul mercato si trovano prodotti contraffatti? Come riconoscerli?

Sicuramente ce ne sono. Il loro riconoscimento per un occhio non esperto è molto difficile, la cosa migliore è verificare scrupolosamente l’etichetta della confezione e come il prodotto stesso è marcato. Per fare un esempio, i nostri dischi sono tutti marcati imprimendo nel metallo i caratteri con una macchina apposta, mentre non impieghiamo la marcatura a micro punti (significativamente diversa e che lascia una traccia più leggera e col tempo può risultare di impossibile lettura). Confrontando, quindi, i caratteri e il tipo di marcatura si può identificare la provenienza del prodotto.

Controlli e manutenzione

Ogni quanto è consigliabile fare controllare i dischi e le pastiglie?

Sarebbe auspicabile un controllo di ispezione ogni volta che vengono effettuate le normali manutenzioni (cambio olio, filtri, ecc.) quindi ogni 20. 000 km o per lo meno una volta l’anno.

Come si controlla l’usura? Si può “sentire”?

L’usura delle pastiglie in molti casi può essere verificata visivamente attraverso lerazze del cerchio…un occhio attento può capire lo spessore residuo del materiale d’attrito della pastiglia. Se è 3 mm o inferiore, è il caso di pensare a una sostituzione delle pastiglie. Nell’ipotesi di mancata manutenzione, quando il materiale d’attrito è completamente esaurito (condizione a cui non si dovrebbe mai arrivare), frenando si ha il contatto diretto metello-metallo tra la schiena della pastiglia e la fascia frenante del disco. Questo genera una frenata più debole, non omogenea a che genera una sorta di “stridio” tipico rumore di due metalli che fregano uno contro l’altro. In questo caso è fondamentale far sostituire le pastiglie immediatamente e far eseguire un’accurata ispezione dello stato del disco. Lo sfregamento della schiena della pastiglia contro il disco porta, infatti, a un rapido danneggiamento della superficie di quest’ultimo rendendo necessaria come minimo lo smontaggio dei dischi per eseguire una rettifica delle fasce frenanti, o meglio una loro sostituzione.

In modo analogo può essere fatta un’ispezione dello stato del disco freno, è necessario effettuare come minimo un controllo visivo sullo stato generale del disco e, in particolare, verificare che le fasce frenanti siano esenti da cricche, non abbiano segni di surriscaldamento (macchie bluastre) e non siano eccessivamente usurate (presenza del tipico bordo in rilievo in corrispondenza del diametro esterno del disco, segno della riduzione di spessore del disco). Quando il disco ha lo spessore della fascia frenante con un valore prossimo al valore minimo (sempre marcata sul bordo esterno dei nostri dischi) è indispensabile procedere alla sostituzione.

Quali altri controlli posso fare?

Un altro controllo da effettuare con regolare cadenza è il livello e lo stato (colore, consistenza) del liquido freno nel serbatoio che si trova nel vano motore. Il liquido andrebbe sostituito interamente ogni due/tre anni circa. Soggetto a surriscaldamenti il liquido freni tende a perdere le sue proprietà col tempo e un suo semplice rabbocco non è sufficiente.

Quali conseguenze può portare una scorretta manutenzione?

L’impianto frenante è per eccellenza un dispositivo di sicurezza. Una sua periodica ispezione e una regolare manutenzione sono fondamentali. Una manutenzione mal fatta o peggio assente, porta a un progressivo deterioramento dei componenti normalmente soggetti a usura con una conseguente perdita dell’efficacia frenante. Una mancata sostituzione di pastiglie completamente usurate porta a una frenata veramente scarsa e, qualora i dischi fossero consumati sotto lo spessore minimo, la sicurezza della frenata non è più garantita con potenziali conseguenze molto gravi (cedimento del disco stesso).

Quanto è rilevante il montaggio per l’efficacia dei freni?

Come per tutti gli interventi sulla meccanica di un veicolo, le operazioni di montaggio dei componenti sono solo l’ultimo anello di una catena che determina il buon comportamento in esercizio. L’impianto frenante non fa eccezione. Eseguire un buon montaggio pulendo accuratamente le superfici di appoggio (mozzo, ecc.) serrando viti e dadi rispettando i valori di coppia raccomandati, controllando che il disco giri senza oscillazioni una volta montato e verificando che la pinza sia rimontata correttamente sono tutte attività che come minimo dovrebbero essere eseguite durante la sostituzione di dischi e pastiglie.

Costi e prestazioni in varie condizioni

Quanto costa sostituire dischi e pastiglie?

Le pastiglie freno sono generalmente prodotti con un costo abbastanza contenuto (parliamo di alcune decine di euro, a volte un centinaio o poco più per due coppie di pastiglie). Le operazioni da effettuare e la loro sostituzione sono piuttosto semplici e rapide, di conseguenza l’incidenza della manodopera sul costo complessivo della sostituzione è piuttosto modesto. Per i dischi valgono gli stessi ragionamenti, ma con prezzi superiori che comunque, per i prodotti in ghisa, non superano qualche centinaia di euro.

È necessario “rodare” dischi e freni dopo la sostituzione?

Dopo la sostituzione delle pastiglie, dei dischi o di entrambi, le superfici che si trovano a contatto durante la frenata non combaciano mai perfettamente; più che di un vero e proprio rodaggio il nostro consiglio è di effettuare delle frenate leggere e possibilmente prolungate per i primi 500 km di percorrenza del veicolo, o come minimo nelle prime giornate di utilizzo. Queste frenate “dolci” danno modo alla superficie della pastiglia di adattarsi alla fascia frenante del disco (è un assestamento più che un rodaggio vero e proprio). Alla fine di questo mutuo adattamento le due superfici copieranno fedelmente l’un l’altra ed andranno a lavorare con la massima area di contatto possibile permettendo all’impianto frenante di effettuare la frenata con la massima efficacia.

Le prestazione dei freni cambiano secondo le condizioni climatiche?

Essenzialmente no. Ci sono dei cambiamenti legati alla temperatura ambientedella viscosità dell’olio dell’impianto (che a freddo risulta più “denso”), ma che non sono percettibili al guidatore perché l’influenza di tali parametri nel comportamento generale dell’impianto è molto contenuta. La maggior parte dei liquidi freni oggi in commercio funzionano egregiamente in un ampio intervallo di temperature. In climi particolarmente caldi i freni possono surriscaldarsi con maggiore facilità, ma si parla comunque di condizioni di utilizzo al limite.

Esistono situazioni nel quale l’impianto frenante può subire un calo di prestazioni momentaneo?

Ci sono due situazioni nelle quali gli impianti frenanti hanno un momentaneo calo di prestazioni: la prima, e meno pericolosa, è quando dischi e pastiglie vengonoabbondantemente bagnati a freddo (esempio tipico è durante il lavaggio dell’auto o nel passare a passo d’uomo in una zona con molta acqua, tanta da bagnare il disco). In questi casi le fasce frenanti sono coperte da un velo d’acqua e le pastiglie, intrinsecamente porose, ne hanno assorbito a loro volta una certa quantità. Di conseguenza la prima frenata, o al massimo le prime due, risulteranno un po’ “lunghe”. Nulla di preoccupante, ma è bene ricordarselo.

Il secondo caso nel quale l’impianto frenante può “entrare in crisi” è alla fine di un’impegnativa discesa di montagna: dischi, pastiglie e pinze una volta surriscaldati non offrono le medesime prestazioni che hanno in condizioni normali. Anche in questo caso si tratta di una condizione passeggera, ma bisognerebbe assolutamente evitare di surriscaldare i freni. Il ripristino delle prestazioni normali dell’impianto si ha solo dopo che dischi, pinze e pastiglie si sono raffreddati; ci può volere anche parecchio tempo ed è sconsigliabile muovere il veicolo nel frattempo perché non in sicurezza.

Come frenare nelle discese prolungate?

Il materiale d’attrito della pastiglia freno è essenzialmente un cattivo conduttore di calore; questo significa che gran parte dell’energia generata in frenata finisce nel disco, ma anche che la pastiglia scalda una sottile porzione della sua superficie (quella immediatamente a contatto con il disco) e il calore generato fatica poi a disperdersi. Un contatto continuo e prolungato della pastiglia con il disco provoca quindi un surriscaldamento della pelle della pastiglia. Il rischio è di incorrere a lungo andare in un fenomeno di “vetrificazione” della pastiglia stessa; la superficie del materiale d’attrito subisce una trasformazione che la rende particolarmente dura, liscia e lucida allo sguardo.

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Questa trasformazione porta a una sensibile diminuzione del coefficiente d’attrito e conseguente riduzione dell’efficacia di frenata. Per ovviare a questo fenomeno si consiglia quindi, oltre a sfruttare il freno motore, di effettuare successive frenate di intensità maggiore piuttosto di tenere continuamente puntato il freno. Una tecnica che minimizza il tempo durante il quale il disco e la pastiglia sono a contatto facendo in modo che la superficie della pastiglia stessa sia a contatto con il disco per il minor tempo possibile e non si surriscaldi eccessivamente.

Possibili danni e consigli utili

Quali sono i principali danni ai quali sono soggetti i dischi?

Oltre alla “vetrificazione” delle pastiglie, si possono avere la deformazione, larigatura, la formazione di cricche sulla fascia frenante e, in alcuni rari casi, la rottura completa del disco. La prima può essere generata da una serie di frenate leggere, ma prolungate e continue, da un cattivo montaggio o l’eccessivo riscaldamento dei dischi che possono generare deformazioni od ovalizzazioni che provocano vibrazioni od ondeggiamento durante la frenata. Le rigature sono generalmente conseguenza di assenza di rodaggio di dischi e pastiglie nuovi o alla tardiva sostituzione delle pastiglie ormai a fine vita, mentre la rottura, per fortuna decisamente più rara, è quasi sempre riconducibile ad un riassemblaggio di disco e pinza eseguito in modo non corretto. Il cattivo allineamento della pinza frenorispetto al disco, la chiusura dei bulloni di montaggio con coppia eccessiva, il montaggio di un disco non adatto a quella vettura, sono tutte cause di sollecitazioni eccessive per “cattivo funzionamento” a cui il disco è sottoposto e per le quali non è stato dimensionato. Alcuni casi di rottura invece si verificano quando il disco viene tenuto in esercizio anche quando il suo spessore è arrivato a valori sotto il valore minimo raccomandato (THmin) che, se non rispettato rigorosamente, porta il disco ormai troppo consumato a cedere per sovraccarico.

Cosa si intende per fading?

Il [glossario:fading] è un fenomeno nel quale si incorre quando i freni vengono utilizzati al limite. Il materiale d’attrito delle pastiglie ha una componente definita “organica”. Se questa raggiunge temperature molto elevate rilascia del gas che si frappone fra la pastiglia e la fascia frenante del disco, la superficie di contatto subisce una diminuzione di area effettiva e l’effetto è una frenata meno efficace. Attenzione perché quando si verifica [glossario:fading] le frenate e gli spazi d’arresto si possono allungare anche di molto. In casi estremi sui banchi prova si possono vedere i gas che a contatto con il disco rovente generano delle piccole fiamme localizzate che spontaneamente spariscono appena le temperature scendono.

Cosa si intende per vapor lock?

Termine inglese formato dalle due parole vapore e blocco, è abbastanza auto esplicativo. È un preoccupante fenomeno che si verifica quando il calore che viene trasmesso dalla schiena della pastiglia freno surriscaldata al pistone è tale da portare ad ebollizione la porzione d’olio che si trova immediatamente dietro il pistone freno. L’effetto della sacca di vapore nell’impianto è che il pedale diventa “soffice” e non si è più in grado di esercitare sufficiente pressione sulle pastiglie e, di conseguenza, le frenata è completamente inconsistente. L’unico rimedio è aspettare a veicolo fermo tempo sufficiente a far raffreddare adeguatamente l’impianto, il vapore condenserà e si potrà riprendere il viaggio con i freni che avranno ripreso il loro comportamento normale. A valle di un episodio di vapor lock sarebbe bene fa controllare quanto prima lo stato dell’olio freni; essendo fortemente igroscopico è possibile cha abbia assorbito dell’acqua che ne abbassa molto la temperatura di ebollizione, ed è possibile l’olio che debba essere sostituito integralmente.

Devo preoccuparmi quando sento “fischiare” i freni?

Il fenomeno della rumorosità dell’impianto frenante è molto complesso, è legato a vibrazioni che si innescano durante la frenata e dipendono da molti fattori. Da varie analisi effettuate il fenomeno del rumore è stato suddiviso principalmente in gruppi in base alle frequenze e al “suono” caratteristico che producono; il fastidioso “fischio” è tra i rumori a frequenza più alta di tutte.
Sebbene la rumorosità avvertibile nella frenata generalmente non sia legata a problemi di funzionamento dell’impianto (a meno che il rumore non sia lo stridio tipico di metallo su metallo, in tal caso abbiamo letteralmente finito le pastiglie), è sicuramente motivo di fastidio per gli occupanti del veicolo. Se il fischio in frenata si manifesta dopo aver sollecitato particolarmente i freni (ad esempio, in una discesa in montagna) è possibile che sia il risultato della “vetrificazione” delle pastiglie; solo in questo caso può essere sintomo di una degenerazione del materiale d’attrito e varrebbe la pena far controllare lo stato delle pastiglie, negli altri casi è solo questione di “confort” acustico, spesso rimediabile sostituendo comunque le pastiglie con dei materiali d’attrito più “teneri”.[!BANNER]

Come preservate l’impianto frenante?

Il consumo di pastiglie e disco dipende, oltre che dalle caratteristiche delle stesse, anche dallo stile di guida. Per preservare nel tempo la durata di questi componenti, è consigliabile sfruttare il freno motore per rallentare ed evitare una guida con forti accelerazioni e altrettanto intense frenante preferendo un’andatura che segue il flusso del traffico. L’adozione di uno stile di guida “fluido”, sempre nell’ottica di preservare il consumo di dischi e pastiglie, è oltremodo importante nei veicoli con cambio automatico, nei quali notoriamente il freno motore è quasi assente.

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