Freno
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Il freno è un dispositivo utilizzato per rallentare o bloccare il movimento di un corpo. Si distinguono vari tipi di freni, sia per il modo con cui vengono azionati (freno a mano o a pedale), sia in base al principio di funzionamento (freni meccanici, idraulici, aerodinamici e pneumatici) I freni meccanici a loro volta si dividono in freni a ganasce, freni a disco e freni a cono.
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[modifica] Classificazione
I freni vengono classificati a seconda delle loro caratteristiche strutturali.
[modifica] Freni meccanici
Questi freni quando agiscono generano un usura del freno, dato che fruttano l'attrito radente.
[modifica] Tamburo
Il freno a tamburo è semplice ed economico ed è stato impiegato per molto tempo su auto e moto, ma ha dovuto cedere il posto al freno a disco, abbandonando prima le moto e quindi le automobili. Esistono ancora mezzi che adoperano questo tipo di freno, ma generalmente appartengono alle fasce più basse, sia che si parli di moto che di auto: fra i motocicli il tamburo viene utilizzato negli scooter di bassa cilindrata per la ruota posteriore; per quanto riguarda le automobili, è frequentemente scelto come soluzione per le utilitarie (sempre al posteriore) per motivi di economicità e per via della massa ridotta del mezzo, che non obbliga all'impiego di impianti di grandi prestazioni.
I freni a tamburo si classificano in base al numero di ceppi, ovvero delle parti che vanno a contatto con il tamburo, e in base alla loro posizione rispetto al tamburo stesso.
[modifica] Numero di ceppi del tamburo
Il numero di ceppi per tamburo varia da un minimo di uno ad un massimo di due e a seconda del numero varia la forza impressa al tamburo.
- Ceppo semplice:
Questo è il tipo più semplice di freni. Consiste in un piccolo ceppo di forma rudimentale adattato alla parte circolare del tamburo. Collegata al ceppo vi è una leva che, azionata, preme il ceppo contro il tamburo con molta forza.
- Ceppo doppio:
Ai due lati del tamburo vengono montati due ceppi rudimentali. La leva agisce simultaneamente su entrambi, questo è il tipo di ceppo che viene utilizzato nel caso si adotti un freno a tamburo, per la maggiore capacità frenante.
[modifica] Disposizione dei ceppi sul tamburo
I ceppi oltre che per numero si dividono anche per posizione rispetto al tamburo, che ne differenzia per costi, prestazioni e resistenza agli agenti esterni.
- Ceppo esterno:
Molto simile al freno a doppio ceppo, è montato sulla parte esterna del tamburo. I ceppi esterni sono più lunghi dei tipi precedenti e ricoprono completamente la superficie del tamburo. Una maggiore superficie frenante aumenta l'efficienza.
- Ceppo interno:
I ceppi sono montati sulla parte interna del tamburo e premono verso l'esterno contro la superficie interna. Questo freno ha il vantaggio di essere protetto dall'acqua e dal fango, e di poter essere applicato in entrambi i sensi di rotazione. Questo tipo di freno è quello che viene adoperato su motoveicoli e autoveicoli.
[modifica] Nastro
È un nastro metallico e flessibile, con un rivestimento interno per l'attrito, viene fissato ad un lato, avvolto sul tamburo e collegato ad una leva. I due estremi del nastro vengono quasi a toccarsi in modo da dare il massimo effetto frenante. Questo tipo di freno è spesso usato negli impianti di montacarichi e trasporto pesante come gli autobus.
[modifica] Freno a disco
Apparentemente, questo freno differisce da tutti quelli già menzionati. Ad un albero vengono fissati alcuni dischi. Interposti a questi dischi ve ne sono altri collegati al tamburo. La pressione viene applicata dalle pastiglie ai lati dei dischi in modo da creare attrito. I freni a disco hanno il vantaggio di dissipare rapidamente il calore che può essere molto elevato quando vengono usati a lungo.
[modifica] Freno pneumatico
Questo tipo di freno viene utilizzato nei mezzi ferroviari e su qualche autocarro pesante. Viene utilizzato perché in caso di rottura il mezzo si arresta. Questo perché il freno è di tipo passivo, cioè in stato di riposo è in frenatura, attuata da una molla. Quindi per evitare di frenare bisogna mandare dell'aria compressa, che azionando dei meccanismi più o meno complicati fa rilasciare il freno.
[modifica] Freni non meccanici
Questi freni agiscono senza che ci sia usura del freno, dato che non fruttano l'attrito radente, ma altre forme d'attrito, generalmente hanno un andamento esponenziale con il crescere della velocità.
[modifica] Freno Prony, o dinamometrico
Per misurare la potenza di un albero motore si fa uso di uno speciale freno simile a quello a nastro. Le due estremità del nastro sono collegate con un indice. L'albero del motore preme il nastro e fa deviare l'indice. La lettura della scala, la circonferenza e la velocità dell'albero sono i fattori necessari per determinare la potenza del freno.
[modifica] Freno rigenerativo
Questo tipo di freno (detto anche freno elettrodinamico) è generalmente applicato sull'albero motore di grandi camion, autobus e treni e si basa su un generatore elettrico. L'albero motore del generatore è montato direttamente sull'albero di trasmissione del veicolo, formando un unico albero, al momento della generazione di corrente da parte del generatore, questo imprime una coppia resistente sull'albero di trasmissione producendo, di fatto, un'azione frenante.
Un inconveniente del freno rigenerativo sta nella necessità di esperienza e accortezza nel suo utilizzo, in quanto, nel caso d'un azionamento troppo rapido e di elevato sforzo, si rischia la rottura dell'albero motore, ma esiste un indubbio vantaggio: quello di non arrivare mai al completo bloccaggio delle ruote, dato che diminuendo la velocità diminuisce automaticamente anche la forza frenante (si noti che lo slittamento tra ruota e suolo può comunque avvenire per differenza di velocità, portando comunque allo spiattellamento della ruota).
[modifica] Freno motore
Nei motori diesel degli autocarri era presente anche il freno a motore. Era costituito da una valvola a farfalla che, se azionata, chiudeva parzialmente il condotto di scarico. In questo modo anche la fase di scarico del motore (oltre a quella di compressione) diventava una fase frenante, aumentando così l'azione frenante complessiva . Era utile nelle lunghe discese, in quanto permetteva di frenare maggiormente il veicolo senza sollecitare troppo l'impianto di frenatura.
[modifica] Freno aerodinamico
Agisce sul flusso d'aria esterno al veicolo, opponendovi resistenza e comportando quindi un rallentamento. Gli aeroplani utilizzano i flap a questo scopo. Anche alcuni modelli di automobili, soprattutto sportive, utilizzano questa soluzione sommandola all'effetto frenante dei freni meccanici, per raggiungere decelerazioni ragguardevoli: ad esempio la bugatti veyron con questo accorgimento arriva ai 2 g di decelerazione; anche altri modelli meno esclusivi tuttavia lo adottano. Le macchine di Formula 1 non lo usano in quanto il regolamento impedisce di adottare parti aerodinamiche movibili.
[modifica] Avvertenze
Nei veicoli, vi è usualmente un impianto a disco all'anteriore, dove le pastiglie vengono premute tramite i pistoncini della pinza contro il disco, mentre posteriormente è generalmente a tamburo, dove il ceppo fa attrito contro la parte fissa del freno. Mentre il tamburo gira, mantiene la proprietà d'essere in movimento, perché possiede una determinata energia cinetica, quando si forza il ceppo contro il tamburo, l'attrito fa rallentare la rotazione del tamburo e la perdita dell'energia cinetica si converte in calore, la stessa cosa succede con gli altri tipi di freno.
È per questo che i freni, subito dopo essere stati usati, sono caldi e più il freno viene usato con forza, più l'attrito è grande e più diviene caldo. Con l'aumento del calore si diminuisce l'efficienza del freno e si può arrivare anche a deformarlo, per questo lungo le strade viene segnalata la pendenza, perché nel caso questa risulti elevata bisognerà applicare una marcia più corta per evitare di azionare in modo continuo i freni. I freni surriscaldati possono infatti perdere molta della loro funzionalità, e non essere quindi più in grado di arrestare il veicolo, con ovvie gravi conseguenze.
Questi problemi sono stati leggermente ridotti rispetto agli anni '50, con l'utilizzo di tamburi forati e poi con l'utilizzo di dischi autoventilanti, i quali sono capaci di autoraffreddarsi molto più velocemente, invece nel caso del freno rigenerativo il problema del riscaldamento è praticamente scomparso, ma deve essere accoppiato ugualmente ai sistemi classici.
