Ciao a tutti, ecco di seguito una mini descrizione delgi impianti frenanti in generale e un dettaglio sul servofreno.
Partiamo dal Principio.
in un veicolo, l'impianto frenante ha 2 funzioni:
1 - permettere la riduzione di velocità del veicolo ed eventualmente il suo arresto completo in spazi contenuti e in modo sicuro;
2 - mantenere il veicolo fermo in caso di sosta.
in relazione aquete due necessità possiamo quindi distinguere:
1 - impianto di servizio
2 - impianto di stazionamento
L'IMPIANTO DI SERVIZIO, a seconda del mezzo impiegato per ottenre l'effetto frenante dal pedale agli elementi frenanti, può essere:
a - idraulico: quando il mezzo è un fluido in pressione (es. autovetture)
b - pneumatico: quando il mezzo è l'aria compressa (ad es. su camion e autobus)
Concentriamoci sulla tipologia IDRAULICA.
La riduzione di velocità del veicolo, fino all'arresto, richiede di dissipare l'energia cinetica posseduta (pari a un mezzo moltiplicato massa moltiplicata la velocità al quadrato Ec=1/2*M*V^2).
La dissipazione si ottiene mediante l'attrito tra due superfici, una solidale con la sospensione (pasticche/corpo pinza freno oppure ganasce) e l'altra rotante solidale al cerchio ruota (disco o tamburo), premute l'una contr l'altra da un sistema, appunto, a comndo idraulico.
L'energia cinetica dunque viene dissipata sottoforma di calore di attrito (basta avere nella mente l'mmagine dei dischi in carboceramica delle F1 incandescenti per avere una idea estrema di quali temperature -ed energie- sono in gioco...).
L'impianto frenante è così costituito:
- ELEMENTI DI COMANDO: pedale, pompa freno con serbatoio olio, servofreno
- ELEMENTI DI TRASMISSIONE: tubazioni rigide, tubazioni flessibili
- ELEMENTI DI ATTUAZIONE: freni anteriori (oramai tute le auto hanno l'accoppiata pinze flottanti+dischi), freni posteriori (possiamo avere pinze fisse/flottanti + dischi oppure ganaace con tamburi)
- ELEMENTI DI REGOLAZIONE: regolatore di pressione (per i freni posteriori)
- ELEMENTI DI CONTROLLO ATTIVO (OPZIONALI: ABS, ESP, TCS..)
Su tutte le autovetture, e sulle nsotre nasone, l'impianto è costituito normalmente da due circuiti indipendenti ad X: significa che uncircuito comanda la ruota anteriore sinistra e la posteriore destra, l'altro comanda l'anteriore destra e la posteriore sinistra. Ciò permette una capacità frenante in caso di rottura di uno dei due circuiti (anche se l'azione frenante sarà molto ridotta) e permette di preservare la stabilità del veicolo.
Pensate cosa accadrebbe se i circuiti comandassero indipendentemente l'asse anteriore e l'asse posteriore...e si rompesse il circuito anteriore...il sovrasterzo e la perdita di controllo sarebbe praticamente immediata...e viceversa se funzionasse il solo anteriore in frenata si ridurrebbe la capacità direzionale del veicolo...
Il dimensionamento dell'impianto viene eseguito in funzione degli spazi di arresto minimi e delle decelerazioni massime desiderate, tenendo in considerazione anche i vincoli legislativi/omologativi.
In generale, l'impianto viene dimensionato con la vettura a pieno carico, con accorgimenti per tenere conto dei trasferimenti di carico che avvengono durante la normale frenatura del veicolo. Come tutti sapete per esperienza, durante la frenata, l'asse posteriore del veicolo si alleggerisce e viene caricato di egual misura l'asse anteriore (in accelerazione avviene il contrario) e per evitare che in tale fase le ruote posteriori si blocchino, è necessario limitare la pressione indraulica e quindi la coppia frenante.
ciò èa ttuato da un disposiziovo, detto regolatore di pressione, posto a monte dei cilindretti di azionamento freni (pinze o ganasce) che limita la pressione ad un particolare valore a progetto. Oggi tali regolatori sono comandati elettronicamente ed integrati nei sistemi ABS: è il famoso EBD(Electronic Brake Distribution), la cui soglia di intervento viene regolata in funzione del carico gravante sull'assale.
L'IMPIANTO DI STAZIONAMENTO, invece, è sempre di tipo meccanico, anche se ultimamente sis tanno diffondendo sistemi elettromeccanici (es. Thesis, hill holder...), e lo sforzo è trasmesso a mezzo di tiranti, leve o cavi. é il nostro consciuto "freno a mano": tirando una leva in abitacolo (in alcuni casi anche un piccolo pedale, come sulle MErcedes), vengono azionati i cilindretti posteriori.
Veniamo alla descrizione (abbastanza succinta) degli ELEMENTI di comando. Fate riferimento alle figure allegate.
Prima immagine: a riposo
http://img517.imageshack.us/my.php?image=riposo1dq4.jpg
Seconda iimagine: in asservimento
http://img376.imageshack.us/my.php?image=inazionamentovh1.jpg
Terza immagine: regime stazionario, mantenimento
http://img376.imageshack.us/my.php?image=mantenimentosi2.jpg
Pedale freno: è un elemento apparentemente banale ma viene studiato in modo certosino poiche è l'interfaccia tra pilota e veicolo per quanto riguarda un sistema di sicurezza importantissimo, quel è l'impianto frenante. Deve essere possizionato cond elle quote bene definite ed ergonomicamente studiate in caso di utilizzo normale ed in emergenza.Il suuo centro di rotazione non è pari a quello dell'acceleratore e/o frizione, ma sfalsato per permettere un piccolo rapposto di leva che favorisce una prima moltiplicazione della forza impressa sul pedale stesso dal guidatore.
Pompa: le pompe attualmente in uso sono dette pompe TMC (tandem Master Cylinder o dette anche a doppio stadio): sono costituite da un corpo cavo cilindrico al cui interno sono alloggiati due stadi pompanti in serie (per questo è detta in tandem) ma indipendenti tra loro in modo che un'eventuale avaria (perdita di pressione) in uno di essi non comprometta il funzionameto dell'altro.
Nella prima figura che allego possiamo notare a sinistra:
STANTUFFO DI PRIMO STADIO 1: riceve il comando direttamente dal pedale e avanzando chiude il canale di alimentazioen olio da serbatoio e mette in pressione il circuito.
CAMERA DI PRIMO STADIO 2: è collegata con il primo circuito frenante
STANTUFFO DI SECONDO STADIO 3: stesse funzioni del primo
CAMERA DIS ECONDO STADIO 4: collegata con il secondo circuito frenante
Potete notare che sono presenti delle molle di contrasto che determinano le caratteristiche di forza pressione della pompa e fungono da distanziali all'interno del gruppo pompante.
SERBATOLIO OLIO A GRAVITA, che non ha bisogno di presentazioni.
Sulla parte destra troviamo il SERVOFRENO A DEPRESSIONE.
Si tratta di un moltiplicatore di forza inserito tra il pedale del freno (all'estrema destra, non rappresentato) e la pompa freni.Riceve della forza in ingresso tramite la leva di comando 9, e applica una forza in uscita allo stantuffo di primo stadio 1 proporzionalemnte moltiplicata.
Il servofreno è collegato nei motori a benzina al collettore di aspirazione in cui vige, ovvimaente a motore funzionante, una prossione relativa negativa, ovvero una depressione. Nei motori DIESEL ciò non c'è, poiche non presentano elementi di regolazione come la valvola a farfalla. Qllora si utilizzano dei dispositivi, detti DEPRESSORI, che nient'altro sono che piccole pompe a vuoto. Sulle nostre nasone li notate sul coperchio punterie lato destro guardando il motore frontalmente. E'comandato da uno degli alberi a camme.
Il servofreno ha come cuore del suo funzionameno un corpo camera circolare, al cui interno è alloggiata una membra di separazione 7 in gomma.Tale membrana delimita due camere: la camera anteriore 5 e la posteriore 6
In condizioni normali, senza freni azionati, in entrambe le camere è presente la depressione del motore.
in FRENATA (seconda figura): il pedale freno aziona la leva di comando 9 che porta il diaframma di separazione della valvola di depressione (lo trovate nelle varie voci di indicazione) in battuta sul corpo della valvola di reazione. Successivamente, La leva di comando muovendosi ulteriormente verso sinistra fa traslare la valvola di azionamento 8 (che prima era in battuta sullo stesso diaframma di separazione della valvola di depressione) ed apre il passaggio dell'aria che dall'abitacolo può fluire all'interno della camera Posteriore 6. Avviene quindi che la differenza di pressione tra i due lati della membraba di separazione generi una forza aggiuntiva sul pistone attuatore a sua volta collegato con il puntale 10. Ecco che la forza in ingresso alla pompa freni risulta pari alla forza del guidatore sul pedale più l'azione di moltiplicazione del servofreno.
terza figura: Quindi, definita la corsa della leva di comando e relativa forza in ingresso, e davvenuto quanto sopra, in condizioni stazionari (ovvero costanti) il diaframma di separazione torna in battuta sul corpo e chiude i passagig aria isolando la camera posteriore con una pressione intermedia tra quella atmosferica e quella del motore e bloccando la "generazione" (passatemi il termine) di forza (e corsa) aggiuntiva. é la fase di Mantenimento della Forza frenante.
Quando cessa la forza in ingresso, il sistema di molle di richiamo riporta il tutto a riposo, la valvola 8 riporna in battuta sul diaframma di separazione e tutto il gruppo arretra verso destra, scoprendo i passaggi che rimettono in comunicazione le due camere.
Altre piccole indicazioni:
La leva di comando 9 appoggia sul puntale 10 attraverso un disco di elastomero (distanziale di reazione in gomma) il cui schiacciamento è funzione dello sforzo trasmesso. nelle prime fasi di frenata, poggiando appena il piede sul pedale, si va ad agire prima di tutto su questo distanziale. esso trasmette una forza idrostatica al puntale e quindi alla pompa doppia. Ecco che si ottiene una piccola azione frenante a fronte di uno sforzo al pedale quasi nullo. Tale fase è detta di jumping. essa viene studiata appositamente in termini di feeling al pedale: è molto gradito infatti, sopratutto nella marcia in colonna avere la possbilità di tenere fermo il veicolo semplicemente poggiando il piede sul pedale del freno, senza esercitare alcuna forza.
Ovviamente la fase di asservimento del servofreno non è infinita: vi sarà un momento in cui la sua azione moltiplicativa della forza viene meno: si dice che il servofreno è saturato. il sistema diviene quiandi rigido e praticamente con il pedale del frenosi va ad agire direttamente sulla pompa doppia. in un primo momento di va a deformare il distanziale di reazione che non risposnde più idrostaticamente eal pedale si ha una sensazione di "spugnosità; successivamente si incontra la resistenza della pompa doppia (con le sue molle di reazione): ilfeeling al pedale è di estrema durezza.
Per provare con i vostri piedi provate, a motore acceso, a prmere lentamente il pedale del freno. Avrete in sequenza:
1 - jumping, ovvero appena poggiate il piede sul pedale, senza avere una forza di reazione sullo stesso, otterrete una forza frenante alle ruote
2 - asservimento del servofreno con una corsa del pedale a velocità costante applicando una forza costante
3 - arrivo a fine asservimento, saturazioen del servofreno: sentirete il pedale divenire più rigido e spugnoso: state deformando il distanziale di reazione
4: pedale estremamente duro: state azionando direttamente la pompa doppia.
Spero di non aver annoiato nessuno.
Ovviamente a disposizioen per correzioni/critiche/commenti/curiosità.
Dromicodesmo
