Come funzionano le pinze dei freni

Le pinze dei freni sono una parte vitale del sistema frenante del tuo veicolo. Le pinze dei freni schiacciano le pastiglie dei freni contro la superficie del rotore del freno per rallentare o arrestare il veicolo. Brian Sullivan / iStockphoto

Le pinze dei freni sono essenziali per la capacità della tua auto di fermarsi e sono senza dubbio una delle parti più importanti dei freni delle automobili. La maggior parte delle auto oggi ha freni a disco, almeno per le ruote anteriori, comunque. Ma molte auto e camion ora usano anche i freni a disco nella parte posteriore. In un sistema di frenatura a disco le ruote dell'auto sono fissate a dischi metallici, o rotori, che girano insieme alle ruote. Il compito della pinza è rallentare le ruote dell'auto creando attrito con i rotori.

La pinza del freno si adatta al rotore come un morsetto. All'interno di ogni pinza c'è

una coppia di piastre metalliche legate con materiale di attrito - queste sono chiamate pastiglie dei freni. Le pastiglie dei freni del fuoribordo si trovano all'esterno dei rotori (verso il marciapiede) e le pastiglie dei freni entrobordo all'interno (verso il veicolo). Quando si preme il freno, il liquido dei freni dal cilindro principale crea pressione idraulica su uno o più pistoni nella pinza del freno, costringendo le pastiglie contro il rotore. Le pastiglie dei freni hanno superfici ad alto attrito e servono a rallentare il rotore o addirittura a fermarlo completamente. Quando il rotore rallenta o si ferma, così fa la ruota, perché sono attaccate l'una all'altra.

-Le auto e i camion più vecchi utilizzavano freni a tamburo, dove il movimento delle ruote è rallentato dall'attrito tra un tamburo rotante e le ganasce dei freni montate all'interno del tamburo. Questo attrito causava l'accumulo di calore e gas all'interno del tamburo, che spesso portava a una perdita di potenza frenante nota come dissolvenza del freno. Poiché le pastiglie dei freni nei sistemi di freno a disco sono esterne al disco piuttosto che contenute all'interno di un tamburo, sono più facilmente ventilate e il calore non tende ad accumularsi altrettanto velocemente. Per questo motivo, i freni a tamburo sono stati ampiamente sostituiti nei veicoli moderni da freni a disco; tuttavia, alcune auto meno costose usano ancora i freni a tamburo per le ruote posteriori, dove è richiesta una minore potenza di arresto.

Esistono due tipi principali di pinze: pinze flottanti (o scorrevoli) e pinze fisse. Pinze flottanti si muovono dentro e fuori rispetto al rotore e hanno uno o due pistoni solo sul lato interno del rotore. Questo pistone spinge l'intera pinza quando vengono applicati i freni, creando attrito dalle pastiglie dei freni su entrambi i lati del rotore. Pinze fisse, come suggerisce il nome, non muoverti, ma piuttosto avere pistoni disposti su lati opposti del rotore. Le pinze fisse sono generalmente preferite per le loro prestazioni, ma sono più costose del tipo flottante. Alcune pinze fisse ad alte prestazioni hanno due o più coppie di pistoni (o "pentole") disposte su ciascun lato del rotore - alcune hanno fino a sei coppie in totale.

Strumenti speciali sono utili quando si lavora con le pinze dei freni, soprattutto quando si sostituiscono le pastiglie dei freni. Ne parleremo nella prossima sezione, e poi discuteremo i diversi tipi di pinze freno disponibili per diversi tipi di veicoli.

Contenuti

1. Strumento pinza freno
2. Pinze freno per moto
3. Pinze freno per camion
4. Pinze freno ad alte prestazioni

Potrebbe essere necessario uno strumento pinza freno per ritrarre il pistone della pinza. Ciò fornirà lo spazio necessario per installare le nuove pastiglie dei freni. Lisa F. Young / iStockphoto

Le pastiglie dei freni non durano per sempre. Ogni volta che le pastiglie di un impianto frenante a disco entrano in contatto con il rotore in rotazione, si consumano leggermente. A poco a poco, queste parti del freno (le pastiglie) diventano sempre più sottili. Per compensare ciò, il pistone della pinza fuoriesce dal cilindro cavo dove risiede all'interno della pinza. Mentre lo fa, spinge le pastiglie dei freni usurate sempre più verso l'interno verso il rotore. Alla fine, le pastiglie dei freni dovranno essere sostituite con pastiglie nuove e mai indossate. Sfortunatamente, il pistone della pinza (che ora è quasi completamente esteso) rende difficile rimuovere e sostituire le pastiglie. Il pistone deve essere spinto indietro nella pinza.

È qui che entrano in gioco gli strumenti speciali per le pastiglie dei freni. Il lavoro di a strumento pinza freno consiste nel ritrarre il pistone o i pistoni nella pinza in modo che le pastiglie dei freni possano essere facilmente rimosse e sostituite. Il pistone non può essere semplicemente spinto indietro nella pinza perché è filettato, come una vite, e deve essere riavvolto. Sebbene sia possibile usare, ad esempio, un paio di pinze per farlo, non è consigliabile . Puoi danneggiare anche il pistone, la pinza e le mani. L'attrezzo della pinza del freno si inserisce tipicamente sul pistone a un'estremità e ha una maniglia all'estremità opposta che ne consente la rotazione. Durante la rotazione, il pistone viene riavvolto nella pinza.

Anche le pinze flottanti devono essere revisionate se i perni su cui scorrono iniziano ad attaccarsi. Questo di solito è causato da sporco o ruggine. Quando ciò accade, la pinza non può ritrarre completamente la pastiglia del freno dal rotore e l'attrito continua, anche quando il pedale del freno non viene premuto. Ciò può causare un'usura eccessiva della pastiglia, un'inefficienza nell'uso del carburante e persino la deformazione del rotore se si accumula abbastanza calore.

Fino a questo punto, la descrizione che abbiamo dato di una pinza freno non descrive completamente tutti i modelli. Nelle pagine seguenti esamineremo tipi più specializzati di pinze e vedremo come differiscono dai tipi più comuni.

Le pinze dei freni delle motociclette possono essere più piccole delle pinze dei freni di altri veicoli, ma forniscono molta potenza di arresto per le bici relativamente leggere. Peter Finnie / iStockphoto

Le motociclette sono più piccole delle automobili e quindi richiedono meno potere di arresto. Tuttavia, la capacità di rallentare o fermarsi è per certi versi ancora più importante su una motocicletta che su altri veicoli. In che modo, potresti chiedere? Ebbene, poiché il conducente è in gran parte non protetto, anche un piccolo paraurti può essere potenzialmente fatale. La prevenzione degli incidenti è fondamentale quando si guida una motocicletta. Ma di che tipo di pinze freno ha bisogno una moto?

-La risposta è relativamente semplice: piccola e leggera. A differenza delle pinze più grandi utilizzate su alcune auto e camion, le pinze dei freni delle motociclette devono essere mantenute piccole per evitare di appesantire la moto e di intralciare il pilota. Le pinze dei freni per motociclette sono comunemente realizzate con materiali leggeri come l'alluminio, che ha anche il

ulteriore vantaggio di essere antiruggine. Alcune motociclette sono più grandi e più potenti di altre; ovviamente, quelle bici hanno bisogno di più potenza frenante. Molti più piccoli,

le bici meno potenti usano ancora i freni a tamburo, ma la maggior parte delle bici più grandi ora ha i freni a disco, specialmente sulla ruota anteriore. Per aumentare la potenza di arresto, le pinze delle motociclette più potenti hanno tipicamente più pistoni. Alcuni hanno due o anche quattro pistoni, mentre altri possono avere fino a dodici pistoni in una singola pinza. Con il loro peso relativamente leggero, la maggior parte delle motociclette ha effettivamente più potere di arresto di quanto sia assolutamente necessario, ma come abbiamo detto prima, non è una cattiva idea quando guidi su un veicolo veloce e non protetto.

Su una motocicletta, la pinza anteriore si collega al forchetta -- il gruppo metallico che tiene in posizione le ruote anteriori e le sospensioni e sostiene il manubrio. Fino a poco tempo, le pinze sono state fissate alle forcelle utilizzando bulloni che corrono ad angolo retto rispetto al rotore. Negli ultimi anni, con la crescente popolarità di freni a disco radiali (una tecnologia iniziata sulle bici da corsa), le pinze sono state fissate più lontano dalla forcella utilizzando bulloni che corrono paralleli alla superficie del rotore. Queste pinze montate radialmente riducono la quantità di vibrazioni nella forcella causate dalle pinze montate tradizionalmente.

Poiché tendono ad essere più esposte delle pinze delle automobili e poiché la pinza è probabilmente la più evidente di tutte le parti dei freni della motocicletta, l'aspetto di una pinza per motocicletta può essere importante per molti motociclisti. In effetti, le vernici per pinze freno sono disponibili nei negozi di auto e possono essere utilizzate per personalizzare le pinze della tua moto. Naturalmente, la stessa vernice può essere utilizzata anche sulle pinze delle automobili. Tuttavia, gli esperti sconsigliano di mettere il cromo sulle pinze. Per quanto attraente possa essere, il cromo può far sì che la pinza trattiene il calore, che produrrà una dissolvenza del freno indesiderata.

Successivamente, scopriamo quali caratteristiche rendono una buona pinza freno per camion.

Anche i camion grandi hanno bisogno di pinze dei freni grandi. Richard Scherzinger / iStockphoto

Non si può negarlo: camion e SUV sono grandi, eccessivamente grandi, in alcuni casi. Con quella dimensione maggiore arriva un maggiore slancio. Ciò significa che autocarri e SUV hanno bisogno di più potenza frenante di un'auto. Quindi dove possono ottenere la potenza di arresto di cui hanno bisogno? Pinze freno per autocarri. La potenza di arresto di una pinza è determinata dalla sua forza di serraggio -- la quantità di forza che può applicare alla superficie di un rotore. Ciò è principalmente una funzione del numero di pistoni e della superficie della pastiglia del freno (dove effettivamente entra in contatto con il rotore). Ovviamente una pinza con una forza di serraggio maggiore è in grado di rallentare o fermare un veicolo più facilmente e più velocemente di una pinza che ha una forza di serraggio inferiore.

-Molti camion provengono dalla fabbrica con pinze flottanti di base che forniscono una potenza di serraggio sufficiente per il veicolo quando viene consegnato al concessionario. Tuttavia, quando il camion viene personalizzato con pneumatici più grandi e accessori pesanti e quando viene portato a bordo un carico considerevole, queste pinze installate in fabbrica potrebbero non essere abbastanza potenti da fornire la potenza frenante di cui il camion ha bisogno. Fortunatamente, c'è un sostanziale aftermarket per le pinze dei camion. Dal produttore, un camion potrebbe avere pinze che forniscono in prossimità di 5.000 millimetri quadrati (7,8 pollici quadrati) di superficie tra i pistoni e il rotore. Una pinza aftermarket può più che raddoppiare quella superficie, fornendo la forza di serraggio richiesta da un veicolo completamente personalizzato.

Più della maggior parte delle parti dei freni, le pinze dei freni dei camion devono sopportare molto calore. Il calore è dannoso per i freni perché può portare allo sbiadimento del freno e alle distanze di arresto ridotte. Una buona ventilazione nella pinza è essenziale per prestazioni del freno continue e costanti. Inoltre, una superficie più ampia del rotore del freno (o disco del freno) può anche aiutare a diffondere il calore su un'area più ampia.

Camion e SUV non sono gli unici veicoli che richiedono attrezzature speciali per i freni; tuttavia, le pinze di questi veicoli pesanti hanno un lavoro difficile da eseguire. Alcuni potrebbero persino dire che le pinze dei freni per autocarri dovrebbero essere considerate pinze dei freni ad alte prestazioni. Nella prossima sezione esamineremo alcune delle caratteristiche che le pinze freno ad alte prestazioni possono offrire ad altri veicoli.

Le auto ad alte prestazioni necessitano di pinze dei freni grandi e robuste che possano rallentare o arrestare il veicolo a velocità elevate. Christoph Ermel / iStockphoto

I freni a disco sono stati originariamente sviluppati per le auto da corsa. Tutti sanno che le auto da corsa si muovono ad alta velocità, ma devono anche decelerare rapidamente. Agli albori delle corse, quando la maggior parte delle auto era equipaggiata con sistemi di freni a tamburo, il fade del freno ha portato a una serie di incidenti in pista. I sistemi di freno a disco erano meglio ventilati e, di conseguenza, riducevano parte dello stress dovuto alle corse e al calore eccessivo

l'accumulo può causare, a sua volta, la riduzione (ma non l'eliminazione) della dissolvenza del freno. Col tempo, questi potenti freni si sono riversati su veicoli meno orientati alle prestazioni. Ora, si trovano anche sulla maggior parte delle auto economiche. Tuttavia, le auto ad alte prestazioni sono ancora un mercato importante per freni migliori e più potenti e le variazioni sul design di base della pinza del freno aiutano questi freni a fornire una potenza di arresto superiore.

Ci sono alcune limitazioni a quanto possono fare i freni del veicolo e le sue pinze per fermare un veicolo; Mentre possono essere in grado di fermare le ruote, spetta alla potenza di presa dei pneumatici fare il resto, e le parti dei freni migliorate non possono aiutare oltre un certo punto. Tuttavia, ci sono diversi modi in cui le pinze dei freni possono essere (e sono state) migliorate. Alcune caratteristiche comuni che si trovano nelle pinze freno ad alte prestazioni includono: 

• Pistoni più grandi -- Più grandi sono i pistoni e maggiore è l'area su cui vengono a contatto con le pastiglie dei freni, maggiore è la forza di serraggio che hanno sul rotore.  
• Più pistoni -- Le pinze freno flottanti di fascia bassa hanno un solo pistone, sul lato interno. Le pinze fisse di fascia bassa hanno una sola coppia di pistoni, che fiancheggiano il disco del rotore. Le pinze ad alte prestazioni possono avere più perni o coppie di perni, montati su lati opposti del rotore. I modelli a sei pistoni sono sempre più comuni e anche i modelli a 12 pistoni non sono inauditi. Aumentare il numero di pistoni serve anche ad aumentare la forza di serraggio della pinza.  
• Meno ritenzione di calore -- In un certo senso, i tuoi freni possono essere pensati come un dispositivo per convertire il movimento in calore. Quando il veicolo rallenta, tutta quell'energia cinetica deve andare da qualche parte e la maggior parte finisce come calore. Se vuoi guardarla in un altro modo, tutto quell'attrito tra le pastiglie dei freni e il rotore genera calore più o meno allo stesso modo in cui un fiammifero genera calore. Se si accumula troppo calore, i freni iniziano a diminuire o diventano meno efficaci. Quindi, migliore è la ventilazione delle pinze dei freni, migliori sono le prestazioni. Inoltre, maggiore è la superficie del rotore del freno, più il calore viene diffuso. 
• Pinze alesaggio differenziale -- Man mano che la superficie del rotore si riscalda, la forza di serraggio dei pistoni deve essere aumentata per evitare la dissolvenza del freno. Se la pinza ha più pistoni (o più coppie di pistoni), la superficie del rotore del freno viene inizialmente riscaldata dai pistoni che spingono contro la pastiglia del freno sul bordo anteriore della pinza, rendendo la superficie del rotore più calda quando ruota di nuovo verso i pistoni più vicini al bordo d'uscita della pinza. Quindi aiuta se i pistoni più vicini al bordo posteriore della pinza sono più grandi. Le pinze con alesaggio del differenziale utilizzano pistoni più piccoli nella parte anteriore, pistoni più grandi nella parte posteriore.

Tutte queste tecnologie possono aumentare la potenza frenante fornita da una pinza. Per le auto più piccole che in genere non vengono guidate ad alte velocità, questa potenza frenante extra non è realmente necessaria. Tuttavia, più un veicolo è veloce e potente, più beneficerà di pinze ad alte prestazioni.

Non c'è bisogno di fermarsi adesso. La pagina successiva contiene molte più informazioni su frenata, pinze freno e altri argomenti correlati: basta seguire i collegamenti.

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• Continental Corporation
• Freni R Us
• La Bibbia del freno

Fonti:

• CadillacFAQ.com. "Come cambio le mie pastiglie dei freni?" (12 novembre 2008) http://www.cadillacfaq.com/faq/answers/bpadchange/index.html
• Carley, Larry. "Pinze freno caricate." AA1Car.com. 2004. (12 novembre 2008) http://www.aa1car.com/library/2004/bf20426.htm
• Continental Corporation. "Le doppie pinze scorrevoli con disco freno composito offrono prestazioni di frenata ottimali con un comfort affascinante." 6/8/2006. (12 novembre 2008) http://www.conti-online.com/generator/www/com/en/continental/portal/themes/ press_services / press_releases / products / automotive_systems / pr_2006_06_08_ twin_sliding_calipers_en.html
• Tyagi, Parshant. "Analisi agli elementi finiti del design innovativo delle pinze freno da corsa". Dicembre 2006 (12 novembre 2008) http://soar.wichita.edu/dspace/bitstream/10057/1181/1/t07057.pdf