Quanto durano le pastiglie dei freni?

I due cuscinetti nella parte superiore della foto hanno uno spessore di circa 2 millimetri e sono molto usurati. Il tampone inferiore, fresco di confezione, ha uno spessore di 12 millimetri. La vetratura dei vecchi tamponi (problema tipico) ne riduceva la capacità di attrito. Guarda altre foto dei freni. Foto di Eric Baxter

La durata di un dato set di pastiglie dei freni dipende da una serie molto ampia di variabili che vanno dallo stile di guida personale alle leggi impersonali della fisica. Meccanici e produttori hanno un intervallo di chilometraggio liberamente concordato da circa 30.000 a 70.000 miglia (da 48.280 a 112.654 chilometri), ma abbondano storie di pastiglie che durano appena 100 miglia (160,9 chilometri) a un incredibile 100.000 miglia (160.934 chilometri).

Questi numeri di vasta portata sono comprensibili. Le pastiglie sono disponibili in una vasta gamma di tipi e composizioni, dal composito al metallico alla ceramica, e sono attaccate a una serie ancora più sbalorditiva di sistemi frenanti e rotori, che influiscono sulla durata della pastiglia. Alla miscela si aggiungono calore, pressione e attrito in quantità che stupirebbero la maggior parte dei conducenti. In effetti i freni, in particolare le pastiglie, sono alcuni dei componenti più difficili della tua auto.

Ai fini di questo articolo ci occuperemo esclusivamente di pastiglie freno, ovvero le pastiglie utilizzate nei freni a pinza piuttosto che nei freni a tamburo. Le pastiglie utilizzate nei freni a tamburo vengono chiamate "scarpe". Hanno lo stesso scopo e sono spesso costruiti con lo stesso materiale o simile, ma funzionano in modo leggermente diverso.

Cominciamo ad affrontare la questione della longevità osservando di cosa sono fatte le pastiglie dei freni o il loro materiale di attrito. Gli assorbenti sono generalmente di quattro tipi: organici, semimetallici, metallici e sintetici. Ognuno di questi tipi ha le proprie caratteristiche che devono essere valutate rispetto alla durata delle pastiglie freno:

• Organico: Realizzato con fibre non metalliche legate in un materiale composito. Il materiale viene quindi trattato con modificatori di attrito tra cui grafite, metalli in polvere e persino gusci di noce. Vengono aggiunti riempitivi per ridurre il rumore e influenzare il trasferimento di calore, tra gli altri fattori.
• Semimetallico: Questo pad è un mix di materiale organico e metalli, che vanno dall'acciaio e dal ferro al rame, modellato e incollato per formare il pad. Questi cuscinetti sono più duri e più resistenti al calore.
• Metallico: Questo materiale, formato da una varietà e una miscela di metalli legati a pressione, una volta era ampiamente utilizzato nelle corse. I progressi nella composizione dei pad organici e semimetallici hanno reso i pad metallici quasi obsoleti.
• Sintetico: Questo è ciò che viene spesso definito pad in ceramica. Questi cuscinetti sono realizzati in un composito di materiale non organico e non metallico, solitamente fibra di vetro e fibre aramidiche. Queste pastiglie pesano circa la metà del peso della pastiglia media, sono più resistenti, hanno un migliore potere di arresto a caldo ea freddo e durano molto più a lungo della pastiglia media. Inoltre costano circa il doppio.

Per i materiali delle pastiglie di cui sopra, il miglior potere frenante si trova nelle pastiglie organiche. Ma questo stesso potere di arresto significa che più materiale dell'imbottitura viene consumato durante l'arresto. Per questo motivo, gli assorbenti organici durano in media il minor tempo possibile. I cuscinetti semimetallici, i cuscinetti che ora si trovano sulla maggior parte delle auto, sono più duri e durano più a lungo ma non si fermano efficacemente come fanno i cuscinetti organici. Lo stesso vale per i pad in ceramica, anche se questi pad spesso durano più a lungo se il conducente è disposto a pagare il prezzo e ha una distanza di arresto leggermente più lunga.

E poiché gli assorbenti devono fermarsi, è ora di dare un'occhiata alla massa. La realtà della massa o l'arresto specifico di una data massa, come un'auto, ci porta alla fisica dietro l'usura delle pastiglie.

Questa foto mostra un tipico gruppo freno a disco con rotore, pastiglie e pinza. Questo gruppo è stato sostituito dopo che la pinza si è congelata e le pastiglie si sono consumate quasi senza spessore. Il calore ha deformato il rotore e ha impedito ai freni di funzionare efficacemente. Foto di Eric Baxter

Nella sua forma più elementare, un sistema frenante converte l'energia cinetica di un'auto in energia termica attraverso dispositivi di attrito, vale a dire le pastiglie. Quanta energia cinetica è al lavoro in un'auto è determinata dal suo peso (io lo uso in modo intercambiabile con la massa pensando che le due non siano esattamente la stessa cosa), la sua velocità e quanto cambia la velocità. Dal punto di vista della fisica, l'energia cinetica viene calcolata moltiplicando il peso dell'auto per il quadrato della sua velocità. Il prodotto viene quindi diviso per 29,9 e il risultato è la quantità di energia cinetica in piedi per libbra.

Un'applicazione più pratica è questa: due auto viaggiano a 30 miglia all'ora (48,3 chilometri all'ora). Uno pesa 2.000 libbre (907,2 chilogrammi), l'altro 4.000 libbre (1.814 chilogrammi). L'auto più leggera genera 60.200 piedi per libbra (81.620 newton-metri) di energia cinetica, l'auto più pesante genera 120.400 piedi per libbra (163.240 newton-metri) di energia cinetica.

La nostra macchina teorica viaggia e genera coppia e essenzialmente non accade nulla finché il guidatore non preme il freno. Poi succedono un sacco di cose. I freni devono superare l'inerzia dinamica (l'auto in movimento) e imporre l'inerzia statica (far fermare l'auto). Lo fa cambiando l'energia cinetica in energia termica o calore - e genera molto. I pad sull'auto più piccola che vanno a 60 miglia all'ora (96,6 chilometri all'ora) raggiungeranno circa 450 gradi Fahrenheit (232,2 gradi Celsius) durante un arresto di emergenza. Questo, ovviamente, può influire sulla durata del pad. O, più semplicemente, ogni volta che un guidatore si ferma o frena, le pastiglie si consumano, si surriscaldano e muoiono solo un po '.

La parte finale di questa lunga equazione sulla durata dei pad non ha nulla a che fare direttamente con i pad. Ricorda, le pastiglie devono premere contro un rotore per rallentare l'auto. Ciò si ottiene utilizzando una serie di pinze e le pastiglie vengono premute contro un rotore.

Un rotore può sembrare un semplice pezzo di metallo, ma è progettato in modo molto specifico per funzionare con le pinze e le pastiglie. La massa del rotore, così come le alette termiche integrate, aiutano a dissipare parte dell'energia termica sviluppata durante la frenata e prolungano la durata delle pastiglie. La superficie ha anche una finitura specifica che è abbastanza liscia da prolungare la vita del pattino, ma abbastanza ruvida da consentire una frenata efficace.

Allo stesso modo, le pinze devono funzionare per applicare correttamente il pistone e premere le pastiglie quando necessario e rilasciare anche quando non necessario. Una pinza bloccata o incollata può significare che una pastiglia è in contatto pressurizzato costante o troppo frequente con un rotore. Ciò aumenta l'energia termica e l'usura prematura del pad.

Le variabili nella vita di una pastiglia del freno sono così ampie che impostare una durata di vita specifica è quasi impossibile, sebbene da 30.000 a 50.000 miglia (da 48.280 a 80.467 chilometri) per le pastiglie semimetalliche sia una buona stima. Anche il tipo di trasmissione di un'auto può influire sulla durata delle pastiglie. I conducenti con cambio manuale che sanno come passare alla velocità di controllo vedranno una maggiore durata dei freni rispetto ai conducenti con cambio automatico. All'altro estremo dello spettro, le persone che guidano i freni, o frenano molto, spesso vedono la loro durata delle pastiglie dimezzata quando un semplice cambiamento nello stile di guida potrebbe far loro risparmiare denaro.

Data questa varietà, il modo migliore per gestire la durata delle pastiglie è farle controllare durante i normali cambi dell'olio. Un set di misuratori delle pastiglie dei freni può essere utilizzato per misurare l'usura e un buon negozio può dirti quanto materiale di attrito hai lasciato sulla pastiglia e quanto dovrebbero durare. Molti pad hanno anche indicatori acustici. Un piccolo pezzo di metallo, solitamente un fermaglio a molla, attaccato a uno degli elettrodi. Quando il pad si consuma, le clip sfregano contro il rotore e producono uno stridio.

Indipendentemente dalla durata delle pastiglie dei freni tipiche, prestare sempre attenzione ai segni di freni che si guastano: potenza in calo, perdita di potenza quando i freni si surriscaldano o tirare da una parte o dall'altra durante la frenata. Tutti questi segnali indicano che le pastiglie dei freni si guastano e i freni sono fondamentali per il buon funzionamento di un'auto.

Per ulteriori informazioni sulle pastiglie dei freni e altri argomenti correlati, seguire i collegamenti nella pagina successiva.

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fonti

• Baxter, Eric. Chrysler Certified Brake Technician - Livello 3. Luglio 2010.
• Chamberlain, Kenneth. Chrysler Certified Brake Technician - Livello 4. Intervista personale. Condotto dal 6 all'8 luglio 2010.
• Erjavec, Jack. "Freni automobilistici". Delmar Learning. 2004. (luglio 2010)