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martedì, 25 Giugno 2024
  • Freni piu’ sicuri con dischi ceramici

    Gli inserti ceramici su organi meccanici sono già utilizzati nella costruzione di cuscinetti a rotolamento, nei catalizzatori che sono posti nella parte interna del silenziatore di scarico e non mancano i numerosi tentativi più o meno riusciti per sostituire molti organi del motore.

    La necessità di impiegare materiali ceramici nasce dal fatto che, pur non raggiungendo neanche il 50 per cento della temperatura di un disco metallico, sono molto resistenti alle alte temperature (fino a 1400°C) e all’usura da abrasione. Oltre a queste importanti caratteristiche dobbiamo aggiungere una riduzione di peso, in alcuni casi superiore al 30 per cento rispetto a quelli di ghisa o di acciaio, sono amagnetici e, dopo la lavorazione finale, con mole diamantate, offrono un ridotto coefficiente di attrito. Quest’ultima caratteristica aumenta notevolmente la durata delle pastiglie e il complessivo freni-pastiglie è in grado di sopportare chilometraggi dieci volte superiori rispetto ai dischi realizzati con materiali tradizionali.

    Dobbiamo precisare che non tutti i produttori di dischi ceramici adottano lo stesso procedimento, in quanto la definizione di dischi “ceramici” è giusta soltanto in parte poiché, generalmente, sono realizzati con fibre di carbonio e resine impregnate ad alta temperatura con silicio liquido, che è poi l’unica componente ceramica del disco.

    Dalle origini delle prime realizzazioni ceramiche ottenute con impasti di argilla e altre sostanze naturali, che vedevano all’avanguardia alcuni Paesi orientali, all’applicazione delle sostanze ceramiche nella meccanica automobilistica, il passo non è breve, poiché si tratta di composti completamente diversi tra loro. Il principio di sfruttamento della ceramica, che offre una resistenza all’usura superiore a quella dell’acciaio, è indubbiamente ben azzeccata, ma ha alcune limitazioni dovute alla sua fragilità e alla difficoltà di lavorazione. Essendo la ceramica un pessimo conduttore di calore e di corrente, l’adozione di elementi ceramici ha dato risultati molto importanti anche, e soprattutto, nel campo dell’elettricità, dove sono impiegati componenti isolanti noti a tutti. L’impiego della ceramica nei freni a disco delle auto è ormai una realtà in continua evoluzione e lo dimostra il fatto che non tutte le industrie adottano gli stessi procedimenti e le stesse materie prime. Questo significa che ognuno porta avanti i propri studi e le proprie esperienze seguendo vie diverse, in concorrenza tra loro, con conseguenti continui miglioramenti del prodotto finito.

    Prove molto significative sono state effettuate in pista su moto sportive con risultati molto soddisfacenti, che fanno ben sperare per una produzione in grande serie in grado di coprire il mercato delle automobili presenti in Europa.

    Anche se non abbiamo ancora a disposizione un listino ufficiale per effettuare un parametro con le attuali auto circolanti in Italia, dalle informazioni che siamo riusciti a intuire, il costo dei dischi ceramici è soltanto apparentemente inaccessibile, in quanto il maggiore prezzo da sostenere per la revisione dei freni a disco viene compensato dalla lunga durata dei freni stessi. Con l’adozione dei dischi ceramici, grazie al loro minore peso, si ha inoltre una diminuzione delle masse non sospese, con il vantaggio di avere le ruote meglio aderenti al terreno, minori sollecitazioni sugli ammortizzatori e sugli organi di direzione. Gli inserti ceramici hanno inoltre la prerogativa di contenere la temperatura di tutto il complessivo frenante anche dopo avere sottoposto i freni a un lavoro gravoso. Infatti, quando i dischi tradizionali vengono sottoposti a un lavoro particolarmente stressante, possono raggiungere temperature (600°C – 700°C) tali da assumere un colore rosso ciliegia con tutte le conseguenze che ne derivano. L’alta temperatura produce bolle di vapore nelle tubazioni, deformazione del disco e il cosiddetto effetto “fading”, che può provocare una riduzione della potenza frenante di circa il 30 per cento. Dalle prove effettuate sulle auto dalla Tar-Ox è risultato che anche sollecitando i freni fino ai massimi estremi si può arrivare a temperature di poco superiori ai 200°C.

    L’applicazione della ceramica

    Sostanzialmente il disco del freno mantiene il disegno originale rispettando i sistemi di attacco al mozzo, ma con gli inserti ceramici è possibile, anche se non è obbligatorio, diminuire la superficie della fascia di appoggio delle pastiglie sul disco. In questo modo il peso viene ulteriormente ridotto con i vantaggi già descritti in precedenza. Prima dell’applicazione del materiale ceramico sulla superficie frenante, sul disco vengono fresate delle nicchie, realizzate con un divisore, profonde da 0,5mm a 0,6mm atte a contenere il prodotto ceramico.

    Nella successiva operazione, alla temperatura di circa 2.500°C, un meccanismo, gestito dal computer e dotato di una serie di ugelli, provvede al riempimento delle nicchie con il prodotto ceramico. Oltre questo punto della lavorazione non ci è consentito esporci in quanto, anche se qualche idea l’abbiamo in mente, il composto destinato a riempire le nicchie ricavate sul disco è coperto da rigoroso segreto industriale. Dopo il riempimento delle nicchie su entrambe le facciate del disco, questo viene sottoposto a rettifica, contemporaneamente su entrambe le superfici, con una macchina utensile dotata di due mole diamantate. Infatti, con una mola normale, non si riuscirebbe neanche a scalfire la zona dove sono presenti gli inserti ceramici.

    Con l’adozione dei nuovi dischi la Tar-Ox consiglia anche la sostituzione delle pinze con altre a pompanti multipli e pastiglie idonee compatibili a sopportare coefficienti d’attrito diversi da quelli dei dischi tradizionali in ghisa. Tra le ultime novità prodotte dall’azienda di Osnago nel settore delle pinze per freni a disco, ci è stata presentata una pinza per moto a 12 pompanti e un’altra per auto a 20 pompanti.

    Con queste caratteristiche non è difficile immaginare che le pastiglie, ricevendo una pressione così equilibrata, agiscono sul disco in modo perfettamente uniforme a tutto vantaggio della frenata e della sicurezza attiva.

    Per conoscere in parte i segreti delle lavorazioni previste per la realizzazione dei freni a disco con inserti ceramici, giustamente coperte da un velo di riservatezza, ci siamo rivolti ancora una volta a Gianni Taroni, responsabile della società Tar-Ox di Osnago (LC), che consideriamo uno dei maggiori ricercatori nel campo dei sistemi frenanti delle automobili.

    A Gianni Taroni abbiamo rivolto alcune domande per avere maggiori chiarimenti sull’utilità e la convenienza dell’adozione dei freni ceramici da parte dell’automobilista, normale utente della strada.

    Notiziario Motoristico: Considerati i costi più elevati rispetto ai dischi tradizionali, quali sono le motivazioni che potrebbero indurre un’automobilista, possessore di un’auto di media cilindrata, a montare dischi freno ceramici?

    Taroni: Le motivazioni che possono indurre un’automobilista a montare dischi ceramici saranno subordinate all’esito dei risultati che questi apprenderà da un altro automobilista, che già ne fa uso, e dalla garanzia che riceve dal costruttore. I costi più elevati sono relativi, in quanto abbiamo realizzato il disco metallo-ceramica che ha un costo superiore, ma non a livelli proibitivi, se si considera la sua lunga durata. Il prezzo di una coppia di dischi ceramici varia da 600 a 1.200 euro, dipende dal modello.

    Poiché il montaggio di una coppia di dischi ceramici anteriori prevede anche la sostituzione delle pinze e delle pastiglie con altre più idonee, con una spesa che non è da sottovalutare, di quali garanzie può usufruire chi pratica questa miglioria ai freni?

    La sostituzione delle pinze interessa soltanto la scelta di montare kit maggiorati. Per il montaggio della coppia di dischi ceramici servono solamente pastiglie adatte che forniamo insieme ai dischi. Il costo della serie di queste pastiglie varia da 100 a 200 euro e, anche nell’utilizzo del peggiore automobilista, la loro durata è di gran lunga superiore a quelle tradizionali. Le garanzie di cui può usufruire chi applica questa miglioria sono date dalla serietà del fabbricante e dalle alte prestazioni della frenata che sono emerse dai nostri test.

    Se prendiamo in considerazione un’auto di media cilindrata con pinze freni flottanti, volendo installare la coppia dei freni anteriori con dischi ceramici, compresa la sostituzione delle pinze con altre fisse e le pastiglie, quale sarà la spesa media che l’automobilista dovrà sostenere per tale modifica ?

    Già da otto anni produciamo il kit composto da due dischi maggiorati con sistema “corsa”, due pinze a sei o a dieci pompanti con le relative staffe di adattamento compresi tubi e pastiglie. I costi di questa applicazione sono nell’ordine di 1.700 euro pertanto, salvo che per applicazioni speciali, la spesa da sostenere per l’adozione dei gruppi ceramici è nell’ordine di 2.300 euro.

    Anche se si tratta di un prodotto ad alta tecnologia, i dischi ceramici vengono immessi sul mercato dell’Aftermarket in concorrenza con quelli di primo impianto, è possibile che in un giorno non lontano questi possano spiazzare totalmente i dischi tradizionali?

    Bisogna attendere per vedere quale evoluzione ci sarà in questo settore. Escludiamo che il vasto campo delle vetture utilitarie possa fruire di un apparato ceramico, in quanto gli attuali sistemi sono sufficienti a garantire una buona frenata. Spiazzare forse non è il termine esatto perché non vorrei esagerare, ma per le auto che usufruiscono di motori relativamente potenti e pesanti, che possono raggiungere velocità ragguardevoli, riteniamo che i dischi ceramici diventino una necessità.

    Ritiene che l’impiego dei dischi ceramici possa coprire anche una certa fascia del grande mercato del primo impianto? Quali prospettive vede in futuro per questo nuovo e più affidabile sistema di frenata?

    Senz’altro i dischi ceramici prenderanno una buona parte del mercato di primo impianto e vediamo già che nelle auto di un certo livello vengono montati di serie. Poiché ogni produttore di dischi ceramici lavora facendosi le proprie esperienze, ho ragione di pensare che in un tempo non lontano si potranno montare a prezzi di poco superiori a quelli tradizionali.

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