I Superfreni in Carboceramica
Ai fini della sicurezza, il sistema frenante ha un ruolo fondamentale nella guida di una automobile, ecco perché nel corso del tempo, i freni hanno avuto una graduale evoluzione, grazie agli sviluppi della tecnologia produttiva e dei materiali utilizzati, che ha portato al miglioramento della loro efficienza ossia della resistenza all’usura e della loro efficacia ossia del potere frenante degli stessi.
Inizialmente i freni erano a tamburo, poi si è passati a quelli a disco.
I freni a tamburo inventati da Louis Renault (fondatore della nota casa automobilistica francese) risalgono al 1902. Essi sono costituiti da un tamburo rotante solidale al mozzo della ruota, che è dunque in movimento con essa, e da un piatto fisso nel quale trovano sede le varie parti meccaniche che hanno la funzione di creare l’attrito atto a frenare le ruote.
Quando si interviene sul pedale del freno il cilindretto, grazie alla pressione dell’olio muove i pistoncini presenti al suo interno, i quali aprono le ganasce di attrito (dette anche ceppi), facendole aderire alla parte interna del tamburo, rallentando così la marcia del veicolo o arrestandolo del tutto.
Visti, però, i loro limiti di funzionamento (limitata capacità frenante, frenata squilibrata causata dall’usura disomogenea delle ganasce, sviluppo di alte temperature che riducono l’efficacia del sistema frenante oltre a causarne la deformazione) i freni a tamburo sono stati sostituiti dai freni a disco che offrono prestazioni nettamente migliori.
Schema classico di un sistema frenante a tamburo
I Freni a disco
I freni a disco, utilizzati oggi su tutte le automobili, al posto dei freni a tamburo, sono stati concepiti e brevettati dall’Ingegnere inglese Frederick William Lanchester agli inizi del ‘900, ma la loro adozione è avvenuta soltanto tra gli anni ’40 e ’50 del XX secolo (la prima autovettura a montarli di serie è stata la Citroen DS nel 1955).
Essi sono costituiti da un disco rotante collegato al mozzo della ruota e da una pinza freno (fissa o flottante) che al suo interno, presenta due pastiglie frenanti, una per ogni lato (entrambe sono costituite da una parte metallica ed una avente potere di attrito) che in fase di frenata, aderiscono al disco stringendolo come in una morsa, limitandone il movimento, così da frenare la ruota e rallentare il veicolo.
La Citroen DS del 1955, prima automobile a montare i freni a disco di serie
Oggi, i dischi dei freni vengono realizzati con la ghisa grigia a cui si aggiungono vari materiali quali il molibdeno ed il cromo; con l’acciaio inossidabile avente alto tenore di carbonio; in carbonio (destinati alle auto da competizione come la Formula 1), ed infine vi sono quelli di ultima generazione ossia quelli in carbo-ceramica (noti anche con l’appellativo di Superfreni) che rappresentano allo stato dell’arte quelli più performanti in assoluto ma anche i più costosi per le automobili destinate all’uso stradale.
I Freni Carbo-ceramici (Superfreni)
I freni carboceramici, il cui termine esatto è “Freni Compositi a Matrice Ceramica” (con sigla CMS) nascono negli anni ‘70 nell’ambiente aerospaziale; negli anni ’80 approdano nel campo sportivo-agonistico (noti come freni al carbonio) specificamente nella Formula 1; e solo negli anni 2000 arrivano nel mondo delle auto supersportive di lusso per uso stradale.
Il carbonio ha la peculiarità di aumentare la sua capacità frenante (coefficiente di attrito) proporzionalmente all’aumento delle temperature arrivando a far funzionare, in maniera ottimale, i freni anche a 900°/1000° C, ma non può essere utilizzato per i freni delle automobili visto che nell’uso stradale i freni non raggiungono tali livelli di calore. Per superare questo limite che caratterizza questi freni e migliorare i freni montati sulle automobili si è giunti a concepire i freni carboceramici che sono realizzati con fibre composite e resine.
Un esempio di discofreno carbo-ceramico della italiana Brembo azienda leader nel mondo nella produzione di freni per veicoli su strada
Il procedimento atto a realizzare i freni a disco in ceramica è altamente tecnologico e richiede circa 20 giorni di lavoro per un solo disco: partendo dalla fibra di carbonio i produttori colano in uno stampo, la fibra stessa e delle resine che successivamente, grazie a due trattamenti termici ad elevatissime temperature, si trasformano in una mescola in materiale ceramico. A seguire, il materiale viene forato, sottoposto ad infiltrazioni di silicio fuso, ed infine rifinito.
Rispetto ai freni tradizionali, i freni carboceramici sviluppano un coefficiente di attrito maggiore del 25%, pesano il 50% in meno (ciò garantisce la diminuzione delle masse non sospese a vantaggio della sicurezza di guida, una maggiore durata degli pneumatici, ecc.) ed hanno una resistenza tripla sia alle alte temperature (con essi viene sradicato l’effetto fading ossia la perdita di efficacia del sistema frenante che si verifica intorno ai 350°/400° C nei freni comunemente utilizzati) che alla fatica, ed un ciclo di vita 4 volte maggiore richiedendo la loro sostituzione solo oltre i 300.000 km percorsi dal veicolo che li utilizza; una centralina elettronica monitora costantemente l’usura dei freni o le possibili anomalie del sistema frenante.
L’unico neo è il prezzo: un kit completo di freni carboceramici ha un costo che oscilla tra i 7.500 e i 10.000 euro.
La Porsche ha realizzato alcuni anni fa i freni PSCB (Porsche Surface Coated Brake): essi sono dischi in ghisa ma ricoperti di carburo-tungsteno allo scopo di aumentare il potere di attrito, e sono più accessibili in termini di costo di acquisto (circa 3.000 euro per l’intero impianto frenante).
Teniamo a ricordare in ultimo, che oggi sul mercato, sono disponibili i dischi in ghisa con alto tenore di carbonio che rispetto a quelli tradizionali di sola ghisa, sono migliori ed a prezzi pressoché simili, ma non certo capaci di offrire le prestazioni che solo i carboceramici possono garantire.
Fabio Bergamo
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