Freni a Disco: tutto quello che c’è da sapere

I freni a disco fanno parte di quei componenti dell’automobile soggetti ad usura e, come per le pastiglie freno, le sospensioni e le gomme, arriva il momento di sostituirli o, se possibile, di rettificarli, prolungandone la vita per molte altre migliaia di km.

La decisione dipende dal tipo di guida e dall’utilizzo dell’auto. Ma c’è anche chi li sostituisce prima che la loro funzione frenante sia arrivata al capolinea, ovviamente, in questo caso si entra nell’universo del tuning auto e le motivazioni che spingono gli appassionati sono, per lo più, legate alle prestazioni.

Che sia per passione o per necessità, ci sono freni a disco e freni a disco, fermo restando che quelli di primo equipaggiamento sono stati studiati per offrire il massimo, rispetto alle specifiche della vettura (rapporto peso/potenza, taratura delle sospensioni e misure degli pneumatici).

Il “momento frenante”, da non confondere con la “forza frenante”, aumenta all’aumentare della forza applicata dalle pastiglie freno sul disco, mediante la pressione dei pistoncini delle pinze. Questa azione genera un attrito tra la superficie delle pastiglie e quella dei freni a disco. Ad influire sulla prestazione, quindi, oltre alla tipologia di pinza del freno, insistono i materiali di attrito Disco/Pastiglia e la dimensione radiale della superficie del disco.

Tralasciando le particolarità che contraddistinguono una tipologia di pinza freno da un’altra, concentriamoci sull’importanza delle superfici d’attrito e sui materiali impiegati. Freni a disco e pastiglie, costituiscono un abbinamento importante, tanto che al variare dell’uno o dell’altro, o di entrambi, si ottengono risultanti differenti.

Molte volte la semplice sostituzione delle pastiglie freno originali con alcune con coefficiente di attrito più elevato, porta ad ottenere una azione frenante meno soggetta al fenomeno del fading, cioè l’affaticamento e il pompaggio dell’impianto frenante in condizioni di sollecitazioni ripetute che non lasciamo il tempo ai materiali di contatto di raffreddarsi.

Per contro, l’aumento dei coefficienti di attrito porta a frenate più lunghe nei casi in cui le temperature di esercizio non siano ancora quelle ottimali. Un esempio su tutti può essere quello che accade nella Formula 1, quando, nei casi di wet race conclamati, le monoposto vengono preparate con freni a disco e pastiglie dalle temperature di esercizio più basse per ottenere una entrata in temperatura più veloce.

Nella scelta dei dischi freno, differenti da quelli di primo equipaggiamento, si devono quindi considerare diverse variabili: materiali e geometrie.

Quanto ai materiali è ormai di uso più diffuso l’impiego di freni a disco in acciaio. I dischi freno in acciaio non presentano particolari svantaggi, se non un calo di prestazioni in caso di surriscaldamento prolungato. L’acciaio è un materiale che entra velocemente in temperatura e dissipa il calore in ottimi tempi, oltre ad avere un peso ridotto rispetto ai più economici dischi in ghisa. Pesanti e meno prestazionali, i dischi in ghisa non raggiungono facilmente temperature elevate ma dissipano anche molto lentamente il calore e in caso di sollecitazioni estreme sono soggetti a vetrificazione e calo delle prestazioni.

Entriamo nell’universo premium con i freni a disco al carburo di silicio, meglio conosciuto come carboceramica. Materiale molto leggero e di incredibile durezza, ha un resistenza altissima alle alte temperature. Per questo, viene impiegato esclusivamente su vetture sportive, che hanno quindi particolari esigenze di momento frenante e resistenza allo stress termico. Inoltre, la presenza di silicio li rende estremamente resistenti e duraturi.

Il top è rappresentato dai dischi in carbonio. Questa tipologia di dischi ha costi molto elevati e trova impiego solo nelle competizioni sportive. La particolarità del disco in carbonio è il peso ultraridotto e una resistenza a temperature elevatissime, con un coefficiente di attrito vertiginoso. Di contro, hanno una vita decisamente corta.

Se, quindi, la tipologia di freno a disco più diffuso è certamente quello in acciaio, vediamo quali sono le geometrie e le particolarità che li caratterizzano.

Quasi tutti i freni a disco, in campo automobilistico, sono autoventilati (almeno quelli anteriori). Il disco auto ventilato si contraddistingue da quello pieno, utilizzato per lo più sulle ruote posteriori generalmente di auto utilitarie e citycar, per essere costituito da due dischi uniti tra loro solo da alcune alette. Il disco auto ventilato riesce quindi a dissipare il calore molto più velocemente di un disco pieno e a mantenere costante l’efficacia della frenata.

Forati, baffati e a margherita, sono le tipologie di dischi auto ventilati che migliorano la frenata e hanno funzioni particolari.  I dischi a margherita trovano un largo utilizzo nei mezzi a due ruote e grazie al profilo irregolare, appunto detto a margherita, creano angoli di contatto per pulire le pastiglie da impurità e irregolarità, oltre ad aumentare l’attrito

I solchi dei dischi baffati hanno una funzione analoga ai dischi a margherita. Quindi, le baffature hanno la duplice funzione di pulire la pastiglia dei freni e smaltire l’acqua eventualmente presente sul disco.

Quanto ai dischi Forati, questi, sono caratterizzati da fori passanti, disposti radialmente. Oltre alle stesse funzioni degli altri due, grazie ai fori di cui sono dotati, permettono una maggiore dissipazione del calore, su tutto sono anche più leggeri.