Il freno a disco è ormai prsente su tutte le auto, anche se la strada per ottenere impianti dalle prestazioni ottimali la strada non è stata breve. Vediamo in breve qualche caratteristica di questo tipo di impianto.
Inconvenienti e svantaggi dei freni a disco che ne hanno rallentato lo sviluppo
- il surriscaldamento dei pattini d’attrito;
- la distorsione e l’incrinatura del disco;
- il difficile compromesso tra peso e rigidità dell’incastellatura di sostegno;
- l’eccessivo riscaldamento dei cuscinetti delle ruote perché troppo vicini al disco.
Il surriscaldamento del pattino, oltre a poter compromettere l’efficienza delle pastiglie, può portare il liquido dei freni all’ebollizione generando nel circuito delle bollicine gassose estremamente pericolose perché colpevoli di causare un ritardo di risposta del freno o addirittura di annullarne l’effetto. Per risolvere questo grosso problema la Dunlop adottò per prima il collegamento a sfera tra lo stantuffo del cilindretto di comando e il pattino d’attrito così da rendere trascurabile il calore trasmesso dal pattino al liquido. La resistenza dei dischi, al fine di evitare distorsioni e incrinature, è stata decisamente incrementata con un’opportuna scelta dei materiali da impiegare e migliorando lo
smaltimento del calore con vari accorgimenti tra cui la foratura radiale del disco (cioè l’autoventilazione: soluzione adottata per la prima volta dalla Bugatti sulle vetture da corsa).
Un accurato studio della forma dei profili e un corretto proporzionamento delle sezioni resistenti ha inoltre permesso di ottenere incastellature molto rigide ma sufficientemente leggere.
L’inconveniente dell’eccessivo riscaldamento dei cuscinetti delle ruote è stato, invece, eliminato adottando dischi con la parte centrale scampanata e provvista di fori. La scampanatura permette, infatti, di spostare il piano di calettamento del disco sul mozzo rispetto al piano d’attrito aumentando così la distanza dai cuscinetti, mentre con la foratura, il
raffreddamento è più rapido e pertanto il calore che si trasmette ai cuscinetti diventa trascurabile.

Vantaggi rispetto ai freni a tamburo:
- possibilità di realizzare decelerazioni notevolmente superiori;
- relazione lineare tra il momento frenate e il coefficiente d’attrito (brake factor);
- minor peso, a parità di momento frenante, e quindi anche minori masse non sospese con il vantaggio di un miglior comfort e soprattutto una migliore tenuta di strada;
- migliore smaltimento del calore essendo il disco direttamente investito dall’aria, mentre nei freni a tamburo il calore deve attraversare il tamburo stesso per disperdersi nell’ambiente (infatti, nei modelli più raffinati, venivano fatti in alluminio più leggeri ed alettati);
- necessità di un gioco ridotto tra le superfici di attrito con una conseguente maggiore rapidità di intervento;
- costanza o diminuzione del gioco fra gli elementi frenanti con l’aumentare della temperatura poiché il disco tende a dilatarsi assialmente, mentre nei freni a tamburo (con ganascia interna) il gioco aumenta con il riscaldamento perché il diametro del tamburo a 350°C può crescere fino a 1,5 mm comportando anche un contatto irregolare con la suola;
- azione frenante equilibrata, stabile ed energica anche dopo un prolungato uso dei freni;
- stessa azione frenante nei due sensi di marcia;
- stesso carico (ed ususra) sulle pastiglie di un asse;
- facilità di espulsione dell’acqua, del fango e della polvere, contrariamente a quanto accade nei freni a tamburo nei quali la forza centrifuga tende a raccogliere e mantenere acqua e impurità proprio sulla superficie di attrito.

Occorre anche segnalare alcuni svantaggi che sono caratteristici di questa tipologia di freni:
- alto surriscaldamento localizzato del disco (500 °C contro i 350 °C dei freni a tamburo) a causa della limitata superficie di frenatura delle pastiglie;
- materiali più costosi proprio per resistere ai carichi termici e meccanici più elevati;
- il fatto di essere esposto direttamente all’aria è anche uno svantaggio perché il freno tende comunque a sporcarsi più facilmente;
- nessun effetto autofrenante, per cui è necessario applicare uno sforzo elevato al pedale del freno oppure disporre di un servofreno; in realtà la mancanza di effetto di autoamplificazione può essere visto anche come un vantaggio perché si ha una minore sensibilità alle variazioni del coefficiente di attrito

Tipologie costruttive
Le realizzazioni maggiormente diffuse sono quella con pinza fissa e disco flottante e quella con pinza flottante e disco fisso.

Freni a pinza fissa e disco flottante
In Figura 1 è rappresentato schematicamente un freno di questo tipo: in ciascuna semipinza è ricavato un cilindro con il relativo pistone 2 azionato idraulicamente (esistono anche realizzazioni con due cilindri per ogni semipinza). Ciascun pistone preme una pastiglia 1 contro il rispettivo lato del disco 3, che può basculare intorno al suo supporto, in modo da
consentire sempre un serraggio ottimale. I cilindri, inoltre, sono in comunicazione tra loro mediante una tubazione così da avere sempre lo stesso valore di pressione sulle due facce del disco.Per le buone prestazioni offerte, soprattutto in termini di robustezza e affidabilità, i freni a disco con pinza fissa sono impiegati negli autoveicoli pesanti e veloci e nei veicoli industriali; essi garantiscono inoltre un’usura più bilanciata tra pattino interno ed esterno rispetto ai sistemi con pinza flottante. Il problema principale di questo tipo di freni è rappresentato dallo smaltimento del calore generato che comporta un elevato fading dopo un utilizzo prolungato e la maggiore probabilità di surriscaldamento del fluido rispetto ai sistemi a pinza flottante. Quest’ultimo inconveniente, come noto, può causare la formazione di bolle gassose che comportano l’inefficienza dell’impianto.
Questi problemi sono particolarmente rilevanti per i veicoli pesanti, a causa della notevole quantità di energia cinetica che deve essere trasformata in energia termica nel freno; l’impiego dei freni a disco ventilati, incrementando l’asportazione del calore, rappresentano già una buona soluzione ma talvolta possono essere necessari freni a due dischi ventilati per ogni ruota per avere una superficie totale di scambio ancora superiore.

Freni a pinza flottante e disco fisso
In questo tipo di freno il cilindro idraulico12 è ricavato all’interno della sola semipinza interna, e quindi una sola pasticca è mobile: l’altra piastrina è collocata sulla semipinza esterna ed è quindi fissa (ma non vincolata saldamente) rispetto al corpo pinzaDurante la frenata la pressione dell’olio sposta il pistone idraulico, premendo di conseguenza la pasticca mobile contro il disco. Affinché entrambe le guarnizioni d’attrito possano agire efficacemente, occorre che anche la pasticca fissa si sposti verso il disco: per ottenere questo risultato il corpo pinza deve essere montato flottante, libero di spostarsi parallelamente all’asse del disco, in questo modo quando la pasticca mobile arriva a contatto
con la pista frenante la forza di reazione “tira” in direzione opposta la pinza così da premere anche la pastiglia fissa sull’altra superficie del disco. Il gioco si ottiene dopo il rilascio del freno come nel caso precedente.
Questa tipologia di freni è sempre più utilizzata perché offre due importanti vantaggi rispetto al sistema con pinza fissa:
1. ingombro ridotto in direzione assiale;
2. ridotto surriscaldamento del liquido dei freni.
Il minor ingombro assiale, dovuto al fatto di non avere il cilindro nella semipinza esterna, permette non solo un miglior collocamento del disco nella ruota, ma soprattutto la possibilità di ottenere un braccio a terra negativo. Le minori temperature raggiunte dal liquido dei freni riducono invece il rischio di formazione di bolle di vapore, per cui il sistema si rivela maggiormente affidabile. Per contro con questi freni esiste anche una maggiore probabilità che si verifichino i seguenti inconvenienti: usura delle guarnizioni a causa di un non corretto ritorno delle pastiglie dopo il rilascio del freno e vibrazioni e rumori dovuti ad un maggior numero di parti mobili.

Molto interessante. Due anni fa inviai una lettera a 4r (logicamente lettere a cui non è mai stata data una risposta) sugli svantaggi dei tamburo rispetto ai dischi e sul perchè fossero presenti ancora i tamburo posteriori sulla Musa (appena uscita a quel tempo) e su altre auto medio-piccole. Probabilmente come hai scritto anche te si tratta di una questione di costi, anche se proprio questa mancanza fece desistere mia zia a comperarsi la monovolume Lancia.
Ancor oggi comunque su alcune auto medio-piccole sono presenti i freni a tamburo sull'asse posteriore.

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BMW 330xd touring '06 Fahrer

Veramente i freni a tamburo, proprio grazie alla superficie di attrito maggiore, producono una forza frenante molto superiore ai disco (tanto che i disco han tipicamente bisogno di servofreno, i tamburo no).
Il grosso problema dei tamburo e' la dissipazione del calore.
I freni a disco con pinza fissa e disco flottante hanno poi anche il difetto (non funzionale, ma scomodo) di essere tipicamente molto rumorosi.

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=== TEMET NOSCE ===

Ascolto il canto del meccanismo

L'ecologismo inquina

Un altro problema dei tamburi è l'effetto autofrenante della/e ganasce, che li rende meno modulabili. A seconda di come si realizza il tamburo il comportamento può variare enormemente. §Se il problema è solo realizzare la massima forza frenante, un tamburo la sviluppa senza problemi e, come giustamente detto da Octane, senza servofreno.
Su auto con sbalzi posteriori limitati e, presumibilmente, bassi carichi all'asse posteriore, i tamburi vanno bene perché riescono senza problemi a sviluppare forze frenanti sufficienti senza problemi di surrriscaldamento, consumo anomalo o altro. Già su una segmento B al retrotreno non c'è più del 35% del carico statico; in frenanta si aggiunge il trasferimento di carico. Senza contare che è assolutamtne da evitare il bloccaggio delle ruote posteriori, perciò è meglio "stare larghi" con la forza frenante al retrotreno.
Forse sui tamburi ci sono troppi pregiudizi, come sui dischi a pinza flottante. Corretta la tua precisazione, Octane. La estenderei anche ai dischi forati; meno a quelli baffati.