Cosa fa una camera del freno? Una guida alle camere dei freni ad aria compressa e a disco

Cosa fa una camera del freno?

Una camera del freno si converte pressione dell'aria compressa nella forza meccanica dell'asta di spinta che applica fisicamente i freni di un veicolo. Quando il conducente preme il pedale del freno, la pressione dell'aria entra nella camera e spinge un diaframma flessibile contro un'asta di spinta, che si estende verso l'esterno e attiva il meccanismo del freno: una camma a S e ganasce su un freno a tamburo o una leva della pinza su un freno a disco. Senza una camera del freno funzionante, la pressione dell'aria non ha modo di tradursi nella forza di bloccaggio o di attrito necessaria per rallentare o arrestare il veicolo.

Sulla maggior parte degli autocarri pesanti, dei rimorchi e degli autobus, le camere dei freni funzionano entro un intervallo di pressione dell'aria di circa Da 60 a 100 PSI , con il sistema che normalmente mantiene da 100 a 120 psi nei serbatoi dell'aria per garantire un margine di sicurezza. Una singola camera combinata solitamente ospita due funzioni separate in un unico alloggiamento: una sezione del freno di servizio che applica i freni durante la guida normale e una sezione del freno a molla che applica automaticamente il freno di stazionamento o di emergenza se la pressione dell'aria scende troppo. Questo doppio design è ciò che consente ai sistemi frenanti ad aria compressa di "fail safe": la perdita di pressione dell'aria fa sì che i freni si innestino anziché rilasciarsi.

Come funziona una camera del freno passo dopo passo

Comprendere la sequenza interna aiuta a spiegare perché le camere dei freni sono considerate uno dei componenti più critici per la sicurezza su un veicolo con freni ad aria compressa.

Applicazione del freno di servizio

Quando il conducente preme il pedale del freno, la valvola a pedale (pedale) rilascia aria compressa nel lato del freno di servizio della camera. La pressione dell'aria spinge contro un diaframma di gomma, costringendo l'asta di spinta ad estendersi. L'asta di spinta si collega a un regolatore dell'allentamento o alla leva della pinza, ruotando la camma a S o schiacciando la pinza, che preme le ganasce o le pastiglie del freno contro il tamburo o il rotore.

Applicazione del freno a molla (freno di stazionamento).

La sezione posteriore di una camera combinata contiene una potente molla elicoidale che viene mantenuta compressa dalla pressione dell'aria durante la guida normale. Quando il freno di stazionamento è inserito o la pressione dell'aria scende al di sotto di circa Da 20 a 45 PSI , la molla viene rilasciata e spinge la propria asta di spinta verso l'esterno, applicando meccanicamente i freni anche con assenza di aria nel sistema. Questo è il motivo per cui un veicolo con una grave perdita d'aria alla fine si fermerà da solo anziché rotolare liberamente.

Rilascio del freno

Rilasciando il pedale del freno si consente all'aria di fuoriuscire dalla camera di servizio attraverso la valvola a pedale. Una molla di ritorno all'interno della camera riporta quindi l'asta di spinta nella sua posizione di riposo, rilasciando la pressione sul meccanismo del freno in modo che la ruota possa ruotare nuovamente liberamente.

Componentei chiave all'interno di una camera del freno

Sebbene i design varino leggermente tra i produttori, quasi tutte le camere dei freni pneumatici condividono le stesse parti interne principali.

Cos'è la camera del freno a disco e in cosa differisce?

A camera del freno a disco è un attuatore del freno ad aria compressa appositamente progettato e montato per funzionare con una pinza del freno a disco ad aria compressa (ADB) anziché con il gruppo ganascia e camma a S del freno a tamburo. Sebbene il principio di base della conversione aria-meccanica sia identico, numerose differenze pratiche distinguono le camere dei freni a disco.

Lunghezza della corsa più breve

Le pinze dei freni a disco pneumatici includono un regolatore automatico interno che mantiene continuamente un gioco di funzionamento molto piccolo e costante tra la pastiglia e il rotore, in genere intorno a da 0,4 a 0,6 mm . Per questo motivo, le camere dei freni a disco generalmente utilizzano una corsa standard di circa 2,0 pollici , rispetto alle camere a corsa lunga da 2,5 pollici comunemente richieste sui freni a tamburo per compensare l'usura delle ganasce tra le regolazioni.

Montaggio diretto della pinza

Invece di collegarsi tramite un regolatore del gioco esterno e un albero a camme a S, una camera del freno a disco in genere si fissa direttamente sull'alloggiamento della pinza e agisce su una leva interna che aziona un ponte o un meccanismo a vite, comprimendo le pastiglie sul rotore da entrambi i lati.

Risposta più rapida e coerente

Poiché non c'è gioco da recuperare prima che le pastiglie entrino in contatto con il rotore, le camere dei freni a disco tendono a produrre una risposta del freno più immediata e coerente per tutta la durata di servizio della camera, mentre la risposta del freno a tamburo può variare leggermente poiché il regolatore del gioco compensa l'usura delle ganasce nel tempo.

Tabella di confronto: camera del freno a disco rispetto alla camera del freno a tamburo (S-Cam).

Dimensioni comuni della camera del freno e numeri di modello

Le camere dei freni sono identificate da un numero di "Tipo" che corrisponde alla superficie effettiva del diaframma in pollici quadrati, non al suo diametro esterno fisico. Un numero di tipo più grande produce una forza di uscita maggiore alla stessa pressione dell'aria, motivo per cui le posizioni degli assali più pesanti utilizzano generalmente camere più grandi.

Il più moderno le camere dei freni a disco pneumatici rientrano nella gamma dal Tipo 20 al Tipo 24 , che fornisce una forza di serraggio sufficiente per la pinza mantenendo la camera sufficientemente compatta da adattarsi all'involucro di montaggio più stretto attorno a un gruppo freno a disco.

Segni di una camera del freno guasta

Le camere dei freni sono esposte a cicli di pressione costanti, detriti stradali, umidità e sbalzi di temperatura, quindi l'usura è inevitabile per tutta la vita di un veicolo. Fai attenzione a questi segnali di pericolo:

• Perdite d'aria visibili o sibilo proveniente dall'alloggiamento della camera o dall'anello di serraggio.
• Applicazione o rilascio lento del freno, che suggerisce una membrana danneggiata o un passaggio dell'aria limitato.
• Corsa dell'asta di spinta che supera spesso il limite specificato dal produttore Da 2 a 2,5 pollici a seconda del tipo di camera.
• Ruggine visibile, corrosione o crepe sull'alloggiamento, in particolare attorno alla giuntura dell'anello di serraggio.
• Un freno di stazionamento che non riesce a trattenere il veicolo in pendenza, indicando una molla di potenza debole o rotta.
• Usura irregolare dei freni o trazione laterale in frenata, che può indicare che una camera ha prestazioni inferiori rispetto alle altre.

Una membrana rotta è uno dei punti di guasto più comuni e in genere provoca un calo immediato e notevole della pressione dell'aria insieme a una completa perdita di forza frenante in quella posizione della ruota, rendendola una riparazione prioritaria piuttosto che qualcosa da rinviare. I registri di manutenzione della flotta mostrano costantemente che la rottura del diaframma e la corrosione dell'anello di bloccaggio sono le due principali cause di sostituzione non programmata della camera del freno.

Linee guida per l'ispezione e la manutenzione

Poiché le camere dei freni sono classificate come componenti critici per la sicurezza, la maggior parte delle flotte segue un programma di ispezione strutturato anziché attendere guasti visibili.

Controllo della corsa dell'asta di spinta

I tecnici misurano l'estensione dell'asta di spinta quando i freni sono completamente applicati a una pressione compresa tra 90 e 100 psi. Una corsa eccessiva oltre la corsa nominale della camera di solito indica un regolatore del gioco usurato, un freno fuori regolazione o un'usura della camera interna ed è uno degli elementi più comuni segnalati durante un'ispezione su strada della Commercial Vehicle Safety Alliance (CVSA).

Test di tenuta

Una soluzione di acqua e sapone applicata attorno all'anello di serraggio e ai raccordi della linea dell'aria formerà visibilmente bolle se l'aria fuoriesce. Molte flotte eseguono anche un test statico sulla perdita d'aria, controllando che la pressione del sistema rimanga stabile per un tempo prestabilito con i freni applicati e il motore spento.

Frequenza di ispezione consigliata

La maggior parte dei programmi di manutenzione consigliano un'ispezione completa della camera del freno ogni volta intervallo di manutenzione preventiva (PM). , in genere ogni 25.000-30.000 miglia per i camion fuoristrada, con un controllo visivo durante ogni ispezione pre-viaggio.

Considerazioni sulla sostituzione e note sulla sicurezza

La sostituzione di una camera del freno, in particolare di una camera del freno a molla (freno di stazionamento), richiede precauzioni specifiche a causa dell'energia meccanica immagazzinata all'interno della molla di potenza.

1. Gabbia sempre il freno a molla utilizzando il bullone di ingabbiamento incorporato nella camera prima di scollegarlo, poiché la molla compressa può rilasciarsi con una forza sufficiente a causare gravi lesioni.
2. Far corrispondere il numero di tipo e la lunghezza della corsa della camera sostitutiva esattamente alle specifiche originali per quella posizione dell'asse.
3. Ispezionare e, se necessario, sostituire la staffa di montaggio e la fascetta di fissaggio, poiché la corrosione in queste aree è una causa comune di guasti ripetuti.
4. Dopo l'installazione, eseguire un controllo completo della corsa dell'asta di spinta e una prova di tenuta prima di rimettere in servizio il veicolo.
5. Non tentare mai di smontare una sezione della camera del freno a molla sul campo; questi sono progettati per essere sostituiti come unità sigillata a causa del pericolo rappresentato dalla molla interna.

La maggior parte delle camere dei freni OEM e dei produttori successivi hanno una durata prevista di circa Da 5 a 7 anni o da 250.000 a 500.000 miglia in condizioni operative normali, sebbene climi rigidi, esposizione al sale stradale e frequenti cicli di lavoro stop-and-go possano ridurre considerevolmente tale intervallo.

In che modo le dimensioni della camera influiscono sulla forza frenante

La fisica di base dietro una camera del freno è semplice: la forza in uscita è uguale alla pressione dell'aria moltiplicata per l'area effettiva del diaframma. Questa relazione spiega perché la selezione del numero di tipo corretto per ciascuna posizione dell'asse è importante tanto quanto le condizioni meccaniche della camera.

Ad esempio, a Camera tipo 30 a 100 psi può teoricamente generare circa 3.000 libbre di forza iniziale dell'asta di spinta (30 pollici quadrati x 100 psi), mentre una camera Tipo 12 più piccola sotto la stessa pressione produce solo circa 1.200 libbre. In pratica, la forza utilizzabile è inferiore a questo valore teorico perché la molla di ritorno interna e la geometria del diaframma assorbono parte di quella forza mentre l'asta di spinta si estende attraverso la sua corsa, ma la differenza relativa tra le dimensioni della camera rimane proporzionale.

Questo è anche il motivo per cui le camere sottodimensionate o non corrispondenti rappresentano un problema di sicurezza: l'installazione di una camera più piccola di quella specificata per un dato asse può impedire al freno di generare un'adeguata forza di bloccaggio sul rotore o sul tamburo, anche se la camera stessa sembra funzionare normalmente. Al contrario, una camera sovradimensionata può applicare più forza di quella che la pinza o l'hardware del freno di base è stato progettato per gestire, accelerando l'usura di pastiglie, rotori o ganasce dei freni.

Domande frequenti

È possibile utilizzare una camera del freno a disco su un sistema con freno a tamburo o viceversa?

Generalmente no. Sebbene entrambi i tipi di camera utilizzino lo stesso principio aria-meccanico, la lunghezza della corsa, la disposizione dei bulloni di montaggio e la geometria della leva sono adattati al design specifico del freno, quindi lo scambio tra applicazioni a disco e a tamburo senza l'approvazione del produttore può comportare una corsa inadeguata o una forza di bloccaggio inadeguata.

Perché le camere dei freni a molla sembrano più grandi delle camere di solo servizio?

Una camera del freno a molla combinata ospita due sezioni in un'unica unità: la camera del diaframma di servizio e la sezione più grande del freno a molla dietro di essa, quindi l'alloggiamento complessivo è più lungo di una camera di solo servizio per accogliere la molla di potenza necessaria per il parcheggio e la frenata di emergenza.

Cosa succede se una camera del freno si guasta completamente durante la guida?

Un guasto a una singola camera generalmente comporta una riduzione della forza frenante in quella posizione della ruota piuttosto che una perdita totale del freno, poiché la maggior parte dei veicoli pesanti ha più camere dei freni che funzionano in modo indipendente su diversi assi. Tuttavia, aumenta significativamente lo spazio di arresto e deve essere trattato come una condizione di fuori servizio immediato.

Riferimenti

• Federal Motor Carrier Safety Administration (FMCSA) - Standard di ispezione dei sistemi frenanti dei veicoli commerciali
• Commercial Vehicle Safety Alliance (CVSA) - Criteri standard nordamericani di fuori servizio per i sistemi frenanti
• SAE International - Progettazione e standard prestazionali dell'attuatore del freno pneumatico
• Amministrazione nazionale per la sicurezza del traffico autostradale (NHTSA) - Standard federale di sicurezza dei veicoli a motore 121 (Sistemi frenanti ad aria compressa)