Freno ad aria compressa

Man mano che le auto crescevano di dimensioni, divenne necessario apportare miglioramenti all’impianto frenante. Entrò in cena un’invenzione del 1869, originariamente destinata ad essere utilizzata come freno per i vagoni ferroviari. Alla fine, si rivelò un tale successo su strada che da allora è stato ampiamente utilizzato nei camion.

Questo articolo è dedicato ai sistemi frenanti pneumatici.

Cenni storici sull’invenzione

Inizialmente, ll freno pneumatico non venne impiegato nell’industria automobilistica.

Fino alla metà del XIX secolo, i vagoni ferroviari possedevano sistemi di frenatura separati che richiedevano il rallentamento manuale individuale di ciascuno di essi, comportando una notevole perdita di tempo oltre che di pericolo.

Era necessaria una distanza enorme per fermare un treno più grande, il che ovviamente ha provocato un gran numero di incidenti sul lavoro.

Il 13 aprile 1869, l’americano George Westinghouse ottenne un brevetto per un sistema che alla fine rivoluzionò non solo il trasporto ferroviario ma anche quello stradale. Secondo molti esperti, questo sistema è il dispositivo più sicuro che sia mai esistito: il freno pneumatico.

Westinghouse gareggiò con il francese Desire Martin per un brevetto internazionale, che alla fine fu ottenuto da Westinghouse nel 1872.

Per inciso, l’azienda fondata dal suddetto inventore – Westinghouse Electric Company – esiste ancora oggi con oltre 11.000 dipendenti, fornendo ai clienti di tutto il mondo soluzioni sicure, affidabili ed economiche nel campo dell’energia nucleare, del combustibile nucleare, dell’automazione delle centrali elettriche come nonché prodotti e servizi correlati.

Costruzione

Lo scopo principale del freno pneumatico era fornire la capacità di frenare tutti i vagoni in modo affidabile e simultaneo, riducendo drasticamente lo spazio di frenata.

Affinché la frenata avvenisse contemporaneamente ovunque, era necessario prevedere un mezzo liquido che attivasse i freni, e questo mezzo divenne l’aria.

Questa è la più grande differenza tra un sistema frenante pneumatico e un sistema frenante idraulico: in quest’ultimo, la forza frenante è trasportata dal liquido dei freni, mentre nel freno pneumatico è generata dall’aria compressa di un compressore.

Una questione interessante è perché il sistema di frenatura idraulica non è stato utilizzato nel trasporto su strada nonostante la sua disponibilità.

La risposta è semplice: il freno pneumatico rappresenta un’opzione molto migliore in questo contesto. L’aria è disponibile in quantità illimitate. Nel caso di una piccola perdita nel sistema idraulico, il freno potrebbe deteriorarsi nel tempo. Nel caso di un freno pneumatico, ciò richiede un guasto molto maggiore, poiché il compressore corregge facilmente la caduta di pressione causata da una piccola perdita e fornisce la pressione necessaria.

Non è un caso che il liquido dei freni di un treno più lungo o anche di un camion con rimorchio avrebbe una massa considerevole, svantaggio sotto tutti i punti di vista, mentre la massa d’aria è trascurabile.

L’efficacia di questa soluzione è sottolineata dal fatto che sia gli autocarri che le automotrici erano quasi sempre dotati di telaio sospeso ad aria, e quindi necessitavano di un sistema pneumatico che potesse essere utilizzato anche per la frenatura.

Va menzionata anche la frenata del rimorchio. Qualsiasi rimorchio può essere facilmente collegato al sistema pneumatico con un semplice aggancio. Nel caso di un impianto idraulico, questa operazione sarebbe molto più complicata.

Applicazione camion, funzionamento

I freni ad aria compressa integrati nei primi camion erano semplici: per decenni, i camion possedevano un circuito frenante con una valvola principale e un pistone operante, mentre il freno a mano costituiva un componente separato. Solo successivamente è stato incluso nel circuito pneumatico.

Di solito, il compressore responsabile della fornitura dell’aria viene solitamente azionato in due modi: tramite una puleggia dell’albero motore oppure la sua trasmissione è integrata direttamente nel sistema di controllo del motore. Può essere lubrificato e raffreddato insieme al motore o separatamente, ma ha sempre un regolatore che lo spegne al raggiungimento della pressione massima/minima dell’impianto.

L’aria compressa dal compressore non è ancora pronta per entrare nel sistema perché ha un alto contenuto di umidità e temperatura. Pertanto, deve essere inviato ad un essiccatore d’aria (in alcune applicazioni viene sostituito da un separatore d’olio e/o da un dispositivo antigelo).

Quindi l’aria va ai serbatoi dei freni ad aria compressa, i cosiddetti buffer. I gruppi di questi serbatoi sono progettati in modo che il freno di servizio rimanga operativo anche in caso di avaria del compressore o di arresto del motore del veicolo.

È interessante notare che negli autocarri il circuito pneumatico è suddiviso in diversi circuiti frenanti, ad es. assali anteriori e posteriori, mentre i rimorchi sono dotati di circuiti completamente separati.

Quando si preme il pedale del freno, l’aria compressa dai respingenti va alle apposite camere d’aria, ovunque sia necessaria. Il funzionamento di questa parte del sistema è controllato da complesse disposizioni delle valvole perché è necessaria la sincronizzazione. Il processo di frenata deve essere controllato in modo tale che il veicolo possa essere frenato nel modo più breve e sicuro possibile. A tal fine, è importante che il freno pneumatico inizi prima a rallentare il rimorchio in modo che il veicolo e il rimorchio non si separino in caso di frenata brusca.

Rilasciando il pedale del freno si escludono i serbatoi dal circuito attivo e se la loro pressione scende sotto il livello minimo il compressore riprenderà a riempirli.

Il sistema frenante pneumatico, nel suo complesso è più complesso e composto da più componenti rispetto al sistema idraulico di un’autovettura, ma non si può negare che, ancora oggi non è stata sviluppata una soluzione più efficace.

Fonti:

• https://info.westinghousenuclear.com/blog/air-brake-invention-at-the-heart-of-westinghouse-safety-legacy
• https://sgi.sk.ca/hu/air-brake/-/knowledge_base/air-brake/basic-air-brake-system
• http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/fek/legfek/bevezetes/bevezetes.html
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Paineilmajarrut.svg
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Truck_air_compressor.jpg
• https://hu.frwiki.wiki/wiki/Frein_%C3%A0_air
• https://en.wikipedia.org/wiki/Air_brake_(road_vehicle)#/media/File:Air_disc_brake.jpg