Cilindro Freno: Come Funziona, Tipi e Quando Sostituirlo

Il cilindro freno è il dispositivo rotondo ad azionamento pneumatico imbullonato all'assale in corrispondenza di ogni ruota frenata. Il suo compito è semplice ma fondamentale: preleva aria compressa dall'impianto frenante pneumatico del camion e converte questa pressione in una spinta meccanica lineare. Questa spinta viaggia attraverso un'asta fino alla leva di registro, che ruota l'albero a camme (o aziona una pinza a disco) e serra il freno. Quando si preme il pedale, l'aria riempie il cilindro; al rilascio, una molla di richiamo spinge indietro il diaframma e l'asta.

Poiché i mezzi pesanti utilizzano aria invece del fluido idraulico delle autovetture, il cilindro freno è il muscolo che fa funzionare la frenata pneumatica in ogni angolo del veicolo. Comprendere i due lati di un cilindro, i tipi comuni e le modalità di guasto è una conoscenza fondamentale per chi lavora su come funzionano gli impianti frenanti ad aria.

Come Funziona un Cilindro Freno

All'interno di un cilindro freno di servizio si trovano un diaframma in gomma flessibile, un'asta di spinta e una molla di richiamo. Quando si aziona il freno, l'aria dalla valvola pedale entra nel cilindro dietro il diaframma. La pressione dell'aria agente sulla superficie del diaframma genera una forza: più pressione e più area del diaframma significano entrambe maggiore spinta. Questa forza spinge fuori l'asta, l'asta muove il braccio della leva di registro e la leva di registro ruota la camma a S per divaricare le ganasce contro il tamburo.

Due fattori determinano l'intensità della frenata: quanta pressione dell'aria di azionamento comanda il conducente e l'area effettiva del diaframma (il numero che indica la dimensione del cilindro). Quando il conducente rilascia il pedale, l'aria di azionamento viene scaricata e la molla di richiamo interna ritrae l'asta in modo che le ganasce si allontanino dal tamburo.

Dimensione del Cilindro e Cosa Significa il Numero

I cilindri sono classificati in base all'area effettiva del diaframma in pollici quadrati, ed è questo valore a cui si riferisce il numero del "tipo". Un cilindro "Tipo 30" (T30) ha circa 30 pollici quadrati di area effettiva. Numeri più grandi significano più forza di uscita per la stessa pressione dell'aria, motivo per cui la posizione dell'assale e la progettazione del freno determinano la dimensione. Mescolare dimensioni di cilindri diverse sullo stesso assale squilibra la frenata, quindi bisogna sempre far corrispondere la dimensione stampigliata sull'alloggiamento quando se ne sostituisce uno.

Cilindri di Servizio vs. Cilindri a Molla

Esistono due grandi famiglie di cilindri freno, e sapere quale si sta esaminando cambia il modo in cui va manutenuto.

Cilindri di Servizio (a Diaframma Singolo)

Un semplice cilindro di servizio — spesso un T30 a morsetto — ha un solo diaframma e un solo compito: azionare il freno con l'aria quando il conducente preme il pedale. Si trovano solitamente sugli assali sterzanti, che normalmente non hanno freni a molla di parcheggio o emergenza. L'alloggiamento è tenuto insieme da una fascia di acciaio attorno alla sua parte centrale, motivo per cui i tecnici li chiamano "a morsetto". Quando l'aria viene rilasciata, la molla di richiamo tira indietro l'asta e il freno si rilascia completamente.

Cilindri a Molla (T30/30)

Un cilindro a molla, come un T30/30, è in realtà composto da due cilindri accoppiati schiena contro schiena. La sezione anteriore "servizio" funziona esattamente come un cilindro semplice per la guida normale. La sezione posteriore "molla" o "emergenza" alloggia una grande molla di potenza a spirale fortemente precaricata. Durante il normale funzionamento, l'aria dell'impianto viene mantenuta in quella sezione a molla per tenere la molla di potenza compressa e fuori gioco. Quando si inserisce il freno di stazionamento — o quando la pressione dell'aria scende pericolosamente — quell'aria di trattenuta viene scaricata, la molla di potenza si estende e spinge meccanicamente l'asta fuori per azionare il freno.

Questo design a sicurezza intrinseca spiega perché un camion con una grave perdita d'aria frena da solo: i cilindri a molla iniziano tipicamente ad azionarsi tra circa 20 e 45 psi quando la molla di potenza supera la pressione dell'aria in calo. È anche il motivo per cui non si deve mai lavorare su un cilindro a molla senza prima bloccarlo. Per le soglie di pressione che governano questo comportamento, vedere cosa succede quando l'impianto perde pressione dell'aria.

Sintomi di un Cilindro Freno Difettoso

I cilindri freno vivono in un ambiente brutale — spruzzi di strada, sale, calore e flessioni continue. Prestare attenzione a questi segnali di allarme:

• Perdita d'aria udibile alla ruota: Un sibilo costante da un cilindro, specialmente quando i freni sono azionati, indica solitamente un diaframma rotto o incrinato.
• Azionamento o rilascio lento del freno: Una molla di richiamo debole o un diaframma che perde possono far trascinare o ritardare un freno.
• Corsa eccessiva dell'asta di spinta: Se l'asta viaggia oltre il limite di regolazione, il cilindro potrebbe essere debole — anche se una leva di registro mal regolata o guarnizioni usurate sono la causa più comune.
• Fascia di serraggio / alloggiamento corrosi o deformati: Fasce gonfiate dalla ruggine e alloggiamenti non a pressione incrinati sono voci frequenti di rigetto alla revisione.
• Molla di potenza rotta: Una molla spezzata può sferragliare all'interno del cilindro, lasciare il freno di stazionamento incapace di tenere o, in alcuni casi, bloccare la corsa di servizio.
• Il freno non si rilascia: Se un freno a molla resta azionato, la sezione a molla non riceve aria di trattenuta, oppure la molla di potenza si è guastata.

Un cilindro che perde può imitare altri guasti, quindi bisogna confermarne la fonte. Se l'intero camion perde pressione e non si riesce a individuare una singola ruota, la perdita potrebbe essere a monte in una valvola, in una tubazione o nel circuito del compressore piuttosto che in un cilindro, quindi bisogna rintracciarla fino alla ruota prima di condannare i componenti.

Bloccare un Cilindro a Molla (La Sicurezza Prima di Tutto)

La regola più importante con qualsiasi cilindro a molla: la molla di potenza accumula energia sufficiente per ferire gravemente o uccidere. Prima di allentare la fascia di serraggio o rimuovere un cilindro a molla, bisogna neutralizzare quella molla bloccandola.

1. Mettere i cunei alle ruote e assicurarsi che il veicolo non possa muoversi.
2. Individuare il bullone di rilascio (blocco) — solitamente riposto sul lato del cilindro — e inserirlo nel foro centrale del coperchio terminale non a pressione (lato molla).
3. Inserire il bullone di rilascio in modo che si impegni con la piastra di bloccaggio interna, quindi girarlo per tirare e mantenere la molla di potenza nella sua posizione compressa.
4. Confermare che la molla sia completamente bloccata (l'asta si ritrae e il freno si rilascia) prima di toccare la fascia di serraggio.

Molti cilindri a molla sono venduti come unità sigillate, non riparabili, proprio perché la molla interna è così pericolosa. Se una sezione a molla è incrinata o la sua fascia è corrosa, la soluzione corretta è quasi sempre sostituire l'intero cilindro, non aprirlo.

Nozioni di Base sulla Sostituzione

Sostituire un cilindro freno è semplice una volta che è bloccato e depressurizzato, ma alcuni punti mantengono l'operazione sicura e corretta. Scaricare l'impianto dell'aria o bloccare la molla, quindi scollegare la/le tubazione/i dell'aria e la forcella dell'asta di spinta dalla leva di registro. Annotare l'orientamento del cilindro (l'orientamento delle porte d'aria) e lo schema dei prigionieri di montaggio in modo che il nuovo si adatti alla staffa e ai tubi senza attorcigliamenti. Dopo il montaggio, impostare sempre la lunghezza dell'asta di spinta e ricontrollare la regolazione della leva di registro, quindi azionare e rilasciare i freni più volte per verificare la corsa libera, il rilascio completo e un azionamento senza perdite.

Poiché il cilindro è solo un anello della catena di azionamento, ispezionare i componenti vicini mentre si è al lavoro. Una leva di registro usurata, un albero a camme grippato o una molla di richiamo stanca vanificheranno il beneficio di un cilindro nuovo. Montare componenti di azionamento e pneumatici di grado OE da una gamma di qualità di ricambi per impianti frenanti ad aria in modo che corsa, forza e durata corrispondano a quanto progettato per l'assale. I cilindri sono relativamente economici e critici per la sicurezza, quindi quando uno si guasta va sostituito, non tenuto in vita con rattoppi.