airbrakecompressorIl freno a tamburo S-cam è il freno a tamburo usato sulla maggior parte dei camion pesanti, autobus e rimorchi, e funziona trasformando la pressione dell'aria in forza meccanica di divaricazione. Quando si preme il pedale, l'aria riempie la camera del freno, l'asta della camera si estende e ruota il registro, il registro torce l'albero S-cam, e la testa a forma di S all'estremità divarica le due ganasce contro l'interno del tamburo in rotazione. L'attrito tra le guarnizioni delle ganasce e il tamburo è ciò che rallenta la ruota.
Il nome deriva dalla forma della camma: l'estremità dell'albero a camme ha la forma della lettera S. Ruotando, il profilo allargato della S spinge verso l'esterno i rulli posti alle estremità delle ganasce. È una soluzione semplice, robusta ed economica da manutenere, motivo per cui ha dominato la frenatura dei veicoli commerciali per decenni. Comprenderla rende molto più semplice diagnosticare trascinamenti, usura irregolare e problemi di regolazione.
I componenti di un freno S-cam
Il freno a ruota (foundation brake) è il termine che indica tutto ciò che, a livello ruota, genera effettivamente l'attrito frenante, a valle di valvole e tubazioni. Su un assale S-cam il gruppo si fissa a un piatto porta-ganasce fisso e comprende i seguenti componenti principali.
| Componente | Funzione |
|---|---|
| Camera del freno | Converte la pressione dell'aria in forza lineare sull'asta; sugli assali posteriori contiene anche la sezione a molla per stazionamento ed emergenza |
| Registro | Leva che converte la corsa dell'asta in rotazione dell'albero a camme e imposta il gioco tra ganascia e tamburo |
| Albero S-cam | Albero rotante con la testa a forma di S che divarica le ganasce |
| Boccole e tubo dell'albero a camme | Sostengono e posizionano l'albero a camme; boccole usurate causano gioco e usura irregolare delle guarnizioni |
| Ganasce e guarnizioni | Ganasce in acciaio curvate che portano il materiale d'attrito a contatto col tamburo |
| Rulli della camma | Rulli alle estremità delle ganasce che scorrono sul profilo della S-cam per ridurre attrito e usura |
| Molle di richiamo | Riportano indietro le ganasce staccandole dal tamburo quando l'aria viene rilasciata |
| Perni di ancoraggio | Punti di rotazione all'estremità opposta delle ganasce rispetto alla camma |
| Tamburo del freno | Superficie in ghisa rotante contro cui premono le guarnizioni; si usura dall'interno verso l'esterno |
Come la forza arriva dal pedale al tamburo
Seguite la catena di eventi passo dopo passo. Inizia dal piede del conducente e finisce con calore sul tamburo.
- L'aria arriva alla camera. Premendo la valvola a pedale, l'aria passa attraverso la valvola relè verso il lato servizio della camera del freno. La pressione di sistema a piena carica è di circa 120 psi.
- L'asta si estende. La pressione dell'aria agisce sul diaframma della camera e spinge fuori l'asta. La distanza percorsa si chiama corsa dell'asta, ed è la misura più importante da controllare su questo freno.
- Il registro ruota. L'asta è collegata con un perno a forcella al braccio del registro. Mentre l'asta si estende, il braccio oscilla e ruota l'albero scanalato.
- L'S-cam divarica le ganasce. La testa a S in rotazione spinge i rulli della camma verso l'esterno, forzando entrambe le guarnizioni contro il tamburo.
- L'attrito rallenta la ruota. La guarnizione premuta contro il tamburo converte il movimento in calore. Quando l'aria viene rilasciata, le molle di richiamo ritraggono le ganasce e il tamburo torna a girare libero.
Poiché il freno viene applicato dall'aria e rilasciato da una molla, qualsiasi cosa riduca la pressione dell'aria riduce la forza frenante. È l'opposto della funzione di stazionamento: i freni a molla si applicano quando l'aria si perde, generalmente nell'intervallo 20-45 psi, ed è ciò che tiene fermo in sicurezza un mezzo se il sistema scarica. Sul lato servizio, se il sistema sta perdendo pressione, la potenza frenante ne risente direttamente.
Il registro: leva e gioco
Il registro svolge due compiti. Primo, è una leva: un braccio più lungo moltiplica la forza della camera in maggiore coppia sull'albero a camme, quindi la lunghezza del registro deve corrispondere alla misura del freno e non va mai sostituita con una lunghezza diversa. Secondo, imposta il gioco di funzionamento. Man mano che le guarnizioni si usurano, le ganasce devono percorrere una distanza maggiore per raggiungere il tamburo, il che allunga la corsa dell'asta. Se non controllata, la corsa finisce per superare la corsa utile della camera e il freno smette di funzionare efficacemente.
Registri manuali contro automatici
I registri manuali hanno un bullone di regolazione che il tecnico ruota per recuperare il gioco. Sono semplici ma richiedono regolazione programmata, e un registro manuale trascurato è una causa classica di corsa eccessiva e squilibrio frenante. I registri automatici (ASA) recuperano il gioco da soli durante le normali frenate. Gli ASA sono standard sui veicoli moderni, ma non sono esenti da manutenzione: un ASA guasto che smette di autoregolarsi mostrerà comunque una corsa eccessiva, e non si può correggere un ASA fuori regolazione semplicemente avvitandolo come un registro manuale. Verificate la corsa; non date per scontato che il registro automatico stia facendo il suo lavoro.
Dove si usurano i freni S-cam
Ogni punto di attrito e di rotazione del gruppo si usura, e lo fanno insieme. Conoscere la mappa dell'usura indica cosa ispezionare a ogni intervento sui freni.
| Punto di usura | Cosa si osserva | Perché è importante |
|---|---|---|
| Guarnizioni delle ganasce | Assottigliamento del materiale d'attrito, cricche, lucidatura, contaminazione da olio | Guarnizioni sottili o contaminate riducono la potenza frenante; lo spessore minimo è un limite invalicabile |
| Tamburo del freno | Rigature, screpolature da calore, colorazione bluastra, parete sottile, ovalizzazione | I tamburi usurati aumentano il gioco e possono incrinarsi; esiste un diametro massimo stampato sul tamburo |
| Testa dell'S-cam | Zone piatte e vaiolatura sul profilo a S | Una testa della camma usurata riduce la corsa delle ganasce e causa usura irregolare delle guarnizioni |
| Boccole della camma | Gioco radiale sull'albero a camme | Il gioco lascia spostare la camma, causando usura conica delle guarnizioni e applicazione incostante |
| Rulli della camma | Zone piatte, grippaggio | Un rullo bloccato trascina sul profilo della camma e accelera l'usura |
| Perni di ancoraggio | Usura e grippaggio nel punto di rotazione | Perni grippati impediscono alle ganasce di centrarsi, causando contatto irregolare |
| Molle di richiamo | Molle allungate o rotte | Molle deboli lasciano trascinare le ganasce sul tamburo, generando calore e usura precoce |
Poiché questi componenti condividono lo stesso ciclo di lavoro, la buona pratica è rivestire le ganasce, ispezionare o sostituire il tamburo, revisionare boccole e rulli della camma, e montare bulloneria nuova come set, invece di sostituire un solo pezzo usurato lasciando il resto. La gamma di componenti freno di qualità originale VADEN copre la bulloneria soggetta a usura in questo gruppo, così un revisione torna alle tolleranze originali.
Ispezione e regolazione di un freno S-cam
La corsa dell'asta è il controllo principale. Con i freni completamente azionati a pressione normale, misurate quanto percorre l'asta dal rilascio all'azionamento. Una corsa eccessiva su qualsiasi ruota è una delle voci di fuori servizio più comuni al controllo su strada, e anche un solo freno fuori limite può mettere il veicolo fuori servizio. Il limite specifico di corsa dipende dal tipo e dalla misura della camera, quindi fate sempre riferimento alla specifica marcata sulla camera piuttosto che a un numero universale.
Una sequenza di ispezione di base
- Controllare la regolazione. Misurate la corsa dell'asta su ogni ruota con sistema a piena carica, circa 120 psi, e azionamento a fondo.
- Verificare eventuali squilibri. Le corse dovrebbero essere simili lato per lato su un assale; un divario tira il veicolo e sovraccarica il freno più stretto.
- Ispezionare guarnizioni e tamburi. Confermate lo spessore delle guarnizioni sopra il minimo, l'assenza di contaminazione, e tamburi entro il diametro e privi di cricche.
- Controllare l'albero a camme. Afferrate la camma e verificate il gioco radiale che indica boccole usurate; cercate un profilo a S usurato.
- Verificare la bulloneria. Confermate che molle di richiamo, rulli e perni di ancoraggio siano integri e non grippati.
- Confermare la corsa della camera. Osservate che asta e registro si muovano liberamente senza impuntamenti.
Se volete il quadro completo di come questi componenti a livello ruota si inseriscono nel sistema pneumatico, dal compressore alla camera, consultate la panoramica su come funzionano i sistemi frenanti ad aria. Il freno S-cam è dove tutta quell'aria immagazzinata diventa finalmente forza frenante, quindi la sua condizione è l'ultimo e più importante anello della catena.
Perché il design S-cam resiste nel tempo
I freni S-cam non sono l'unico tipo di freno a ruota, ma restano i più diffusi perché economici, facili da riparare a bordo strada e tolleranti a sporco, acqua e calore intenso. Il loro punto debole principale rispetto ai freni a disco pneumatici è il fading in caso di uso ripetuto e intenso, oltre a un maggior numero di parti mobili da mantenere in regolazione. Per la maggior parte del trasporto su lunga distanza e vocazionale, però, un freno S-cam ben mantenuto ferma in modo affidabile un mezzo carico, e la manutenzione richiesta è semplice una volta compreso il percorso della forza dalla camera al tamburo.
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