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Viaggio nella storia della frizione

Alla scoperta delle sue origini

Funzionamento della frizione: Scopri le sue origini

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Wikipedia Commons

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Nel corso di più di un secolo, quasi ogni componente auto si è evoluto considerevolmente, migliorando le prestazioni, l'affidabilità e il comfort e trasformando la mobilità nel XX secolo.
La frizione è uno di quei componenti che si è evoluto molto dalla nascita dell'auto. In questa pagina analizzeremo in dettaglio come funziona la frizione, dai suoi albori fino alle frizioni attuali.

Anche se la storia colloca la nascita dell'auto nel 1886, si dovette attendere fino alla fine del primo decennio del XX secolo prima che il motore a combustione si imponesse su larga scala, superando a vapore e i veicoli elettrici. Questi ultimi presentavano un grande vantaggio rispetto ai primi. Grazie alla loro curva di coppia quasi ideale, non richiedevano né frizione né cambio, per cui erano molto più facili da gestire, meno soggetti a guasti e richiedevano una manutenzione molto più semplice.

Poiché il motore a combustione produce potenza solo a un certo regime, deve poter disporre della possibilità di disaccoppiare il motore dal cambio. Ne ha bisogno per raggiungere un certo regime minimo e per cambiare marcia senza carico durante la guida.

Il pioniere: la frizione a cinghia

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Frizione Benz a cinghia di trasmissione del 1886

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Il principio di funzionamento delle prime frizioni deriva dalla concezione di trasmissione dell'industria alla fine del XIX secolo, utilizzando cinghie di cuoio piane. La cinghia si tendeva tramite una puleggia di tensionamento, la potenza di azionamento della puleggia motore veniva trasmessa alle ruote motrici, mentre quando si allentava, la cinghia scivolava disinnestando la trasmissione.

Questo processo logorava le cinghie di cuoio molto rapidamente, per cui si cambiò presto l'approccio e, oltre alla puleggia di azionamento, fu installato una puleggia folle delle stesse dimensioni. Azionando una leva, la cinghia di trasmissione poteva essere deviata dalla puleggia folle alla puleggia motrice. Il veicolo a motore brevettato da Benz del 1886 (vedi figura sopra), considerata la prima auto della storia, utilizzava questa tipologia di frizione.

Questa concezione di trasmissione a cinghia ha avuto una breve durata nella storia nell'auto a causa di inconvenienti come la bassa efficienza, l'alta predisposizione all'usura e caratteristiche di funzionamento insufficienti, soprattutto sotto la pioggia. Questi inconvenienti da un lato e la necessità di cambi per aumentare gradualmente la potenza del motore dall'altro, portarono i costruttori a cercare altre soluzioni.

Nasce l’innesto a frizione

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È così nacque una grande varietà di tipi di frizione. La frizione come la conosciamo oggi ebbe sviluppo proprio in questo periodo storico: un disco posizionato all'estremità dell'albero motore si avvicina a un secondo disco fissato all’elemento da trascinare. Quando i dischi si toccano, tramite l’attrito sviluppato dal materiale utilizzato, avviene la trasmissione di potenza sull’elemento condotto (vedi figura).

Man mano che la forza di accoppiamento aumenta, il disco motore trascina il disco condotto, al raggiungimento della chiusura completa entrambi i dischi avranno la stessa velocità di rotazione. Nella fase di innesto l'energia motore si converte in calore con i dischi che scivolano l'uno sull'altro.

                                Principio base dell’innesto a frizione

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Legenda

  1. Lato motore
  2. Volano motore con cono cavo
  3. Molla di serraggio
  4. Lato cambio
  5. Cono di trascinamento con rivestimento in cuoio

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Legenda

  1. Flangia dell'albero motore
  2. Volano
  3. Manicotto di disinnesto
  4. Pedale frizione
  5. Leva di disinnesto
  6. Albero frizione
  7. Corpo frizione
  8. Molla frizione
  9. Cono frizione 
  10. Rivestimento frizione

Un nuovo concetto, la frizione conica

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Con questo sistema, si ottiene sia un innesto morbido e progressivo della frizione sia una trasmissione di potenza senza perdite una volta che l’innesto è completato. Il veicolo a ruote d'acciaio prodotto da Daimler nel 1889, dotato di una frizione a innesto conico (vedi figura) si basava già su questo principio di costruzione. In questo caso, la frizione conica supportata in parte dall’albero motore scorrendo è in grado di innestarsi sul volano conico. A chiusura avvenuta la frizione collegata all’albero di trasmissione porterà il moto alle ruote.

La fase di innesto e disinnesto è gestita tramite un pedale della frizione. Per interrompere il flusso di potenza è necessario premere il pedale che aziona un manicotto collegato alla molla principale il quale a riposo genera un carico costante in modo da spingere la frizione conica contro il volano. Inizialmente, come materiale d’attrito venivano usate cinghie di pelo di cammello, ma furono presto sostituite da cinghie in cuoio imbevute di olio di ricino per proteggerle dall'umidità, dal grasso e dall'olio.

Questo sistema aveva il vantaggio di essere autoregolante e di non caricare l'albero primario o l'albero del cambio. Tuttavia, c’erano degli svantaggi. Per esempio, il volano e il cono della frizione erano molto grandi e la frizione si disinnestava con troppa lentezza. Poiché i cambi non erano ancora sincronizzati, era necessario che la frizione si fermasse rapidamente dopo il disinnesto per cambiare marcia.

Per risolvere questo problema, a partire dal 1910 fu installato un freno supplementare della frizione o del cambio che doveva essere azionato per mezzo di un secondo pedale, la maggior parte delle volte in combinazione con il pedale della frizione e situato con questo su un asse a pedale comune. Per comodità molti conducenti smisero di cambiare marcia preferendo lasciar scivolare la frizione per regolare la velocità del veicolo, surriscaldando la frizione e provocandone il blocco quando si raffreddava.

La ricerca di nuovi materiali di rivestimento per la frizione che non si bloccassero portò alla sperimentazione di varianti tanto particolari quanto efficaci, dal rivestimento in pelle di cammello all'alluminio raffreddato a olio (vedi figura).

Frizione a nastro in acciaio

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Le frizioni coniche hanno rappresentato un riferimento fino agli anni 1920, soprattutto perla loro semplicità.
L'unica alternativa a questa tecnologia fu la frizione a nastro d'acciaio, una varietà della frizione cilindrica installata da Daimler nei veicoli Mercedes dalla fine del XIX secolo, che fu utilizzata fino a circa l'epoca della Prima guerra mondiale grazie alla sua ingegnosa e semplice soluzione costruttiva.

Nella frizione a nastro d'acciaio, il sistema di innesto è un nastro elastico elicoidale, che trova sede all’interno del volano. Un'estremità della molla elicoidale è collegata al volano, mentre l'altra è fissata al coperchio dell'alloggiamento della molla. L'azionamento del pedale della frizione mette in tensione il nastro elastico che si avvolge (autoalimentato) sempre più stretto attorno al tamburo collegato all’albero di trasmissione, producendo l’innesto della trasmissione. L’azionamento della molla richiede solo una leggera forza ottenendo così un innesto fluido (vedi figura sopra).

Precursore della frizione attuale

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La soluzione che diede origine alla frizione attuale si deve al professor Hele Shaw, la cui frizione multidisco iniziò a essere utilizzata nelle auto nel 1905. Si trattava di una tecnologia che offriva una superficie d'attrito molto più grande, richiedeva poco spazio e offriva un innesto continuo (vedi figura).

Nella frizione multidisco, il volano è collegato a un tamburo con all’interno delle scanalature che corrispondono alla forma del bordo esterno dei dischi alloggiati all’interno del tamburo stesso. In questo modo i dischi sono solidali al volano e quindi al motore. con possibilità di muoversi in direzione longitudinale. Un numero identico di dischi con incavo interno e stesso movimento longitudinale è centrato su un mozzo collegato all'albero della frizione. Durante il montaggio i dischi interni ed esterni della frizione si combinano per formare un pacco di dischi in cui si alternano rispettivamente un disco motore e un disco condotto. Le coppie di dischi così formate, inizialmente un disco di bronzo accoppiato ad un disco in acciaio, venivano premute tramite un disco di pressione con molla di innesto permettendo un innestato contemporaneo di tutte le coppie presenti.

Grazie a questo aumento progressivo della potenza d'attrito, la frizione multidisco si innestava in modo molto fluido. Quando la tensione della molla si riduceva i dischi si sganciavano di nuovo grazie a delle fasce elastiche inserite sul piano dei dischi. Variando il numero di coppie di dischi questo tipo di frizione base poteva adattarsi a qualsiasi potenza del motore. Le frizioni multidisco funzionavano sia in bagno d'olio o petrolio che a secco. Il suo più grande svantaggio era senza dubbio l'effetto di trascinamento, soprattutto a bagno d'olio, che causava un'insufficiente interruzione di potenza rendendo difficile il cambio di marcia. In pochi anni, l'arrivo della frizione monodisco avrebbe cambiato tutto, sostituendo la frizione conica e la frizione multidisco.

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