La Frizione: Cuore Meccanico della Trasmissione

La frizione è un componente meccanico fondamentale, presente nella stragrande maggioranza dei veicoli dotati di motore a combustione interna, il cui compito primario è quello di disaccoppiare temporaneamente il motore dalla trasmissione. Questa sua funzione è cruciale per una serie di operazioni, dalla partenza da fermo alla fluidità del cambio marcia, evitando così strappi, vibrazioni e potenziali danni agli ingranaggi.

Il Principio Fondamentale: L'Attrito come Motore del Movimento

Alla base del funzionamento della frizione vi è il principio fisico dell'attrito. La frizione è un meccanismo che, avvalendosi dell'attrito, consente di unire gradualmente il moto di due alberi che ruotano a velocità diversa. Questa sua caratteristica è molto utilizzata nell'ambito dei sistemi di trasmissione. In una trasmissione a ruote di frizione, è necessario che una ruota sia motrice e l'altra condotta: non è possibile avere due ruote di frizione entrambe motrici o entrambe condotte. Il principio fisico del funzionamento delle frizioni meccaniche è sempre lo stesso: aumentando la pressione aumenta l’attrito fino a che il volano e il primario del cambio si comportano come un unico elemento.

Un'Innovazione Necessaria: Superare i Limiti dei Primi Motori

Il principale impedimento all'applicazione pratica del motore a combustione interna in veicoli terrestri era il fatto che, a differenza del motore a vapore e del motore elettrico, non poteva partire da fermo. Fino dalle prime automobili con motore a combustione interna di Benz e Daimler ci si pose il problema di come trasferire il movimento del motore alle ruote in modo da avviare progressivamente la vettura. Il sistema scelto fu quello a cinghia e pulegge, già in uso su altri tipi di macchinari statici. Con questo sistema si otteneva il duplice risultato di mettere in movimento gradatamente il mezzo tramite un voluto slittamento iniziale della cinghia o tramite il lascamento comandato di essa e la possibilità di avere un primitivo cambio, utilizzando più pulegge di diverso diametro sulle quali veniva spostata la cinghia per variare i rapporti e una puleggia libera per ottenere la posizione di folle.

L'Evoluzione Storica: Dalla Conica alla Multidisco

Le prime vere frizioni apparvero tra il 1899 e l'inizio del nuovo secolo con l'introduzione della frizione a cono: due superfici tronco-coniche una delle quali rivestita di cuoio e l'altra in metallo, quest'ultima collegata al motore e facente parte del volano come avviene tuttora, venivano spinte l'una contro l'altra da un sistema a molla tramite un meccanismo a leva o a pedale azionato dal guidatore. Le frizioni a cono erano sostanzialmente di due tipi, a cono dritto, con la conicità dal lato volano convergente verso il motore, o a cono rovesciato, con conicità inversa, sistema usato soprattutto sulle prime vetture di produzione francese come Talbot e Renault. Una prima alternativa, ma di scarso utilizzo, alla frizione a cono fu la frizione a tamburo, un sistema simile a quello dei tamburi dei freni, con il materiale d'attrito posto su delle ganasce oppure sulla superficie interna del tamburo con un anello prodotto dall'inglese Herbert Frood, fondatore della Ferodo, che ebbe un ruolo importante nell'evoluzione dei materiali d'attrito sia dei freni che delle frizioni. Così si arrivò presto alle frizioni a dischi multipli in acciaio a bagno d'olio ed un ruolo importante lo ebbero le vetture da competizione che tra gli anni '10 e '20 utilizzavano questo sistema per gestire la potenza dei motori.

La Frizione Monodisco a Secco: La Soluzione Predominante

Negli autoveicoli moderni, la frizione attualmente più usata è quella monodisco a secco. La coppia fornita dal motore viene trasmessa all'albero condotto sfruttando la resistenza d'attrito che si sviluppa tra le due superfici, una solidale all'albero motore e l'altra all'albero di entrata del cambio, premute tra loro grazie all'azione di molle. Il disco condotto, in lamierino di acciaio e dotato di guarnizioni ad anello ad elevato coefficiente d'attrito fissate ad esso tramite ribattini, è montato sul mozzo scanalato: la scanalatura permette al disco uno scorrimento di qualche millimetro. Per rendere più elastico e progressivo l'innesto il disco è provvisto di molle parastrappi. Il meccanismo spingidisco ha il compito di portare avanti e premere il disco condotto contro il volano fissato all'albero motore. Il componente che permette di poter agire sul meccanismo in rotazione è il reggispinta, costituito da un cuscinetto, generalmente a sfere, atto a sopportare una spinta assiale. Premendo il pedale, la leva di comando allontana il disco condotto dal volano.

La frizione auto è un componente essenziale per moltissimi veicoli, dato che ‘separa’ il motore dalla trasmissione annullando la coppia motrice che arriva alle ruote. Questa azione è necessaria sia per partire da fermi sia per cambiare le marce, dato che il disinnesto di una marcia e l’inserimento del rapporto successivo sarebbero difficili (e fonte di sonore quanto dannose ‘grattate’) se gli ingranaggi del cambio trasmettessero la coppia del motore. La frizione auto di un cambio manuale è costituita da un disco di acciaio (in genere ce n’è uno solo ma non mancano frizioni bidisco) rivestito da materiale d’attrito simile a quello impiegato nei freni. Questo disco ha un innesto scanalato che si impegna sull’albero primario del cambio e, in posizione di riposo, viene fortemente pressato sul volano dallo spingidisco, una specie di campana dotata di una potente molla generalmente del tipo ‘a diaframma’. In questo modo la coppia del motore viene trasferita dal volano al cambio grazie all’innesto scanalato, che torna utile in fase di disinnesto della frizione perché permette piccoli spostamenti assiali rispetto all’albero primario del cambio. Per ‘aprire’ la frizione entra in gioco il cuscinetto reggispinta che, comprimendo la molla, diminuisce o annulla la pressione con la quale il disco frizione viene spinto sul volano e questo permette di variare la coppia trasmessa al cambio fino ad annullarla.

La Frizione Multidisco: Maggiore Coppia, Minori Incombenze

Nella frizione a dischi multipli (in bagno d'olio o a secco) costituita da più dischi condotti, viene aumentata la coppia motrice in quanto risulta aumentata la superficie di contatto. Il comando delle due frizioni può essere sia meccanico che idraulico. Il massimo sforzo da esercitare sul pedale è di circa 120 N e di circa 180 N sugli autocarri. Nelle automobili, quando viene premuto il pedale di comando (il pedale più a sinistra) attraverso un sistema meccanico (leve o tiranti) o oleodinamico, si genera una pressione del meccanismo spingidisco e del relativo cuscinetto reggispinta grazie ad una molla a tazza a lamine radiali o a diaframma sui veicoli attuali, o da più molle lineari a torsione in precedenza. Il disco della frizione è generalmente dotato di molle parastrappi, sistema usato praticamente su tutti gli autoveicoli attuali, in modo da rendere meno brusco l'innesto.

Nei cambi a doppia frizione, per esempio, le frizioni non agiscono in generale sul volano e spesso sono composte da più dischi. la coppia viene così suddivisa su diversi elementi di diametro ridotto e questo riduce gli ingombri.

Meccanismi di Comando: Meccanico, Idraulico e Automatico

Il comando della frizione può variare. Nei sistemi meccanici, un cavo flessibile d'acciaio collega il pedale al meccanismo della frizione. Nel caso in cui la frizione sia ‘lontana’ dal pedale, si adotta spesso il comando idraulico: il cuscinetto reggispinta viene spostato da un pistoncino azionato da un fluido messo in pressione da un pistone-pompa collegato al pedale della frizione; questi componenti sono simili a quelli usati nei sistemi frenanti.

L’innesto e il disinnesto della frizione può essere anche automatico, come avviene nei cambi a doppia frizione e in quelli robotizzati. In questo caso lo spostamento del cuscinetto reggispinta avviene a cura di servomeccanismi con motorini elettrici o attuatori idraulici. Non sono poi mancati esempi di frizioni automatiche abbinate a cambi manuali ma oggi sono praticamente estinte. Un altro tipo di automatismo è quello centrifugo: delle masse calibrate in rotazione si spostano quando il regime del motore arriva a un certo valore e portano il materiale d’attrito a contatto dell’albero al quale trasmettere il moto.

Frizioni Regolabili e Antisaltellamento: Performance e Sicurezza

Esistono anche frizioni regolabili, dove è possibile impostare in base a quanto freno motore la frizione si dovrà aprire e in che modo. Nel caso di una frizione antisaltellamento tarata per lasciar slittare i dischi già con poco freno motore, si avrà una moto il cui comportamento sarà simile a una moto 2T. Questo tipo di frizione è progettato per offrire maggiore controllo e sicurezza, specialmente nella guida sportiva o su motociclette.

L'Usura della Frizione: Sintomi e Manutenzione

Ricordando lo schema di funzionamento della frizione auto si capisce che essa si usura praticamente soltanto quando la disinnesta/innesta. In queste situazioni, o quando la si lascia pattinare troppo a lungo, si ha una certo consumo del materiale d’attrito che si accompagna anche al lavoro del cuscinetto reggispinta. In effetti meno il reggispinta lavora, anche parzialmente, e meglio è: tenere poggiato il piede sul pedale quando non occorre può chiamarlo in causa anche se la frizione non slitta.

La durata media della frizione dipende da diversi fattori, tra cui lo stile di guida e l’ambiente in cui si utilizza l’auto. Nelle vetture che circolano prevalentemente in ambito urbano, soggette a continui arresti e ripartenze, la frizione può usurarsi anche dopo 70.000-80.000 km. Percorrere molti chilometri in autostrada può non avere alcun impatto sulla frizione, mentre anche solo pochi chilometri in città possono consumarla notevolmente.

I principali sintomi di una frizione usurata includono:

• Slittamento: Quando si lascia la frizione ma la velocità non aumenta, o il motore sale di giri senza un proporzionale aumento della velocità del veicolo.
• Difficoltà nell'inserimento delle marce: Se inserire le marce risulta difficoltoso, potrebbe essere un problema dovuto dal cambio o dalla frizione.
• Suoni anomali: Se usurata, la frizione può produrre suoni metallici generati dal cuscinetto reggispinta, che svaniranno quando si preme il pedale.
• Pedale con corsa anomala: Un pedale troppo duro, troppo morbido, a fondo corsa con frizione che non stacca, o che fa una corsa a scatti, può indicare problemi al cavo di comando, ai pistoncini del comando idraulico, o al cuscinetto reggispinta.

Diagnosi e Riparazione: Cosa Fare Quando la Frizione Cede

Quando si avvertono questi segnali, è necessario rivolgersi a un’officina qualificata. Il pedale che si indurisce può indicare un problema al cavo di comando. Se il pedale non facesse una corsa fluida ma bensì a scatti si potrebbe trattare di un danneggiamento del cuscinetto reggispinta. Un pedale a fondo corsa con una frizione che non stacca è invece il segno di una rottura del cavo di comando o di problemi ai pistoncini o ai tubi del comando idraulico.

Un altro classico malfunzionamento è lo slittamento della frizione auto, che si manifesta con il motore che cambia regime di rotazione non in accordo con la variazione di velocità del veicolo. Il disco potrebbe essere usurato, bruciato o imbrattato d’olio per cedimenti del paraolio di uscita dell’albero motore. L’unica soluzione, come nel caso di usura/rottura del reggispinta, è staccare il cambio per verificare lo stato dei pezzi della frizione. Un disco imbrattato si può recuperare, ma la sostituzione del paraolio implica ancor più ore di manodopera. Il costo della riparazione è molto variabile ma in genere costano di meno i pezzi da sostituire rispetto alla manodopera. Un kit frizione (disco, spingidisco e reggispinta, è opportuno sostituirli assieme) costa dai 100 euro in su ma se lo strapazzo è stato grande potrebbe rendersi necessaria anche la sostituzione del volano, con un grande aumento del costo.

Nei peggiori dei casi, potrà bastare una sostituzione dell’olio nella scatola del cambio, nei peggiori andrà sostituita l’intera frizione. Il prezzo del kit frizione oscilla in media tra 100 e 500 euro, ma la voce più rilevante è spesso il lavoro del meccanico. Inoltre, in molti casi si rende necessaria anche la sostituzione del volano, specialmente se di tipo bimassa: in questi casi, il prezzo può arrivare fino a 1.000 euro.

La Frizione nelle City Car: Il Caso della Smart

Un esempio interessante di frizione in veicoli moderni è quello della Smart City Coupé 600, prodotta dal 1998 al 2004. Questa city-car, apprezzata per le sue dimensioni contenute e l'agilità, adotta un cambio robotizzato con frizione ad azionamento elettrico. Nel caso della Smart, l’innesto delle marce avviene per mezzo di un motorino elettrico che movimenta un albero opportunamente sagomato in grado di realizzare la selezione e i cambi marcia, mentre la frizione viene azionata da un pistoncino, mosso però sempre da un elettroattuatore.

Può facilmente capitare di imbattersi in situazioni in cui, a seguito della sostituzione dell’attuatore elettrico o della frizione stessa, il cambio funzioni incostantemente, “gratti”, sia incerto nelle cambiate, o addirittura che il motore abbia tentennamenti in fase di avviamento. La causa di questi inconvenienti risiede nel fatto che il motorino-attuatore frizione e la punteria della frizione sulla quale il pistoncino agisce, devono avere tra di loro un posizionamento relativo ben determinato.

La procedura di sostituzione e registrazione del motorino elettrico frizione richiede attenzione alla posizione della punteria, al corretto serraggio delle viti e all'utilizzo di strumenti di diagnosi per far apprendere alla centralina cambio i punti di inserimento, disinserimento e slittamento della frizione.

Preservare la Frizione: Uno Stile di Guida Consapevole

La durata di una frizione dipende in gran parte dal comportamento del conducente. Adottare alcune buone abitudini di guida permette di prolungarne la vita e ridurre i costi di manutenzione. Trattare con cura questo elemento del motore permette di gestire la forza del propulsore al meglio.

Alcune buone pratiche includono:

• Evitare di tenere il piede appoggiato sul pedale della frizione: Questo causa un'usura prematura del cuscinetto reggispinta.
• Non far "pattinare" eccessivamente la frizione: Soprattutto durante le partenze in salita o in condizioni di scarsa aderenza.
• Utilizzare la frizione solo quando necessario: Evitare di tenerla premuta inutilmente, ad esempio durante le soste prolungate.
• Scalare marcia in modo fluido: Evitare brusche scalate che sollecitano eccessivamente il disco frizione.
• Evitare accelerazioni eccessive da bassi regimi con marce alte: Questo può causare slittamento.

Per testarne lo stato di usura si può provare a passare subito dalla prima alla quarta accelerando: durante la procedura quando il motore sale di giri ma la velocità resta costante capiamo subito che la frizione non è più in buone condizioni. L’auto ci dà sempre dei segnali ed è importante saperli ascoltare per mantenerla in buone condizioni.

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