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. La frizione dell’auto non è un componente singolo, ma un sistema complesso, responsabile della trasmissione di potenza tra il motore e la scatola del cambio, e può trasmettere la potenza e la velocità grazie ai diversi rapporti di marcia.
Nelle automobili, la frizione è usualmente inserita nella trasmissione tra il motore e il cambio, dove permette il temporaneo disinserimento della coppia motrice prodotta dal motore stesso per consentire il cambio della velocità. Questo componente cruciale assicura il corretto funzionamento del veicolo, trasferendo il movimento dal motore al cambio e consentendo al veicolo di muoversi in modo efficiente. Se questo elemento non esistesse non sarebbe possibile guidare un’automobile nel modo che conosciamo e con cui siamo abituati da anni. Il motore, infatti, non avrebbe la coppia necessaria per muovere il mezzo.
L'Evoluzione Storica della Frizione
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. Fin 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.
I Primi Sistemi: Cinghia e Pulegge
Il sistema inizialmente 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'Avvento della Frizione a Cono
Le prime vere frizioni apparvero tra il 1899 e l'inizio del nuovo secolo con l'introduzione della frizione a cono. Questo sistema era costituito da 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, veniva spinta 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.
Alternative e Frizioni a Dischi Multipli
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, e 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.
Componenti Fondamentali della Frizione
La frizione dell’auto si compone di tre elementi che consentono alla coppia di essere trasferita dal motore al cambio. Si tratta dell’insieme composto da disco frizione, spingidisco e cuscinetto reggispinta.
Disco Frizione
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 disco della frizione è fatto di un materiale ruvido, ad alto coefficiente di attrito, da un insieme di molle e da una sezione scanalata nel foro centrale.
Spingidisco
Il meccanismo spingidisco ha il compito di portare avanti e premere il disco condotto contro il volano fissato all'albero motore. Se non si preme sul pedale della frizione, lo spingidisco tiene ferma la frizione direttamente sul volano.
Cuscinetto Reggispinta (o Cuscinetto di Disinnesto)
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. Questo cuscinetto si trova in corrispondenza del volano, ovvero sull’albero motore. Il cuscinetto reggispinta esiste sia nella tipologia meccanica che idraulica. I cuscinetti reggispinta sono autocentranti e si possono regolare radialmente di circa 1,5 mm; questo permette di compensare le tolleranze di allineamento tra la molla a diaframma e la superficie di contatto con essa del cuscinetto reggispinta. Grazie al precarico, il cuscinetto rimane sempre a contatto con la molla a diaframma e la velocità del cuscinetto è sempre pari alla velocità della frizione.
Volano
Il volano è collegato direttamente all’albero motore e immagazzina energia, rilasciandola gradualmente. Tra il volano e lo spingidisco si trova il disco della frizione.
cuscinetto reggispinta
Tipi di Frizioni e Loro Funzionamento
Esistono diverse configurazioni di frizioni, ognuna con le proprie peculiarità e ambiti di applicazione.
Frizione Monodisco a Secco
Negli autoveicoli la frizione attualmente più usata è quella monodisco a secco. Come suggerisce il nome, è composta da un singolo disco della frizione che stabilisce il collegamento tra il motore e la trasmissione. 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 vantaggio principale di questa configurazione è la semplicità costruttiva, che garantisce un’ottima affidabilità a costi relativamente contenuti. Le automobili, di solito, sono dotate di un solo disco.
Frizione Multidisco (a Secco o in Bagno d'Olio)
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. I modelli che presentano due o tre dischi frizione sono quelli dotati di una coppia più elevata. Si tratta di soluzioni pensate per quelle vetture che offrono alte prestazioni, come hypercar, auto da corsa o motociclette. Le moto, infatti, hanno un sistema multidisco.
Frizione Regolabile (Antisaltellamento)
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.
Frizione Elettroidraulica iMT (Intelligent Manual Transmission)
Fra le frizioni più avanzate tecnologicamente troviamo l’esempio della frizione elettroidraulica iMT di Kia e Hyundai, in grado di aumentare efficienza e comfort di guida rispetto alle soluzioni più tradizionali. Disponibile sui modelli ibridi "leggeri" con sistema a 48 V, questa Intelligent Manual Transmission è una trasmissione manuale che vede la propria frizione azionata da una centralina. Il pedale non è qui collegato a un condotto idraulico, ma a un sensore che comunica con una centralina. Quest’ultima, di conseguenza, con un attuatore elettroidraulico gestisce la pressione del liquido che permette l’apertura e la chiusura della frizione. Questo tipo di trasmissione entra in sinergia con i sistemi mild-hybrid a 48 V, permettendo di aprire la frizione non appena si rilascia l’acceleratore. In futuro, i Costruttori puntano a creare un cambio manuale che non abbia bisogno del pedale della frizione per funzionare.
Frizione Automatica (Centrifuga)
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. Sono poi mancati esempi di frizioni automatiche abbinate a cambi manuali ma oggi sono praticamente estinte.
Meccanismi di Azionamento della Frizione
Il comando delle due frizioni può essere sia meccanico che idraulico.
Comando Meccanico
Nelle automobili, quando viene premuto il pedale di comando (il pedale più a sinistra) attraverso un sistema meccanico (leve o tiranti), si genera una pressione del meccanismo spingidisco e del relativo cuscinetto reggispinta grazie a una molla a tazza a lamine radiali o a diaframma sui veicoli attuali, o da più molle lineari a torsione in precedenza. Un progetto eseguito tramite cavi di comando sfrutta la leva della forcella della frizione per moltiplicare la forza sul pedale, diminuendo quindi la forza necessaria da parte del guidatore.
Comando Idraulico
Nel caso che 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. La frizione viene azionata idraulicamente e il movimento del pedale viene trasferito alla pompa primaria (di comando) situata direttamente sotto il pedale. Durante la fase di manutenzione, è solitamente necessario controllare il liquido idraulico e sostituirlo in caso abbia raggiunto la massima vita di esercizio.
Cuscinetto Reggispinta Idraulico (CSC)
Si tratta del modo più semplice per la gestione del disinnesto, grazie alla combinazione di vari componenti separati (la forcella, la pompa, il manicotto, il cuscinetto) in un unico dispositivo. Il cuscinetto reggispinta idraulico deve essere montato direttamente sul cambio e, avendo ridotto il numero di componenti, il sistema risulta meno soggetto, rispetto ai sistemi tradizionali, a vibrazioni e strappi in fase di avviamento. Il sistema è complesso e i suoi componenti non sono riparabili; in molti casi, non è possibile neanche valutare se un componente ha subito un grave danno di usura, senza smontarlo.
Azionamento Automatico
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. Nelle automobili con cambio automatico questo elemento ha una vita maggiore, in quanto la frizione viene gestita in automatico, senza che il guidatore possa agire manualmente.
Come Funziona la Frizione Durante la Guida
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. A cambiare può essere il meccanismo che varia la pressione con la quale il disco frizione auto viene spinto contro il volano.
Innesto e Disinnesto
Quando si preme il pedale della frizione, il movimento viene trasmesso al cuscinetto reggispinta, che arretra lo spingidisco. In questa fase il disco frizione si stacca dal volano e interrompe la trasmissione del moto, consentendo il cambio di marcia. Quando il pedale viene rilasciato, spingidisco e cuscinetto tornano verso il volano, facendo aderire progressivamente il disco frizione. Il disco della frizione riesce così a trasmettere il moto all’albero del cambio. 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.
Il motore, infatti, non avrebbe la coppia necessaria per muovere il mezzo. La frizione, quindi, ha un ruolo determinante nel mediare il funzionamento di due elementi, il volano che si muove e il cambio che è fermo. Quando si cambia marcia, inoltre, il movimento è fluido e semplice proprio grazie alla frizione. Senza, sarebbe molto più difficile e pesante. Infine, senza questo elemento il motore, con l’auto ferma, tenderebbe a spegnersi.Per innestare una marcia correttamente, cioè per effettuare una partenza o per cambiare rapporto durante la guida: ecco a cosa serve la frizione auto. Grazie al funzionamento della frizione dell’auto, inoltre, si può gestire anche il comportamento del veicolo. Utilizzare un rapporto di marcia più basso può servire a garantire un’accelerazione necessaria per una salita o per un sorpasso.
Durata della Frizione e Sintomi di Usura
Considerando che si utilizza in maniera costante durante i viaggi in auto, soprattutto all’interno delle città, questo disco nel tempo si logora e può rompersi. Questo accade specialmente quando la si utilizza nel modo non corretto.
Fattori che Influenzano la Durata
La durata della frizione dipende dallo stile di guida e dai tipi di percorsi effettuati. Nelle automobili con cambio automatico questo elemento ha una vita maggiore. Solitamente, in questo tipo di auto la durata della frizione può arrivare anche a 300 mila chilometri. In rari casi, quindi, si deve ricorrere a una sostituzione. Per quanto riguarda, invece, le vetture con cambio manuale, la durata si aggira tra i 20 mila e i 200 mila chilometri, sebbene la durata media della frizione possa raggiungere tra 60.000 e 200.000 km. Si tratta, come è ben visibile, di una differenza molto importante. A incidere è lo stile di guida che determina la vita più o meno lunga della frizione. 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.
Segnali di Usura e Malfunzionamento
Il corretto funzionamento della frizione non è legato a fattori di sicurezza, ma è determinante per garantire una durata maggiore del cambio e del motore di un’automobile. I problemi alla frizione sono fra i più comuni fra quelli che si possono riscontrare in un’auto, e ne sono soggetti tutti i modelli di automobili, dalle city car alle berline extra lusso. Per capire quando si deve procedere con la sostituzione di questo elemento bisogna, prima di tutto, affidarsi a dei professionisti che, periodicamente, effettuino un check-up completo del mezzo, valutando la presenza di possibili guasti e malfunzionamenti.
Inoltre, è possibile capire se la frizione presenta dei danni facendo attenzione ai seguenti sintomi:
- Slittamento della frizione: Un sintomo che può indicare l’usura della frizione è lo “slittamento” della stessa: con tale fenomeno si vede aumentare il motore di giri, ma non la sua velocità. Lo slittamento 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. Durante la guida o dopo aver spento il motore può sfortunatamente capitare di sentire una puzza di bruciato in seguito a un cambio di rapporto. Questo odore acre indica che potrebbe esserci stato uno scivolamento eccessivo della frizione.
- Difficoltà nel cambio marcia: Il cambio di marcia non è più fluido e si sentono dei rumori quando si agisce sul cambio, con i movimenti che risultano più forzati.
- Movimenti a scatti: La frizione genera un movimento dell’auto a scatti e a strappi, quando si utilizzano le marce basse.
- Pedale duro: Il pedale con il quale si attiva la frizione è duro e difficile da premere. Se il pedale si indurisce il primo indiziato è il cavo di comando, se presente: potrebbe essere sufficiente lubrificarlo per recuperarne la funzionalità. Se il pedale non facesse una corsa fluida ma bensì a scatti si potrebbe trattare di un danneggiamento del cuscinetto reggispinta.
- Pedale che rimane premuto: Quando il pedale della frizione rimane premuto e non ritorna alla posizione di partenza, potremmo essere in presenza di una perdita di pressione dell’olio. 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. In questi casi, è meglio consultare subito un meccanico esperto.
- Cattivo odore di bruciato: Si avverte un cattivo odore di bruciato che arriva dal passa-ruota, generato dallo scivolamento della frizione.
- Vibrazioni: Se il servo-frizione è rovinato, può anche capitare che le vibrazioni dello spingidisco si trasmettano al cambio.
Tutti questi sintomi non sono da sottovalutare, in quanto indicativi del fatto che qualcuno dei componenti della frizione ha subito alterazioni più o meno serie: nel migliore dei casi potrà bastare una sostituzione dell’olio nella scatola del cambio, nei peggiori andrà sostituita l’intera frizione.
Consigli per Prolungare la Vita della Frizione
La vita della frizione dipende molto dallo stile di guida e ci sono dei piccoli trucchi per fare in modo che si consumi più lentamente.
- Evitare di tenere premuto il pedale: Non tenere premuto il pedale con la marcia inserita per molto tempo, questo vale quando ci si trova in coda nel traffico o fermi al semaforo. In quest’ultimo caso, è meglio mettere l’auto in folle e aspettare che scatti il verde per inserire la marcia. 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.
- Cambio olio regolare: Sostituire con regolarità l’olio, inserendo soltanto prodotti di qualità e indicati dalla casa produttrice. È necessario controllare spesso l'olio motore.
- Partenze e accelerazioni graduali: Evitare di compiere movimenti bruschi, partenze troppo accelerate e una guida di tipo sportivo.
- Pressione completa sul pedale: Premere tutto il pedale quando si deve effettuare un cambio di marcia.
- Non appoggiare il piede sul pedale: Togliere il piede dal pedale, azione che provoca stress meccanico sulla frizione e ne riduce la durata.
- Evitare tensione sul cambio in parcheggio: Non applicare tensione sul cambio quando si parcheggia, fattore che aiuta anche ad accrescere la durata di quest’ultimo elemento, oltre che della frizione.
- Ridurre i cambi di marcia non necessari: Evitare, quando possibile, i cambi di marcia.
Chi guida maggiormente in centri abitati deve gestire l’usura della frizione con maggiore attenzione rispetto a chi, invece, solitamente percorre tratti scorrevoli come le autostrade in cui per molto tempo si viaggia con la marcia più alta.
Costi di Sostituzione della Frizione
La sostituzione della frizione può essere un'operazione costosa, ma il costo dipende da vari fattori come il modello della vettura e la complessità dell'intervento. 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. Il prezzo del kit frizione oscilla in media tra 100 e 500 euro, ma la voce più rilevante è spesso il lavoro del meccanico. Se lo strapazzo è stato grande, potrebbe rendersi necessaria anche la sostituzione del volano, con un grande aumento del costo. 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. È bene considerare che spesso la sostituzione dell’elemento non è un’operazione che viene inclusa nella garanzia.
Manutenzione del Cuscinetto Reggispinta Idraulico (CSC)
Il cuscinetto reggispinta idraulico deve essere montato direttamente sul cambio. Il sistema è complesso e i suoi componenti non sono riparabili; in molti casi, non è possibile neanche valutare se un componente ha subito un grave danno di usura, senza smontarlo.Note importanti per l’uso e il montaggio del CSC:È necessario osservare le istruzioni per l'installazione e per l'uso del produttore del veicolo, nonché le avvertenze di sicurezza! Tutti gli interventi devono essere eseguiti da personale professionale qualificato.
- Depositi di sporco: Depositi di sporco all’esterno della guida del pistone del reggispinta idraulico possono compromettere il labbro di tenuta; durante la fase di compressione del pistone, la superficie di scorrimento risulta esposta ai detriti.
- Errori di montaggio: I danni del reggispinta idraulico sono spesso il risultato di errori di montaggio: il pedale della frizione non deve essere attuato quando si smonta la frizione e il cambio con un circuito idraulico chiuso - se ciò si verifica, il pistone del reggispinta idraulico viene spinto troppo avanti. Il metodo di fissaggio dello spingidisco al volano ha un forte impatto sulle caratteristiche funzionali del sistema frizione, in particolare per quelli con regolazione automatica, e sulle prestazioni e durata del CSC (carichi e altezza). Gli errori di montaggio danneggiano il CSC e fanno decadere la garanzia.
- Extra corsa: In caso di errore di montaggio o sfiato del sistema, il CSC potrebbe lavorare in extra corsa.
- Liquido non corretto: L'impianto idraulico della frizione deve assolutamente essere riempito solo con liquido idoneo. Non utilizzare olio minerale.
- Contaminazione sull’albero: La contaminazione sull’albero, proveniente da operazioni di smontaggio e rimontaggio, può causare occasionali perdite per l’accumulo di sporcizia lato cambio o sull’O-Ring di tenuta dell’alloggiamento campana.