Il Rallentatore Idraulico e lo Scambiatore di Calore: Funzionamento e Applicazioni

Nell'immaginario comune, frenare equivale a premere il pedale del freno. Tuttavia, nei veicoli industriali e soprattutto nei mezzi per il trasporto pesante, per decelerare non ci si può affidare al semplice impianto frenante ad aria. Questo principalmente per due motivi: l’elevato costo per la sostituzione di pastiglie e dischi di tali dimensioni e secondo, sopratutto nella marcia in discesa o a pieno carico, l’impianto frenante principale non è adatto a un funzionamento continuo e prolungato.

Tempi di utilizzo troppo lunghi o un continuo utilizzo non solo generano un eccessivo consumo delle parti soggette a strisciamento ma posso portare a un sovraccarico termico degli stessi freni con conseguente diminuzione dell’effetto frenante, più comunemente conosciuto come fenomeno del fading.

Tipologie di Rallentatori

Di questi sistemi di frenatura prolungata, detti rallentatori, ne esistono di due tipologie in base alla posizione nella quale vengono installati:

Rallentatori primari: montati fra motore e cambio.
Rallentatori secondari: montati fra cambio e assi di trasmissione.

I rallentatori primari presentano lo svantaggio dell’inevitabile interruzione della trasmissione di forza e quindi dell’effetto frenante nel processo di cambio con cambi manuali ma, essendo realizzati in associazione con cambi ad innesto sotto carico, hanno, rispetto ai rallentatori secondari, un notevole vantaggio in caso di tratti in ripida pendenza a bassa velocità.

Considerando, invece, la modalità con la quale intervengono e rallentano il mezzo pesante possiamo suddividere i rallentatori in: idrodinamici o idraulici e elettrodinamici o elettromagnetici.

Rallentatori Idrodinamici (Idraulici)

I rallentatori idrodinamici o idraulici adottano lo stesso funzionamento del giunto Fottinger. Sono composti quindi da uno statore, un rotore, un comando idraulico con relativa pompa, un moltiplicatore, un circuito per l’olio del cambio e una centralina di gestione.

Il conducente stesso aziona il retarder e ne determina la potenza frenante tramite una leva manuale posta sul volante o tramite il pedale del freno. L’olio entra nella camera del retarder, il rotore spinge l’olio e lo mette in circolo, l’olio entra nei vani delle palette dello statore e viene rinviato al rotore generando una coppia opposta (frenante) al movimento del rotore.

Questa coppia frenante viene poi trasmessa all’uscita del cambio tramite il demoltiplicatore così da rallentare il mezzo pesante. Durante questo processo si ha naturalmente una trasformazione di energia cioè il rotore trasforma l’energia meccanica dell’albero motore in energia cinetica di un liquido.

Quando si aziona il retarder, la camera tra statore e rotore si riempie di olio, grazie a una pompa che immette il fluido nella scatola. In questo modo, il liquido, grazie alla sua viscosità, crea resistenza al movimento del rotore, che ne assorbe la potenza. L’attrito dell’olio sulle palette dello statore fa quindi in modo che il rotore rallenti, rallentando a sua volta l’albero di trasmissione e quindi anche le ruote del camion.

Aquatarder

I rallentatori Aquatarder, adottati di solito dalla Mercedes, sono dei retarder idrodinamici o idraulici che al posto dell’olio del cambio utilizzano il liquido del circuito di raffreddamento come fluido di lavoro. Per il resto rimane identico ai retarder appena descritti, infatti, durante l’azionamento la pressione dell’aria spinge l’acqua contro le palette del rotore rallentando cosi il movimento del motore.

I fluido di lavoro (in questo caso acqua) viene poi raffreddato direttamente nel circuito di raffreddamento del motore.

Rallentatori Elettrodinamici (Elettromagnetici)

I rallentatori elettrodinamici o elettromagnetici sono, invece, composti da uno statore fisso, a cui sono fissate le bobine dell’eccitatore, e da una coppia di rotori, solidali con l’albero di trasmissione, che li fa entrare in rotazione. Lo statore e i rotori sono montati coassialmente,”faccia a faccia”: uno spazio vuoto, chiamato traferro, separa i rotori dallo statore, evitando così qualsiasi attrito.

Per eseguire la frenatura le bobine dell’eccitatore ricevono corrente e quindi producono un campo magnetico che induce nei rotori correnti parassite. Tali correnti portano ad un momento frenante la cui grandezza dipende dall’eccitazione delle bobine dello statore e dal traferro tra rotore e statore. Lo statore svolge quindi il ruolo di induttore ed è costituito da una serie pari di elettromagneti che, quando attraversati da una corrente elettrica continua, generano i campi magnetici necessari per la produzione di correnti parassite nella massa dei rotori.

I rotori svolgono il ruolo di indotto. Per definizione, le correnti parassite hanno origine da una massa metallica conduttrice, quando questa è posta all’interno di un campo magnetico variabile. La variabilità del campo magnetico a cui sono sottoposti i rotori è quindi determinata dalla rotazione di questi ultimi.

Le correnti parassite si avvolgono attorno a linee di flusso magnetico e per tale motivo vengono anche chiamate correnti vorticose. La generazione di correnti parassite nella massa del rotore comporta la comparsa di forze di Laplace che si oppongono alla rotazione del rotore. La coppia frenante così prodotta, applicata all’albero di trasmissione, permette di rallentare il veicolo. Le correnti parassite provocano un graduale aumento della temperatura dei rotori che evacuano il calore nell’aria, per ventilazione.

I rallentatori elettrodinamici presentano, a differenza dei comuni rallentatori idrodinamici secondari, momenti frenanti relativamente elevati a bassi numeri di giri ma la decelerazione del veicolo diminuisce all’aumentare del carico termico del rallentatore elettrodinamico stesso.

Quando e Come Utilizzare il Rallentatore Idraulico

Il rallentatore idraulico si usa per aiutare a rallentare il mezzo pesante ed è particolarmente efficace alle alte velocità, non solo in discesa, ma anche prima di una curva, all’uscita del casello autostradale per evitare di pigiare il freno in modo prolungato. C’è chi dice che il retarder non vada azionato quando si percorre una strada bagnata, chi invece è a favore del suo utilizzo anche su strade innevate.

Qualsiasi sia il parere in merito, bisogna ricordare che il freno idraulico si utilizza con giudizio, valutando le condizioni atmosferiche e le condizioni del camion (a pieno carico, vuoto ecc.). Inoltre non si può usare il rallentatore idraulico, ad esempio, per una decina di minuti o un quarto d’ora, perché l’olio si surriscalda. Certo, c’è il liquido di raffreddamento, ma non è sufficiente se l’azione avviene in modo prolungato. Inoltre se surriscaldato, l’olio perde tutta la sua efficacia.

Per far funzionare il retarder si può utilizzare il pedale del freno o spesso una leva manuale, che di solito si trova sulla destra del volante (in alcuni modelli di camion anche sul volante) con vari livelli di frenatura per regolare la quantità di olio: più olio si manderà in circolo, maggiore sarà l’azione frenante.

Scambiatore di Calore

Quando si utilizza il retarder, lo sforzo fatto scalda l'olio. Per raffreddare l'olio a seguito dell'uso del rallentatore, c'è uno scambiatore di calore che utilizza l'acqua del motore. È importante tenere su di giri il motore per far girare di più l'acqua e darle la possibilità di raffreddarsi. Infatti, può capitare che si accenda anche la ventola, anche se fuori fa freddo e si è in discesa.

L'olio del retarder è raffreddato tramite uno scambiatore olio-acqua (fluido refrigerante) che è collegato al sistema di raffreddamento dell'autocarro. Se la temperatura dell'olio è molto elevata (potenza frenante elevata) è meglio mantenere la pompa del fluido refrigerante ad una velocità elevata (motore a regime elevato), in modo tale da aumentare la portata al radiatore e rimandare in circolo liquido "fresco".

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