Freno continuo automatico Westinghouse: differenze tra le versioni

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Nei primi anni dell'esistenza della ferrovia l'attenzione verso i sistemi frenanti era di gran lunga inferiore rispetto agli anni successivi in quanto l'interesse primario era quello riguardante la trazione in sé. Di conseguenza non erano rari gli incidenti anche gravi e mortali.<ref name = "Storia">{{cita|Maceri|pp. 14-15.}}</ref>

Il primo sistema frenante venne ideato da [[George Stephenson]], ad azionamento a vapore solo sulle locomotive. Tuttavia, proprio per questa caratteristica, si rivelò presto insufficiente con l'aumentare dei veicoli in composizione e, conseguentemente, la massa da frenare.<ref name = "Storia"/><ref>{{cita web|url = http://www.tramroma.com/common/gen_tecn/mecc_gen/freni/freni_gen.htm|titolo = I freni dei rotabili tramviari e per ferrovie leggere. L'opera di un giovane inventore, G. Westinghouse|autore = Vittorio Formigari|data = 11 settembre 2021|accesso = 17 giugno 2022}}</ref>

Il freno continuo a depressione nella sua forma finale venne inventato alla fine del XIX secolo dall'ingegnere statunitense George Westinghouse ispirandosi all'idea di Stephenson, dopo aver lavorato con altri sistemi non altrettanto efficaci. All'inizio sperimentò l'uso del vapore, abbandonandolo a causa dei problemi di condensazione nella condotta e passando all'aria compressa, in quanto risulta essere non costosa e di facile approvvigionamento, con la possibilità di disperderlodisperderla in ambiente una volta utilizzatoutilizzata.<ref name = "Storia"/>

Il ''sistema Westinghouse'', inventato dall'ingegnere nel 1869 a 22 anni,<ref>{{cita|StudioFantasia}}.</ref>, composto da un compressore sulla locomotiva, un serbatoio e una valvola su ogni vettura, un tubo rigido lungo ogni vettura veniva connesso con una tubazione flessibile tra un rotabile e l'altro, in modo da unire in un solo comando tutti i freni delledei vettureveicoli contemporaneamente. Un sistema di sicurezza impediva l'applicazione involontaria dei freni in caso di rottura della linea ad aria.<ref name = "Storia"/> Venne brevettato il 28 ottobre [[1873]].<ref name = "Westinghouse">{{cita|Westinghouse}}.</ref> La [[Westinghouse Air Brake Company]] (WABCO) venne fondata appositamente per produrre e commercializzare tale sistema frenante. Tutti i sistemi frenanti ad aria di ferrovie e veicoli pesanti, come camion, si basano sul sistema [[WABCO]].

=== Incidenti ===

Sebbene il freno Westinghouse sia considerato il più sicuro e affidabile, nel corso degli anni è stato causa, direttamente o indirettamente, di incidenti ferroviari più o meno gravi, come ad esempio:

* [[incidente ferroviario della stazione di Parigi Montparnasse]] (22 ottobre [[1895]]): causato dal malfunzionamento del freno e dalla velocità eccessiva del convoglio data dal macchinista per recuperare del ritardo accumulato;

* incidente ferroviario di Piombino (31 luglio [[1983]]): la Freccia dell'Elba, composto da una [[Automotrice FS ALe 840|ALe 840]] e una [[Automotrice FS ALe 660|Le 800]], non riuscì ad arrestarsi a causa dell'eccessiva velocità accumulata, sfondò il [[Paraurti ferroviario|paraurti]] del binario dellanella [[stazione di Piombino Marittima]] finendo in mare;

* incidente ferroviario di Genova Pontedecimo (28 novembre [[1997]]): svio di un treno merci allo scalo di Genova Campasso trainato da una [[Locomotiva FS E.636|E.636]], proveniente da Alessandria Smistamento e terminante a Genova Sampierdarena, a causa dell'esecuzione non corretta della prova del freno, provocando il mancato inserimento del sistema frenante su tutto il convoglio.<ref>{{cita web|url = https://ricerca.repubblica.it/repubblica/archivio/repubblica/1998/02/28/fs-licenziamenti-catena.html|titolo = FS, licenziamenti a catena|autore = Donatella Alfonso|data = 28 febbraio 1998|accesso = 18 luglio 2021}}</ref><ref>{{cita web|url = https://www.superbadlf.it/wordpress/il-treno-nella-storia-il-miracolo-di-pontedecimo/|titolo = Il Treno nella Storia – Il miracolo di Pontedecimo|autore = Marco Galaverna|data = 21 ottobre 2020|accesso = 18 luglio 2021}}</ref><ref>{{cita web|url = http://www1.adnkronos.com/Archivio/AdnAgenzia/1997/11/28/Cronaca/FS-INCIDENTE-A-PONTEDECIMO-GENOVA-5-FERITI_114700.php|titolo = FS: incidente a Pontedecimo (Genova), 5 feriti|data = 28 novembre 1997|accesso = 18 luglio 2021}}</ref>

== Caratteristiche ==

[[File:Westinghouse Air Brake piping diagram.jpg|thumb|upright=2|Schema del 1909 del freno Westinghouse su un mezzo di trazione]]

Al freno continuo automatico si possono ricondurre 5 principali caratteristiche:<ref name = "IEFCA_art2"/><ref>{{cita|Maceri|pp. 12-14.}}</ref>

* pneumatico: funziona ad aria compressa;

I principali compiti del freno continuo automatico sono di arrestare il treno negli spazi di frenatura disponibili e l'arresto automatico in caso di spezzamento della condotta in linea.<ref name = "IEFCA_art2"/> All'impianto frenante si riconducono cinque principali caratteristiche:<ref name = "IEFCA_art2"/><ref>{{cita|Maceri|pp. 12-14.}}</ref>

* continuo: agisce lungo tutto il treno;

*# pneumatico: funziona ad aria compressa;

* automatico: agisce automaticamente al verificarsi di condizioni di degrado;

*# continuo: agisce lungo tutto il treno;

* graduabile in frenatura e sfrenatura: il macchinista decide la potenza frenante in base alla depressione in condotta;

*# automatico: agisce automaticamente al verificarsi di condizioni di degrado;

* inesauribile: si ha la piena efficienza del freno anche dopo una serie di frenate ripetute.

*# graduabile: in frenatura e sfrenatura:, il macchinista decide la potenza frenante in base alla depressione in condotta;

*# inesauribile: si ha la piena efficienza del freno anche dopo una serie di frenate ripetute.

=== Funzionamento ===

[[File:Westinghouse Air Brake control handle and valve.jpg|thumb|Disegno tecnico del 1909 del rubinetto tipo L]]

I veicoli sono tutti collegati pneumaticamente tra loro mediante la condotta generale che viene tenuta carica a 5 bar, valore che porta alla sfrenatura tutti i veicoli. La caduta di pressione, regolata dal rubinetto di comando posto in cabina di guida e determinata dal macchinista, propagandosi lungo tutto il treno per mezzo della condotta raggiunge ogni apparecchiatura frenante (delle carrozze o dei carri) dove è presente un distributore (valvola con funzioni di conversione di pressione) sussidiata da un serbatoio di comando (a pressione di riferimento per il livello di sfrenatura) e da uno ausiliario (come fornitore di aria compressa) provocando l'immissione dell'aria nei cilindri a freno e la frenatura conseguente. La successiva ricarica a 5 bar della condotta determina nuovamente la sfrenatura del treno.<ref name = "Westinghouse"/><ref>{{cita|Maceri|pp. 19-22.}}</ref><ref name = "Martino">{{cita|Martino}}.</ref>

ITutti i veicoli sonoin tutticomposizione sono collegati pneumaticamente tra loro mediante launa "condotta generale" che viene tenuta carica a 5 bar, valoree che portadetermina le azioni di frenatura e sfrenatura dell'impianto locale al variare della pressione, portando i ceppi ad aprirsi e alla sfrenatura di tutti i veicoli. LaPer frenare è sufficiente ridurre la pressione in condotta così che la caduta di pressione, regolata dal rubinetto di comando posto in cabina di guida e determinata dal macchinista, propagandosisi propaghi lungo tutto il treno per mezzo della condotta raggiungeraggiungendo ogni apparecchiatura frenante (delle carrozze o dei carri) dove è presente un "distributore" (valvola con funzioni di conversione di pressione), sussidiata da un serbatoio di comando (a pressione di riferimento per il livello di sfrenatura) e da uno ausiliario (come fornitore di aria compressa) provocando l'immissione dell'aria nei cilindri a freno e la frenatura conseguente. La successiva ricarica a 5 bar della condotta determina nuovamente la sfrenatura del treno.<ref name = "Westinghouse"/><ref>{{cita|Maceri|pp. 19-22.}}</ref><ref name = "Martino">{{cita|Martino}}.</ref>

Il freno entra in azione automaticamente in caso di:

* comando da parte dell'agente di condotta tramite il rubinetto di comando;

* comando da parte dei sistemi di protezione della marcia (es. [[Sistema Controllo Marcia Treno|SCMT]], [[Sistema di supporto alla condotta|SSC]], [[ERTMS]], [[Ripetizione Segnalicontinua Continuadei segnali|RSC]], <abbr title="Dispositivo Automatico di Frenatura">DAF</abbr>, [[dispositivo vigilante]] ecc...);

* azionamento del freno di emergenza su vetture viaggiatori;

* utilizzo da parte del [[Manovra (ferrovia)|manovratore]] della valvola portatile di frenatura;

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=== Componenti ===

[[File:Railway air brake 7.jpg|thumb|Circuito frenante di un carro, da sinistra verso destra: il serbatoio di comando (non visibile), il cilindro freno, il distributore e il serbatoio ausiliario]]

[[File:Luftleitung-01.jpg|thumb|Condotta generale con flessibili e accoppiatori]]

;Presenti su tutti i veicoli<ref name = "IEFCA_art3IEFCA_art2">{{cita|IEFCA|articolo 3.}}</ref>

* ''rubinetti d'intercettazione'' (o di testata, abbreviato "Rin"), presenti sulla testata del veicolo, permettono il passaggio dell'aria tra un veicolo e l'altro;

* ''flessibili'', tubi in gomma che realizzano il collegamento tra un veicolo e l'altro;

* ''condotta generale'' (CG), conduttura per l'aria compressa alimentata a 5 bar<ref name = "Martino"/>, comanda le azioni di frenatura e sfrenatura,<ref name = "Maceri_18">{{cita|Maceri|p. 18.}}</ref> identificata col colore rosso e posta in prossimità del [[gancio di trazione]];<ref name = "IEFCA_art5">{{cita|IEFCA|articolo 5.}}</ref>

* ''rubinetto d'isolamento'' (Ris), posto a monte del sistema frenante, a seconda della posizione (verticale o orizzontale) esclude o meno il freno su quel veicolo senza interrompere il flusso d'aria della condotta generale;

* apparecchiature del freno:

** ''distributore'' a scarico graduale (D), determina al variare della pressione le azioni di frenatura e sfrenatura mettendo in comunicazione il serbatoio ausiliario con i cilindri freno;<ref name = "Maceri_18"/>

* ''serbatoio di comando'' (SC), immagazzina il valore di riferimento per il distributore, ha una capacità di 15 litri ed è caricato a 5 bar;<ref name = "Maceri_20">{{cita|Maceri|p. 20.}}</ref>

** ''serbatoio ausiliariodi comando'' (SASC), immagazzina leil capacitàvalore utilizzatedi riferimento per lail frenaturadistributore, ha una capacità di 65{{m|15|ul litri= l}} ed è caricato a 5 bar;<ref diname pressione;= "Maceri_20">{{cita|Maceri|p. 20.}}</ref>

** ''serbatoio di comandoausiliario'' (SCSA), immagazzina ille valorecapacità di riferimentoutilizzate per illa distributorefrenatura, ha una capacità di 15{{m|65|ul litri= l}} ed è caricato a 5 bar;<ref namedi = "Maceri_20">{{cita|Maceri|p. 20.}}</ref>pressione;

** ''cilindri freno'' (CF), cilindri pneumatici collegati alla tiranteria del freno, la pressione massima nei CF è di 3.8 bar;<ref>{{cita|Maceri|pp. 18, 20.}}</ref>

** ''valvola di scarico'' (VS): determina l'intervento del distributore determinando la sfrenatura del veicolo, serve inoltre a eliminare l'eventuale sovraccarico presente nel sistema frenante.;<ref name = "IEFCA_art2"/>

{{Doppia immagine

Su veicoli datati può essere presente la "valvola tripla" – ossia un tipo di distributore a scarico diretto – su tali veicoli il freno è esauribile in quanto non è presente il serbatoio di comando e il valore di pressione di riferimento è quello del serbatoio di comando. Il freno rimane chiuso finché il valore di pressione in condotta generale è inferiore a quello del serbatoio ausiliario, sfrenando quando i due valori sono uguali o l'uno maggiore dell'altro.<ref>{{cita|IEFCA|allegato II.}}</ref>

|center

|Eem 923 Pneumatic Brake (8224674161).jpg|220

|Luftleitung-01.jpg|220

[[File:Luftleitung-01.jpg|thumbRubinetti di testata di un locomotore SBB|Condotta generale con flessibili e accoppiatori]]

}}

Su veicoli datati può essere presente la "valvola tripla" – ossia un tipo di distributore a scarico diretto<ref name = "IEFCA_art3">{{cita|IEFCA|articolo 3.}}</ref> – su tali veicoli il freno è esauribile in quanto non è presente il serbatoio di comando e il valore di pressione di riferimento è quello deldella serbatoiocondotta di comandogenerale. Il freno rimane chiuso finché il valore di pressione in condotta generale è inferiore a quello del serbatoio ausiliario, sfrenando quando i due valori sono uguali o l'uno maggiore dell'altro.<ref>{{cita|IEFCA|allegato II.}}</ref>

Può essere inoltre presente per il freno di tipo viaggiatori ad alta potenza o alta velocità il ''relé di alimentazione/trasformatore di pressione'' (abbreviato "RA/TP", il primo per freni a disco, il secondo per freni a ceppi).<ref>{{cita|IEFCA|articolo 12.}}</ref>

Possono essere presenti, per il freno di tipo viaggiatori, i dispositivi:<ref name = "IEFCA_art3"/>

[[File:S 2 6 Verkehrsmuseum Nuernberg Führerstand Lokfuehrer 13032010.JPG|thumb|Rubinetto di comando della [[locomotiva bavarese S 2/6]]]]

* alta potenza (di categoria "R"), posto su quei veicoli dove la percentuale di massa frenata è compresa tra 150 e 160%;

* alta velocità (abbreviato "AV"), che consente di elevare la percentuale di massa frenata a vuoto fino al 130%;

Può* essere inoltre presente per il freno di tipo viaggiatori ad alta potenza o alta velocità il ''relé di alimentazione/trasformatore di pressione'' (abbreviato "RA/TP"), il primo per freni a disco, il secondo per freni a ceppi).<ref name = "IEFCA_art12">{{cita|IEFCA|articolo 12.}}</ref>

[[File:S 2 6 Verkehrsmuseum Nuernberg Führerstand Lokfuehrer 13032010.JPG|thumb|left|Rubinetto di comando della [[locomotiva bavarese S 2/6]]]]

;Presenti sulle unità di trazione<ref name = "IEFCA_art3"/>

;Presenti sullesui unitàmezzi di trazione<ref name = "IEFCA_art3"/>

* ''compressore'', aspira e compressa l'aria da immettere nel sistema;

* ''serbatoio principale'' (SP), solitamente carico a 8 o 10 bar, può raggiungere i {{m|1200|ul litri= l}} di capacità, alimenta le due condotte generale e principale;<ref name = "Maceri_18"/>

* ''rubinetto di comando'' (RC), utilizzato dal macchinista per le azioni di frenatura o sfrenatura;

* ''rubinetto di emergenza'', manovrabile a mezzo di una maniglia, normalmente piombata, causando la frenatura rapida del convoglio.<ref name = "IEFCA_art4">{{cita|IEFCA|articolo 4.}}</ref>

* ''valvola C6A'': decide quando far intervenire la frenatura pneumatica quando quella elettrica non è più sufficiente.

;Presenti su carrozze

* ''freno di emergenza'', azionabile dai viaggiatori tramite una maniglia normalmente piombata, agisce direttamente sulle apparecchiature del freno.<ref name = "IEFCA_art4"/>

* ''rubinetto o valvola di emergenza''<ref>{{cita|IEFCA|articolo 22.}}</ref>

;Presenti susui unitàmezzi di trazione, carrozze ed eventualmente carri

* ''condotta principale'' (o dei servizi, abbreviato "SPCP"): alimentata ad 8 bar, utilizzata per alimentare eventualmente il serbatoio ausiliario, identificata col colore giallo e posta tra la condotta generale e le condotte elettriche quando queste sono presenti.<ref name = "IEFCA_art5"/>

* ''valvola C6 A'': permette l'alimentazione diretta del serbatoio ausiliario tramite la condotta principale, abbattendo la pressione da 8 a 5 bar.<ref name = "IEFCA_art12"/>

{{clear}}

=== Tipi di frenatura ===

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* ''merci-viaggiatori'' (in tedesco "G-P" o italiano "M-V"): azionato a mano, consente al freno di assumere le caratteristiche del freno tipo viaggiatori o merci;

* ''vuoto-carico'' (V-C): azionato automaticamente a mano, consente di ottenere due valori di massa frenata in base alla massa lorda del veicolo. Comprende 3 valori quali: massa a vuoto (tara del veicolo), massa a carico (massima massa che il veicolo può frenare al 100%) e massa d'inversione (massa alla quale la manovella cambia posizione da "vuoto" a "carico");

* ''piano-montagna'' (P-M): presenti su alcuni [[Carro merci|carri merci]], permette lo scarico normale o rallentato dei cilindri del freno. Non varia il tipo di regime adottato né l'azione frenante;

* ''autocontinuo'' (A): consente di variare automaticamente la massa frenata al variare del carico ottenendo il 100% della percentuale di massa frenata fino ad un valore massimo in tonnellate riportato sul longherone del veicolo;

* ''dispositivo Alta Velocità'' (AV): posto su alcuni veicoli con frenatura a ceppi, ha lo scopo di elevarne l'azione frenante;

* ''freno viaggiatori ad alta potenza'' (R): permette di aumentare la potenza frenante quando il veicolo dispone di una percentuale di massa frenata particolarmente elevata (tipicamente superiore al 100%);

* ''dispositivo per veicoli con [[freni magnetici]]'': permette l'utilizzazione del freno magnetico.

<gallery>

File:Druckluftbremse 20150719 61.jpg|Rubinetto d'isolamento e cordicella per la doppia valcola di scarico

File:Manueller zweistufiger Lastwechsel eines Güterwagens.jpg|Dispositivo V-C (vuoto-carico)

File:Bremsstellungswechsel (G-P) eines Güterwagens.jpg|Dispositivo di cambio regime G-P (merci-viaggiatori)

File:Bremsgewichthebel 20150719 60.jpg|Dispositivo vuoto-carico con più masse d'inversione

File:Bremsstellung Dosto.jpg|Dispositivo di cambio regime P-R-Mg e relative masse frenate (Viaggiatori-Alta potenza-Magnetico)

</gallery>

== Freno di stazionamento ==

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:<math>\frac{MF}{MdF} \times 100 = %MF</math>

La suddetta formula vale sia per il freno continuo che per il freno di stazionamento.<ref>{{cita|PGOS|articolo 74.}}</ref> Alla base del principio del calcolo c'è la necessità di far rispettare al treno gli spazi di frenatura e arresto in corrispondenza dei [[Segnalamento ferroviario in Italia|segnali luminosi]], viene usato per rendere la frenatura del treno quanto più omogenea possibile al fine di evitare sollecitazioni longitudinali e conseguenti svii.

== Note ==

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* {{cita web|url = https://fantasiaipsiam.wordpress.com/freno-ferroviario-ad-aria-compressa/|titolo = Freno ferroviario ad aria compressa|autore = StudioFantasia|cid = StudioFantasia|accesso = 18 luglio 2021}}

=== Fonti FS/RFI ===

* {{cita testoweb|url = httpshttp://docplayerwww.ilmondodeitreni.it/21681308-Istruzione-sull-esercizio-del-freno-continuo-automatico-per-i-convogli-di-rfidownload/RUBINETTO_OERLIKON_FV4a.htmlpdf|titolo = IstruzioneRubinetto sull'Esercizioautoregolatore deldi Frenocomando Continuodel Automaticofreno percontinuo itipo convogliOerlikon diFV4a. RFIIstruzione provvisoria|autore = ReteAzienda Ferroviariaautonoma Italianadelle -Ferrovie Direzionedello TecnicaStato|wkautore = ReteAzienda Ferroviariaautonoma Italiana|dataoriginaledelle =Ferrovie 1966dello Stato|cided = IEFCAed. 1966|accesso = 1714 lugliogiugno 20212022}}

* {{cita web|url = http://www.ilmondodeitreni.it/download/RubinettoFS_tipoL.pdf|titolo = Rubinetto FS di tipo "L" per il comando del freno continuo|autore = Azienda autonoma delle Ferrovie dello Stato - Direzione generale Servizio Materiale e Trazione|wkautore = Azienda autonoma delle Ferrovie dello Stato|autore2 = Ministero dei trasporti e dell'aviazione civile|wkautore2 = Ministero dei trasporti|città = Firenze|data = ed. 1º dicembre 1954|accesso = 14 giugno 2022}}

* {{cita testo|url = https://epodweb.rfi.it/Modules/Documenti/WFInfoScheda.aspx?q=TmYx%2FHSR%2BxzJfyom9wDMOQ%3D%3D|titolo = Prefazione Generale all'Orario di Servizio in uso sull'Infrastruttura Ferroviaria Nazionale|autore = Rete Ferroviaria Italiana - Direzione Tecnica|wkautore = Rete Ferroviaria Italiana|dataoriginale = 21 febbraio 2018|cid = PGOS|accesso = 17 luglio 2021}}

* {{cita testoweb|url = https://epodweb.rfidocplayer.it/Modules/Documenti/WFInfoScheda21681308-Istruzione-sull-esercizio-del-freno-continuo-automatico-per-i-convogli-di-rfi.aspx?q=TmYx%2FHSR%2BxzlR1uwbDQLyA%3D%3Dhtml|titolo = Istruzione persull'Esercizio ildel servizioFreno deiContinuo manovratoriAutomatico inper usoi sull'Infrastrutturaconvogli Ferroviariadi NazionaleRFI|autore = Rete Ferroviaria Italiana - Direzione Tecnica|wkautore = Rete Ferroviaria Italiana|dataoriginaledata = 3123 ottobregiugno 2014|dataoriginale = 20161966|cid = ISMIEFCA|accesso = 17 luglio 2021}}

* {{cita testoweb|url = https://epodweb.rfi.it/Modules/Documenti/WFInfoScheda.aspx?q=TmYx%2FHSR%2Bxz1IxnZf5Tu6Q2BxzJfyom9wDMOQ%3D%3D|titolo = NormePrefazione perGenerale laall'Orario Circolazionedi deiServizio Rotabiliin uso sull'Infrastruttura Ferroviaria Nazionale|autore = Rete Ferroviaria Italiana - Direzione Tecnica|wkautore = Rete Ferroviaria Italiana|dataoriginale = 121 gennaiofebbraio 20112018|cid = NCRPGOS|accesso = 17 luglio 2021}}

* {{cita testoweb|url = https://epodweb.rfi.it/Modules/Documenti/WFInfoScheda.aspx?q=TmYx%2FHSR%2BxzJfyom9wDMOQ2BxzlR1uwbDQLyA%3D%3D|titolo = PrefazioneIstruzione Generaleper all'Orario diil Servizio dei Manovratori in uso sull'Infrastruttura Ferroviaria Nazionale|autore = Rete Ferroviaria Italiana - Direzione Tecnica|wkautore = Rete Ferroviaria Italiana|data = 31 ottobre 2016|dataoriginale = 2112 febbraioluglio 20181923|cid = PGOSISM|accesso = 1719 luglioagosto 2021}}

* {{cita web|url = https://epodweb.rfi.it/Modules/Documenti/WFInfoScheda.aspx?q=TmYx%2FHSR%2Bxz1IxnZf5Tu6Q%3D%3D|titolo = Norme per la Circolazione dei Rotabili|autore = Rete Ferroviaria Italiana - Direzione Tecnica|wkautore = Rete Ferroviaria Italiana|dataoriginale = 1 gennaio 2011|cid = NCR|accesso = 17 luglio 2021}}

== Voci correlate ==

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== Altri progetti ==

{{interprogetto|preposizione=sul|etichetta=freno continuo automatico Westinghouse}}

== Collegamenti esterni ==

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{{portale|scienza e tecnica|trasporti}}

[[Categoria:MeccanicaFreni e tecnologia ferroviariaferroviari|W]]