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Elementi che influiscono sulle performance di un impianto frenante
Ho avuto modo di scambiare centinaia di mail con utenti che possiedono vetture da competizione ma anche stradali in merito alla scelta di un impianto frenante.
Mi sono reso conto che spesso, soprattutto tra l'utenza stradale/track day, sopravvivono alcuni orientamenti e/o convinzioni non sempre corretti e talvolta fuorvianti nel processo di scelta di un impianto frenante.
Questo soprattutto a causa di pubblicità e politiche di marketing di alcuni produttori aftermarket e di informazioni non correte diffuse da alcune riviste di tuning in Italia.
Nel valutare un impianto frenante, queste sono le principali performance da prendere in conto:
- Potenza frenante
- Dissipazione del calore
- Peso dell'impianto
Di seguito le caratteristiche dell'impianto frenante che generano queste performance.
1) Potenza frenante
Normalmente è la prima prestazione che si ricerca con un upgrade dell'impianto freni.
Il primo parametro su cui agire è il diametro del disco freno. Si tratta di una relazione fisico/matematica: a parità di ogni altra condizione, un aumento del diametro del disco freno comporta in maniera direttamente proporzionale un aumento della potenza frenante.
Dunque, anche mantenendo la stessa pinza e le stesse pastiglie, semplicemente aumentando il diametro del disco freno, otterremo un aumento della potenza frenante. Questo principio è adottato in competizione anche dalla Saxo Super 1600 che, adottando la stessa pinza e cambiando le staffe di montaggio, passa da un 290 mm di diametro nella configurazione Terra e un 345 mm nella configurazione Asfalto.
Molti degli utenti che mi contattano sono convinti che sia possibile migliorare la frenata semplicemente montando dischi aftermarket di qualche marchio con un'immagine racing, o montando dischi baffati o forati e baffati. Si tratta solamente di un indotto pubblicitario. Il materiale dei dischi aftermarket tuning nella maggioranza dei casi è esattamente lo stesso dei dischi di serie. Esulano da questo ragionamento i dischi da competizione di alto livello che hanno però costi molti più elevati. Nemmeno la baffatura e/o la foratura cambiano la potenza frenante dell'impianto. Possono avere altri benefici ma di diversa natura.
Il secondo parametro è la mescola della pastiglie freno. Al variare della mescola della pastiglie freno varierà in maniera molto sensibile la massima potenza frenate dell'impianto. Una mescola racing è in grado di assicurare coefficienti di attrito molto più elevati di una mescola stradale. La scelta è però resa complessa da una serie di fattori, primo fra tutti il fatto che il coefficiente di attrito varia a seconda della temperatura di esercizio.
Una mescola stradale nasce per garantire una frenata pronta sempre e in qualunque condizione. Una mescola racing nasce per ottimizzare la frenata in date condizioni di impiego e, di conseguenza, in determinati range di temperature di funzionamento. Questo non significa che sia impossibile utilizzare mescole racing anche su strada, ma certamente occorre essere consapevoli di quello che si sta montando. Certamente una Ferodo 3000 potrebbe essere meno pronta in una frenata a freddo rispetto ad una pastiglia di primo equipaggiamento. Anche se l'esperienza ci dice che non si corrono enormi rischi è bene sapere che Ferodo, così come tutti gli altri produttori di pastiglie ad uso racing, sconsigliano l'uso su strada di mescola racing e declinano ogni responsabilità in merito.
I produttori, nella progettazione di una mescola racing, prendono in conto, oltre al massimo coefficiente di attrito, anche la costanza del coefficiente di attrito a seguito di frenate ripetute e il feeling sul pedale fornito del pilota. Quest'ultimo, per esperienza, è molto soggettivo e questo rende molto difficile dare un consiglio in merito alla marca/modello di pastiglie freno.
Un altro fattore da prendere in considerazione nella scelta della pastiglia freno è l'aggressività nei confronti dei dischi freno. Talune mescole competizione possono essere molto aggressive e comportare la sostituzione dei dischi freno al cambio pastiglia.
Di seguito tabelle comparative per aiutare nella scelta delle pastiglie Ferodo più diffuse a seconda del tipo di utilizzo.
Per ulteriori approfondimenti sulla gamma Ferodo: www.ferodoracing.com
Il terzo parametro che influenza la potenza fenante è il tipo di pinza che si adotta.
Principalmente gli elementi da tenere in conto sono il numero e il diametro dei pompanti, oltre alla supeficie della pastiglia che la pinza consente di alloggiare.
Le pinze freno possono essere di tipo fisso o flottante.
Le pinze freno originali Saxo, così come per la stragrande maggioranza delle auto stradali, sono di tipo flottante. Questo significa che la pinza è costituita da una parte fissa vincolata sull'apposito supporto e di una parte mobile. E' dotata di un solo pistoncino, il quale, dietro comando del pedale freno, esercita una pressione direttamente su una pastiglia. Questa azione genera una forza che permette la traslazione della parte mobile della pinza e, di conseguenza, la seconda pastiglia viene tirata verso il disco. Il grosso vantaggio di questi modelli di pinza sono il ridotto ingombro e il costo di produzione.
Le pinze fisse sono invece caratterizzate dall'azione contrapposta di due o più pistoni (detti anche pompanti). Questo comporta un maggiore spessore di tutta la pinza in quanto deve essere predisposto lo spazio per alloggiare almeno un secondo pistone contrapposto. A fronte di un maggiore ingombro, le pinze fisse garantiscono, a parità di ogni altro parametro, migliori performance, sia per la maggior pressione generata, sia per la più elevata rigidità della pinza stessa.
Inoltre l'utilizzo di un maggior numero di pistoni di minore diametro rispetto a un solo pistone di maggiore diametro garantisce una pressione più uniforme e continua della pastiglia freno sul disco, migliorando la capacità frenante del sistema e consentendo l'utilizzo di pastiglie con maggior superficie.
Da sottolineare comunque che non è possibile giudicare l'efficacia frenante di una pinza radiale solo dal numero di pistoncini (in parole povere: non è detto che un 6 pompanti sia meglio di un 4 pompanti). Altri fattori rilevanti sono da prendere in conto, tra cui qualità dei materiali e soprattutto il diametro dei pistoncini.
Nelle foto pinza freno di serie Saxo (monopistone flottante) e pinza freno Brembo 4 pompanti C8 3000 V6, impiegata da Citroen Sport anche in competizione.
2) Dissipazione del calore
Una caratteristica a cui non si da spesso sufficiente importanza è la capacità dell'impianto freni di fornire performance all'aumentare delle temperature.
Il primo parametro da prendere in conto è la mescola della pastiglia freno.
La resa della pastiglia freno all'aumentare delle temperature cambia moltissimo a seconda della mescola.
Per uso pista è assolutamente necessario adottare una mescola racing in grado di offrire le migliori performance ad alte temperature ma anche di resistere di più a temperature con cui una pastiglia di primo equipaggiamento va decisamente in crisi. Anche le cosiddette "pastiglie sportive stradali" generalmente non vanno bene in pista.
Il secondo parametro è il diametro del disco freno. All'aumentare delle dimensioni dell'impianto aumenta la capacità di dissipare il calore.
Il terzo e ancor più importante parametro è lo spessore del disco freno e soprattutto la forma delle cave di ventilazione.
Nei moderni dischi "autoventilati" all'aumentare dello spessore si migliora la capacità di smaltire il calore grazie a passaggi di aria più importanti all'interno al disco. Da questo punto di vista è molto importante la geometria delle piste di raffreddamento. I dischi freno racing di alto livello hanno un elevato spazio di aerazione (questo favorisce anche una diminuzione del peso del componente) e soprattutto una geometria delle piste di raffreddamento molto più performante, con cave di ventilazione elicoidali a effetto "estrazione". La forma delle pista di raffreddamento, da sola, determina una diminuzione di diverse decine di gradi nell'uso competizione. Da ricordare che i dischi di questo tipo hanno un senso di rotazione non deve essere invertito.
Nelle foto seguenti è visibile il sistema di raffreddamento di un disco Brembo utilizzato da MC Motortecnica su Honda Accord nel Mondiale Superturismo. Di seguito foto disco freno Xsara WRC con cave di ventilazione elicoidali molto ampie.
Anche riguardo la dissipazione del calore, va presa in in conto la tipologia di pinza freno.
Una pinza freno da competizione è progettata per dissipare meglio il calore e resistere a temperature più elevate.
Nella foto pinza freno Alcon Citroen Sport Saxo Kit Car.
3) Peso dell'impianto frenante
L'inconveniente della maggiorazione dell'impianto frenante è l'aumento del peso, che talvolta può essere molto rilevante.
Poichè i dischi freno rappresentano delle masse non sospese (non beneficiano del lavoro delle sospensioni) all'aumentare delle dimensioni avremo un effetto negativo dovuto sia all'aumento del peso, sia, per l'effetto giroscopico, all'aumento del diametro.
Gli elementi su cui si può intervenire sono sostanzialmente pinze e dischi. L'unica soluzione per ridurre il peso è scegliere pinze da competizione, si solito decisamente più leggere delle pinze stradali a parità di dimensioni e dischi freno da competizione su campane in ergal con piste di raffreddamento molto ampie. L'unico inconveniente di queste soluzioni è il costo che normalmente è molto più elevato di altri componenti progettati per uso stradale che beneficiano anche di economie di scala molto più importanti in fase di produzione.
In ogni caso il consiglio è quello di non esagerare con l'attenzione del peso dell'impianto frenante. Generalmente conviene puntare sull'impianto più grosso consentito dal cerchio. Questo per due ragioni:
- generalmente il beneficio che si ha maggiorando l'impianto è maggiore della perdita di performance dovuta all'incremento di peso. Non è un caso se Citroen Sport sulle Super 1600 ha scelto componentistica molto importante in termini dimensionali (i dischi della C2 Super 1600 misurano ben 355 mm di diametro)
- occorre agire con razionalità. Ad esempio, non ha senso pensare di ridurre il peso di un impianto frenante se poi si adottano cerchi non ottimizzati da questo punto di vista. Su una Saxo montando montando 4 cerchi OZ Racing Ultraleggera 7x15" in luogo di quelli di serie si risparmiano 16 kg con un vantaggio ben più grande di un pari risparmio sui dischi freno in quanto il cerchio si posiziona più lontano dal centro di rotazione.
Quindi, in estrema sintesi, gli elementi da prendere in conto per valutare un impianto sono:
- diametro del disco freno
- tipo di pinza (monopompante o multipompante)
- spessore disco freno
- tipologia degli alveoli di raffreddamento
- mescola e superficie pastiglie
- tipo di impiego dell'impianto previsto dal costruttore (strada o competizione)
Alcune note in merito alla tipologia di disco freno.
Foratura e baffatura
Tendenzialmente gli appassionati tendono a sopravvalutare i benefici di queste caratteristiche, forse perchè facilmente riscontrabili ad occhio o perchè fin troppo esaltate dalle riviste tuning.
La foratura serve principalmente a ridurre il peso del disco freno. Al contrario di quello che molti pensano, non serve a migliorare la dissipazione del calore. Il disco forato dissipa calore peggio del disco non forato. Su vetture di altissima gamma (Porsche, Ferrari...) spesso si trovano dischi freno forati senza baffature, in quanto la foratura non provoca rumorosità, talvolta provocata dalla baffatura.
La baffatura ha principalmente il compito di mantenere più "viva" la superficie della pastiglia, prevenendo anche fenomeni di vetrificazione. A parità di ogni altra condizione un disco baffato è più affidabile di un disco forato in caso di forte stress.
Chiaramente entrambe le tecniche hanno le loro ottime ragioni di impiego.
Tuttavia, non è assolutamente detto che un disco freno liscio sia inferiore a un disco freno baffato o forato. Citroen Sport utilizza dischi lisci su molte vetture ufficiali: Saxo Cup (Alcon 266 mm liscio su campana), C2 R2 Terra (liscio monolitico 283 mm), C2 R2 (liscio monolitico 302 mm). Persino la nuova C2 R2 Max, che adotta raffinate e costose soluzioni a livello motore e sospensioni, monta dei dischi 302 mm lisci su campana in ergal. Una coppia di dischi Alcon Saxo Cup ha una qualità eccezionale, per materiale e tecnologia delle cave di aerazione, ed ha un'affidabilità enormemente superiori alla stragrande maggioranza dei dischi baffati e forati in commercio.
Il consiglio quindi è quello di non disprezzare i dischi freno lisci, persino quelli di serie. Al di là delle valutazioni estetiche, possono essere un'alternativa di pari efficacia a molte soluzioni baffate o forate, con il vantaggio di costare molto meno.
Dischi scomponibili con campana in ergal
I dischi possono essere di due tipi: monolitici (un pezzo solo, come i dischi di serie) o scomponibili (pista frenante in ghisa e campane, o tazze, in alluminio).
Tipicamente i dischi da competizione sono di questo secondo tipo.
La ragione è che il disco scomponibile presenta diversi vantaggi:
- è più leggero, in ragione dell'utilizzo di parti in alluminio al posto della ghisa
- dissipa meglio il calore
- è più affidabile in caso di forte stress
L'inconveniente è il costo, che normalmente è superiore al doppio del costo di un disco monolitico di pari misura. Nel momento in cui il disco è a fine vita è comunque possibile cambiare solo la pista frenante in ghisa riducendo il costo al momento del ricambio.
