Le auto sono cambiate molto nell'ultimo mezzo secolo. A colpo d'occhio, anche distratto, le dimensioni saltano. Le auto sono diventate sempre più grandi per soddisfare le nuove esigenze dei consumatori, comfort e sicurezza soprattutto. L'aumento della cubatura interna dell'abitacolo e le maggiori dimensioni esterne hanno conseguenze negative sulla bilancia. A ciò va aggiunta, sia numericamente che in termini di peso, la maggiore quantità di accessori che equipaggiano le vetture. Airbag, barre antintrusione nelle portiere e dispositivi elettronici hanno permesso di raggiungere livelli di sicurezza inarrivabili nel secolo scorso ma pagati in termini di maggiore massa da trasportare. Grazie al consistente aumento di potenza, la massa maggiore viaggia spesso a velocità maggiori. L'energia cinetica di un corpo è data dal rapporto tra la massa e la velocità (quadrata) del corpo stesso. Ovviamente c'era bisogno di sistemi frenanti più performanti in grado di dissipare l'energia cinetica o il calore che si sviluppa durante la frenata. Temi di attualità, ma anche di futuro, sono la sicurezza e l'ecologia. Vediamo come l'elemento principale della sicurezza, l'impianto frenante, può influenzare anche l'ecologia con scelte tecniche adeguate.
Uno degli obiettivi in termini di ecologia è la riduzione delle emissioni di anidride carbonica. Per ridurre la CO2 immessa in atmosfera è necessario ridurre i consumi. Oltre ad essere condizionati dal tipo di motore utilizzato, i consumi dipendono fortemente dall'aerodinamica e dal peso del veicolo ed è per questo che l'impianto frenante viene utilizzato anche per ridurre il peso. Il sistema è composto principalmente da dischi, pastiglie e pinze freno. Ridurre il peso dei dischi, oltre a portare benefici sui consumi, influenza positivamente anche la dinamica di guida poiché i dischi sono masse rotanti. L'utilizzo di dischi compositi, cioè con materiali diversi per campana e fascia frenante, consente un risparmio di peso di circa il 15% rispetto al disco interamente in ghisa. BMW utilizza fascia frenante in ghisa accoppiata meccanicamente con perni in acciaio alla campana in alluminio. Scelta diversa per Mercedes che preferisce utilizzare una campana in acciaio accoppiata per interferenza alla fascia in ghisa.
Un altro processo utilizzato per risparmiare peso, circa il 15%, è il processo di co-fusione di due materiali. Le richieste di Mercedes restano 'fedeli' alla scelta originaria, ghisa e acciaio, anche per l'aftermarket. Soluzione che salvaguarda prestazioni ed estetica. Brembo sta inoltre sviluppando una soluzione con ghisa e alluminio, definita ecocast, anche se non ancora commercializzata.
La stessa coppia di materiale è stata utilizzata anche per la prima generazione di dischi dual-cast che, sempre attraverso un processo di fusione, consentono un risparmio di peso del 20%. Il sistema è inoltre caratterizzato da una maggiore elasticità che consente di ridurre le deformazioni della fascia frenante ad alto contenuto di carbonio, sottoposta ad elevate sollecitazioni meccanico-termiche. I dischi di seconda generazione hanno un diverso posizionamento dei perni di collegamento tra fascia e campana con migliore ventilazione del disco e maggiore capacità di dissipazione del calore e resistenza alle cricche termiche.
Una buona elasticità del sistema è garantita anche dai dischi flottanti in cui la fascia ad alta percentuale di carbonio è collegata meccanicamente alla campana in alluminio tramite boccole. I dischi composti da una fascia in acciaio inox e da una campana in acciaio hanno la particolarità di ridurre lo spessore e quindi il peso sfruttando le proprietà meccaniche e chimiche dell'acciaio. La riduzione di peso è consistente di circa il 30% e il nastro in acciaio resiste a temperature di esercizio di 600°C. Per rispettare le tolleranze richieste, il disco, dopo l'assemblaggio delle due parti, viene sottoposto a rettifica finale. Una soluzione alternativa e molto interessante in termini di risparmio di peso è la realizzazione di un disco completamente in alluminio. L'alluminio permette una riduzione della massa totale di circa il 40% rispetto alla ghisa ma richiede l'utilizzo di pastiglie specifiche e si presta a criticità termiche quando la temperatura raggiunge i 400°C.
I dischi con fascia frenante carboceramica consentono un risparmio di peso fino al 50%. Tecnologia riservata alle auto sportive di alto livello a causa del loro costo elevato. Le prestazioni di frenata migliorano grazie ad un elevato coefficiente di attrito e ad un'ottima resistenza alle alte temperature, 1000°C, che riduce le deformazioni dovute allo stress termico. Un altro vantaggio è l'elevata durata, Brembo sostiene fino a duecentomila km.
La riduzione del peso complessivo dell'impianto frenante influenza anche nuove scelte e tecnologie nella produzione di pinze più leggere. Brembo utilizza il processo tecnologico denominato metalforming semisolido che permette di realizzare le pinze con alluminio secondario, cioè da alluminio riciclato, anziché da alluminio primario o puro. Il primo obiettivo, ecologico, è piuttosto intuitivo grazie al processo di riciclo della materia prima. Il secondo, per certi versi inaspettato, è il miglioramento delle caratteristiche meccaniche e quindi il minor peso potendo utilizzare spessori ridotti a parità di resistenza meccanica del componente. Per ottenere questi miglioramenti, l'alluminio secondario viene fuso a 650°C invece dei 740°C solitamente utilizzati. La temperatura più bassa raggiunta nel processo di fusione permette al metallo di trovarsi allo stato semisolido evitando la formazione di impurità. Brembo sta implementando questa tecnologia per ridurre il peso della pinza di circa l'8%. Rispetto ai dischi freno e alle pinze freno, le pastiglie rappresentano la parte più piccola del peso complessivo dell'impianto frenante. Nonostante questo Brembo, con il Progetto Lybra, ha deciso di investire anche su questa componente. Nello specifico, la piastra metallica che sostiene il materiale d'attrito è stata sostituita con una piastra in fibra di vetro. Il processo produttivo di stampaggio della struttura con il materiale d'attrito è molto diverso da quello delle normali pastiglie. La riduzione di peso del fondello è di circa il 30%. A questo vantaggio si aggiunge la riduzione della conducibilità termica, riducendo così la trasmissione del calore generato durante la frenata. Inoltre, l'adozione della fibra di vetro, al posto dell'alluminio, ha eliminato il problema della corrosione. Questa soluzione viene spesso adottata sulle auto elettriche dove la frenata rigenerativa comporta un minor utilizzo dell'impianto frenante meccanico, con il raggiungimento di temperature più basse e minore usura.
L'attenzione all'ambiente non si ferma solo alla riduzione del peso ma impone anche una limitazione al rilascio di polveri fini prodotte dall'attrito tra il disco e il materiale d'attrito della pastiglia. Il rame e altri metalli che si depositano sulle strade sono tossici per alcuni microrganismi acquatici. Pertanto, nel 2010 sia lo stato della California che quello di Washington hanno emanato una legislazione che richiede livelli ridotti di rame e altri metalli pesanti nelle pastiglie dei freni vendute o installate in entrambi gli stati. Sono state previste 3 diverse categorie di contenuto di metalli pericolosi ea partire dal 2025 saranno vendute solo pastiglie di livello N, cioè con una percentuale di rame inferiore allo 0,5% del peso totale del materiale d'attrito. Brembo, in collaborazione con altre aziende, partecipa al Progetto Cobra per l'abbattimento delle polveri prodotte dai freni, che prevede di sostituire le tradizionali resine fenoliche utilizzate nelle pastiglie con un materiale di base cementizio. Le resine fenoliche sono costituite da polveri molto volatili e quindi pericolose per l'uomo in quanto possono entrare facilmente nelle vie respiratorie. I nuovi materiali cementizi devono garantire prestazioni equivalenti ai materiali tradizionali, soddisfacendo gli elevati standard prestazionali richiesti anche dalle applicazioni sportive più gravose, ma riducendo le emissioni di polveri sottili e l'impatto ambientale. Il nuovo processo, oltre a ridurre le polveri sottili durante la frenata, consente di ridurre l'energia durante la produzione e il consumo di acqua.
GPone Quotidiano reg. n° 558 del 30/12/2003 c/o Tribunale di Roma
Buffer Overflow srl © P.IVA: 09505981002 - Tutti i diritti riservati
Fondatore e Direttore (Responsabile): Paolo Scalera
Ospitato con orgoglio da Aruba.it