TUTTO SULLA PINZA FRENO

TKART Staff

11 Gennaio 2018

La pinza freno è un concentrato di ingegneria e tecnologia fondamentale per qualsiasi go-kart. Analizziamo nei dettagli come è costruita, che caratteristiche può avere e come interagisce con gli altri elementi dell'impianto

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

L’impianto frenante dei kart è composto, principalmente, da un disco freno, una pompa e una pinza (salvo nelle categorie dove sono consentiti anche i freni anteriori, come la KZ). Il suo sistema di funzionamento, schematizzato, è semplice: il pilota, premendo il pedale del freno, aziona la pompa. Questa spinge l'olio in pressione nei tubi fino alla pinza, la quale, a sua volta, esercita una forza sul disco attraverso le pastiglie, comandate da uno o più pistoncini.
La vera azione frenante, dunque, è quella esercitata dalla pinza freno, le cui caratteristiche devono soddisfare differenti esigenze. Innanzitutto, una buona pinza deve avere un’elevata potenza frenante

in rapporto a una ridotta corsa del pedale del freno; deve essere il più modulabile possibile; deve essere leggera ma nello stesso tempo molto rigida.
Tutte caratteristiche che, per essere rispettate, richiedono un'attenta progettazione: dimensioni, materiali, sistemi di fabbricazione... tutto deve essere valutato con precisione a seconda del prodotto che si vuole costruire e, soprattutto, della resa che si vuole ottenere una volta in pista.
Vediamo, dunque, senza addentrarci in dettagli troppo specialistici e complicati, ma anche senza tralasciare nulla, tutti gli aspetti fondamentali per la realizzazione di una pinza freno per il kart.

PER PROGETTARE UNA PINZA POTENTE SERVE SOPRATTUTTO DIMENSIONARE ADEGUATAMENTE IL DIAMETRO DEI PISTONCINI

PINZE FRENO

Alcune pinze freno posteriori per il kart: CRG, Parolin, Righetti Ridolfi e IPK

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

COMPONENTI PINZA

Un esempio di una pinza freno "racing" con tutti i componenti di cui è composta

RIGIDITÀ

Una simulazione al FEM in cui si amplifica solo visivamente la deformata, per osservare con maggior chiarezza ciò che succede sotto sforzo. La pinza disegnata è “monoblocco", ciò permette di raggiungere una rigidezza maggiore rispetto alle pinze realizzate in due pezzi accoppiati con viti e spine di centraggio.

DISCHI FRENO

Tre possibili lavorazioni effettuate sui dischi freno: le forature assiali aiutano a disperdere i gas generati dalla pastiglia a causa del calore rendendo la frenata più aggressiva. Le fresature elicoidali disperdono le polveri del consumo delle pastiglie mantenendo la superficie frenante pulita. Il profilo "a margherita" ravviva la superficie della pastiglia che, con le alte temperature, può tendere a cristallizzarsi.

I primi aspetti fondamentali di una pinza freno, come la forma e i materiali delle pastiglie, dipendono... dai dischi. È indispensabile, quindi, accennare brevemente a questa componente dell'impianto, rimandando a un prossimo articolo, però, l'analisi più approfondita e dettagliata. Principalmente, i dischi freno possono essere in ghisa o acciaio inox martensitico serie "AISI 400" (AISI 410, AISI 420...), che si presta a essere arricchito di carbonio e trattato termicamente, ovvero temprato per portarlo a raggiungere un'elevata durezza (oltre 50 HRC). Normalmente, la ghisa si accoppia bene con pastiglie di materiale organico (cosiddette di "ferodo", di colore nero, per intenderci); l'acciaio con pastiglie di materiale sinterizzato (con mescola di rame, ferro ecc. le cui "ricette" sono conservate gelosamente dai "sinterizzatori"). Altre differenze tra i due materiali sono il peso specifico (7,3 Kg/dm3 per la ghisa; quasi 8 Kg/dm3 per l'acciaio); e il fatto che l'acciaio, al contrario della ghisa, non arrugginisce, a eccezione di una possibile leggera patina che si "autoasporta".
Altri materiali possono essere la ceramica e il carbonio, ma il loro utilizzo è più complesso (e in alcuni casi vietato) e, per questo, rimandiamo al prossimo, già citato, articolo.

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Fondamentale è la dimensione del disco e della sua fascia frenante, che viene dimensionata in funzione dell'energia da dissipare in frenata. Data una superficie minima, calcolata sulla pastiglia a contatto con il disco, si possono avere dei vantaggi scegliendo un disco a "fascia bassa", che pesa meno e offre un "momento frenante medio" superiore rispetto al disco a fascia alta. Il momento medio è inteso come la forza moltiplicata per il raggio medio (ovvero la distanza tra il centro del disco e il punto medio centrale della larghezza della fascia frenante reale). Ridurre troppo la fascia frenante, però, può "sovrasollecitare" il disco mandandolo in crisi.

Altro fattore importante è il rapporto tra i diametri dei pistoni della pinza e della pompa: una pompa freno di diametro piccolo può offrire maggiore potenza frenante sulla pinza, ma creerà una maggior corsa sulla leva del pedale (cosa sgradita ai piloti). Viceversa per il caso della pompa di diametro maggiore.

Stabilito il corretto dimensionamento di dischi, pastiglie e pompa, si passa a definire il diametro delle aree di spinta sulle pastiglie, ovvero la somma dei diametri totali dei pistoncini che, moltiplicata per la quantità di pressione dell'olio pompata nel circuito, dà il valore della forza frenante esercitata sulle pastiglie e, conseguentemente, sul disco.

Da ciò si intuisce un altro aspetto determinante nello studio di una pinza freno: la scelta del numero dei pistoni (1, 2 o 3) e dei relativi diametri. È importante sottolineare che, nel caso di una pinza a più pistoni, al fine di bilanciare la forza agente sulla pastiglia e avere un consumo più costante, si predilige l’uso di un pistone piccolo associato a un pistone più grande. Per ragioni fisiche e naturali, infatti, è la prima parte della pastiglia che il disco "vede” entrando in rotazione a essere maggiormente sollecitata dalla frenata. Pertanto si può scegliere di diminuire lo sforzo sulla prima parte della pastiglia optando per un primo pistone più piccolo, e spingere di più con il secondo pistone, più grande.

In base al principio di Pascal F1/A1=F2/A2, un pistone piccolo nella pompa freno è come dire un pistone grande sulla pinza (maggiore potenza frenante, ma corsa pedale più lunga) e viceversa

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