Tecnica | La pompa freno del kart

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Tecnica

LA POMPA FRENO DEL KART

Gianluca Covini

31 Maggio 2023 • 15 min. lettura

È il “cuore” dell’impianto frenante, in grado di mettere in pressione il liquido dei freni. Oltre a descriverne la composizione, il funzionamento e le caratteristiche principali, scopriamo anche da cosa è influenzata la sua corsa durante la frenata

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

La pompa del freno è letteralmente il cuore dell’impianto frenante del kart. Infatti, è il componente cui è demandato il compito di portare in pressione il liquido dei freni, inviandolo ai pistoncini installati nelle pinze (di cui abbiamo approfondito il funzionamento nell’articolo “Tecnica | Tutto sulla pinza freno”). A livello strutturale la pompa del freno è composta da un cilindro all’interno del quale alloggia un pistone (detto pompante), comandato direttamente da uno stelo, a sua volta collegato al pedale del freno tramite un tirante di acciaio. Il pompante forma una camera che, nella posizione di riposo, è collegata, tramite un foro detto foro di compensazione, al serbatoio del liquido il quale è a pressione atmosferica. Il compito di mantenere il pompante nella posizione di riposo è demandato a una molla. La configurazione utilizzata nei kart è quella a singolo pompante con serbatoio, ma esiste anche la configurazione “Tandem”, con doppio pompante (uno in fila all’altro) e doppio serbatoio. È quella usata nelle automobili dove c’è un circuito doppio.

Nei kart il circuito è singolo (infatti abbiamo un solo circuito che arriva alle pinze), cioè se si trancia un tubo dei freni che va alle ruote, il kart non frena più. Per quanto concerne l’universo del karting che si attiene al regolamento FIA Karting, le pompe frenanti devono sottostare al relativo regolamento di omologazione (per approfondire, “Dossier | Omologazioni FIA: cosa sono, a cosa servono, quanto durano… la guida definitiva!”). La realizzazione della pompa freno, comunque, non può prescindere da ciò che sta al suo contorno, in particolar modo dal cinematismo che muove il pistone a seconda della corsa del pedale del freno, ma anche dagli altri elementi come il serbatoio, il ripartitore ed eventuali valvole riduttrici di pressione.

A livello strutturale la pompa del freno è composta da un cilindro all’interno del quale alloggia un pistone (detto pompante)

Immagine 1
Componenti principali della pompa freno: [1] corpo della pompa (con coperchio serbatoio smontato); [2] copertura parapolvere leverismo (non sempre è presente); [3] perno leverismo di comando; [4] leva di comando; [5] pompante con guarnizione di tenuta; [6] molla di richiamo del pompante.

Immagine 2
Il corpo di un pompa del freno è generalmente realizzato in alluminio (ne esistono anche modelli ricavati dal pieno), ricavato da un pezzo forgiato lavorato tramite macchine CNC. Esternamente, la pompa viene poi anodizzata, come altri elementi del telaio, per migliorare la protezione dagli agenti esterni. Lo stelo può essere realizzato in alluminio oppure in Ergal (lega Al-Zn-Mg). Il pompante è realizzato anch’esso in alluminio, con un trattamento superficiale (come per esempio l’anticorodal) per aumentarne le caratteristiche di resistenza all’usura e alla corrosione, ne esistono, inoltre, di modelli in plastica. La molla di richiamo del pompante è realizzata in acciaio arricchito al silicio, per migliorare l’elasticità.

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Il primo elemento della catena cinematica dell’impianto frenante è il pedale del freno che, come da regolamento FIA Karting, deve essere fissato ai tubi principali del telaio. L’ergonomia del pedale del freno determina il rapporto tra la forza applicata dal pilota sul pedale e quella impressa al pistone della pompa freno. Il rapporto è facilmente ricavabile dividendo (B) la distanza dal pedale al fulcro della leva per (A) la distanza dall’asta di comando (o cavo traente) al fulcro della leva. Al crescere del rapporto, aumenterà la corsa sul pedale del freno, ma diminuirà lo sforzo richiesto dal pilota per frenare. Solitamente i pedali dispongono di più punti di ancoraggio dell’asta di comando, in modo da poter variare il rapporto, e quindi il feeling sul pedale in base alle preferenze del pilota.

Anche la posizione del pedale rispetto alla leva di comando è in alcuni casi regolabile. È da sottolineare il fatto che una parte della forza generata dal piede del pilota viene persa in attriti interni e pertanto si parla di efficienza del leverismo del pedale: in genere vale 0,8 e tiene conto anche della forza che si perde per vincere il carico fornito dalle molle presenti nella pompa freno. Il regolamento tecnico FIA Karting impone che il comando tra il pedale e la pompa sia realizzato con un tirante di acciaio più un filo guida (per garantire la sicurezza del sistema) fissati con almeno due morsetti per ogni capocorda. Oppure si può optare per un doppio filo di acciaio (due guaine distinte), il cui diametro minimo deve essere almeno di 1,8 mm.

RAPPORTO AL PEDALE

Immagine 1
Schema di leverismo del pedale del freno: R_pedale = B/A.

Immagine 2
In molte pompe c’è un secondo rapporto di demoltiplicazione da considerare, generato dalla leva di comando che agisce sul pompante. La leva di comando ruota attorno a un fulcro vincolato alla pompa stessa, pertanto l’equazione diventa F1 x r1 = F2 x r2 (come visibile in figura). Solitamente r2 è più piccolo di r1, quindi F2 (la forza che agisce sul pompante) è maggiore di F1. Il rapporto è quindi R_pompa = r1/r2 ed è maggiore di 1. In altre parole, è in grado di aumentare la forza generata sul pompante, a discapito di un piccolo incremento di corsa. Nell’esempio in figura, la distanza r1 è regolabile attraverso più punti di ancoraggio dell’asta di comando (o cavo traente).

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

L’AZIONAMENTO DEL POMPANTE [A]

x di x

Come appena evidenziato, la pompa del freno (detta anche cilindro maestro) è comandata dal pedale del freno del kart, tramite un sistema di leve e tiranti. Il pilota imprime la forza frenante spingendo il pedale con una forza che può arrivare fino a 40-50 kg. A quel punto, la forza, moltiplicata per il rapporto al pedale, si trasferisce sul pompante (o pistone) presente all’interno della pompa, che mette in pressione il liquido dei freni (di cui ci siamo già occupati nell’articolo “Tecnica | Liquido dei freni”). Nella maggior parte degli impianti frenanti, l’azionamento del pompante avviene per compressione, cioè lo stelo spinge il pompante, mentre in alcuni impianti lo stelo lavora in trazione, tirando il pompante verso la parte anteriore della pompa (inoltre, esistono impianti frenanti che dispongono di entrambe le tipologie di azionamento, per approfondire “Focus Tecnico | LKF13 e LKF14, gli impianti frenanti con la pompa “due in uno” di Lenzokart”).
La forza sul pompante e la pressione del liquido dei freni sono legate dalla formula P = F / A. Dove: P è la pressione del liquido dei freni, F è la forza impressa sul pompante e A è il diametro interno della pompa, dato che generalmente varia da 13 a 22 mm (a parità delle condizioni al contorno, maggiore è il diametro della pompa e maggiore sarà la forza richiesta per frenare il kart, ma minore la corsa). Il liquido trasferisce poi la pressione sui pistoncini alloggiati nelle pinze, al netto delle perdite di carico nel circuito idraulico. Sulle ruote interviene, quindi, la forza per attrito, tra pastiglie e disco, che decelera le ruote e il kart.

[A]
Ipotizzando un sistema di azionamento del pompante per spinta, nel momento in cui il pilota preme il pedale del freno, lo stelo per mezzo della leva di comando spinge il pistone, fino a che questo non chiude il foro e fa cessare il passaggio di liquido dalla camera al serbatoio; il continuo spostamento del pistone va poi a generare pressione nella camera e quindi ai condotti diretti ai freni sulle ruote. Il pistone è dotato di una cava longitudinale, che comunica radialmente con la sede dove alloggia la guarnizione, in modo che la pressione della camera venga applicata al diametro interno della guarnizione, spingendola contro le pareti del cilindro, aumentandone, così, la tenuta.