F1 | Analisi Tecnica – Come si progetta una pinza freno F1?

L’azienda italiana Brembo, dalla scorsa stagione, fornisce le pinze freno a tutti e 10 le squadre presenti in griglia. Quali sono i requisiti e le richieste dei team per il progetto di una pinza freno F1? Scopriamolo in questo articolo.

pinza freno F1, Ferrari, Leclerc, F1-75
Charles Leclerc al bloccaggio in frenata – Copyright: Coates / XPB Images

Spesso lo si da per scontato ma nel mondo delle corse è sempre fondamentale avere un impianto frenante ad elevate prestazioni. Questo permette al pilota staccate profonde e consente di guadagnare performance sul giro. Brembo fornisce le pinze freno a tutti i team, McLaren tramite AP Racing, ma nonostante questo non si tratta di componenti “standard”. Infatti ci sono tantissime differenze tra un team ed un altro in basse alle esigenze dei progettisti.

Gli aspetti comuni a tutti i team

Tutte le pinze freno F1 sono realizzate in una lega di alluminio-litio. Questo materiale è molto funzionale in quanto garantisce un ottimo compromesso tra leggerezza, proprietà meccaniche e lavorabilità. Tutte le pinze, sia anteriori che posteriori, hanno 6 pistoni che spingono a pacco le pastiglie contro il disco. Il diametro di questi pistoni varia da team a team in base alle specifiche richieste. Un requisito fondamentale per questi componenti è quelli di rimanere sotto i 200°C in condizioni operative per non superare i limiti del materiale. Le squadre devono dunque occuparsi di garantire il corretto raffreddamento per permettere alla pinza di lavorare nelle giuste condizioni.

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Pinza Freno F1 – Credits: Brembo

Peso o rigidezza? Serve un compromesso

Il peso di un pinza freno F1 si aggira intorno a 1.5/2 Kg ma possono esserci differenze anche di etti tra un team e l’altro. Questo perchè non si guarda solo al peso di una pinza ma anche alla sua rigidezza. Con questo ultimo termine si intende quanto una pinza si deforma sotto carico. La deformazione si ripercuote sulla quantità di fluido freno assorbito dalla pinza. In linea generale una pinza più pesante è più rigida e dunque assorbe di meno (naturalmente vale il viceversa). Perché questa caratteristica è importante? Un minor assorbimento di fluido comporta una minore corsa della pompa e sopratutto del pedale del pilota che quindi sentirà un impianto più reattivo. Inoltre viene richiesto meno fluido nel circuito frenante e questo consente di avere serbatoi più piccoli con un conseguente risparmio di peso. Ci sono invece team che preferiscono avere una pinza il più leggera possibile dando meno importanza all’assorbimento. Dunque è tutta una questione di compromesso e sta al singolo team scegliere cosa sia meglio per la propria vettura.


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La posizione di una pinza freno F1 è una scelta importante

In fase di progetto i team devono scegliere in che posizione vogliono montare la pinza. Questo è molto importante poiché trattandosi di masse non sospese influiscono sulla dinamica della vettura. La scelta solitamente è dettata dalla distribuzione della masse delle monoposto e dalle varie componenti del gruppo ruota. Una pinza posizionata in basso è sicuramente meglio per abbassare il baricentro ma richiede una rigidezza del portamozzo superiore. Un altro fattore fondamentale da tenere in considerazione è la facilità di spurgo della pinza ovvero l’eliminazione dell’aria dall’impianto che altrimenti sarebbe molto pericolosa per il pilota. Una pinza posizionata verticalmente, ad esempio, è molto più facile da spurgare. Bisogna poi tenere conto anche del cooling della pinza posizionandola in una zona dove è garantito un flusso d’aria che la tenga al disotto dei 200°C. In base a tutti questo requisiti i team insieme a Brembo scelgono come installare la pinza e come realizzare le canalizzazioni interne dove scorre il fluido freni.

pinza freno F1
Esempio di posizionamento di una pinza freno – Credits: unknown

Primo step: il calcolo ad elementi finiti

Una volta definiti i parametri di progetto, un primo modello di pinza viene realizzato tramite CAD. Su questo modello vengono poi applicati i carichi più gravosi a cui verrà sottoposta la pinza ed eseguiti calcoli strutturali tramite appositi software ad elementi finiti. I risultati ottenuti vengono analizzati per assicurarsi che i valori degli sforzi calcolati siano inferiori agli ammissibili del materiale, sia a snervamento che a fatica (ovvero considerando che una pinza non farà una sola frenata ma dovrà durare per migliaia di cicli). Se questo non fosse verificato vorrebbe dire che la pinza durante una frenata si deformerebbe irreversibilmente (campo plastico del materiale) o potrebbe addirittura rompersi, situazioni assolutamente inaccettabili. Al contrario, se questi sforzi fossero troppo bassi significherebbe che c’è il progetto è troppo conservativo e c’è ancora margine per migliorare. Come ogni altro componete di una monoposto di F1 bisogna arrivare al limite ma senza superarlo.

Visualizzazione degli sforzi su un modello ad elementi finiti – Credits: unknown

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Secondo step: i test al banco

Una volta che la pinza è validata dal calcolo numerico, Brembo realizza il primo prototipo da testare ai banchi. Le prove sono essenzialmente di due tipologie: statiche e dinamiche. Nelle prove statiche la sola pinza viene sottoposta carichi statici di pressione e coppia, gli stessi utilizzati nel calcolo FEM. Lo scopo è verificare che effettivamente non ci siano comportamenti anomali. Il componente è sottoposto a migliaia di cicli di carico per verificare anche la sua resistenza a fatica. Nelle prove dinamiche la pinza è montata sul disco che gira e si simula circa 5 volte la durata di un Gran Premio. La pinza è dunque sollecitata moltissimo nonostante in gara non sarà mai sottoposta a questi stress. La ragione per la quale questi test sono così severi è quella di garantire un margine di sicurezza in modo che la pinza sia sempre in grado di resistere ai carichi della pista.

In conclusione, la progettazione e la realizzazione di una pinza freno F1 sono processi molto complessi e fatti di una continua interazione tra il produttore, Brembo, ed i team. Naturalmente si cercano sempre nuove innovazioni per migliorare le prestazioni migliori, decimi o centesimi che possono fare la differenza in gara.

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