20 anni di dischi freno F1: l'evoluzione di Brembo

16/09/2022

Le tappe cruciali dell’evoluzione dei dischi freno Brembo in carbonio in Formula 1

In Formula 1 ogni particolare incide sulle prestazioni e sull’affidabilità delle monoposto. Per questa ragione l’innovazione non conosce soste e interessa ogni componente, compresi quelli che erano considerati insignificanti fino al secolo scorso. Brembo, presente in Formula 1 fin dal 1975 quando ha esordito attraverso una piccola fornitura di dischi in ghisa alla scuderia Ferrari, è una delle artefici di questa svolta, come dimostra l’introduzione della prima pinza monoblocco ricavata dal pieno, datata 1988.

Una soluzione che ha rivoluzionato il modo di frenare dei piloti, grazie alla sua combinazione di rigidezza e leggerezza. Da quell’istante, per chi se ne è avvalso, la frenata è rimasta costante dalla partenza alla bandiera a scacchi, scongiurando il pericolo di allungamento della corsa del pedale del freno.

A fianco degli studi per migliorare la resa e la resistenza delle pinze, negli ultimi due decenni Brembo ha però prestato un’attenzione sempre maggiore ai dischi in carbonio, analizzando e cercando soluzioni per la gestione delle temperature d’esercizio.

L’evoluzione dei dischi che ne è derivata è visibile ad occhio nudo perché l’aumento della portata d’aria che raggiunge i dischi e che quindi si traduce in un superiore raffreddamento dei freni è stata realizzata moltiplicando il numero dei fori di ventilazione radiali e riducendone le dimensioni.

Vent’anni fa i dischi Brembo in carbonio disponevano di un massimo di 72 fori: la loro disposizione era su un’unica fila e il diametro di ciascuno superava il centimetro. Anche grazie ad essi, nel 2002 Michael Schumacher conquistò il Mondiale con 11 vittorie e 17 podi in altrettanti GP disputati.

Nell’arco di un quadriennio, con l’avanzare degli studi, i fori presenti su ciascun disco di Formula 1 hanno raggiunto per la prima volta la tripla cifra: nel 2006 i fori sono infatti divenuti 100, diventando più piccoli e hanno assunto una forma ovoidale che ai tempi sembrava la soluzione ottimale.

Il regolamento del 2007 stabilì che il diametro dei dischi doveva essere di 278 mm e lo spessore di 28 mm. Inoltre i freni dovevano essere raffreddati solo ad aria e il sistema non doveva estendersi oltre la parte posteriore della ruota. Ciò spinse gli ingegneri Brembo a concentrarsi su queste funzionalità.

Ma già nel 2008, visto anche lo spessore massimo di 28 mm, furono realizzati fori affiancati su due file, contrassegnati da una parte in comune. Apparivano come una serie di 8 rovesciati. Oltre a cambiare disegno, i fori raddoppiarono, diventando 200 per ciascun disco.

Nel 2010, con il divieto di rifornimento in gara, crebbero le misure dei serbatoi e di conseguenza pure il peso minimo delle monoposto, da 605 kg a 620 kg. Furono rimodulati gli studi sull’impianto frenante, per assicurare un elevato standard di efficienza sia a vetture scariche che con pieno carico e il numero di fori tornò in subordine.

Due anni dopo la FIA proibì l’utilizzo dei diffusori soffiati, diminuendo così il carico aerodinamico al posteriore. Per effetto di ciò la ripartizione della frenata si spostò ancora di più sull’anteriore e pertanto per affrontare le maggiori sollecitazioni senza rischiare il surriscaldamento Brembo moltiplicò il numero dei fori.

Grazie alla fluidodinamica computazionale (CFD), cioè lo studio della fluidodinamica attraverso i computer, ma anche ai progressi nel campo della lavorazione meccanica del carbonio, nel 2012 il numero dei fori di ventilazione di ciascun disco freno salì a 600, attraverso la comparsa di una terza e una quarta fila di fori, riducendone il diametro ed eliminando la sovrapposizione che rubava superficie a contatto con l’aria.

Nel 2013, approfittando di una sostanziale stabilità normativa, Brembo introdusse una nuova tipologia di carbonio per i dischi: rispetto al precedente CCR, il CER garantì una massima rapidità nel raggiungimento della temperatura di esercizio, un ampio range di utilizzo e una risposta molto lineare.

Anche in occasione della rivoluzione regolamentare del 2014, Brembo non si fece trovare impreparata. In quella stagione tornarono i motori turbo, assenti dal 1988, ma la cilindrata fu limitata a 1,6 litri e la rotazione a 15.000 giri al minuto. Inoltre fu introdotta la tecnologia ibrida, attraverso due motori elettrici, e il peso minimo dell’auto fu portato da 642 kg a 691 kg.

L’incremento notevole della massa portò alla necessità di riprogettazione dell’impianto frenante, a causa anche dell’introduzione del Brake by Wire. Ciò nonostante venne affiancato anche da un ulteriore miglioramento della ventilazione, con il numero dei fori di ciascun disco che superò quota mille.

Nel 2016, per la prima volta l’estremizzazione del disegno permise di raggiungere quota 1.100 fori per ciascun disco. Fu il preludio ad una nuova sfida perché il 2017 la larghezza delle vetture tornò a 2 metri esatti, aumentando di 20 cm in una volta sola. Crebbe pure la larghezza dell’ala anteriore e dei pneumatici, il che si tradusse in maggiori performance, anche di coppia frenante, cresciuta del 25 per cento.

Il regolamento tenne conto di questo incremento prestazionale e portò lo spessore dei dischi freno da 28 mm a 32 mm. Il maggiore spessore permise quindi di incrementare ulteriormente i fori di ventilazione, determinando un’ulteriore evoluzione del sistema di raffreddamento degli impianti. E così a partire dal biennio 2017- 2018 i fori per ogni disco divennero 1.260.

Tuttavia i team potevano optare tra tre diverse soluzioni dei dischi Brembo, a seconda delle temperature previste durante ciascun Gran Premio e della strategia di gara adottata. Tutto ciò divenne ancora più evidente nel 2020 con l’offerta di sei soluzioni di dischi in carbonio, utili a fronteggiare le prestazioni in continua crescita delle power-unit.

Per l’anteriore i team potevano scegliere tra i dischi Very High Cooling con 1.470 fori disposti su 7 file, i dischi High Cooling da 1.250 fori disposti su 6 file e i dischi Medium Cooling da 800 fori disposti su 4 file. Per ciascuna ventilazione era inoltre disponibile la variante con la lavorazione sul diametro esterno, il cosiddetto groove che crea una sezione divergente nella parte esterna del disco per ulteriori vantaggi aerodinamici.

Le 6 specifiche di ventilazione per l’assale anteriore sono tornate ad essere appena un paio quest’anno, a seguito del nuovo, rivoluzionario cambio dei regolamenti: il peso minimo è passato da 752 kg a 798 kg, l’aerodinamica è mutata e sono state adottate le ruote da 18 pollici, invece di quelle da 13 pollici.

Il nuovo regolamento tecnico è andato infatti anche a incidete sugli impianti frenanti, sia aumentando il diametro dei dischi, da 278 mm a 328 mm per l’anteriore, e da 266 mm a 280 mm per il posteriore, che accrescendo il diametro dei dischi posteriori, portato a 32 mm, dai 28 mm dell’anno scorso.

Anche l’architettura è cambiata perché sono vietati i fori di raffreddamento sulle pastiglie e inoltre è imposto un diametro minimo di 3 mm per i fori sui dischi. Ciò si è ripercosso sul numero di fori che in passato erano da 2,5 mm e quindi per la prima volta il loro numero è diminuito, dai 1.470 del 2021 agli attuali 1.050.

Una sorta di stop and go in attesa di un ulteriore scatto, atteso per i prossimi anni, sempre in nome dello smaltimento termico, nemico numero uno della Formula 1.