Scopriamo come Brembo produce dischi e pastiglie freno in carbonio per Formula 1, IMSA e WEC.
Tutto ha inizio con dei fogli di tessuto tondo e peloso. Inizialmente, questi fogli in tessuto di carbonio assomigliano più a qualcosa degno di un atelier di moda che a un componente cruciale di un'auto da corsa.
All’interno del reparto Racing di Brembo questi fogli verranno trasformati in dischi e pastiglie freno in carbonio destinati a Formula 1, IMSA e WEC. Queste "ciambelle pelose" alla fine diventano quei cerchi rossi incandescenti dietro le ruote delle automobili più veloci sulla terra. Ecco come.
La prima fermata per le trame di carbonio che Brembo seleziona dai migliori fornitori al mondo è l’agugliatrice (Needler ). Ogni disco freno è costituito da decine e decine di strati di fibra di carbonio, il numero cambia a seconda dello spessore del disco freno. Al tatto è molto simile a un pezzo di stoffa.
L’ Agugliatrice è una pressa meccanica caratterizzata da un elevatissimo numero di aghi. Mentre il disco ruota le punte cuciono insieme ciascuno dei circa 40 strati di fibra di carbonio. La puntura lega saldamente gli strati di tessuto per rendere l'anello fibroso incredibilmente denso. Una volta che l’ agugliatrice ha finito, il disco ha acquisito spessore, è morbido al tatto, ma assomiglia più a un disco lucidante di stoffa che a qualcosa in grado di fermare un'auto.
Le pastiglie freno in carbonio, invece, sono costruite in modo diverso e non entrano nella Needler. I fogli di carbonio anziché essere pressati per ottenere la massima densità, vengono invece stratificati come una pila di fogli di carta. "Per le pastiglie, vogliamo che abbiano una conduttività termica molto più bassa rispetto al disco," spiega Andrea Algeri, Racing Car Market Manager di Brembo.
"Vogliamo che tutto il calore venga assorbito dal disco, perché ruota mentre l'auto si muove e può raffreddarsi rapidamente. Se la pastiglia dovesse assorbire tutto quel calore, aumenterebbe la temperatura della pinza e del suo fluido. Parte della progettazione della pastiglia in carbonio è prevenire che il calore entri nella pinza dal disco."
Dopo l’agugliatrice, i dischi entrano in un forno dove le temperature possono raggiungere fino a 2700 gradi Fahrenheit (circa 1482°C). I gas ricchi di carbonio permeano i preformati in fibra di carbonio e reagiscono con la loro struttura interna, depositando carbonio all’interno della trama in un processo di infusione noto come infiltrazione chimica in fase vapore (CVI).
Questo è il motivo per cui questi freni da corsa sono spesso chiamati freni carbon-carbon. Non perché sia disco e pastiglia sono fatti in carbonio, ma perché, man mano che il gas contenente carbonio si decompone, deposita atomi all'interno del disco.
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Rallentare le auto da corsa da velocità fino a 217 mph (circa 350 km/h) genera molto calore che porta i dischi a raggiungere temperature vicino ai 1000 gradi centrigradi. Questo è il motivo per cui i fori di ventilazione dei dischi freno in carbonio sono importantissimi e indispensabili. Questo ci porta al passaggio successivo, vale a dire la foratura.
Dopo che il forno ha cotto le pile di tessuto in carbonio trasformandole in un anello denso, è il momento di rifinire e rimuovere materiale.
Un macchinario estremamente complesso viene utilizzato per rifinire i dischi tornendone la superfice e forando lo spessore interno del disco grazie a speciali trapani ad ultrasuoni.
I dischi delle auto LMDh ottengono 432 fori. I freni di Formula 1 ne ottengono oltre 1000. Per darvi un idea di quanto si è evoluta la ventilazione dei dischi freno in carbonio basti pensare che nel 2002, quando Michael Schumacher guidò una Ferrari al suo quinto Campionato del Mondo Piloti, i dischi in carbonio Brembo per la F1 avevano solo 72 fori per dissipare il calore.
I dischi Brembo devono affrontare sfide di durata e performance radicalmente diverse tra la Formula 1 e le gare di Endurance, riflettendo due filosofie opposte di stress termico. In Formula 1, la priorità assoluta è la massima prestazione al picco e la leggerezza, con l'obiettivo di far durare il disco in carbonio per un'unica distanza di gara (la durata del disco è almeno un weekend gara). I dischi sono progettati per sostenere cicli termici estremi e rapidissimi (staccate brevi ma intensissime), privilegiando la potenza di decelerazione più alta possibile in un lasso di tempo limitato.
Al contrario, nelle gare Endurance (come la 24 Ore di Le Mans), la durata richiesta è di migliaia di chilometri e la sfida si sposta sulla consistenza termica e l'affidabilità strutturale a lungo termine. Il disco deve mantenere la sua integrità e un tasso di usura estremamente prevedibile per l'intera durata dello stint, garantendo che la potenza e il feeling rimangano stabili attraverso migliaia di cicli e ampie variazioni di temperatura ambientale (giorno/notte).
I dischi per la serie LMDh presentano anche tre indicatori di usura—il primo misura circa 1 mm di profondità, il secondo più piccolo 2 millimentri e il terzo, ancora più piccolo, 3 millimentri, per fornire ai team una rapida indicazione di quanto materiale è rimasto.
Nonostante ogni team abbia a disposizione diversi sensori estremamente precisi e dettagliati in grado di sapere tutto dello stato dei dischi freni nel corso della gara, dalle temperatura allo stato di usura, questi indicatori visivi rimangono uno strumento di back up valido ed efficace in caso di dubbi o anomalie della telemetria.
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Ma quanto si consuma un disco freno in carbonio durante una 24 ore? Tendenzialmente non oltre i 4-5 millimetri, infatti e piuttosto inusuale che si usurino oltre la seconda tacca durante la gara di 24 ore a Le Mans. I dischi usati durante una gara di durata, infatti, non vengono buttati via ma i team spesso li riutilizzano durante i test o le qualifiche delle gare successive sia per ragioni di budget sia per aiutare i piloti ad abituarsi al feeling che potrebbero avere verso la fine di una gara di durata con materiale d’attrito parzialmente consumato.
Dopo la foratura, un robot spruzza uno speciale film antiossidante sulle superfici non d’attrito del disco per impedirgli di perdere densità prima che raggiunga un team. Durante l'intero ciclo di produzione, i componenti dei freni vengono pesati per identificare eventuali errori o imprecisioni.
Al termine del processo produttivo gli ingegneri addetti al Controllo Qualità verificano ogni singolo disco freno. Utilizzando scansioni ottiche 3D, test di contaminazione e altri strumenti, Brembo può verificare che ogni componente freno che produce sia perfettamente allineato alle specifiche richieste dai team clienti e dai regolamenti. Ogni disco porta un seriale che ne traccia l'intera vita—dalla materia prima utilizzata all’utilizzo in una determinata gara.
Una volta imballati, i freni vengono spediti per via aerea ai team in tutto il mondo. I freni Brembo hanno vinto Le Mans 31 volte con otto produttori diversi. I loro dischi resistono ben oltre il chilometraggio che un'auto di Le Mans coprirà durante le 24 ore. Nei test di laboratorio, hanno superato un numero di frenate equivalente a 3728 miglia (circa 6000 km), resistendo ai relativi stress termici generati durante la frenata.
L'intero processo di stratificazione, agugliatura, carbonizzazione, lavorazione, rivestimento e ispezione dura circa quattro mesi. Brembo produce solo circa 3000 dischi all'anno, con circa 800 riservati ai prototipi LMDh.