Rotori in alluminio vs. Rotori in ghisa

La tecnologia dei freni ha fatto molta strada da quando i primi ingegneri automobilistici avvolgevano una cintura di pelle intorno a un tamburo di acciaio e la strinsero per rallentare la macchina. Più di un secolo dopo, abbiamo pastiglie dei freni in bronzo sinterizzato, fluido in silicone liquido e rotori fatti di tutto, dalla ghisa al diamante sintetico. I rotori di alluminio sono in qualche modo un miglioramento rispetto ai rotori di ferro in tutti i settori tranne uno cruciale.

Nozioni di base sui freni I freni a disco funzionano convertendo l'energia cinetica - movimento - in termica energia. Lo fanno schiacciando un rotore del freno in metallo rotante tra una coppia di pastiglie di attrito fisse. Ma quell'energia termica non scompare: si immerge nel rotore e nei componenti adiacenti e alla fine si disperde nel flusso d'aria. La rapida dispersione è un must, dato che i freni possono facilmente salire a più di 1000 gradi F nelle applicazioni stradali, e due volte nelle applicazioni da competizione.

Peso non sospinto - L'alluminio ha poche cose da fare, ma soprattutto il peso. L'alluminio pesa circa un terzo di quello che fa la ghisa, che è particolarmente utile quando si osservano pesi non sospesi. Il "peso non sospeso" si riferisce al peso morto seduto direttamente sulle ruote, in contrapposizione al peso non controllato dalla sospensione. Le masse non sospese inferiori significano meno sforzo sulle molle e sugli ammortizzatori; meno sforzo sulle sospensioni significa che è possibile utilizzare molle e ammortizzatori più morbidi, il che significa che non è necessario sacrificare il comfort di marcia per la maneggevolezza.

Inerzia rotazionale

C'è un altro lato del freno importanza del rotore in termini di peso, e quella parte ha a che fare con l'inerzia rotazionale. Un rotore del freno agisce come un volano, immagazzinando energia meccanica. Il volano cerca sempre di mantenere la velocità, resistendo sia all'accelerazione che alla decelerazione. I rotori in alluminio più leggeri riducono questo effetto volano, contribuendo a migliorare le prestazioni in termini di accelerazione e frenata. Un rotore rotante agisce anche come uno stabilizzatore giroscopico, il che significa che uno più pesante di ferro aumenterà lo sforzo di sterzo mentre attenua il feedback dello sterzo. Il rotore in alluminio più leggero diminuisce lo sforzo e aumenta la retroazione e la precisione dello sterzo.

Dissipazione del calore

La dissipazione del calore e la conduttività elettrica sono concetti strettamente correlati, tanto da essere quasi intercambiabili in termini ingegneristici. L'argento è uno dei migliori conduttori elettrici e termici conosciuti dall'uomo, seguito da rame, oro e alluminio. La conduttività termica della ghisa è relativamente triste; circa 3,5 volte inferiore rispetto all'alluminio. Ciò significa che il ferro assorbe il calore più lentamente e si appende più a lungo, il che consente al calore di trasferirsi nelle pastiglie dei freni e nel liquido dei freni anziché irradiarsi nell'aria a cui appartiene.

Prestazioni di frenatura

Alluminio e la ghisa si comporta allo stesso modo in termini di coefficiente di attrito, o la capacità di afferrare e trattenere le pastiglie dei freni. A seconda della lega specifica utilizzata, l'alluminio può facilmente superare il coefficiente di attrito dell'acciaio, specialmente se combinato con altri metalli appositamente progettati per aumentare tale coefficiente. La ghisa può anche contenere elementi in lega, quindi questa parte è praticamente un lavaggio. Ma l'inerzia ridotta dell'alluminio lo aiuta a vincere in termini di prestazioni, dal momento che l'effetto netto è positivo in termini di prestazioni.

Calore e durabilità

Ci si potrebbe chiedere a questo punto perché, se l'alluminio è così meraviglioso, usiamo qualsiasi cosa tranne le lattine riciclate per i rotori dei freni. È perché, molto semplicemente, l'alluminio ritorna allo stato liquido a circa 660 gradi Fahrenheit - ben al di sotto delle temperature incontrate durante la guida vivace. Questo ha storicamente reso il dibattito sull'alluminio-contro-ferro abbastanza accademico, dato che persino ghisa di bassa qualità può sopportare più di 2.100 gradi. I rotori in acciaio possono sopportare temperature ancora più elevate - verso l'alto di 3000 gradi, a seconda della lega. Questo da solo rende i rotori in ghisa meno costosi ma meno ideali, preferiti per la maggior parte delle applicazioni di auto pesanti o pesanti.

Soluzioni e sviluppi

I produttori hanno lavorato su modi per fare lavorare l'alluminio modificando le leghe e legando i nuclei di alluminio a dischi esterni in acciaio nel tentativo di tenere insieme i rotori. Ci sono stati alcuni progressi significativi nei freni, rendendoli universalmente funzionanti per applicazioni diverse dalle motociclette, ma anche altri materiali stanno facendo progressi. I dischi freno in carbonio-ceramica e carbonio-carbonio offrono tutto il risparmio di peso e i vantaggi dell'alluminio, ma possono sopportare temperature più elevate dell'acciaio. Certo, questi materiali costano anche 10 volte tanto, quindi l'alluminio potrebbe avere un futuro serio nelle prestazioni automobilistiche e nelle applicazioni per veicoli pesanti.