Componentistica

    Pinze freno stampate in 3D: Bugatti ci prova

    Da qui a qualche anno troveremo sempre più componenti meccanici e automobilistici prodotti con una stampa 3D (tra cui pinze freno). Infatti è elevato il numero di aziende, automobilistiche e non, che già fanno uso di tale tecnica. Molte invece si stanno organizzando per indirizzare ricerca e sviluppo,  di fatto per incorporare la stampa 3D nelle loro linee di assemblaggio.

    Pinza freno in titanio della Bugatti
    PH: 3d4growth.com

    Stampa 3D di metalli

    Qualcuno di voi si starà chiedendo di che materiale possano essere fatte delle pinze freno stampate in 3D. Tranquilli, non parliamo né di polimeri né di filamenti biodegradabili, bensì del titanio.

    In generale si parte da una fine polvere di metalli composta in gran parte da titanio (circa 90%) e dalla restante parte di vari additivi, tra cui l’alluminio. La stampa poi è ottenuta per mezzo di fusione laser: sostanzialmente il raggio laser porta localmente la polvere di metallo al suo punto di fusione (almeno 1600 °C data la presenza del titanio), per creare poi l’oggetto desiderato, strato dopo strato.

    Pinza freno in titanio della Bugatti
    PH: bugatti.com

    Ma veniamo alle pinze…

    In precedenti articoli vi avevamo già parlato di Bugatti (Bugatti ChironBugatti Divo) e di come punti sempre ad eccellenze anche al di fuori dell’ordinario. Ancora però non avevamo trattato l’idea innovativa delle pinze freno, di circa un anno fa.

    La stampa 3D di una pinza è piuttosto impegnativa e dura circa 45 ore, dopo le quali il pezzo viene sottoposto a trattamenti termo-chimici e di ricottura che ne migliorano le caratteristiche meccaniche.

    Questo sembra essere un altro successo per Bugatti, che si aggiudica il primato per la prima pinza freno prodotta in 3D, nonché l’oggetto di uso automobilistico in titanio più grande mai prodotto con l’ausilio di tale tecnica. Per la produzione sono infatti serviti 2213 strati per completare un pezzo da 41 cm di lunghezza, 21 cm di larghezza e 13.6 cm di altezza.

    Rispetto alle tradizionali pinze in alluminio, quelle in titanio arrivano a pesare fino al 40% in meno, passando da 4.9 kg a 2.9 kg. Così facendo si passa da una rigidezza di 70 GPa tipica di leghe di alluminio, fino ai 110-120 GPa per alcune leghe di titanio, raddoppiando quasi la capacità di opporsi alle deformazioni elastiche. Inoltre non dovrebbero manifestarsi fenomeni di ossidazione essendo noto come un materiale particolarmente resistente alla corrosione.

    Qui sotto potete vedere come variano le temperature del disco durante la frenata: si passa da temperature di 400 °C all’inizio della frenata, fino agli oltre 1000 °C per arrestare completamente il veicolo. Ovviamente anche le pinze freno devono resistere a tali temperature, infatti il titanio è un materiale che sopporta stress termici simili.

    Pinza freno in titanio della Bugatti
    PH: bugatti.com
    Pinza freno in titanio della Bugatti
    PH: bugatti.com
    Pinza freno in titanio della Bugatti
    credit: bugatti.com

     

    Quello che si pensa a riguardo

    Frank Goetzke, capo del dipartimento delle Nuove Tecnologie in Bugatti, sostiene che lo sviluppo della auto debba essere un processo senza epilogo. Infatti ritiene che:

    ” Questo è particolarmente vero alla Bugatti. Nel nostro continuo lavoro di sviluppo pensiamo sempre a come i nuovi materiali e processi possano essere usati per rendere ancora migliori i nostri modelli. Le nostre richieste sono spesso ai limiti concessi dalla fisica. Per questo Bugatti arriva sempre un passo avanti agli altri costruttori nello sviluppo di soluzioni tecniche “.

    differenziale meccanico

    Il differenziale TorSen: pregi e difetti al limite di due soluzioni convenzionali

    Articolo a cura di Roberto Nardella.
    Nel mondo delle trasmissioni meccaniche una delle alternative al classico differenziale è il modello TorSen. Analizziamo le sue caratteristiche e applicazioni.

    Nel campo delle trasmissioni meccaniche nei veicoli terrestri il differenziale riveste un ruolo di primo piano. Infatti, esso distribuisce la coppia motrice proveniente dal motore alle due ruote motrici di uno stesso asse. In questo modo è possibile ottenere velocità di rotazione differenti tra le due ruote, fattore fondamentale nell’affrontare una curva senza incorrere nel fenomeno dello slittamento. Il differenziale è solitamente costituito da un rotismo epicicloidale in grado di trasmettere differenti velocità di rotazione alle due uscite, che nel caso in questione sono le due ruote dello stesso asse (assi in rosso e verde nell’immagine). È un meccanismo di riduzione.

    differenziale torsen
    climeg.poliba.it

    Differenze con le principali soluzioni adottate:

    Costruttivamente parlando è più complesso del differenziale comune, denominato “open”. Infatti, nel TorSen sono presenti due o tre coppie di ingranaggi trasversali (3 e 4 nell’immagine) rispetto agli assi condotti. Una soluzione alternativa e più economica è quella di ridurre il numero degli ingranaggi trasversali. I planetari dunque sono due ingranaggi con dentatura inclinata così come i satelliti. Al contrario del differenziale comune ho però un satellite per planetario e i due planetari sono collegati tra loro da un semplice ingranamento (evidenziato in viola nell’immagine)

    Il differenziale TorSen è adottato come differenziale centrale per le automobili a trazione integrale o come differenziale anteriore/posteriore per vetture con trazione anteriore/posteriore. Il nome di tale organo meccanico deriva dalla sua tipicità: “Torque Sensing”, sensibile alla coppia. Il principio di base è quella della vite senza fine, secondo il quale il moto è facilmente trasmesso in un senso ma meno nell’altro. In questo modo una ruota di un asse può aumentare la sua velocità di rotazione ma nella stessa percentuale con cui l’altra ruota riduce la sua velocità.

    In caso di pattinamento (accelerazione improvvisa di una delle due ruote), il sistema risulta quasi bloccato e di conseguenza tutta la forza motrice viene indirizzata verso la ruota in presa al suolo. Non essendo completamente autobloccante ha il grande difetto di risultare inefficace quando una ruota è completamente sollevata.
    È quindi una soluzione di compromesso tra i sistemi standard, (“open”), che permettono ai semiassi di avere rotazioni differenti, e tra i sistemi autobloccanti puri, (“locked”), che permettono di trasmettere maggiore coppia alla ruota motrice con più aderenza a terra.

    Ulteriori difetti?

    Altri difetti tipici del TorSen sono costituiti da un eccessivo ingombro della scatola del differenziale e dalla sensazione di auto raddrizzamento dello sterzo, dovuta alla non equa distribuzione della coppia tra le due ruote in curva.

    torsen
    grabcad.com

    Un modo per valutare l’efficacia del TorSen è l’utilizzo del TBR (Torque Bias Ratio, rapporto di sbilanciamento della coppia). Tale indice è il rapporto tra la coppia applicata alla ruota che gira più lentamente e la coppia applicata alla ruota che gira più velocemente. Quindi un differenziale TorSen con TBR pari ad 1 si comporta come un differenziale open. Valori tipici del TBR sono compresi tra 2 a 6.

    torsen differential
    audi-technology-portal.de

    Il suo impiego più diffuso è quello da differenziale centrale (TorSen tipo C) in vetture dotate di trazione integrale. In questo caso ripartisce la coppia motrice tra l’asse anteriore e posteriore in funzione dell’aderenza necessaria al moto.

    Così facendo riesce a distribuire la coppia in modo differente tra gli assi nel caso in cui questi abbiano velocità di rotazione differente. In alcuni casi è utilizzato come differenziale d’asse per l’asse posteriore trainante in auto sportive (TorSen tipo B).

    Ulteriori approfondimenti in questione:

    Consigliamo la lettura dei seguenti articoli per approfondire l’argomento:

    Se volete conoscere di più dell’autore, visitate il suo profilo LinkedIn: Roberto Nardella


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