ITMI972049A1 - Disco freno a elevata efficienza frenante e autodrenante - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di breveto per invenzione industriale dal titolo: “Disco freno ad elevata efficienza frenante e autodrenante.”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un disco freno ad elevata efficienza frenante ed autodrenante.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un disco freno ad elevata efficienza frenante ed autodrenante specialmente adato per prevenire i ben noti iniziali fenomeni indesiderati di riduzione della coppia frenante dovuti a mutate condizioni d’accoppiamento tra le superfici del disco freno e delle guarnizioni d’attrito per effeto dell’interposizione tra queste di un velo d’acqua dovuto a condizioni atmosferiche umide, come nebbia, brina, pioggia ecc, o su strade bagnate.

Come è noto, i dispositivi di frenatura sono organi capaci di rallentare o fermare un veicolo o, in generale, una massa in movimento trasformando in energia termica l’energia cinetica assorbita.

Un tipo di dispositivo di frenatura, generalmente adotato negli autoveicoli, è quello a disco, costituito da un disco freno metallico, caletato sull’asse della ruota, a cavallo del quale agisce una pinza freno che gli preme contro una coppia di guarnizioni frenanti, generalmente note come “pastiglie”. Le pinze, azionate idraulicamente mediante cilindretti freno, premono le guarnizioni frenanti contro il disco freno. L’azione di frenatura è pertanto prodotta dall’ attrito tra le superfici frenanti del disco freno e le guarnizioni d’attrito. La coppia frenante dipende dalla geometria del dispositivo, in particolare dalla posizione radiale della guarnizione d’attrito, dalla spinta esercitata dai cilindretti idraulici e dal coefficiente d’attrito tra le superfici frenanti del disco freno e delle guarnizioni. Il coefficiente d’attrito tra pastiglie e disco freno decade in modo drastico in condizioni di contatto bagnato (acqua planing), quando, cioè, malgrado le protezioni opportunamente previste, l’acqua raggiunge il disco freno incuneandosi nella zona di contatto con le pastiglie. In tali condizioni si osserva una iniziale diminuzione del coefficiente di attrito, e conseguentemente della coppia frenante, per il solo fatto che il contatto è bagnato e la coppia frenante tende addirittura ad annullarsi qualora, per effetto del formarsi di un meato d’acqua tra guarnizione e disco, si verifichino le condizioni di sostentamento idrodinamico.

Allo scopo di aumentare l’affidabilità sul bagnato e ridurre l’effetto “fading”, è stato proposto di provvedere la superficie del disco freno di scanalature continue o chiuse all’estremità in modo da creare delle irregolarità strutturali sulla superficie di contatto guarnizione-metallo. Questo tipo di freni a disco, anche se funzionali e di uso corrente, non permette di risolvere in modo esauriente il problema del contatto bagnato (acqua planing) in quanto le scanalature non permettono di ottenere la completa espulsione dell’acqua dalla zona di contatto guarnizione-disco, essendo dette scanalature non sfocianti all’esterno del disco.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare a tale inconveniente dei freni a disco noti.

Più in particolare, scopo della presente invenzione è quello di realizzare un disco freno che permetta una facile e completa rimozione del velo d’acqua dalle sue superfìci frenanti.

Nel suo aspetto più generale, la presente invenzione risolve l’inconveniente sopra riportato provvedendo le superfìci frenanti del disco freno, rivolte alle guarnizioni frenanti, di scanalature radiali aperte solo verso l' esterno del disco freno ed aventi una forma e dimensione tali da raggruppare l’acqua nei canali delle scanalature ed espellerla ad elevata velocità centrifuga.

Forma, pertanto, oggetto della presente invenzione un disco freno, adatto all’impiego in dispositivi di frenatura a disco, provvisto di scanalature sulle sue superfìci frenanti rivolte alle guarnizioni frenanti, in cui dette scanalature sono radiali, aperte solo verso l’esterno di detto disco, curve con curvatura progressiva il cui raggio diminuisce procedendo verso i diametri maggiori del disco, e rivolte all’indietro con riferimento al verso di rotazione del disco e alla direzione radiale.

Preferibilmente dette scanalature radiali aperte hanno una sezione trasversale costituita da un tratto centrale ad arco di circonferenza e da due tratti rettilinei opposti di raccordo tra detto arco di circonferenza e la superficie esterna del disco, con tangente comune nel punto di passaggio. Di detti tratti rettilinei, quello anteriore, rispetto alla rotazione del disco, è inclinato, mentre quello posteriore forma un angolo di incidenza con la superfìcie frenante del disco tale da impedire la fuoriuscita dell’acqua.

Nel senso di rotazione del disco e nel conseguente movimento relativo tra pastiglie e disco, il tratto rettilineo anteriore precede l’arco di circonferenza e pertanto incontra prima la pastiglia. L’acqua, quindi, viene raccolta nell’arco di circonferenza ed espulsa per forza centrifuga.

Le scanalature conformate come sopra riportato ostacolano la formazione del velo d’acqua nella frenatura sul bagnato sia perché interrompono la continuità delle superimi a contatto e conseguentemente delle pressioni nel meato d’acqua, sia perché la loro apertura verso l’esterno agevola lo smaltimento dell’acqua presente sulla superficie del disco.

La sezione trasversale delle scanalature favorisce la raccolta dell’acqua addotta dal movimento relativo delle pastiglie rispetto al disco, mentre l’andamento del canale esercita un’azione di pompaggio dell’acqua verso l’esterno del disco, così da ottenere una azione a turbina.

La particolare conformazione delle scanalature permette anche che la superficie delle pastiglie sia costantemente ravvivata in quanto, ad ogni passaggio della stessa su di una scanalatura, lo spigolo formato dal tratto ad arco di circonferenza della sezione della scanalatura con il piano del disco incontra con gradualità la pastiglia e ne ravviva la superficie attiva.

Le caratteristiche costruttive e funzionali del disco freno della presente invenzione possono essere meglio comprese dalla descrizione che segue, in cui si fa riferimento alle tavole dei disegni allegati che ne rappresentano una forma di esecuzione preferita, esemplificativa ma non limitativa e in cui:

La Figura 1 rappresenta una vista prospettica del disco freno della presente invenzione;

La Figura 2 rappresenta la vista schematica frontale del disco freno di cui alla Figura 1 ;

La Figura 3 rappresenta la vista schematica ingrandita di una sezione normale all’asse della scanalatura, ottenuta con un piano passante lungo la retta A- A della Figura 2, in cui è visibile il profilo trasversale della stessa scanalatura.

Con particolare riferimento alle figure, il disco freno 1 della presente invenzione è provvisto di scanalature radiali 2 disposte simmetricamente sulle sue superfici frenanti destinate a venire a contatto con le guarnizioni frenanti 5. 11 numero di scanalature non è critico ai fini della presente invenzione; generalmente esse sono almeno due e preferibilmente da 4 a 10, su ogni superficie frenante. Dette scanalature 2 sono aperte verso l’esterno del disco e chiuse dalla parte opposta rivolta verso l’interno del disco 1.

La dimensione radiale di ciascuna scanalatura 2 è almeno uguale e, preferibilmente superiore, a quella delle guarnizioni frenanti 5.

Le scanalature 2 hanno un andamento parabolico a curvatura progressiva il cui raggio diminuisce procedendo verso i diametri maggiori del disco 1. Inoltre, la parte terminale aperta 2’ di ciascuna scanalatura 2 ha un andamento rivolto all 'indietro, con riferimento al verso di rotazione del disco ed alla direzione radiale, per vincere la forza di attrito fra l’acqua e la superfìcie del canale. L’angolo a formato fra la direzione radiale e l’asse della scanalatura 2 è preferibilmente compreso fra 2° e 20° e dipende dalla dimensione diametrale del disco 1.

Come è visibile dalla Figura 3, la sezione trasversale di ciascuna scanalatura 2 è conformata con un tratto centrale ad arco di circonferenza 3 e due tratti rettilinei laterali opposti 4 e 4’ di raccordo fra detto tratto centrale ad arco di circonferenza 3 e la superfìcie esterna del disco, con tangente comune nel punto di passaggio.

D tratto rettilineo anteriore 4, che durante la rotazione del disco 1 incontra per primo la guarnizione frenante 5, è inclinato per favorire l’entrata dell’acqua spinta da detta guarnizione 5; mentre, il tratto rettilineo posteriore 4’ forma un angolo di incidenza con la superficie del disco 1 tale da impedire la fuoriuscita dell’acqua, ad esempio di circa 90°.

Nella rotazione del disco 1 e nel conseguente movimento relativo tra pastiglia 5 e disco 1, il tratto rettilineo anteriore 4 precede l’arco di circonferenza 3 e, pertanto, incontra prima la pastiglia 5; l’acqua viene sospinta dalla guarnizione 5 nel tratto centrale ad arco di circonferenza 3 delle scanalature 2. La forma del profilo trasversale di ciascuna scanalatura 2 è tale per cui il tratto rettilineo anteriore 4 favorisce l’imbocco dell’acqua, mentre il tratto rettilineo posteriore 4’, che forma un angolo sostanzialmente retto e uno spigolo vivo con la superfìcie frenante del disco 1, ne impedisce la fuoriuscita.

L'espulsione dell’acqua è determinata dalla formazione di un canale a sezione chiusa tra il tratto centrale 3 della scanalatura 2 e la guarnizione frenante 5, aperto verso la periferia esterna del disco I e ad andamento rivolto all’indietro rispetto al verso di rotazione del disco.

L’acqua raccolta in detto canale viene pertanto pompata verso l’esterno e quindi espulsa analogamente a quanto avviene in una girante centrifuga.

La profondità delle scanalature non è critica e può essere costante lungo tutto lo sviluppo della scanalatura o variabile e crescente verso l’uscita.

II fatto che le scanalature 2 sono aperte verso l’estemo del disco, permette, inoltre, un controllo visivo dell’usura delle superfici frenanti del disco.

Sebbene la presente invenzione sia stata sopra descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferita, vari cambiamenti e varianti possono essere apportati al disco freno della presente invenzione alla luce degli insegnamenti sopra riportati. E’ sottinteso, pertanto, che la presente invenzione comprende tutti i cambiamenti e varianti che ricadono entro Io spirito e l’ambito protettivo delle rivendicazioni seguenti.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un disco freno ad elevata efficienza frenante e autodrenante, adatto all’impiego in dispositivi di frenatura a disco, provvisto di scanalature (2) sulle sue superfici rivolte alle guarnizioni frenanti, caratterizzato dal fatto che détte scanalature (2) sono radiali, aperte solo verso l’esterno di detto disco (1), curve con curvatura progressiva il cui raggio diminuisce procedendo verso i diametri maggiori del disco, e rivolte all’ indietro con riferimento al verso di rotazione del disco e alla direzione radiale.
2. 2. D disco freno secondo la rivendicazione 1, in cui le scanalature radiali aperte (2) hanno una sezione trasversale conformata con un tratto centrale ad arco di circonferenza (3) e due tratti rettilinei laterali opposti (4, 4’) di raccordo fra detto tratto centrale ad arco di circonferenza (3) e la superficie esterna del disco, con tangente comune nel punto di passaggio.
3. 3. D disco freno secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la parte terminale aperta (2’) di ciascuna scanalatura (2) ha un andamento rivolto all’ indietro, con riferimento al verso di rotazione del disco ed alla direzione radiale.
4. 4. Il disco freno secondo la rivendicazione 3, in cui l’angolo a fonnato fra la direzione radiale e l’asse della scanalatura (2) è compreso fra 2° e 20° .
5. 5. Il disco freno secondo la rivendicazione 2, in cui il tratto rettilineo anteriore (4), che durante la rotazione del disco (1) incontra per primo la guarnizione frenante (5), è inclinato per favorire l’entrata dell’acqua spinta da detta guarnizione (5) e il tratto rettilineo posteriore (4’) forma un angolo di incidenza con la superficie del disco (1) tale da impedire la fuoriuscita dell’acqua.
6. 6. Il disco freno secondo la rivendicazione 5, in cui l’angolo di incidenza fra il tratto rettilineo posteriore (4’) e la superficie del disco (1) è di 90°.
7. 7. Il disco freno secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui le scanalature (2) sono almeno due e preferibilmente comprese fra 4 e 10, su ogni superficie frenante.
8. 8. fi disco freno secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui le scanalature 2 sono aperte verso l’esterno del disco e chiuse dalla parte opposta rivolta verso P interno del disco (1).
9. 9. Il disco freno secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la dimensione radiale di ciascuna scanalatura (2) è almeno uguale e, preferibilmente superiore, a quella delle guarnizioni frenanti (5).
10. 10. Il disco freno secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la forma del profilo trasversale di ciascuna scanalatura (2) è tale per cui il tratto rettilineo anteriore (4) favorisce l’imbocco dell’acqua, mentre il tratto rettilineo posteriore (4’) ne impedisce la fuoriuscita.