ITBS20070126A1

ITBS20070126A1 - Disco per freno a disco autoventilante

Info

Publication number: ITBS20070126A1
Authority: IT
Inventors: Gianbattista Bertoli; Gianpietro Bontempi
Original assignee: Fonderia Di Torbole S P A
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-02-28
Also published as: EP2031266B1; DE602008001223D1; ES2346112T3; EP2031266A8; EP2031266A1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un disco per freno a disco autoventilante, in particolare del tipo a doppia fascia frenante, una delle quali solidale ad un mozzo o campana centrale.

Nella tecnica è noto l'impiego di dischi per freni a disco autoventilanti per veicoli a motore, ma non solo, che permettono di conservare pressoché immutata la capacità frenante dell'impianto anche dopo un prolungato ed intensivo utilizzo. Tramite il loro impiego, infatti, si realizza un migliore scambio termico con l'aria, che transita ad esempio tra la coppia di fasce frenanti, in maniera tale che il calore derivante dall'attrito della frenata venga più efficacemente sottratto da tali fasce, evitandone il surriscaldamento.

Tali dispositivi, durante la rotazione della ruota, aspirano aria dal centro del disco e la convogliano in condotti che sfociano sull'estremità radialmente più esterna rispetto all'asse di rotazione della ruota. Il transito dell'aria attraverso tali condotti consente un'efficace sottrazione del calore dalle fasce frenanti.

È perciò chiaro come la morfologia dei suddetti condotti sia una variabile critica nella progettazione di questi dispositivi, anche perché essa influenza la resistenza delle fasce frenanti agli stress meccanici e alle dilatazioni termiche.

Le morfologie dei condotti note nella tecnica sono sostanzialmente di tre tipi: radiale, curvilineo oppure a pioli.

I dischi così come realizzati attualmente non sono comunque esenti da problemi che ne limitano la performance, la sicurezza ed il comfort.

In particolare, le sopra menzionate forme di condotto non consentono un'ottimale rimozione del calore, cosicché si può verificare una parziale evaporazione del liquido dei freni (fenomeno noto con il termine "vapour look") ed un conseguente pericoloso allungamento della corsa del pedale del freno.

Inoltre, le morfologie note non impediscono una significativa deformazione delle piste frenanti dovuta alle dilatazioni termiche delle pareti dei condotti, con formazione di cricche sui dischi, vibrazioni e rumorosità in frenata, oltre alla perdita in efficienza dell ' impianto.

Spesso si verifica inoltre che la pista frenante non solidale al mozzo si riscaldi maggiormente rispetto alla pista frenante solidale, cosicché essa costituisca disuniformità termica con conseguenti vibrazioni in frenata.

Infine, nel caso di condotti ad andamento curvilineo, è necessario disporre di un disco destro e di un disco sinistro.

La presente invenzione si propone perciò di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti sopra lamentati in riferimento alla tecnica nota.

Tale obiettivo viene raggiunto tramite un disco per freno a disco autoventilante secondo la rivendicazione 1.

Ulteriori vantaggi possono inoltre essere conseguiti tramite le caratteristiche supplementari delle rivendicazioni dipendenti.

Il dispositivo oggetto della presente invenzione verrà ora descritto nel dettaglio, con l'ausilio delle tavole allegate, in cui:

- la figura 1 rappresenta il disco secondo l'invenzione in parziale sezione trasversale;

- la figura 2 mostra un disco parzialmente sezionato a livello dell'alettatura tra le fasce frenanti, secondo una prima possibile forma di realizzazione; e

- la figura 3 mostra un disco parzialmente sezionato a livello dell'alettatura tra le fasce frenanti, secondo un'ulteriore possibile forma di realizzazione.

Con riferimento alle tavole suddette, il riferimento numerico 1 contraddistingue, nella sua totalità, un disco per freno a disco autoventilante del tipo a due fasce frenanti 3', 3".

Almeno una fascia frenante 3' è collegata ad un mozzo o campana centrale 4 ad asse di rotazione X.

Le fasce frenanti 3', 3" sono parallele tra loro, collegate e distanziate reciprocamente tramite alette 2.

Le alette 2 si estendono in senso radiale rispetto all'asse di rotazione X tra un'estremità interna 2" ed un'estremità esterna 2'.

L'imbocco radiale delle alette 2 è un parametro fondamentale per garantire un elevato effetto autoventilante, ma soprattutto per assicurare il medesimo comportamento aerodinamico, perciò termico, del disco in entrambi i versi di rotazione.

In una possibile forma di realizzazione, le estremità interne 2" delle alette sono distribuite lungo una circonferenza interna 5 e, preferibilmente, con passo costante.

In alternativa oppure in aggiunta, le estremità esterne 2' delle alette sono distribuite lungo una circonferenza esterna 6. Preferibilmente, anche la distribuzione delle alette lungo la circonferenza esterna 6 è a passo costante.

Secondo una forma realizzativa preferita dell'insegnamento, le circonferenze interna 5 ed esterna 6 coincidono sostanzialmente con bordi circolari interno ed esterno che delimitano radialmente le fasce frenanti 3', 3" . Le fasce frenanti presentano pertanto una forma a corona circolare.

In accordo con una possibile forma realizzativa ciascuna coppia di alette 2 adiacenti definisce almeno un condotto di raffreddamento 10, che presenta una sezione di passaggio dell'aria radialmente crescente verso 1'esterno.

In altre parole, allontanandosi dall'asse di rotazione X, le alette 2 divergono tra loro aumentando la sezione per il passaggio dell'aria, e conseguentemente anche la superficie di scambio tra la fascia frenante e l'aria, migliorando allo stesso tempo l'effetto di sottrazione del calore dalla fascia e l'effetto pompa centrifuga, del quale si dirà maggiormente tra breve.

L'insieme dei condotti di raffreddamento 10 definisce la camera di ventilazione del disco freno.

I condotti di raffreddamento 10 sono adatti ad aspirare aria fredda dal centro del freno a disco, a convogliarla al loro interno per raffreddare le fasce frenanti e ad espellere infine l'aria riscaldata attraverso le loro estremità aperte sulla circonferenza esterna 6.

In altre parole, i freni a disco in rotazione sfruttano l'effetto pompa centrifuga, effetto enfatizzato dalla struttura di disco di seguito illustrata.

Ogni aletta 2 comprende, partendo dall'estremità interna 2", un primo tratto radiale 7 ed un secondo tratto inclinato 8 rispetto a detto primo tratto.

In una possibile forma di realizzazione, il secondo tratto inclinato 8 si estende fino all'estremità esterna 2' dell'aletta 2.

In un'ulteriore possibile forma di realizzazione, ogni aletta 2 termina esternamente con un terzo tratto radiale 9.

Preferibilmente, l'ampiezza del primo tratto radiale 7 è pari al 5-20% rispetto all'estensione radiale delle fasce frenanti e, più preferibilmente ancora, è pari all'8 - 10%.

Secondo una forma di realizzazione, l'inclinazione del tratto inclinato 8 delle alette 2 è tale da garantire l'appoggio di una pastiglia freno su almeno una porzione di due alette 2 adiacenti, preferibilmente su due alette intere.

Secondo una forma preferita dell'invenzione, l'estremità esterna 2" e l'estremità interna 2' di ogni coppia di alette 2 adiacenti sono allineate radialmente.

Tali inclinazioni delle alette sono di importanza fondamentale al fine di costituire un ostacolo alla propagazione delle cricche nelle fasce frenanti.

In una variante realizzativa, la superficie di contatto delle alette 2 alla fascia frenante 3' collegata al mozzo o campana centrale 4 è inferiore alla superficie di contatto delle alette all'altra fascia frenante 3".

Questa distribuzione asimmetrica delle superfici di contatto consente una migliore conduzione del calore di attrito attraverso entrambe le fasce frenanti, permettendo una ripartizione del calore superiore ai dischi della tecnica nota ed evitando la formazione di eccessivi gradienti di temperatura tra la fascia interna 3' e la fascia esterna 3".

In una possibile forma di realizzazione, la superficie di contatto delle alette 2 alla fascia frenante 3' collegata al mozzo o campana centrale 4 occupa tra il 45% ed il 52% della superficie totale interna di detta fascia 3'.

In alternativa oppure in aggiunta, la superficie di contatto delle alette 2 alla fascia frenante 3" non collegata al mozzo o campana centrale 4 occupa tra il 52% ed il 60% della superficie totale interna di detta fascia 3"

In una variante realizzativa, ogni aletta è collegata ad ogni fascia frenante 3', 3" attraverso una superficie di raccordo la cui tangente forma un angolo 11, 12 rispetto ad un asse parallelo all'asse di rotazione X. Solitamente gli angoli di contatto 11, 12 vengono anche chiamati nel gergo angoli di sformo. Infatti, secondo una possibile forma di realizzazione, il disco 1 è ottenuto per fusione, e le superfici di raccordo sono date dalla sformatura del disco fuso.

In una variante realizzativa vantaggiosa, l'angolo 12 formato con la fascia 3" non collegata al mozzo o campana centrale 4 è maggiore rispetto all'angolo 11 formato con la fascia 3' collegata al mozzo o campana centrale 4.

La presenza di diversi angoli di sformo sulle due superfici di contatto con le fasce frenanti 3', 3" spiega la diversa percentuale di occupazione delle alette 2 sulle due fasce frenanti 3', 3".

Alla luce di quanto detto in precedenza, è un risultato tecnico importante che una ripartizione asimmetrica del calore, su fasce frenanti asimmetriche (la fascia 3' è collegata direttamente al mozzo o campana centrale 4, mentre la fascia esterna 3" non lo è) risulti in una temperatura simmetrica nelle due fasce frenanti 3', 3".

Preferibilmente, l'angolo 12 formato con la fascia 3" non collegata al mozzo o campana centrale 4 è pari da due a sei volte l'angolo 11 formato con la fascia 3' collegata al mozzo o campana centrale 4.

Secondo una forma di realizzazione ancora ulteriore una fascia frenante 3' è integrale al mozzo o campana centrale 4.

Innovativamente il disco per freno a disco oggetto della presente invenzione consente un minore surriscaldamento del disco anche durante un prolungato ed intensivo utilizzo, scongiurando il pericoloso effetto del fading.

Innovativamente, inoltre, l'effetto autoventilante è ugualmente efficace in entrambi i versi di rotazione, rendendo superflua la gestione di due dischi per garantire la medesima performance.

Vantaggiosamente, il trovato permette una distribuzione termica omogenea su entrambe le fasce frenanti ottenuto grazie alla maggiore percentuale di ancoraggio tra l'aletta e la fascia non direttamente collegata al mozzo o campana centrale.

Inoltre, esso consente di minimizzare la formazione di cricche sulle fasce frenanti, con un considerevole vantaggio per la funzionalità, l'affidabilità d'uso ed il comfort per 1'utilizzatore.

Infine, il disco oggetto dell'invenzione diminuisce notevolmente la rumorosità in frenata, soprattutto rispetto ai dischi ad alette dritte della tecnica nota.

Alle forme di realizzazione del disco sopra descritte, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Disco (1) per freno a disco autoventilante del tipo a due fasce frenanti (3', 3"), almeno una (3') delle quali collegata ad un mozzo o campana centrale (4) ad asse di rotazione (X), dove dette fasce frenanti (3', 3") sono parallele tra loro, collegate e distanziate reciprocamente tramite alette (2), dove dette alette si estendono in senso radiale rispetto all'asse di rotazione (X) tra un'estremità interna (2") ed un'estremità esterna (2'), detto disco (1) essendo caratterizzato dal fatto che ogni aletta (2) comprende, partendo dall'estremità interna (2"), un primo tratto radiale (7) ed un secondo tratto inclinato (8) rispetto a detto primo tratto.
2. Disco (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto secondo tratto inclinato (8) si estende fino all'estremità esterna (2') dell'aletta.
3. Disco (1) secondo la rivendicazione 1, in cui ogni aletta (2) termina esternamente con un terzo tratto radiale (9).
4. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui l'ampiezza del primo tratto radiale (7) è pari al 5-20% rispetto all'estensione radiale delle fasce frenanti.
5. Disco (1) secondo la rivendicazione 4, in cui l'ampiezza del primo tratto radiale (7) è pari all'8-10% rispetto all'estensione radiale delle fasce frenanti.
6. Disco (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le estremità interne (2") delle alette sono distribuite lungo una circonferenza interna (5).
7. Disco (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le estremità esterne (2') delle alette sono distribuite lungo una circonferenza esterna (6).
8. Disco (1) secondo le rivendicazioni 6 e 7, in cui dette circonferenze interna (5) ed esterna (6) coincidono sostanzialmente con bordi circolari interno ed esterno che delimitano radialmente le fasce frenanti.
9. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna coppia di alette (2) adiacenti definisce almeno un condotto di raffreddamento (10), che presenta una sezione di passaggio dell'aria radialmente crescente verso l'esterno.
10. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l'inclinazione del tratto inclinato (8) delle alette (2) è tale da garantire l'appoggio di una pastiglia freno su almeno una porzione di due alette (2) adiacenti.
11. Disco (1) secondo la rivendicazione 10, in cui l'inclinazione del tratto inclinato (8) delle alette (2) è tale da garantire l'appoggio di una pastiglia freno su almeno due alette (2) adiacenti.
12. Disco (1) secondo la rivendicazione 10 o il, in cui l'estremità esterna (2") e l'estremità interna (2') di ogni coppia di alette (2) adiacenti sono allineate radialmente.
13. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di contatto delle alette (2) alla fascia frenante (3') collegata al mozzo o campana centrale (4) è inferiore alla superficie di contatto delle alette all'altra fascia frenante (3").
14. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di contatto delle alette (2) alla fascia frenante (3') collegata al mozzo o campana centrale (4) occupa tra il 45% ed il 52% della superficie totale interna di detta fascia (3').
15. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di contatto delle alette (2) alla fascia frenante (3") non collegata al mozzo o campana centrale (4) occupa tra il 52% ed il 60% della superficie totale interna di detta fascia (3").
16. Disco (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ogni aletta è collegata ad ogni fascia frenante attraverso una superficie di raccordo la cui tangente forma un angolo (il, 12) rispetto ad un asse parallelo all'asse di rotazione (X), ed in cui l'angolo (12) formato con la fascia (3") non collegata al mozzo (4) è maggiore rispetto all'angolo (11) formato con la fascia (3') collegata al mozzo (4).
17. Disco (1) secondo la rivendicazione 16, in cui l'angolo (12) formato con la fascia (3") non collegata al mozzo (4) è pari da due a sei volte l'angolo (11) formato con la fascia (3') collegata al mozzo (4).
18. Disco (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ottenuto per fusione.
19. Disco (1) secondo le rivendicazioni 16 e 18, in cui dette superfici di raccordo sono date dalla sformatura del disco fuso.
20. Disco (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui una fascia frenante (3') è integrale al mozzo o campana (4).
21. Disco (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la distribuzione delle alette 2 lungo la circonferenza interna 5 e/o la circonferenza esterna 6 è a passo costante.