ITTO20060253A1 - Freno a tamburo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Freno a tamburo”

DESCRIZIONE

L’invenzione si riferisce ad un freno a tamburo del tipo comprendente due ceppi con guarnizioni d’attrito montati in modo scorrevole su un piatto secondo due direzioni radiali sostanzialmente opposte tra rispettive pareti di guida affacciate a coppie e solidali al piatto, e mezzi di azionamento per spingere i ceppi contro un rotore a tamburo in risposta ad un comando di frenata.

Per una migliore comprensione dello stato della tecnica e dei problemi ad essa inerenti, verrà dapprima descritto un freno a tamburo di tipo tradizionale, illustrato nella figura 1. Riferendosi alla figura 1, con 10 è indicato nel suo insieme un freno a tamburo di tipo noto comprendente un piatto discoidale 11 atto ad essere fissato ad un braccio della sospensione di un veicolo, una ganascia primaria 12 ed una ganascia secondaria 13 aventi rispettive prime estremità 12a, 13a tra le quali è interposto un cilindro di azionamento 14, e seconde estremità 12b, 13b tra le quali è interposto un elemento di reazione 15 solidale al piatto 11. Il freno comprende inoltre un rotore a tamburo, non rappresentato, solidale al mozzo della ruota e che circonda con gioco le ganasce 12, 13.

Ciascuna ganascia 12, 13 è composta da un supporto rìgido 20 a forma di mezza luna, una fascia 21 saldata o rivettata sulla parte radialmente esterna del supporto 20 ed una guarnizione d’attrito 22 applicata sulla parte radialmente esterna alla fascia 21 , la guarnizione potendo venire a contatto con il tamburo durante una frenata. Le seconde estremità 12b, 13b delle ganasce 12, 13 sono mantenute in appoggio all'elemento di reazione 15 per mezzo di una molla di collegamento 17.

Il freno a tamburo comprende inoltre un mezzo di richiamo 18 delle ganasce verso il centro del piatto 11 e formato in parte da due elementi elastici ed un traversino 19 disposto parallelamente all’asse del cilindro di azionamento 14. Al traversino 19 sono associati noti mezzi 22 di recupero dell’usura delle guarnizioni. Il traversino 19 è mantenuto a contatto delle ganasce 12, 13 da rispettive molle di ritegno (non rappresentate).

Il cilindro di azionamento 14 è comandato idraulicamente da un pedale freno per allontanare le prime estremità 12a, 13a delle ganasce sollecitandole verso il tamburo esterno.

Durante una frenata, con il tamburo in rotazione nel senso indicato della freccia F, si possono distinguere quattro sforzi che si applicano a ciascuna ganascia. Per brevità si descrìveranno qui solo le forze agenti sulla ganascia primaria 12. Una prima forza detta forza di ingresso Fe è applicata nella zona di contatto tra il cilindro 14 e la prima estremità 12a della ganascia 12, una seconda forza detta forza di applicazione Fa è applicata nella zona di contatto della guarnizione 22 con il tamburo, una terza forza detta forza di frenata Ff è applicata nel punto di contatto della seconda estremità 12b della ganascia con l’elemento di reazione 15 ed una quarta forza, detta forza di reazione Fr, è applicata anch’essa nel punto di contatto della seconda estremità 12b della ganascia con l'elemento di reazione 15 (punto fisso).

Il fatto che la forza di frenata Ff, la forza di reazione Fr si applicano in uno stesso punto favorisce il cosiddetto autobloccaggio per avvolgimento della ganascia primaria sul tamburo, il che provoca un'usura precoce della relativa guarnizione e rende la coppia di frenata instabile.

La presente invenzione si prefigge quindi lo scopo di realizzare un freno a tamburo perfezionato, affrontando in via principale il problema di ottimizzare la distribuzione delle forze e reazioni che si verificano durante la frenatura per migliorare l'affidabilità del freno ed evitare l’autobloccaggio come sopra citato.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito sono raggiunti, secondo la presente invenzione da un freno a tamburo avente le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni annesse.

Verranno ora descritte alcune forme di realizzazione preferite, ma non limitative, di un freno a tamburo secondo l'invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista semplificata in elevazione, parzialmente sezionata, di un freno a tamburo secondo l'invenzione;

la figura 2 è una vista in sezione assiale secondo la traccia ll-ll nella figura 1 ;

la figura 3 è una vista in elevazione di un componente del freno a tamburo delle figure 1 e 2;

la figura 4 è una vista in sezione secondo la traccia IV-IV nella figura 3;

la figura 5 è una vista laterale di un componente del freno a tamburo, in una sua forma di realizzazione alternativa a quella delle figure 3 e 4;

la figura 6 è una vista in elevazione parziale di un tamburo secondo l’invenzione con il componente della figura 5, sezionato secondo la traccia VI-VI nella figura 5;

le figure 7-9 illustrano varianti di una bielletta del freno secondo l’invenzione;

le figure 10 e 11 sono viste prospettiche di due ceppi con guarnizione d’attrito per un freno secondo l’invenzione;e

le figure 12 e 13 mostrano un elemento elastico associabile al componente della figura 3; e

la figura 14 è una vista semplificata in elevazione di un freno a tamburo di un tipo noto.

Facendo ora riferimento alle figure 1 e 2, un freno a tamburo secondo l’invenzione comprende un piatto di supporto 10 fissabile ad un braccio (non illustrato) della sospensione di un veicolo a motore. Due ceppi 20 opposti secondo una direzione diametrale X-X sono montati scorrevoli lungo questa direzione tra due rispettive coppie di pareti di guida affacciate 41 a, 41 b e 51 a, 51 b sporgenti assialmente dal piatto 10. Nell'esempio delle figure 1-4, le suddette coppie di pareti di guida sono formate da rispettive colonne parallele 41, 51, le cui basi sono solidali al piatto 10, ad esempio per mezzo di bulloni 46 (figura 2), mentre le loro estremità distanti dal piatto sono rigidamente collegate Cuna all’altra mediante un tirante 60, la cui funzione sarà spiegata più avanti. In alternativa, come illustrato nelle figure 5 e 6, una coppia di pareti di guida 41 a, 41 b può essere formata da un corpo 45 (ad esempio di lamiera metallica) che forma, oltre alle suddette pareti affacciate, anche una base 42 con fori 43 per il fissaggio al piatto 10 ed una porzione a tirante 60 che collega rìgidamente le estremità delle pareti 41 a, 41 b distanti dal piatto 10.

Ciascun ceppo 20 è munito di una guarnizione freno 21 fissata preferìbilmente per stampaggio o per incollaggio, su un rispettivo supporto rìgido 22 formato a partire da una piastra metallica piegata a C in modo tale da formare una coppia di ali laterali parallele 23, 24 che si estendono da una porzione radialmente esterna 25, convessa ed arcuata con curvatura corrispondente a quella di un tamburo 80, illustrato solo parzialmente e solidale in rotazione alla ruota del veicolo secondo il senso della freccia F nella figura 1. Le guarnizioni 21 sono fissate su superfici cilindriche esterne delle porzioni di supporto arcuate 25 (figure 1 e 6). Le ali laterali 23, 24 presentano una coppia di superfici parallele opposte 26a, 26b (figure 10 e 11) atte ad essere interposte e guidate radialmente tra le pareti di guida 41 a, 41 b e 51 a, 51 b mantenendo una libertà di traslazione radiale. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni indicanti posizioni ed orientamenti, quali “assiale", “radiale” si intendono riferiti all’asse di rotazione centrale del tamburo 80.

L’estensione angolare A di ciascun ceppo 20 può essere compresa tra 40° e 80°, questo esempio numerico non essendo limitativo. L'estensione angolare A è vantaggiosamente minore di quella di un ceppo di freno a tamburo classico, cosa che permette di diminuire considerevolmente il volume delle guarnizioni d’attrito 21 conservando tuttavia una durata sensibilmente equivalente. Questa diminuzione di volume della guarnizione in rapporto ad un freno a tamburo tradizionale può indicativamente raggiungere il 60%.

Per esercitare un’azione frenante, sollecitando i ceppi verso la superficie cilindrica interna del tamburo, è previsto un gruppo di azionamento comprendente un cilindro idraulico 30 ed una coppia di leveraggi 31 interposti tra il cilindro idraulico e i rispettivi ceppi 20; ciascun leveraggio comprende una leva 32 ed una bielletta 33. Il cilindro idraulico, quando azionato, allontana in direzioni opposte una coppia di pistoni 34 agenti su prime estremità 32a delle leve 32, le quali hanno seconde estremità 32b articolate su perni assiali 35 solidali al piatto 10.

In una posizione intermedia tra i punti di articolazione ai perni 35 e i punti di contatto con i pistoni 34, e preferibilmente in una posizione compresa tra la metà delle leve e 1/3 della distanza rispetto ai perni 35, ciascuna leva 32 presenta un perno 36 per l'articolazione alla relativa bielletta 33 accoppiata in rapporto di spinta al rispettivo ceppo 20. Negli esempi illustrati nei disegni, le biellette 33 hanno teste di estremità radialmente esterne arcuate 33a che appoggiano contro superfici radialmente interne 25a delle porzioni arcuate 25 dei supporti 22 al fine di sollecitare i ceppi 20 in direzioni sostanzialmente radiali. Le biellette possono essere vincolate ai ceppi 20 mediante uno o più perni 37, come illustrato ad esempio nelle figure 7 e 9, o con elementi elastici di ritegno (non rappresentati).

Una leva 70 di comando del freno a mano è articolata su un asse 71 infulcrato sulla leva 32 in vicinanza della sua estremità 32a. L’estremità 72 della leva 70 opposta all’asse 71 è ripiegata per facilitare l'aggancio di un cavo di trazione (non rappresentato) che passa su una guida 73 fissata sul piatto 10.

Un traversino 74 è previsto tra la leva 70 e le due leve 32, 32 per limitare la corsa di richiamo delie estremità 32a l'una verso l’altra sotto l'azione di un primo mezzo elastico di richiamo 75 teso tra zone vicine a queste estremità. Al traversino 74 è preferibilmente associato un dispositivo 76 di recupero automatico di usura delle guarnizioni freno atto a modificare automaticamente la lunghezza del traversino stesso al fine di compensare l’usura delle guarnizioni freno.

Il funzionamento del freno a tamburo delle figure 1 e 2 è illustrato qui di seguito. Si suppone che il tamburo 80 giri nel senso della freccia F. Azionando i freni, del liquido in pressione è inviato nel cilindro 30 tra i pistoni 34 che si allontanano l’uno dall’altro spingendo le estremità 32a delle leve 32. Queste leve ruotano rispettivamente sui perni 35 ed esercitano una spinta prevalentemente radiale, tramite le biellette 33 contro i supporti 22 dei ceppi associati. Ciascun ceppo scorre radialmente tra la rispettiva coppia di pareti di guida 41 a, 41 b, 51, 51 b e va ad appoggiarsi contro la superficie interna del tamburo 80 per esercitare la frenata.

Una reazione di attrito agente sulla guarnizione 21 applicata sul bordo di uscita, secondo il senso della freccia F, spinge in battuta i supporti 22 contro le pareti di guida 41 a e 51 a, rispettivamente. Il ceppo 22 applica allora contro la parete di guida 41 a, uno sforzo di frenata Ff secondo il senso della freccia Ff. Una forza di reazione Fr si applica quindi secondo la freccia Fr sull’estremità 32b della leva 32 contro il perno 35. Di conseguenza, lo sforzo di frenata Ff e lo sforzo di reazione Fr si applicano in due punti distinti, aumentando notevolmente la stabilità della coppia di frenata.

Per effetto della leva 32, e a seconda della distanza del perno 36 dal perno fisso 35, lo sforzo applicato dal pistone 34 all’estremità 32a della leva 32 è raddoppiata o triplicata al livello dei perni 36 e delle superfici d’appoggio 25a delle biellette 33 contro i ceppi 20. Il lavoro in compressione dei due ceppi permette di diminuire il volume del materiale d'attrito in rapporto ad un freno a tamburo classico nel quale uno dei ceppi è compresso e l’altro è tirato o teso.

Secondo l'invenzione, gli sforzi sono meglio ripartiti sul piatto 10 e la stabilità della coppia di frenata è migliorata grazie soprattutto al fatto che le pareti di guida affacciate 41 a, 41 b e 51 a, 51 b di ciascuna coppia sono rigidamente collegate l’una all'altra alle loro estremità distanti dal piatto 10, mediante il rispettivo tirante 60 capace di trasferire parte degli sforzi di frenata Ff dalla parete 41 a, 51 a disposta a valle (considerando il senso di rotazione della ruota frenata) alla parete 41 b, 51 b disposta a monte.

Facendo infine riferimento alle figure 12 e 13, con il numero di riferimento 44 è indicato un elemento elastico atto ad essere montato a scatto (o fissato in altro modo) su una delle colonne 41 ; l’elemento elastico presenta una o più porzioni flessibili 44a atte a sollecitare elasticamente il ceppo 20 verso la colonna opposta che presenta l’altra superfìcie di guida 41 b, al fine di annullare giochi in senso tangenziale tra i ceppi e le superfìci 41 a e 41 b (o 51 a e 51 b) che potrebbero generare rumore a causa delle vibrazioni cui è soggetto il veicolo.

Si intende che l'invenzione non è limitata alle forme di realizzazione qui descritte ed illustrate, che sono da considerarsi come esempi di attuazione del freno a tamburo. L’invenzione è invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento, nonché materiali usati, come risulterà agli esperti del settore.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Freno a tamburo comprendente due ceppi (20) con guarnizioni d’attrito (21) montati in modo scorrevole su un piatto (10) secondo due direzioni radiali sostanzialmente opposte tra rispettive pareti di guida (41 a, 51 a; 41 b; 51 b) affacciate a coppie e solidali al piatto (10), mezzi di azionamento per spingere i ceppi (20) contro un rotore a tamburo (80) in risposta ad un comando di frenata, caratterizzato dal fatto che le pareti di guida (41 a, 51a; 41 b; 51b) di ciascuna coppia sono rigidamente collegate l'una all’altra da un rispettivo tirante (60).
2. 2. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 1 , in cui le pareti di guida (41 a, 51 a; 41 b; 51 b) hanno ciascuna una porzione di base fissata o solidale al piatto (10) ed una porzione di estremità distanziata dal piatto, caratterizzato dal fatto che i tiranti (60) collegano rigidamente le pareti di guida di ciascuna coppia estremità in corrispondenza di dette porzioni di estremità.
3. 3. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna coppia di pareti di guida affacciate ed il relativo tirante che le collega sono formati da un singolo corpo rigido (45).
4. 4. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il corpo rigido (45) è fatto di lamiera metallica.
5. 5. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il corpo rigido (45) forma inoltre una base provvista di mezzi o sedi per il fissaggio al piatto.
6. 6. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di azionamento comprendono, per ciascun cep po (20), un leveraggio (31) interposto tra un cilindro idraulico (30) ed il rispettivo ceppo (20), dove il leveraggio include una leva (32) avente una prima estremità (32a) impegnata con il cilindro idraulico (30) ed una seconda estremità (32b) incernierata ad un perno (35) solidale al piatto (10), una bielletta (33) articolata alla leva (32) in un punto (36) intermedio tra dette estremità (32a, 32b) ed associata in rapporto di spinta contro una parete (25a) del ceppo (20) rivolta in direzione radialmente interna.
7. 7. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che le biellette (33) hanno porzioni di estremità radialmente esterne arcuate (33a) che appoggiano contro superfici radialmente interne arcuate (25a) dei ceppi (20).
8. 8. Freno a tamburo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il punto di articolazione (36) è situato ad una distanza dal perno (35) non superiore a circa la metà della distanza tra le estremità (32a, 32b) della leva.
9. 9. Freno a tamburo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun ceppo (20) comprende un rispettivo supporto rigido (22) formato a partire da una piastra metallica piegata a C in modo tale da formare una coppia di ali laterali parallele (23, 24) che presentano una coppia di superfici parallele opposte (26a, 26b) atte ad essere interposte e guidate radialmente tra le pareti di guida (41 a, 41 b, 51 a, 51 b).
10. 10. Freno a tamburo secondo le rivendicazioni 6 e 9, caratterizzato dal fatto che ciascun Ceppo (20) comprende una porzione radialmente esterna (25), arcuata e convessa in direzione radialmente esterna atta ad essere sollecitata a spinta da una rispettiva bielletta (33).
11. 11. Freno a tamburo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ad almeno una (41 a) delle pareti di guida di ciascuna coppia di pareti di guida è associato un elemento (44) atto a sollecitare elasticamente il ceppo (20) verso la parete di guida opposta (41 b).