CH630448A5

CH630448A5 - Disco di frenatura per freni a disco.

Info

Publication number: CH630448A5
Application number: CH865177A
Authority: CH
Inventors: Antonio Poli
Original assignee: Poli Off Mecc Spa
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1982-06-15
Also published as: BE857052A; AU518374B2; JPS5314269A; NL7708013A; AR210973A1; AU2709877A; FR2359321B1; SE7708233L; DE2733224A1; BR7704826A; IN149417B; GB1584833A; JPS6135414B2; AT379666B; ATA534877A; SE435089B; DE2733224C3; US4132294A; CA1081627A; FR2359321A1

Description

La presente invenzione si riferisce ad un disco di frenatura per freni a disco del tipo comprendente un mozzo da montare sull'albero da frenare nonché due anelli di usura montati amovibilmente su detto mozzo e presentanti opposte facce esterne sulle quali sono destinate ad agire le ganasce del freno.

Il disco di frenatura secondo l'invenzione può trovare le più svariate utilizzazioni, come per esempio nella frenatura di impianti industriali come gru, montacarichi, carrelli trasportatori ecc., di impianti di trasporto come scale mobili, funicolari, telecabine, seggiovie, ascensori ecc., di veicoli industriali e di trasporto sia su strada che su rotaia. Una specifica e rilevante utilizzazione del disco di frenatura secondo l'invenzione è quella per la frenatura di sale ferroviarie e ferrotranviarie dove il mozzo sul quale sono montate le corone di usura può essere calettato sulla sala.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati vari sistemi di freni a disco, con disco di frenatura monoblocco asportabile, con disco di frenatura presentante anelli di usura asportabili realizzati in monoblocco oppure diametralmente suddivisi in due metà asportabili.

In tutti questi casi, per procedere alla sostituzione del disco delle sue parti di usura occorre togliere la sala dal carrello, portarla su una pressa e procedere poi allo smontaggio assiale prima della ruota e delle altre parti che fossero di impedimento e poi del disco freno o delle sue parti di usura.

Queste soluzioni note presentano una serie di difetti.

Le parti componenti del disco di frenatura hanno spesso forme e masse fortemente variabili con effetti negativi sulla trasmissione del calore e sulla distribuzione della temperatura nei transistori termici e con conseguente possibilità di formazione di cricche. Il flusso di ventilazione non è uniforme ed adeguato e si possono verificare notevoli deformazioni da freddo a caldo e durante i transitori termici. Una notevole quantità di calore viene trasmessa dalle superfici attive di frenatura dove per attrito si genera energia termica all'albero su cui il disco di frenatura è montato. Il montaggio è complicato e richiede attrezzi speciali per realizzare la centratura ed il trascinamento degli anelli di usura rispetto al e da parte del mozzo.

La sostituzione delle sole parti di usura è assai difficile poiché si alterano per ossidazione e per deformazioni termiche i sistemi di centratura e di calibratura degli elementi di bloccaggio e di trascinamento, fenomeno che complica l'operazione di sostituzione alla pressa sopra descritta.

Scopo della presente invenzione è quello di migliorare sensibilmente la costruzione, il funzionamento e la manutenzione dei dischi di frenatura rispetto a quelli finora noti, ovviando ai difetti sopra elencati e in particolare rendendo possibile la facile sostituzione delle parti di usura senza dover ricorrere ad attrezzi particolari e senza dover rimuovere anche il mozzo e gli eventuali altri organi montati sull'albero da frenare, come per esempio le ruote di un veicolo ferroviario.

In vista di questo scopo l'invenzione propone un disco di frenatura del tipo inizialmente indicato caratterizzato dal fatto che il mozzo presenta una flangia radiale con superfici di guida assiali e radiali che si estende dal corpo del mozzo, che gli anelli di usura comprendono su ogni lato della flangia una pluralità di settori interspaziati in direzione circonferenziale l'uno dall'altro, che ciascun settore presenta una superficie esterna di frenatura ed una superficie interna munita di alette radiali, che i settori contrapposti sui due lati della flangia sono a coppie fra di loro connessi a formare un corpo unico, e che essi formano canali radiali di ventilazione definiti da dette alette aperti alle loro estremità interne ed esterne, che almeno alcune delle alette hanno delle superfici ribassate per la posa dei settori a cavallo delle superfici di guida della flangia inserita fra detti settori di ogni coppia, e che ciascuna coppia amovibile di settori così connessi in un corpo unico è trascinata dalla flangia rimanendone centrata per mezzo di un singolo elemento amovibile di vincolo che si estende parallelamente all'asse del mozzo nella flangia e in detti settori di ogni coppia.

La connessione in un corpo unico dei due settori di usura contrapposti che formano ogni coppia può essere realizzata in vari modi. È possibile prevedere una connessione stabile per esempio mediante fusione in un sol pezzo dei due settori della coppia oppure mediante saldatura dei due settori s

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della coppia in corrispondenza delle loro alette, ma è anche possibile prevedere una connessione scioglibile per esempio mediante reciproco incastro dei due settori in corrispondenza di loro alette ed usando elementi di unione amovibili come chiavistelli, rivetti, viti, bulloni e simili. Nel primo caso in cui è prevista una connessione stabile il montaggio e lo smontaggio di ogni coppia di settori di usura può essere effettuato in direzione radiale rispetto all'asse del mozzo. Nel secondo caso il montaggio e lo smontaggio di ogni coppia di settori di usura può essere effettuato facilmente con piccolo spostamento laterale rispetto alla flangia del mozzo, naturalmente con gli elementi di unione rimossi, e poi radialmente.

Per la centratura di ogni coppia di settori di usura alla flangia del mozzo è previsto come detto sopra un singolo elemento di vincolo che costituisce anche l'elemento di trascinamento della coppia da parte della flangia. Questo elemento di vincolo può essere costituito per esempio da una chiave, ma esso può anche essere costituito da sporgenze da un lato e da cavità dall'altro lato previste rispettivamente sui settori della coppia e sulla flangia del mozzo o viceversa.

Grazie al fatto che ogni coppia di settori di usura risulta centrata alla flangia del mozzo con un unico elemento di vincolo, ed anche al fatto che tra i settori successivi in direzione circonferenziale è previsto uno spazio libero, i settori di usura sotto l'effetto termico durante l'azione delle ganasce del freno hanno la possibilità di dilatarsi liberamente in tutte le direzioni.

A questo riguardo è opportuno che gli elementi di vincolo sono disposti nella zona in cui le ganasce del freno agiscono sulle opposte superfici esterne dei settori di usura.

Il disco di frenatura secondo l'invenzione sarà in seguito descritto con riferimento ai disegni allegati che ne illustrano alcuni esempi di realizzazione.

La fig. 1 mostra in vista frontale con alcune porzioni asportate un disco di frenatura,

la fig. 2 è una sezione presa secondo la linea II-II di fig. 1, e le figg. 3 e 4 sono analoghe sezioni come la fig. 2 che mostrano due varianti di realizzazione.

Il disco di frenatura illustrato nelle figg. 1 e 2 comprende un mozzo 210 provvisto di una flangia radiale 211 dotata di superfici di guida assiali e radiali che si estende dal suo corpo in un piano perpendicolare al suo asse e che è raccordata opportunamente al corpo del mozzo. Nell'esempio rappresentato il mozzo 210 e la flangia 211 sono realizzati in un sol pezzo, ma essi potrebbero essere costruiti anche in più parti collegate fra loro.

In corrispondenza delle due facce laterali della flangia 211 sono montati due anelli di usura che nell'esempio illustrato sono entrambi costituiti da due semianelli anteriori 212, 213 e due semianelli posteriori 214, 215, secondo un piano radiale 216 coincidente.

Invece di essere costituiti da due semianelli questi anelli di usura potrebbero essere costituiti anche da una pluralità di settori.

È da notare che nel piano di divisione 216 i semianelli sono distanziati fra di loro.

Sulle facce esterne dei semianelli di usura agiscono in modo noto le ganasce del freno non rappresentate, mentre le loro facce interne soino munite di alette radiali 218 e rispettivamente 219 che creano fra di loro canali di ventilazione aperti alle loro estremità interne ed esterne.

Le alette 218, 219 presentano delle superfici ribassate 222, 223, mediante le quali i semianelli sono impegnati a cavallo delle superfici di guida della flangia 211. Perifericamente la battuta di riscontro fra i semianelli contrapposti è ottenuta per mezzo delle superfici frontali 229 di impegno reciproco delle alette 218, 219.

L'unione delle coppie di semianelli contrapposti è ottenuta in questo caso per saldatura dei semianelli affacciati effettuata in corrispondenza delle superfici frontali di impegno 229 delle alette 218, 219 appartenenti rispettivamente ai semianelli anteriori 212, 213 ed ai semianelli posteriori 214, 215.

Al posto di questa saldatura di unione è anche possibile realizzare i due semianelli di ogni coppia, e cioè i semianelli 212 e 215 ed i semianelli 213 e 214, in un unico getto di fusione.

Ogni coppia di semianelli è fissata alla flangia 211 del mozzo 210 mediante un'unica chiave 239 di impegno e di trascinamento, di cui si dirà in seguito. Togliendo questa chiave 239, la relativa coppia di semianelli può essere allontanata dalla flangia 211 in direzione radiale rispetto all'asse del mozzo 210.

Nel caso illustrato, due alette diametralmente opposte dei semianelli anteriori e rispettivamente posteriori presentano ingrossamenti 220, 221 affacciati alla flangia 211, la quale in corrispondenza di questi ingrossamenti presenta delle cavità passanti che, nel presente caso, sono costituite da fori 224. Anche gli ingrossamenti 220, 221 presentano corrispondenti fori passanti 225, 226, che sono coassialmente allineati con i fori 224 della flangia 211 per ricevere le chiavi 239 in modo da realizzare il fissaggio senza spostamento e l'impegno di trascinamento fra la flangia 211 del mozzo 210 ed i semianelli di usura 212-215 e 213-214 per mezzo della loro superficie laterale 227 che è in impegno con le pareti di detti fori 224, 225 e 226.

La concentricità dei semianelli 212 e 213, 214 e 215 viene ulteriormente definita per mezzo di spine 230 inserite in sedi circonferenziali 231, 232 previsti nei semianelli in piani sostanzialmente paralleli alle superfici di frenatura.

Nelle figg. 3 e 4 sono rappresentate delle varianti di realizzazione che riguardano principalmente i mezzi di vincolo dei semianelli di usura alla flangia del mezzo nonché i mezzi di unione che connettono in un corpo unico a coppie i semianelli.

Il disco rappresentato in fig. 3 comprende ancora un mozzo 10 con flangia 11 dotata di superfici di guida assiali e radiali sulla quale sono montati da un lato i semianelli 12, 13 e dal lato opposto i semianelli 14, 15 con le rispettive alette radiali 18 e 19.

Vi sono alette che presentano ingrossamenti 20, 21 affacciati alla flangia 11 creando delle superfici a cavaliere di impegno 22, 23 tra flangia Ile semianelli 12, 13 e rispettivamente 14, 15.

In corrispondenza delle zone di impegno tra gli ingrossamenti 20, 21 dei semianelli e la flangia, quest'ultima presenta delle cavità 24 aperte oppure chiuse in cui trovano alloggio delle sporgenze 25, 26 ricavate dagli ingrossamenti 20, 21. Con le loro superfici laterali queste sporgenze si impegnano con le rispettive pareti laterali delle cavità 24 della flangia 11. Inoltre, le sporgenze 25, 26 si incastrano reciprocamente a mo' di maschio e femmina e presentano superfici coniugate di impegno reciproco, che si estendono cir-conferenzialmente, nonché superfici frontali 29 di impegno reciproco, che giacciono in un piano perpendicolare all'asse del mozzo.

I semianelli anteriori sono uniti a coppie con rispettivi semianelli posteriori mediante viti 30 disposte in corrispondenza delle sporgenze 25, 26. Le viti 30 sono introdotte in fori passanti 31 previsti da un lato e sono avvitate in fori ciechi 32 previsti dall'altro lato.

Tra i semianelli anteriori e posteriori ed il mozzo 10 con la sua flangia 11 sono formate delle bocche continue circonferenziali 33, mentre perifericamente si creano delle bocche 34. Per effetto della rotazione del mozzo e dei semianelli

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di usura da esso trascinati, dell'aria viene aspirata attraverso le bocche 33 e lambendo le facce della flangia 11 e le facce aiettate interne dei semianelli esce attraverso le bocche esterne 34 seguendo i due percorsi indipendenti indicati in fig. 3 con le frecce 35. Questa circolazione d'aria, in controcorrente con il flusso termico che dalla periferia dei semianelli di usura va verso il centro, garantisce una efficace ed uniforme asportazione del calore.

Il mozzo 10 è munito inoltre di un foro filettato 36 per il collegamento con un sistema di lubrificazione ad olio in pressione in un canale 37 previsto nel foro del mozzo stesso.

I due anelli di usura, formati ciascuno da due semianelli uniti a coppie di semianelli contrapposti, grazie al reciproco incastro a maschio e femmina delle sporgenze 25, 26 dei se-mianelli accoppiati con le superfici coniugate circonferen-ziali di impegno e con le battute di riscontro in corrispondenza delle superfici frontali di impegno 29, costituiscono un complesso di due coppie di semianelli ciascuna vincolata da una vite 30. Ogni coppia di semianelli è guidata assialmente rispetto alla flangia 11 per mezzo delle superfici di contatto 22, 23 e ne viene centrata e trascinata grazie all'impegno delle sporgenze 25 e 26 nella cavità 24 della flangia 11 con l'impegno tra le loro superfici laterali e le pareti laterali di detta cavità.

Lo smontaggio dei semianelli accoppiati di usura dalla flangia del mozzo, dovunque quest'ultimo sia calettato, ed il loro rimontaggio nell'esatta posizione centrata possono essere ottenuti con la massima facilità e rapidità, senza bisogno di attrezzi speciali, togliendo e rispettivamente riavvitando semplicemente le viti 30.

II disco di frenatura rappresentato in fig. 4 comprende anche un mozzo 110 con flangia raccordata 111 dotata di superfici di guida assiali e radiali che è inserita fra i due anelli di usura alettati, suddivisi anche in questo caso in due semianelli anteriori 112, 113, e due semianelli posteriori

114,115, muniti sulle loro facce interne di alette radiali di ventilazione 118 e rispettivamente 119. Fino alla circonferenza esterna della flangia 111 queste alette sono ribassate e si trovano impegnate a cavallo della flangia stessa con le loro superfici 122 e 123. Perifericamente, la battuta di riscontro fra gli opposti semianelli è ottenuta per mezzo delle superfici frontali 129 di impegno reciproco delle rispettive alette 118 e 119.

Nella zona periferica le alette 118 e 119 presentano delle sedi 131, 132, a forma di L nell'esempio illustrato, che sono disposte su una circonferenza delle alette stesse. Sono previsti due chiavistelli semicircolari 130 che, a distanze regolari corrispondenti alle distanze circonferenziali delle alette 118, 119 in corrispondenza delle sedi 131, 132, sono dotati di denti 138, per cui nelle zone provviste di detti denti i chiavistelli assumono una sezione trasversale a U (vedi fig. 4 a destra), mentre nelle zone intermedie fra i denti hanno una sezione trasversale rettangolare (fig. 4 a sinistra). Quando i chiavistelli 130 si trovano nella posizione rappresentata, i loro denti 138 sono inseriti nelle sedi 131, 132 a forma di L delle alette 118, 119, per cui bloccano fra di loro a coppie i semianelli anteriori e posteriori. Spostando circonferenzial-mente i chiavistelli 130 (le cui estremità sono opportunamente distanziate) in modo che i loro denti 138 escano dalle sedi 131,132 nelle alette 118,119, i semianelli vengono sbloccati e possono essere smontati. Ruotando i chiavistelli nel senso opposto si ottiene il ribloccaggio a coppie dei semianelli. I chiavistelli 130, che possono essere muniti di arresti di sicurezza (non illustrati), con le loro superfici circonferenziali 128 di contatto con le pareti circonferenziali delle sedi 131, 132 contribuiscono anche a definire ulteriormente la concentricità dei semianelli 112 e 113,114 e 115.

Per ogni coppia di semianelli una delle alette 118, 119 presenta degli ingrossamenti 120, 121 affacciati, come le alette stesse, alla flangia 111. Ognuno di questi ingrossamenti è dotato di una cavità cieca 125 e rispettivamente 126.

In corrispondenza delle zone di impegno tra gli ingrossamenti 120, 121 e la flangia 111 del mozzo 110, la flangia presenta delle cavità passanti 124 aperte oppure chiuse.

Sono previste delle chiavi indipendenti 139 che comprendono una parte centrale prismatica e due opposte parti cilindriche. Queste chiavi 139 sono inserite con la loro parte centrale nelle cavità 124 della flangia 111, mentre le loro parti estreme sono alloggiate nelle cavità cieche 125,126 ricavate negli opposti semianelli. In questo modo le chiavi 139 realizzano la centratura e l'impegno di trascinamento fra la flangia 111 del mozzo 110 e i semianelli di usura 112 e 113, 114 e 115 per mezzo delle superfici laterali delle loro parti centrali che sono a contatto con le rispettive pareti laterali delle cavità 124 della flangia e per mezzo dell'impegno delle loro parti estreme nelle cavità cieche 125,126.

La ventilazione ed il raffreddamento del mozzo 110 con la sua flangia 111 e degli anelli di usura sono realizzati in modo analogo come nei precedenti esempi mediante bocche circonferenziali 133 di entrata dell'aria e bocche periferiche 134 di uscita dell'aria che circola seguendo i due percorsi indipendenti indicati in fig. 4 con le frecce 135.

Il disco di frenatura realizzato in conformità ai criteri della presente invenzione ovvia in larga misura ai difetti dei sistemi noti. Non si hanno notevoli variazioni di forma e di massa, è assicurata la stabilità di forma da freddo a caldo e durante i transitori termici, la trasmissione di calore per conduzione all'albero è ridotta al minimo sia per la grande superficie radiante della flangia del mozzo sia per la razionalità del sistema di centratura e di trascinamento disposto lungo la zona di frenatura. Le difficoltà di sostituzione degli anelli di usura sono del tutto annullate, in quanto il mozzo non subisce alterazioni di centratura per deformazioni termiche data la sua completa simmetria. Il sistema essendo autocentrante non è influenzato da eventuali ossidazioni del mozzo.

La ventilazione del disco di frenatura di tipo centrifugo mediante due flussi d'aria provenienti da bocche indipendenti, percorrenti canali indipendenti e in controcorrente con il flusso termico, consente un notevole miglioramento di rendimento nel raffreddamento del disco di frenatura rispetto ai sistemi finora adottati e ostacola la trasmissione di calore dalle superfici frenanti all'albero sul quale il mozzo è calettato.

Il disco di frenatura secondo la presente invenzione assicura quindi massima affidabilità, costanza di forma nel tempo anche per quanto riguarda le deformazioni termiche e grande facilità di smontaggio e sostituzione delle parti di usura senza necessità di rimozione del mozzo o di altri organi ad esso coassiali e di impiego di attrezzature speciali. La realizzazione del disco di frenatura secondo la presente invenzione non è limitata comunque alle forme esemplificative illustrate che possono subire numerose variazioni a portata del tecnico del ramo.

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1. Disco di frenatura per freni a disco, comprendente un mozzo da montare sull'albero da frenare nonché due anelli di usura montati amovibilmente su detto mozzo e presentanti opposte facce esterne sulle quali sono destinate ad agire le ganasce del freno, caratterizzato dal fatto che il mozzo (210) presenta una flangia radiale (211) con superfici di guida assiali e radiali che si estende dal corpo del mozzo, che gli anelli di usura comprendono su ogni lato della flangia (211) una pluralità di settori (212, 213; 214, 215) inter-spaziati in direzione circonferenziale l'uno dall'altro, che ciascun settore presenta una superficie esterna di frenatura ed una superficie interna munita di alette radiali (218, 219), che i settori contrapposti (212-215, 213-214) sui due lati della flangia (211) sono a coppie fra di loro connessi a formare un corpo unico, e che essi formano canali radiali di ventilazione definiti da dette alette aperti alle loro estremità interne ed esterne, che almeno alcune delle alette (218, 219) hanno delle superfici ribassate (222, 223) per la posa dei settori a cavallo (delle superfici di guida della flangia 211) inserita tra detti settori di ogni coppia, e che ciascuna coppia amovibile di settori così connessi in un corpo unico

è trascinata dalla flangia (211) rimanendone centrata per mezzo di un singolo elemento amovibile di vincolo (239; 25, 26; 139) che si estende parallelamente all'asse del mozzo (210) nella flangia e in detti settori di ogni coppia.

2. Disco di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti elementi di vincolo (239) sono disposti nella zona di cui le ganasce del freno agiscono sulle opposte superfici esterne dei settori di usura (212-215).

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RIVENDICAZIONI

3. Disco di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti elementi di vincolo (239) sono inseriti in fori passanti allineati (224-226) della flangia (211) e dei settori (213-214; 212-215) di ciascuna coppia di settori.

4. Disco di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i settori (212-213, 214-215) successivi in direzione circonferenziale su ogni lato della flangia (211) sono ulteriormente collegati tra di loro a mezzo di spine (230) inserite con le loro estremità in fori (231, 232) ricavati in settori adiacenti in piano sostanzialmente paralleli alle superfici di frenatura.

5. Disco di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i settori contrapposti (212-215, 213-214) di ogni coppia di settori sono fusi in un sol pezzo.

6. Disco di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i settori contrapposti (212-215, 213-214) di ogni coppia di settori sono saldati insieme in corrispondenza delle loro alette (218, 219).

7. Disco di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i settori contrapposti di ogni coppia di settori sono tra di loro incastrati (25, 26; 131, 132)

in corrispondenza di loro alette ed uniti mediante elementi di unione (30; 130) amovibili.