IT201800003596A1 - Disco freno ventilato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“DISCO FRENO VENTILATO”

La presente invenzione riguarda il campo tecnico dei sistemi frenanti. In particolare, la presente invenzione riguarda un disco freno ventilato.

Sono noti freni a disco con dischi ventilati (o autoventilanti) in cui la fascia frenante è composta da due dischi sostanzialmente identici, affacciati e uniti solidalmente in modo da essere separati da un’intercapedine entro cui l’aria è libera di circolare.

A differenza dei dischi freno pieni, in cui durante la frenata le pinze agiscono su entrambe le facce del disco, nei dischi freno autoventilati le pinze agiscono sulle facce esterne dei due dischi sopra menzionati.

Questo tipo di dischi offre il vantaggio di aumentare notevolmente la superficie di scambio termico convettivo con l’aria esterna, facilitando notevolmente il raffreddamento ed aiutando a prevenire danni e inconvenienti legati al surriscaldamento.

Sono stati inoltre sviluppati e realizzati dischi freno ventilati in cui apposite guide sono ricavate nello spazio tra i due dischi in modo da sfruttare la rotazione degli stessi per determinare un flusso centrifugo tra di essi, in modo analogo a quanto avviene nei compressori centrifughi, per migliorarne la convezione.

Nonostante il consistente miglioramento nelle prestazioni termiche rispetto ai dischi freno pieni, questo tipo di prodotti soffre ancora di alcuni inconvenienti legati al tipo di flusso che si instaura tra i due dischi. Per flussi laminari, infatti, il fluido è organizzato a strati che si muovono a velocità maggiore in allontanamento dalla parete e, di conseguenza, gli strati prossimi alla parete da raffreddare convettivamente sono responsabili della rimozione di calore ma sono essi stessi soggetti ad un conseguente aumento di temperatura. La quantità di calore che possono sottrarre alla parete è quindi limitata dalla quantità di calore che possono smaltire per conduzione trasmettendola agli strati più lontani.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un disco freno ventilato che superi almeno alcuni degli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, è scopo della presente invenzione mettere a disposizione un disco freno ventilato in grado di migliorare le caratteristiche convettive del flusso di raffreddamento rispetto ai dischi freno noti, aumentando l’efficacia dello smaltimento di calore.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un disco freno ventilato, comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un disco freno ventilato.

Tale descrizione verrà esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali:

- la figura 1 è una vista frontale di un disco freno ventilato realizzato in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2A mostra una vista in sezione del disco freno ventilato di figura 1 tagliato lungo la traccia II-II.

- la figura 2B mostra una vista in sezione di una differente forma realizzativa del disco freno ventilato di figura 1;

- La figura 3A mostra un particolare ingrandito di figura 2A;

- La figura 3B mostra un particolare ingrandito di figura 2B;

- La figura 4 mostra un dettaglio in sezione secondo un piano radiale del disco freno di figura 1.

Con riferimento alle figure, un disco freno ventilato in accordo con la presente invenzione è indicato genericamente con 1.

Il disco freno 1 comprende due parti anulari 2 separate da un’intercapedine 3. Entrambe le parti anulari 2 presentano una superfice frenante 2a, disposta verso l’esterno del disco freno 1, sulla faccia opposta rispetto all’intercapedine 3.

Una pluralità di alette 4 è disposta nell’intercapedine 3 per unire reciprocamente le parti anulari 2. Per alette si intende in questa descrizione dei corpi affusolati dotati di una linea di sviluppo principale “S”, rettilinea o curva, in grado di deviare un flusso d’aria in movimento quando immerse in esso e di scambiare con esso forze di portanza. Inoltre, le alette 4 presentano una struttura adeguata all’unione strutturale delle due parti anulari 2, configurata per garantire la rigidità del disco freno 1 durante l’uso.

Preferibilmente, la linea di sviluppo principale “S” di ciascuna aletta 4 giace in una sezione parallela al piano medio dell’intercapedine 3, rappresentato dalla traccia II-II di figura 1.

Ciascuna aletta 4 è inoltre delimitata da una superficie esterna esposta al flusso d’aria, che viene convenzionalmente suddivisa in due ulteriori superfici, dette dorso 4a e ventre 4b, tra loro separate (in sezione) dalla linea di sviluppo principale “S” dell’aletta 4. In particolare il dorso 4a è, delle due superfici, quella dotata di maggiore convessità media (intesa come convessità media misurata lungo tutta la corda dell’aletta 4), mentre il ventre 4b è quella dotata di minore convessità media o avente profilo mediamente concavo (sempre intesa come concavità media misurata lungo tutta la corda dell’aletta 4).

Nel disco freno 1 oggetto della presente descrizione, le alette 4 sono disposte in modo da definire, insieme alle parti anulari 2, una pluralità di canali di ventilazione 5 centrifughi, ciascuno delimitato da un dorso 4a di un’aletta 4 e dal ventre 4b di un’aletta 4 adiacente. Vantaggiosamente, la struttura dei dischi freno 1 così realizzati è configurata per determinare un flusso d’aria nei canali di ventilazione 5 per il raffreddamento convettivo delle superfici affacciate su di essi. In particolare il flusso d’aria centrifugo all’interno del disco freno 1 è generato sfruttando gli stessi principi di compressori centrifughi.

Vantaggiosamente, il disco freno 1 definisce, in corrispondenza delle alette 4 o delle parti anulari 2 (o di entrambe), delle superfici di disturbo affacciate sui canali di ventilazione 5 e configurate per determinare turbolenza nel flusso di raffreddamento interno ad essi.

In una forma realizzativa, le suddette superfici di disturbo sono determinate da un profilo irregolare dei dorsi 4a e/o dei ventri 4b delle alette 4. In particolare le superfici di disturbo sono determinate da una configurazione delle alette 4 in cui i dorsi 4a e/o i ventri 4b presentano diverse superfici di geometria localmente convessa succedute a superfici di geometria localmente concava (intese come concavità e convessità locali della porzione di superficie in oggetto), in modo da non influenzare la convessità o la concavità totale della singola superficie nel suo complesso e determinare successivi cambi di direzione per un flusso che scorre su di essa. In particolare, in una prima forma realizzativa illustrata in figure 2A e 3A, i dorsi 4a delle alette 4 presentano una geometria a concavità variabile come descritto sopra, mentre i ventri 4b presentano una geometria convenzionale. In una seconda forma realizzativa illustrata in figure 2B e 3B, invece, sia i ventri 4a che i dorsi 4b delle alette 4 presentano geometria a concavità variabile.

Preferibilmente, nella seconda forma realizzativa, le alette 4 hanno spessore sostanzialmente costante rispetto alla loro linea di sviluppo principale “S”, come illustrato in figura 3B, e la linea di sviluppo principale “S” è curva e dotata di raggio e direzione di curvatura variabile lungo la corda.

Nelle soluzioni realizzative illustrate, le alette 4 sono suddivise in una serie di alette radialmente interne 41 e una serie di alette radialmente esterne 42, entrambe circolarmente distribuite rispetto al centro “C” del disco freno 1 e disposte in modo tale che la distanza dal centro “C” della serie di alette radialmente esterne 42 è maggiore rispetto alla distanza dal centro “C” della serie di alette radialmente interne 41. Le alette radialmente interne 41 definiscono rispettivi canali di ventilazione radialmente interni 51, e le alette radialmente esterne 42 definiscono rispettivi canali di ventilazione radialmente esterni 52, in modo che il flusso di raffreddamento scorra dai canali di ventilazione radialmente interni 51 verso i canali di ventilazione radialmente esterni 52.

Preferibilmente, le alette radialmente esterne 42 sono disallineate rispetto alle alette radialmente interne 41 in modo da ostruire parzialmente la sezione d’uscita dei canali di ventilazione radialmente interni 51 e determinare un elemento di perturbazione del flusso di raffreddamento, come illustrato in figura 3B.

Preferibilmente, nel piano medio dell’intercapedine 3, l’estremità delle alette radialmente interne 41 più lontana dal centro “C” del disco freno 1 è sostanzialmente tangente a una circonferenza centrata sul suddetto centro “C” e l’estremità di delle alette radialmente esterne 42 più vicina al centro “C” è sostanzialmente tangente alla circonferenza, in modo che le alette radialmente interne 41 presentino una porzione di estremità disposta in corrispondenza di una sezione d’ingresso dei canali di ventilazione radialmente esterni 52 e che le alette radialmente esterne 42 presentino una porzione di estremità disposta in corrispondenza di una sezione d’uscita dei canali di ventilazione radialmente interni 51.

Preferibilmente, ciascuna aletta 4 presenta uno spessore compreso tra mm 1 e mm 5, ancor più preferibilmente tra mm 2 e mm 4, misurato parallelamente al piano medio dell’intercapedine 3 e perpendicolarmente alla linea di sviluppo principale “S” della rispettiva aletta 4.

Ad esempio, ciascuna aletta 4 presenta spessore mm 3 in corrispondenza di una sua sezione mediana e mm 3,5 in corrispondenza delle parti anulari 2.

In almeno una forma realizzativa, il disco freno 1 in accordo con la presente invenzione comprendente una pluralità di elementi in rilievo 6, disposti nei canali di ventilazione 5 e definenti almeno in parte le summenzionate superfici di disturbo. In particolare, questa caratteristica può essere efficacemente implementata sia singolarmente, ovvero su un disco freno 1 ventilato presentante alette con geometria convenzionale, oppure in combinazione con le alette 4 e i canali di ventilazione 5 sopra descritti.

Preferibilmente, gli elementi in rilievo 6 sono protrusioni superficiali di almeno una delle parti anulari 2, realizzati di pezzo insieme ad esse, e per esempio hanno forma sostanzialmente semisferica, come illustrato in figura 4 e altezza, misurata in allontanamento dalla rispettiva parte anulare 2, compresa tra mm 1 e mm 3, ad esempio possono essere alti mm 2. Preferibilmente, gli elementi in rilievo 6 sono protrusioni superficiali di entrambe le parti anulari 2 e ancora più preferibilmente sono simmetricamente disposti rispetto al piano medio dell’intercapedine 3 tra di esse.

Nelle forme realizzative illustrate, gli elementi in rilievo 6 sono circolarmente distribuiti attorno al centro “C” del disco freno 1 e organizzati in serie successive, in particolare cinque, in cui ciascuna serie di elementi in rilievo 6 presenta differente distanza dal centro “C” rispetto alle altre. Nella soluzione realizzativa illustrata in figure 2A, 2B, 3A e 3B, la distanza radiale tra serie successive è costante.

Preferibilmente, i canali di ventilazione 5 presentano sezione radialmente variabile rispetto al centro “C” e gli elementi in rilievo 6 sono disposti in corrispondenza di sezioni allargate dei suddetti canali di ventilazione 5, in modo che l’azione sul flusso d’aria degli elementi in rilievo 6 sia sinergica con quella delle alette 2.

La presente invenzione raggiunge lo scopo proposto, superando gli inconvenienti lamentati nella tecnica nota. Le superfici di disturbo disposte lungo i canali di ventilazione, infatti, favoriscono la rapida transizione del flusso di raffreddamento da uno strato limite laminare a uno strato limite turbolento, in cui i vari strati del flusso vengono continuamente rimescolati in modo da abbassare la temperatura degli strati prossimi alle superfici delle parti anulari e delle alette da refrigerare e favorire la convezione, e incrementano il livello di turbolenza di flussi già turbolenti. In particolare, il profilo a concavità/convessità variabile delle alette favorisce il distacco della vena fluida dalla superficie delle alette stesse, in modo da generare turbolenza in tutto il canale, mentre la presenza di elementi in rilievo agisce come un generatore di turbolenza locale, aumentando localmente il livello di turbolenza nel flusso.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Disco freno (1) ventilato, del tipo comprendente due parti anulari (2) separate da un’intercapedine (3) e una pluralità di alette (4) disposte in detta intercapedine (3) per unire reciprocamente dette parti anulari (2), dette alette (4) e dette parti anulari (2) definendo una pluralità di canali di ventilazione (5) centrifughi, una rotazione di detto disco freno (1) determinando un flusso di raffreddamento convettivo di dette parti anulari (2) in detti canali di ventilazione (5), caratterizzato dal fatto che dette alette (4) e/o dette parti anulari (2) definiscono rispettive superfici di disturbo di detto flusso di raffreddamento, affacciate su detti canali di ventilazione (5) e configurate per indurre turbolenza in detto flusso di raffreddamento.
2. 2. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 1, in cui un dorso (4a) e/o un ventre (4b) di dette alette (4) presenta una successione di superfici concave e convesse alternativamente adiacenti tra loro definenti almeno parzialmente dette superfici di disturbo.
3. 3. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette alette (4) presentano una linea di sviluppo principale (S) giacente in una sezione parallela a un piano medio dell’intercapedine (3) tra le due parti anulari (2), dette alette (4) presentando un spessore sostanzialmente costante rispetto a detta linea di sviluppo principale (S).
4. 4. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 3, in cui detta linea di sviluppo principale (S) è curva e dotata di raggio e/o direzione di curvatura radialmente variabile rispetto al centro (C) di detto disco freno (1).
5. 5. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta pluralità di alette (4) comprende una serie di alette radialmente interne (41), circolarmente distribuite rispetto al centro (C) di detto disco freno (1) e definenti rispettivi canali di ventilazione radialmente interni (51), e una serie di alette radialmente esterne (42), circolarmente distribuite rispetto al centro (C) di detto disco freno (1) a una distanza dal centro (C) maggiore rispetto a detta serie di alette radialmente interne (41) e definenti rispettivi canali di ventilazione radialmente esterni (52).
6. 6. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 5, in cui dette alette radialmente esterne (42) sono disallineate rispetto a dette alette radialmente interne (41) in modo da ostruire parzialmente una sezione d’uscita di detti canali di ventilazione radialmente interni (51).
7. 7. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui l’estremità di dette alette radialmente interne (41) più lontana dal centro (C) di detto disco freno (1) è sostanzialmente tangente a una circonferenza centrata su detto centro (C), l’estremità di dette alette radialmente esterne (42) più vicina a detto centro (C) essendo sostanzialmente tangente a detta circonferenza.
8. 8. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna di dette alette (4) presenta uno spessore compreso tra mm 1 e mm 5, ancor più preferibilmente tra mm 2 e mm 4, misurato parallelamente a un piano medio dell’intercapedine (3) tra le due parti anulari (2) e perpendicolarmente a una linea di sviluppo principale (S) della rispettiva aletta (4).
9. 9. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedente, comprendente una pluralità di elementi in rilievo (6) disposti in detti canali di ventilazione (5) e definenti almeno in parte dette superfici di disturbo.
10. 10. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detti elementi in rilievo (6) sono protrusioni superficiali di almeno una di dette parti anulari (2).
11. 11. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detti elementi in rilievo (6) hanno forma sostanzialmente semisferica.
12. 12. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 9 a 11 in cui detti elementi in rilievo (6) hanno un’altezza, misurata in allontanamento dalla rispettiva parte anulare (2), compresa tra mm 1 e mm 3.
13. 13. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui detti elementi in rilievo (6) sono circolarmente distribuiti attorno al centro (C) di detto disco freno (1) e organizzati in serie successive, ciascuna serie di elementi in rilievo (6) presentando differente distanza dal centro (C) rispetto alle altre.
14. 14. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 9 a 13, in cui detti elementi in rilievo (6) sono protrusioni superficiali di entrambe le parti anulari (2) e sono simmetricamente disposti rispetto a un piano medio dell’intercapedine (3) tra dette parti anulari (2).
15. 15. Disco freno (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 9 a 14, in cui detti canali di ventilazione (5) presentano sezione radialmente variabile e detti elementi in rilievo (6) sono disposti in corrispondenza di sezioni allargate di detti canali di ventilazione (5).