IT201900015309A1

IT201900015309A1 - Pattino per freni a disco per veicoli ferroviari a media/bassa velocita'

Info

Publication number: IT201900015309A1
Application number: IT102019000015309A
Authority: IT
Inventors: Soccio Vittorio De
Original assignee: Cofren Srl
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-03-02
Also published as: DE102019007421A1; ES2774623B2; FR3100210B1; FR3100210A1; ES2774623A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“PATTINO PER FRENI A DISCO PER VEICOLI FERROVIARI A MEDIA/BASSA VELOCITA'”

La presente invenzione è relativa ad un pattino per freni a disco per veicoli ferroviari a media/bassa velocità.

Come è noto, i freni a disco sono soggetti ad elevate sollecitazioni e per ottenere una ottimale azione di frenata è necessario avere una buona trasmissione della forza frenante dal pattino al disco.

Da tempo oramai si è orientati verso l’utilizzo di pattini comprendenti una pluralità di elementi di attrito di dimensioni ridotte, anziché un solo elemento di attrito di dimensioni maggiori. Una delle soluzioni adottate a riguardo prevede che ogni pattino sia costituito sostanzialmente da una piastra base principale e da una pluralità di elementi di attrito fissati alla piastra base. Generalmente, ognuno degli elementi di attrito è composto da uno lamierino e da un tassello di frizione fissato in maniera irreversibile al lamierino.

La soluzione relativa all’utilizzo di una pluralità di elementi di attrito di dimensioni ridotte risulta vantaggiosa sia in termini di efficacia della pressione sul disco e, quindi, di frenata, sia in termini di bassa rumorosità. A tale riguardo, va sottolineato come la bassa rumorosità sia diventata sempre più una discriminante importante per la scelta dei freni a disco da utilizzare.

Come può essere facilmente ipotizzabile, la necessità di contenere il rumore in fase di frenata è maggiormente sentita per quei treni predisposti a realizzare un numero elevato di fermate, quali ad esempio metropolitane, treni regionali o intercity.

Molte delle soluzioni che portano a una riduzione del rumore della frenata soffrono lo svantaggio di comportare un abbassamento della trasmissione della forza frenante dal pattino al disco e, quindi, una diminuzione dell’efficienza della frenata stessa. Infatti, come risulta ovvio, i treni predisposti a fare molte fermate (treni a bassa/media velocità), anche se non raggiungono velocità estremamente elevate, devono comunque essere in grado di avere una elevata efficienza dell’azione di frenata.

Qui e ne seguito per treni a media/bassa velocità si intende quei treni la cui velocità massima è pari a 220 Km/h.

Un'altra esigenza particolarmente sentita relativamente ai freni adottati sui treni predisposti a fare molte fermate, riguarda una riduzione degli inquinanti in termini di polveri sottili prodotti in fase di frenata. Infatti, i treni sopra considerati transitano e fermano ripetutamente in zone ad elevata densità di popolazione, quali i centri abitati e le stazioni. Generalmente, le soluzioni che portano a una riduzione del rumore della frenata soffrono lo svantaggio di comportare un elevato rilascio di polveri sottili.

Era quindi sentita l’esigenza di disporre di una tipologia di freni a disco per treni a bassa/media velocità, le cui caratteristiche tecniche fossero tali da garantire una bassa rumorosità in fase di frenata, senza per questo comportare svantaggi sia in termini di efficienza della frenata sia in termini di polveri sottili prodotte.

L’inventore della presente invenzione ha realizzato una soluzione relativa a un pattino per freni a disco per treni a media/bassa velocità, in cui la disposizione e la tipologia degli elementi di attrito garantiscono il soddisfacimento dell’esigenza di cui sopra.

Oggetto della presente invenzione è un pattino per freni a disco per veicoli ferroviari comprendente una piastra base e una pluralità di elementi di attrito fissati alla piastra base; detto pattino essendo caratterizzato dal fatto che detti elementi di attrito comprendono elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato e elementi di attrito realizzati in materiale organico; detti elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato essendo in numero superiore rispetto ai detti elementi di attrito realizzati in materiale organico.

Preferibilmente, gli elementi di attrito sono disposti in file di forma arcuata e in uso sostanzialmente sovrapposte a rispettive linee concentriche di un disco su cui il pattino agisce.

Preferibilmente, ogni fila di forma arcuata comprende almeno un elemento di attrito realizzato in materiale organico e in maggioranza più elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato.

Preferibilmente, il materiale sinterizzato ha una composizione composta da: dal 10 al 70 % in peso di rame, dal 5 al 40 % in peso di ferro, dal 5 al 20 % in peso di grafite, da 1 al 10 % in peso di modificatori di frizione.

Preferibilmente, il materiale organico ha una composizione composta da: dal 5 al 30 % in peso di gomma e resina, dal 10 al 50 % in peso di filler, dal 5 al 20 % in peso di grafite, da 5 al 20 % in peso di modificatori di frizione.

Per una migliore comprensione dell’invenzione è riportata di seguito una forma di realizzazione a puro titolo illustrativo e non limitativo con l'ausilio delle figure del disegno annesso, in cui:

la figura 1 è una vista dall’alto, con parti in trasparenza per chiarezza, di un pattino oggetto della presente invenzione;

la figura 2 è una vista dall’alto, con parti in trasparenza per chiarezza, di un pattino di confronto;

la figura 3 è un grafico in cui sono registrati i risultati di rumore in funzione della velocità relativamente al pattino di figura 1;

la figura 4 è un grafico in cui sono registrati i risultati di rumore in funzione della velocità relativamente al pattino di figura 2;

la figura 5 è un grafico in cui sono registrati i risultati in termini di frizioni dei pattini rispettivamente di figura 1 e di figura 2.

Nella figura 1 è indicato nel suo complesso con 1 un pattino per freni a disco secondo la presente invenzione.

Il pattino 1 comprende una piastra base 2, un elemento di fissaggio 3 a “coda di rondine” fissato su di una superficie posteriore della piastra base 2 e deputato al fissaggio del pattino 1 stesso ad una struttura del freno a disco e una pluralità di elementi di attrito 4 fissati alla piastra base 2 e disposti ad esercitare la pressione sul disco del freno per realizzare l’azione di frenata.

Ai fini della presente invenzione risulta irrilevante se gli elementi di attrito 4 possono essere fissati alla piastra 2 in maniera reversibile o in maniera irreversibile. Gli elementi di attrito 4 sono disposti lungo delle file arcuate illustrate in tratteggio e indicate con 5, le quali in uso si sovrappongono sostanzialmente a delle linee concentriche di un disco D su cui agisce il pattino 1. Per semplicità il disco D è illustrato in tratteggio e solo parzialmente.

Gli elementi di attrito 4 si suddividono in: tre elementi di attrito realizzati in materiale organico 4a e quattro elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato 4b. Per chiarezza, gli elementi di attrito realizzati in materiale organico 4a sono rappresentati da una superficie tratteggiata.

Il materiale organico degli elementi di attrito 4a ha una composizione che soddisfa le seguenti condizioni: dal 5 al 30 % in peso di gomma e resina, dal 10 al 50 % in peso di filler, dal 5 al 20 % in peso di grafite, da 5 al 20 % in peso di modificatori di frizione.

Il materiale sinterizzato degli elementi di attrito 4b ha una composizione che soddisfa le seguenti condizioni: dal 10 al 70 % in peso di rame, dal 5 al 40 % in peso di ferro, dal 5 al 20 % in peso di grafite, da 1 al 10 % in peso di modificatori di frizione.

Nella figura 2 è indicato nel suo complesso con 11 un pattino per freni a disco secondo un esempio di confronto.

Le parti del pattino 11 uguale a quelle del pattino 1 saranno indicate con la medesima numerazione e non saranno nuovamente descritte.

Il pattino 11 si differenzia dal pattino 1 per il fatto che tutti gli elementi di frizione 4 sono elementi di frizione realizzati con materiale sinterizzato.

Il pattino 1 e il pattino 11 sono stati sottoposti a misure di rumore durante le frenate effettuate secondo la procedura indicata nella norma UIC 541-3 ed.7 prog 5B e a prove di frizione secondo la procedura indicata nella norma secondo la procedura indicata nella norma UIC 541-3 ed.7 prog 5B .

Le figure 3 e 4 riportano i grafici relativi rispettivamente alle prove di rumore realizzate sul pattino 1 e sul pattino 11.

In ognuno dei grafici sono riportate differenti curve realizzate con differenti condizioni operative relative alle forze di applicazione (pressione) del pattino sul disco. Ovviamente, nei grafici delle figure 3 e 4 le curve rappresentate nella medesima maniera sono state realizzate con le stesse condizioni di forza di applicazione.

In ognuno dei grafici è riportata una linea di ammissibilità, la quale indica come fino ad una velocità pari a 80 Km/h sia consentito un rumore di frenata fino a 100 decibel, mentre sotto i 60 Km/h (verosimilmente il treno è all’interno della stazione) sia consentito un rumore di frenata fino 90 decibel.

Dalle figure 3 e 4 risulta evidente come il pattino oggetto della presente invenzione (grafico di figura 3) risulti produrre un rumore costantemente al di sotto della linea di ammissibilità. Diversamente, il pattino di confronto (grafico di figura 4), nella maggior parte delle condizioni operative, produce un rumore superiore a quello indicato dalla linea di ammissibilità per velocità inferiori a 60 Km/h.

Nel grafico di figura 5 sono riportati i valori di frizione registrati sul pattino dell’invenzione (INV.) di figura 1 e sul pattino di confronto (CONF.) di figura 2 a differenti condizioni operative (forza di applicazione del pattino sul disco e velocità).

Dal grafico di figura 5 risulta immediato come il pattino dell’invenzione e il pattino di confronto, nonostante abbiano nel complesso una tipologia differente di elementi di frizione, presentino le medesime prestazioni in termini di frizione.

Inoltre, la presenza maggioritaria degli elementi di frizione realizzati con materiale sinterizzato rispetto agli elementi di frizione realizzati con materiale organico garantisce una contenuta produzione di polveri sottili dovuta alla frizione esercitata durante l’azione di frenata.

Riassumendo, la presente invenzione è relativa a un pattino per freni a disco, le cui caratteristiche tecniche sono in grado di ridurre il rumore provocato in fase di frenata (confronto tra figure 3 e 4), senza per questo incorrere negli inconvenienti relativi a una bassa efficacia della frenata (figura 5) e a una elevata produzione di polveri sottili.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pattino (1) per freni a disco per veicoli ferroviari comprendente una piastra base (2) e una pluralità di elementi di attrito (4) fissati alla piastra base (2); detto pattino essendo caratterizzato dal fatto che detti elementi di attrito (4) comprendono elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato (4b) e elementi di attrito realizzati in materiale organico (4a); detti elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato (4b) essendo in numero superiore rispetto ai detti elementi di attrito realizzati in materiale organico (4a).
2. Pattino secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli elementi di attrito (4) sono disposti in file (5) di forma arcuata e in uso sostanzialmente sovrapposte a rispettive linee concentriche di un disco (D) su cui il pattino (1) agisce.
3. Pattino secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che ogni fila (5) di forma arcuata comprende almeno un elemento di attrito realizzato in materiale organico (4a) e in maggioranza più elementi di attrito realizzati in materiale sinterizzato (4b).
4. Pattino secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale sinterizzato ha una composizione composta da: dal 10 al 70 % in peso di rame, dal 5 al 40 % in peso di ferro, dal 5 al 20 % in peso di grafite, da 1 al 10 % in peso di modificatori di frizione.
5. Pattino secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale organico ha una composizione composta da: dal 5 al 30 % in peso di gomma e resina, dal 10 al 50 % in peso di filler, dal 5 al 20 % in peso di grafite, da 5 al 20 % in peso di modificatori di frizione.