IT202100012974A1 - Mescola priva di componenti nocivi ed elemento d’attrito dotato di tale mescola - Google Patents
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Description
Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:
?MESCOLA PRIVA DI COMPONENTI NOCIVI ED ELEMENTO D?ATTRITO DOTATO DI TALE MESCOLA?.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una mescola completamente priva di componenti nocivi per la salute pubblica, in particolare una mescola di materiale d?attrito.
Come noto una pastiglia per freni a disco ? costituita essenzialmente da due parti: una piastrina d'acciaio di supporto, ed uno strato di materiale d'attrito. L'impianto di frenatura a disco di un veicolo ? formato da 4 dischi di ghisa solidali con le ruote e da 4 pinze idrauliche supportate al telaio del veicolo e atte a ?mordere? il disco di ghisa. Queste pinze idrauliche sono comandate dal pedale del freno e all'interno di ogni pinza sono alloggiate due pastiglie, sono quindi presenti 8 pastiglie in ogni veicolo.
Durante una frenata le pastiglie dei freni vengono violentemente compresse contro i dischi andando a dissipare l'energia cinetica del veicolo sotto forma di calore d'attrito.
Il materiale d'attrito delle pastiglie deve quindi possedere un opportuno coefficiente d'attrito e resistenza meccanica, in modo da assicurare, in casi di emergenza, lo spazio di frenata pi? breve possibile. Il materiale d'attrito deve avere anche una notevole resistenza alla compressione, inoltre, poich? per dissipare il calore la pastiglia del freno deve essere necessariamente esposta all'aria, il materiale d'attrito deve avere una notevole resistenza agli agenti atmosferici.
E? noto alla tecnica un materiale d'attrito per pastiglie per freni a disco per auto, composto da un materiale composito a matrice polimerica, ossia da una fibra di rinforzo quale una fibra di Kevlar, o una fibra di vetro, o una fibra ceramica, o una fibra d'acciaio, immersa in una resina legante, da ossidi e silicati metallici molto duri che conferiscono alla pastiglia un congruo coefficiente d'attrito. Inoltre sono presenti lubrificanti, solfuri metallici o grafite in fiocchi o in polvere catti a stabilizzare il coefficiente d'attrito e ridurre l'usura della pastiglia, e riempitivi di volume come sali inorganici vari, mica, vermiculite, ecc? Ma durante il processo di produzione del materiale d'attrito i sopradescritti componenti sviluppano sostanze gassose come ad esempio ammoniaca e formaldeide nocive per la salute pubblica, compromettendo le propriet? fisiche del materiale d?attrito.
Le mescole di materiale d'attrito note normalmente utilizzate negli impianti frenanti sono classificabili in due famiglie: organiche e sinterizzate. Attualmente le mescole sinterizzate sono composte da polveri metalliche duttili atte a conferire stabilit? al freno a disco ad alte temperatura, con aggiunte di lubrificanti, che concorrono alla stabilit? complessiva della frenata, e sono composte da abrasivi che garantiscono la pulizia del disco del freno a disco; tali componenti vengono agglomerati tra loro attraverso un processo con valori di pressione e temperature elevate. La mescola si fissa al supporto metallico della pastiglia del freno a disco senza aggiunta di alcun collante mediante un processo chimico ad alti valori di pressione e temperatura. Le mescole organiche sono composte principalmente da resine leganti, metalli atti a conferire stabilit? al freno a disco, lubrificanti, ed abrasivi. In questo caso il materiale organico viene fissato alla placchetta della pastiglia del freno a disco mediante l?utilizzo di speciale colla nitrilica.
Altres? note le mescole descritte nei seguenti brevetti:
- CN104946200; US2016265612 in cui sono descritte mescole prive di alcune sostanze tossiche, quali l?amianto;
- US4812367 in cui una mescola ? caratterizzata da una polvere di ossido di metallo non tossica e sfere di vetro;
- US2016347949 in cui una mescola ? composta da resine fenoliche;
- US2016312846 in cui una mescola ? composta da un sale di metallo alcalino;
- US2016289126 in cui una mescola ? composta da rame, e da un silicato, quale ad esempio il muscovite;
- US2016265612 in cui una mescola ? composta da una lega di rame 0.5 %, e da un sale titanato contenente antimonio trisolfuro o zinco in polvere.
E? evidente come tali mescole descritte nei suddetti brevetti descrivano mescole prive di alcuni componenti nocivi per la saluta pubblica, ma non sono completamente privi di sostanze nocive e contemporaneamente non sono in grado di conferire un?elevata efficienza al freno a disco sul quale sono fissate.
Le attuali norme anti-inquinamento, prevedono l?eliminazione e/o la riduzione di una pluralit? di componenti ad elevata tossicit? presenti nelle mescole attualmente in uso, finalizzate alla produzione di guarnizioni e pastiglie per freni quali: l?amianto, il piombo, lo zinco, la grafite e la maggior parte degli ossidi. Di conseguenza attualmente non sono note mescole prive di componenti tossici che possano garantire le medesime caratteristiche di efficienza e durata delle mescole tossiche note.
Lo studio e la realizzazione di un materiale d?attrito privo di componenti nocivi ma con alte prestazioni, necessitano di elevate competenze tecniche nell?ambito della ricerca e sviluppo sia in laboratorio, sia in strada, riducendo il numero di aziende in grado di sostenere investimenti in termini di risorse umane e di strumenti di laboratorio.
Infine ? nota una mescola ottenuta dall'unione di un elastomero con vari agenti chimici destinati a stabilizzarla, colorarla e a conferirle le propriet? merceologiche desiderate, tale mescola ? inoltre dotata di ingredienti necessari alla vulcanizzazione della mescola, la vulcanizzazione ? un processo irreversibile che conferisce alla mescola le propriet? tipiche che la caratterizzano. In particolare la mescola viene preparata in un apposito miscelatore chiuso a rotori compenetranti o tangenziali, idoneo ad ammorbidire l'elastomero e ad amalgamare tra loro i componenti della mescola. Il processo avviene generalmente ad una temperatura iniziale di 10?C fino ad una temperatura finale di 50?C.
Attualmente i miscelatori noti sono dotati di eliche affilate finalizzate alla riduzione dei grumi all?interno della mescola, e non sono in grado in maniera efficace di rompere i legami degli elementi metallici presenti e di favorire la miscelazione degli elementi della mescola, in particolare quando il superamento della temperatura critica ? localizzato solamente in qualche punto del materiale d?attrito, compromettendo le ulteriori fasi di lavorazione della mescola stessa. Scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo una mescola completamente priva di componenti nocivi per la salute pubblica.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di fornire un procedimento di produzione della mescola.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo per l?ottenimento di un elemento d?attrito dotato di una mescola in grado di garantire un?efficienza ed una durata elevata dell?elemento d?attrito su cui ? disposta.
Un ultimo scopo della presente invenzione ? quello di fornire uno strumento meccanico in grado di ottenere una miscelazione ottimizzata dei componenti della mescola.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con una mescola priva di componenti nocivi, come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.
Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alla Figura che mostra un metodo per l?ottenimento di un elemento di attrito dotato della mescola secondo la presente invenzione.
E? descritta una mescola, secondo la presente invenzione, di materiale di attrito completamente priva di componenti nocivi per la salute pubblica, e di un procedimento di produzione della mescola atta ad essere accoppiata su un elemento di supporto di un elemento d?attrito di un freno a disco, quale, ad esempio, una guarnizione d?attrito, o una pastiglia freno per treni, per metropolitane, per tram, per carri armati Leopard, per mezzi anfibi da sbarco, per veicoli commerciali, o pastiglie e bandelle freno per aerei, o anelli, o bandelle a bagno d?olio, o altro analogo. In particolare l?elemento di attrito di un freno a disco ? costituito essenzialmente da due parti: un elemento di supporto, ed uno strato della mescola di materiale d'attrito accoppiato all?elemento di supporto mediante almeno un processo termico e meccanico, quale, ad esempio, un processo di sinterizzazione, atto a conferire alla mescola un elevata efficienza e durata di utilizzo.
Inoltre la mescola, secondo la presente invenzione, ? composta:
- dal 5% al 10% di materiale diamagnetico, quale, ad esempio la bismite;
- dal 4% al 12% di lana di roccia;
- dal 17% al 25% di una pluralit? di resine fenoliche atte a svolgere una funzione di legante tra una pluralit? di componenti della mescola ed a conferire alla mescola propriet? ignifughe, riducendo l?affaticamento dell?elemento d?attrito del freno a disco durante l?utilizzo;
- dal 17% al 25% di fibra di ferro atta a conferire alla mescola un?elevata conducibilit? termica, permettendo una bassa temperatura di lavoro, vantaggiosamente la fibra di ferro ? in sostituzione di una sostanza tossica utilizzata nelle mescole;
- una pluralit? di materiali metallici: dal 6% al 16% di ottone in scaglie; dal 10% al 18% di bronzo in scaglie; dal 7% al 15% di rame in scaglie; e dal 13% al 22% di ferro in scaglie disidratato; e
- dal 2% al 8% di gomma liquida.
La pluralit? di materiali metallici e la gomma liquida sono atti ad amalgamare la mescola conferendogli una densit? idonea, e sono atti a modificare il coefficiente di attrito della mescola in funzione dei loro intervalli di utilizzo, in sostituzione del piombo, dello zinco e della grafite comunemente utilizzati nei materiali d?attrito notoriamente tossici e nocivi. Inoltre la pluralit? di materiali metallici contribuisce, insieme alle resine fenoliche, a conferire alla mescola propriet? ignifughe, riducendo l?affaticamento del freno a disco durante l?utilizzo.
Il materiale diamagnetico ? atto ad impedire la formazione di una pluralit? di campi magnetici, interrompendo il flusso magnetico indotto nella mescola dalle correnti statiche che si formano sul disco del freno durante la rotazione del disco, di conseguenza interrompendo la circolazione di una pluralit? di correnti indotte sul disco dal campo magnetico generato da una pluralit? di correnti circolanti nella mescola e sulla superficie del disco; vantaggiosamente il materiale diamagnetico impedisce la formazione di una pluralit? di correnti indotte contemporaneamente nella mescola e sulla superficie del disco del freno.
La lana di roccia ? un silicato amorfo ricavato dalla roccia, atto a stabilizzare il coefficiente d?attrito dell?elemento d?attrito del freno a disco, ed ? dotato di una caratteristica struttura languinosa macroscopica che gli conferisce sia propriet? fonoassorbenti, garantendo un abbassamento della rumorosit? durante l?utilizzo dell?elemento d?attrito del freno a disco, sia propriet? isolanti, inglobando nella struttura interna elevate quantit? di aria, conferendo alla mescola un elevata resistenza alle alte temperature.
A titolo esemplificativo e non limitativo ? descritto un procedimento, secondo la presente invenzione, di produzione della mescola di materiale d?attrito secondo la presente invenzione mediante l?utilizzo di uno strumento meccanico, quale ad esempio, un miscelatore dotato al suo interno di una pluralit? di eliche smussate, atte a miscelare ad amalgamare la mescola; in particolare lo strumento meccanico ? atto alla rottura dei legami ionici della pluralit? di materiali metallici, favorendo una miscelazione ottimizzata della pluralit? di componenti della mescola; inoltre il miscelatore ? dotato di un vano interno, atto al contenimento della pluralit? di componenti della mescola, e avvolto esternamente da un elemento meccanico a getto d?acqua, atto al raffreddamento del vano interno, permettendo di mantenere all?interno del vano un valore di temperatura ottimale e costante, anche in condizioni climatiche avverse, e permettendo un?ottimizzazione della mescola all?interno del miscelatore.
Attualmente gli strumenti meccanici noti sono miscelatori con eliche affilate finalizzate alla riduzione dei grumi all?interno della miscela, e non sono in grado in maniera efficace di rompere i legami dei materiali metallici presenti nella mescola e di favorire la miscelazione dei componenti della mescola.
Inoltre il procedimento di produzione della mescola consta delle seguenti fasi:
- predisposizione dello strumento meccanico;
- miscelamento del 40% in peso di almeno una gomma in granuli con il 60% in peso di almeno un solvente, quale ad esempio l?acetone, o altro analogo;
- ottenimento della gomma liquida;
- setacciamento del materiale diamagnetico, della lana di roccia, della pluralit? di resine fenoliche, della pluralit? di materiali metallici, ad esclusione della fibra di vetro;
- inserimento e miscelamento nello strumento meccanico del materiale diamagnetico, della lana di roccia, della pluralit? di resine fenoliche, della fibra di ferro, della pluralit? di materiali metallici;
- inserimento della gomma liquida nello strumento meccanico;
- ottenimento di una pre-mescola;
- mescolamento 1 della pre-mescola con la gomma liquida nello strumento meccanico;
- ottenimento della mescola;
Infine la mescola ? atta ad essere accoppiata all?elemento di supporto dell?elemento di attrito mediante un processo termico e meccanico atto a conferire all?elemento d?attrito un?elevata efficienza e durata di utilizzo.
Come mostrato in Figura l?elemento d?attrito ? ottenuto mediante un metodo 100 comprendente le fasi di:
- predisposizione della mescola;
- inserimento della mescola, mediante un dosatore volumetrico, in una macchina, quale, ad esempio, una trafilatrice, o pressa a freddo o altra analoga, atta alla preformatura della mescola;
- ottenimento 2 di una pluralit? di elementi preformati di mescola, dotati di una superficie superiore liscia priva di venature di gomma e bolle d?aria, e di dimensioni compatibili con le dimensioni dell?elemento di supporto dell?elemento di attrito;
- disposizione della pluralit? di elementi preformati su un elemento, quale, ad esempio, un carrello, atto a favorire la traspirazione ed essiccazione della pluralit? di elementi preformati;
- verifica 10a essiccazione della pluralit? di elementi preformati;
- predisposizione di una pluralit? di elementi di supporto;
- disposizione di almeno un mezzo di incollaggio sulla superficie superiore di ciascuno della pluralit? di elementi di supporto;
- riscaldamento di un piano superiore e di un piano inferiore di una macchina pressatrice quale, ad esempio, una pressa oleodinamica, o meccanica, o idraulica, o idroformatrici, ad un valore di temperatura costante di almeno 150?C, e ad un valore di pressione di almeno 150Kg/cmq;
- inserimento della pluralit? di elementi preformati tra il piano superiore ed il piano inferiore della macchina pressatrice;
- chiusura della macchina pressatrice per un intervallo di tempo opportuno;
- accoppiamento della superficie inferiore di ciascuno della pluralit? di elementi preformati con la superficie superiore di ciascuno della pluralit? di elementi di supporto;
- sviluppo 3 di un processo termoindurente, quale, ad esempio, vulcanizzazione della mescola, ad un valore di temperatura di circa 150?C, e relativo accoppiamento della superficie inferiore di ciascuno della pluralit? di elementi preformati con la superficie superiore di ciascuno della pluralit? di elementi di supporto;
- verifica 10b processo termoindurente;
- ottenimento 4 dell?elemento d?attrito;
- stabilizzazione 5 dell?elemento d?attrito in un dispositivo che genera calore, quale, ad esempio un forno, per una durata di 5-6 ore , al valore di temperatura di circa 150?C;
- livellamento, spianatura e rettifica 6 dell?elemento d?attrito mediante un dispositivo burattatore;
- verifica 10c della presenza di eventuali imperfezioni dell?elemento d?attrito;
- verniciatura 7 dell?elemento d?attrito, conferendogli un?ulteriore elemento protettivo;
- eventuale inserimento di un indicatore di usura;
- verifica 10b della verniciatura 7 dell?elemento d?attrito; ed
- confezionamento 8 dell?elemento d?attrito.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibile di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.
Claims (5)
1. Mescola di materiale di attrito progettate per essere accoppiata ad almeno un elemento di supporto di almeno un elemento d?attrito di almeno un freno a disco caratterizzata dal fatto di essere priva di componenti nocivi, detta mescola essendo composta da una pluralit? di componenti:
- dal 5% al 10% di almeno un materiale diamagnetico;
- dal 4% al 12% di una lana di roccia;
- dal 17% al 25% di una pluralit? di resine fenoliche;
- dal 17% al 25% di almeno una fibra di ferro; - una pluralit? di materiali metallici; e
- dal 2% al 8% di gomma liquida.
2. Mescola secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detta pluralit? di materiali metallici comprende: dal 6% al 16% di ottone in scaglie; dal 10% al 18% di bronzo in scaglie; dal 7% al 15% di rame in scaglie; e dal 13% al 22% di ferro in scaglie disidratato.
3. Strumento meccanico per mescolare detta mescola di materiale di attrito secondo le rivendicazioni 1, e 2, caratterizzato dal fatto di essere dotato di almeno un vano contenente una pluralit? di eliche smussate, atte a miscelare e ad amalgamare detta mescola, e di almeno un elemento meccanico a getto d?acqua, atto ad un raffreddamento costante di detto vano, favorendo un mantenimento costante di almeno un valore di temperatura di detta mescola.
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
- predisposizione di detto strumento meccanico; - miscelamento del 40% in peso di almeno una gomma in granuli con il 60% in peso di almeno un solvente;
- ottenimento di detta gomma liquida;
- setacciamento di detto materiale diamagnetico, di detta lana di roccia, di detta pluralit? di resine fenoliche, di detta pluralit? di materiali metallici;
- inserimento e miscelamento in detto strumento meccanico di detto materiale diamagnetico, detta lana di roccia, detta pluralit? di resine fenoliche, detta fibra di ferro, detta pluralit? di materiali metallici;
- inserimento di detta gomma liquida in detto strumento meccanico;
- ottenimento di una pre-mescola;
- mescolamento (1) di detta pre-mescola con detta gomma liquida in detto strumento meccanico; - ottenimento di detta mescola.
5. Metodo (100) per l?ottenimento di detto elemento d?attrito dotato di detta mescola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - predisposizione di detta mescola;
- inserimento di detta mescola, mediante almeno un dosatore volumetrico, in almeno una macchina, detta macchina essendo atta ad una preformatura di detta mescola;
- ottenimento (2) di una pluralit? di elementi preformati di detta mescola;
- disposizione di detta pluralit? di elementi preformati su almeno un elemento;
- verifica (10a) essiccazione di detta pluralit? di elementi preformati;
- predisposizione di una pluralit? di elementi di supporto;
- disposizione di almeno un mezzo di incollaggio sulla superficie superiore di ciascuno di detta pluralit? di elementi di supporto;
- riscaldamento di almeno un piano superiore e di almeno un piano inferiore di almeno una macchina pressatrice ad almeno un valore costante di temperatura di almeno 150?C, e ad almeno un valore di pressione di almeno 150Kg/cmq;
- inserimento di detta pluralit? di elementi preformati tra detto piano superiore e detto piano inferiore di detta macchina pressatrice, e chiusura di detta macchina pressatrice per almeno un intervallo di tempo,
- accoppiamento della superficie inferiore di ciascuno di detta pluralit? di elementi preformati con detta superficie superiore di ciascuno di detta pluralit? di elementi di supporto;
- sviluppo (3) di almeno un processo termoindurente a detto valore costante di temperatura di 150?C, ed un relativo accoppiamento di detta superficie inferiore di ciascuno di detta pluralit? di elementi preformati con detta superficie superiore di ciascuno di detta pluralit? di elementi di supporto;
- verifica (10b) di detto processo termoindurente;
- ottenimento (4) di detto elemento d?attrito; - stabilizzazione (5) di detto elemento d?attrito in almeno un dispositivo atto a generare calore, per una durata di almeno 5-6 ore, a detto valore di temperatura di almeno 150?C;
- livellamento, spianatura e rettifica (6) di detto elemento d?attrito mediante almeno un dispositivo burattatore;
- verifica (10c) di eventuali imperfezioni di detto elemento d?attrito;
- verniciatura (7) di detto elemento d?attrito; - inserimento di un indicatore di usura;
- verifica 10b di detta verniciatura (7) di detto elemento d?attrito; ed
- confezionamento (8) di detto elemento d?attrito.
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