ITFI20100192A1 - Corpo pompa per il comando di attuatori idraulici di freni a disco per biciclette e motociclette - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

"CORPO POMPA PER IL COMANDO DI ATTUATORI IDRAULICI DI FRENI A

DISCO PER BICICLETTE E MOTOCICLETTE"

L’invenzione riguarda un corpo pompa per il comando di freni a disco idraulici per biciclette o motociclette.

Come noto, i corpi pompa comprendono un pistone comprendente una guarnizione principale di compressione montata su uno stelo mobile all’interno di un cilindro comunicante con un serbatoio di fluido di lavoro, generalmente olio.

Il pistone viene azionato a sua volta dallo spostamento di una leva di controllo collegata allo stelo tramite un’asta di spinta e passa da una posizione di riposo ad una posizione di attuazione della frenata contro l’azione di una molla di ritorno.

Durante il suo scorrimento all’interno del cilindro, il pistone sposta un volume di fluido di lavoro presente nel cilindro che viene così compresso e trasmesso attraverso una tubazione al o ai pistoni di una pinza idraulica associata ai dischi di frenata solidali alle ruote della bicicletta o motocicletta.

La pressione del fluido determina quindi lo spostamento del pistone della pinza e l’avvicinamento degli elementi di frizione ad esso applicati fino a contattare i fianchi del disco e esercitare una azione frenante sulla ruota.

La corsa del pistone de! corpo pompa, o pistone principale, Ã ̈ articolata in diverse fasi ed in particolare in una prima fase neutra durante la quale il cilindro comunica con il serbatoio nel quale rifluisce il volume di fluido spostato mentre le tubazioni del circuito idraulico rimangono a bassa pressione (prossima alla pressione atmosferica) senza sostanziale spostamento di fluido tra il corpo pompa e la pinza, ed una seconda fase attiva nella quale il pistone invia nel circuito frenante il fluido che subisce una pressurizzazione crescente.

In questa seconda fase il primo tratto di spostamento del pistone principale determina una corsa di accostamento dei pistoni della pinza e quindi degli elementi di frizione al disco fino alla posizione di contatto.,.

Dal momento in cui gli elementi di frizione contattano il disco, ad ogni ulteriore spostamento del pistone principale corrisponde una crescente compressione del disco tra i pistoni della pinza ed una crescente pressurizzazione del fluido. La minore o maggiore durata della corsa di accostamento dei pistoni pinza e la pressione esercitata da questi sul disco dipende dal rapporto idraulico esistente tra corpo pompa e pinza freno, definito come il rapporto tra l’ampiezza delle corse eseguite dai pistoni principale e dei pistoni della pinza a parità di volume di fluido spostato.

Nell’uso di freni idraulici, soprattutto in ambito sportivo, à ̈ desiderabile poter ridurre la fase di accostamento del pistone pinza rispetto allo spostamento della leva di controllo del freno, allo scopo di avere una risposta più immediata e per avere a disposizione una maggiore ampiezza di spostamento della leva nella fase utile di attuazione del freno.

Inoltre, à ̈ sentita la esigenza di poter rendere progressiva l’azione frenante nella fase attiva iniziale, cioà ̈ dal momento in cui gli elementi di frizione contattano il disco, allo scopo di modulare al meglio la frenata in base alle circostanze e aumentare la sensibilità e precisione di controllo alla leva.

Con il presente trovato si intende superare gli inconvenienti delle soluzioni già note e di proporre un corpo pompa avente una geometria tale che, a parità di ampiezza di scorrimento del pistone principale nel cilindro, si abbia un rapporto idraulico variabile ed in particolare che il volume di fluido che viene spostato nella prima parte della fase attiva della frenata sia maggiore rispetto al volume spostato nella seconda parte della stessa fase, allo scopo di ridurre l’ampiezza della corsa a vuoto di accostamento degli elementi di frizione al disco.

A questo scopo si à ̈ pervenuti realizzando un corpo pompa secondo la rivendicazione principale allegata.

Il vantaggio principale consìste nel fatto che viene ridotto lo spostamento richiesto alla leva di controllo per avviare la fase attiva di frenata e quindi si ottiene una risposta più rapida al controllo. ...

Inoltre, in una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, la seconda parte della fase attiva, nella quale cioà ̈ gli elementi di frizione sono a contatto del disco, inizia con una graduale diminuzione del volume di fluido spostato a parità di ampiezza di scorrimento del pistone nel cilindro, allo scopo di rendere progressiva l’azione iniziale di compressione della pinza sul disco ruota.

II vantaggio principale di questa soluzione à ̈ il fatto che si ottiene una progressività dell’azione frenante ed una maggiore sensibilità di controllo alla leva di controllo.

In un ulteriore aspetto vantaggioso dell’invenzione, l’effetto di variabilità del rapporto idraulico à ̈ ottenuto realizzando un pistone con uno stelo cavo a sezione variabile, ad esempio di forma conica rastremata, che definisce con il cilindro una camera di compressione la cui diminuzione di volume per unità di spostamento del pistone varia all’avanzare del pistone.

Un primo vantaggio di questa forma realizzativa à ̈ la semplicità costruttiva e la affidabilità nell’uso.

Dal documento DE102006022551 Ã ̈ noto un corpo pompa per freni idraulici provvisto di un pistone con uno stelo cavo rastremato.

Tuttavia, in questa nota soluzione la forma rastremata del pistone ha lo scopo di assicurare un margine libero tra pistone e guarnizione primaria per consentire un riflusso rapido del fluido dal cilindro al serbatoio nella fase neutra della corsa del pistone e non può quindi assolvere alla funzione tecnica alla base della presente invenzione. Inoltre, durante la fase attiva della corsa del pistone principale, il volume di fluido spostato à ̈ costante o crescente per unità di spostamento del pistone, con la conseguenza di spostare un volume minore di fluido proprio all'inizio della frenata, anziché conferirle la desiderata gradualità. Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

- la fig.1 mostra una vista dal basso di un corpo pompa secondo l’invenzione; - la fig.2 mostra la vista in sezione laterale A-A di fig.1 ;

- la fig.3 mostra il dettaglio B di fig.2;

- la fig.4 mostra il dettaglio del pistone del corpo pompa delle fig.1-3

- la fig.5 mostra una seconda forma realizzativa di un corpo pompa secondo l’invenzione.

- la Flg.6 mostra un dettaglio del corpo pompa di figura 5.

Con riferimento ai disegni, a titolo di esempio di realizzazione preferita e non limitativa, Ã ̈ illustrato un corpo pompa 33 secondo l'invenzione.

II corpo pompa comprende un cilindro 1 ed un pistone 2 mobile a suo interno. Il pistone à ̈ provvisto di uno stelo cilindrico cavo 3 scorrevole in una guarnizione primaria 4 montata fissa rispetto al cilindro 1 e di una testa dì estremità 16 sulla quale à ̈ montata una seconda guarnizione 11 che può scorrere a tenuta lungo il cilindro 1.

Lo stelo 3 à ̈ collegato tramite un’asta di spinta 19 ad una leva di controllo 15 ruotante attorno ad un perno 20 solidale al cilindro 1.

L’asta di spinta 19 à ̈ articolata rispetto allo stelo 3 con un giunto sferico 24 ed à ̈ unita alla leva di controllo 15 mediante un dispositivo 21 di regolazione della posizione angolare della leva attorno al perno 20.

II dispositivo 21 comprende preferibilmente un pomello 25 che può ruotare con l’asta 19 per avvitarla / svitarla rispetto ad un barilotto 26 filettato internamente e vincolato in maniera basculante rispetto alla leva 15.

La rotazione dell’asta 19 determina lo scorrimento del barilotto 26 e quindi dell’asta 15 che viene così ruotata rispetto al perno 20.

Nella configurazione mostrata, il corpo pompa comprende inoltre un serbatoio 10 di compensazione disposto coassialmente al cilindro 1 e collegato ad esso tramite fori 14 praticati nella parete della cavità 13 dello stelo.

In questo esempio di realizzazione, l’apertura del passaggio del fluido tra cilindro 1 e serbatoio 10 à ̈ determinato dalla posizione del pistone, o meglio dei fori 14 rispetto alla posizione del labbro di tenuta 28 della guarnizione 4 sullo stelo 3, in modo tale che si avrà comunicazione solo se i fori 14 si trovano a monte della guarnizione 4 secondo la direzione di avanzamento del pistone (freccia dall’alto verso il basso in fig.2) .

Con riferimento alla figura 4 à ̈ descritta in maggiore dettaglio la forma di realizzazione del pistone 2, che prevede una prima porzione cilindrica 7 di diametro D1 ed una seconda porzione cilindrica 8 di diametro D2 maggiore di D1. Preferibilmente, la prima porzione 7 à ̈ raccordata alla seconda porzione 8 tramite un tratto 9 di forma rastremata, ad esempio a profilo lineare o curvilineo. In diverse forme di realizzazione sarà tuttavia possibile prevedere pistoni con un profilo esterno di forma e dimensioni definite in base alla variazione di rapporto idraulico desiderata, utilizzando ad esempio profili conici estesi per tutta la lunghezza del pistone.

Nell’uso, ruotando la leva 15 in senso anti orario l’asta 19 spinge il pistone 2 a scorrere in un movimento di andata contro l’azione di una molla antagonista 18 compressa tra un elemento guida molla 17 alloggiato nel cilindro 1 in prossimità di detta guarnizione primaria 4 e la testa di estremità 16. Lo spostamento del pistone all’interno della camera di compressione 5 comprime il fluido presente nella camera 5 che viene immesso nell’attuatore 6 attraverso tubazioni 27.

Preferibilmente l’attuatore 6 à ̈ schematizzato in figura 2 in forma di una pinza per freni a disco 29 con pistoni 30 mobili in corrispondenti cilindri 31 rispetto al disco 29 tra una posizione distaccata ed una posizione operativa nella quale elementi di frizione 32 applicati ai pistoni sono a contatto del disco 29 ed esercitano una azione frenante.

Con riferimento alla figura 3, la posizione assunta dal pistone 2 nel movimento di andata à ̈ indicata rispetto al punto di tenuta del labbro 28 sullo stelo 3.

Con PO à ̈ indicata la posizione iniziale a riposo. In questa posizione il pistone à ̈ completamente retratto, ed il cilindro 1 comunica con il serbatoio 10 mediante i fori 14 e la cavità 13.

Con P1 à ̈ indicata la posizione di inizio della fase attiva della corsa del pistone 2. In questa posizione la comunicazione tra il cilindro 1 e il serbatoio 10 à ̈ interrotta dalla guarnizione 4 e la camera 5 à ̈ completamente invasa di fluido. Allo spostamento del pistone segue pertanto una diminuzione del volume della camera di compressione 5 e lo spostamento verso l’attuatore 6 di una quantità di fluido di lavoro corrispondente alla diminuzione di volume.

Con P2 Ã ̈ indicata una posizione intermedia del pistone a valle della posizione P1 in corrispondenza della fine della porzione 7 dello stelo di diametro minore d1. In questa posizione, il movimento del pistone ha determinato uno spostamento di fluido corrispondente alla diminuzione di volume della camera 5.

In figura 4 à ̈ illustrata con V1 l’ampiezza della intercapedine tra stelo 3 e cilindro 1 che determina il volume di fluido spostato dal pistone durante lo scorrimento della porzione 7 attraverso la guarnizione 4.

Secondo l'invenzione, il volume definito da v1 Ã ̈ tale da far eseguire ai pistoni 30 della pinza 6 il movimento di accostamento al disco 29 durante lo spostamento del pistone 2 lungo il tratto 7

Con P3 à ̈ indicata una posizione del pistone a valle della posizione P2 in corrispondenza nella quale la guarnizione 4 fa tenuta sulla porzione 8 di diametro minore d2. In questa posizione la guarnizione à ̈ scorsa lungo il tratto rastremato 9 ed ha spostato progressivamente un volume di fluido via via minore, corrispondente al diametro crescente dello stelo e quindi al valore minore volume della camera 5 che viene spazzato dalla guarnizione 4.

Come visto precedentemente, all’inizio del tratto 9 i pistoni 30 sono arrivati a contatto del disco 29 e quindi iniziano l’azione di frenata sul disco 29.

Vantaggiosamente, la diminuzione graduale del volume di fluido spostato a parità di spostamento del pistone, e quindi della leva 15, determina una azione di frenata progressiva e graduale dei pistoni 30 sul disco 29.

A valle della posizione P3, ad ogni spostamento del pistone corrisponde uno spostamento di volume di fluido corrispondente al diametro costante d2, ovvero al valore V2 della intercapedine tra pistone 2 e cilindro 1.

Nell’esempio descritto il diametro D2 à ̈ costante ed maggiore del diametro costante D1 , ma si intende che i diametri del pistone potranno anche non essere costanti ma variabili con continuità.

Con riferimento alle figure 5 e 6 , à ̈ illustrata una forma di realizzazione di un corpo pompa 34 secondo dell’invenzione nel quale à ̈ previsto un cilindro con una camera di pressione 35 di forma rastremata con sezione trasversale variabile gradualmente, comunicante con un serbatoio laterale 40 tramite fori di comunicazione 41 , 42 e con un foro di mandata 48 destinato ad alimentare un attuatore idraulico, ad esempio una pinza freno 6.

All’interno del cilindro 35 può scorrere contro una molla 51 un pistone 43 portante una guarnizione primaria 44 e azionato da una leva di manovra 15 collegata al pistone tramite uno stello 46 e eventualmente opportuni leveraggi Preferibilmente, il corpo pompa 34 comprende inoltre mezzi 49 per regolare la posizione longitudinale a riposo del pistone 43 all’interno del cilindro 35 e la distanza della guarnizione primaria 44 dalla porta di comunicazione 42 che determina il punto di inizio della corsa attiva del pistone ovvero della fine della corsa a vuoto e dell'inizio dell’invio di fluido in pressione nel circuito a valle del cilindro 35.

Nell’esempio descritto, i mezzi 49 comprendono ingranaggi accessibili dall’esterno del corpo pompa e collegati al pistone 43 per determinare una rotazione attorno al proprio asse del pistone stesso e con esso della guarnizione 44.

Vantaggiosamente, la guarnizione 44 presenta un bordo 50 di diversa altezza in direzione assiale in modo tale che la sua rotazione determini una diversa e regolabile distanza del bordo 50 dal foro 42 e quindi una maggiore o minore rotazione della leva 15 e corrispondentemente una maggiore o minore corsa longitudinale del pistone 43 prima che la guarnizione 44 raggiunga il foro 42. Più in dettaglio, il cilindro 35 comprende un tratto 36 di diametro d3, una zona 37 di riduzione del diametro ed un tratto 38 di diametro d4 minore di d3.

In diverse forme di realizzazione, la superficie del cilindro nella zona 37 potrà avere una forma qualunque ovvero a profilo conico o con diverse curvature, convesse o concave.

Preferibilmente, il corpo pompa 34 comprende inoltre un elemento elastico 39 disposto a sostegno della guarnizione primaria 4 quando il cilindro à ̈ in pressione e dotato di uno spacco 52 che serve ad adattarsi alla variazione del diametro interno del cilindro man mano che la guarnizione avanza durante la attuazione della leva si tira la leva 15.

Alternativamente, il tratto di cilindro sul quale à ̈ montata la guarnizione 4 può essere di dimensioni inferiori del valore d4 in modo da non interferire con esso durante il funzionamento

In questa forma realizzativa, l’area interna del cilindro per unità di lunghezza assiale nel tratto di diametro d3 à ̈ maggiore dell’area per unità di lunghezza assiale nel tratto di diametro d4, e di conseguenza à ̈ minore la quantità di fluido spostato dalla guarnizione 44 in analogia a quanto descritto con riferimento alla forma realizzativa di figura 4.

L’invenzione consegue importanti vantaggi perché consente di ridurre l’ampiezza dello spostamento del pistone principale (e quindi dell’organo di controllo, nell’esempio descritto la leva 15 necessaria per far compiere ai pistoni dell’attuatore la corsa a vuoto precedente l’avvio della azione di frenata.

Inoltre, grazie alla forma rastremata del pistone viene resa graduale l’azione di frenata esercitata dai pistoni 30 sul disco 29, almeno nella fase iniziale.

La presente invenzione à ̈ stata descritta secondo forme preferite di realizzazione ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dal'ambito di protezione dell'invenzione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1.Corpo pompa per il comando di attuatori idraulici (6) di freni a disco per biciclette o motociclette, comprendente un cilindro (1) con una camera di compressione del fluido (5, 35) comunicante con l’attuatore (6), un gruppo pistone (2, 43) mobile rispetto al cilindro e provvisto di uno stelo (3) e di una guarnizione primaria (4, 44), in cui un movimento di andata del pistone (2, 43) determina una diminuzione del volume della camera di compressione (5, 35) e lo spostamento verso l’attuatore (6) di un corrispondente volume di fluido di lavoro (1), in cui, in detto movimento di andata, il pistone (2) à ̈ mobile tra una prima posizione a monte (P1), una seconda posizione a valle intermedia (P2) ed almeno una posizione a valle (P3), caratterizzato dal fatto che a parità di ampiezza del movimento del pistone (2) la diminuzione del volume della camera di compressione (5) à ̈ maggiore a monte della posizione (P2) rispetto al volume spostato a valle della stessa posizione (P2).
2. 2. Corpo pompa secondo la rivendicazione 1, in cui la diminuzione del volume della camera di compressione (5) a parità di ampiezza del movimento del pistone (2) decresce gradualmente tra detta prima posizione (P2) e detta terza posizione (P3).
3. 3. Corpo pompa secondo la rivendicazione 2, in cui detta guarnizione primaria (4) Ã ̈ montata fissa sul cilindro (1) e lo stelo (3) del pistone (2) scorre costantemente a tenuta nella guarnizione (4), ed in cui lo stelo (3) presenta una porzione (7) scorrevole a tenuta della guarnizione (4) in corrispondenza dello spostamento del pistone a monte di detta seconda posizione (P2), ed una porzione (8) scorrevole a tenuta della guarnizione (4) in corrispondenza dello spostamento del pistone a valle di detta seconda posizione (P2), la prima porzione (7) avendo un diametro esterno (d1) inferiore al diametro esterno (d2) di detta seconda porzione (8).
4. 4. Corpo pompa secondo la rivendicazione 3, in cui detta seconda porzione (8) comprende un tratto (9) di forma rastremata raccordata con detta porzione (7).
5. 5. Corpo pompa secondo la rivendicazione 4, caraterizzato dal fato che deto stelo (3) presenta una porzione cilindrica cava (13) provvista di uno più fori (14) e dal fato di comprendere un serbatoio (10) disposto coassialmente al cilindro (1) e comunicante con esso atraverso deti fori (14) realizzati in corrispondenza di posizioni del pistone (2) a monte di deta prima posizione (P1).
6. 6. Corpo pompa secondo una delle rivendicazioni 3-5, caraterizzato dal fato di comprendere una guarnizione secondaria (11) montata su una testa di estremità (16) dello stelo (3) e scorrevole a tenuta lungo il cilindro (1) e di comprendere inoltre un elemento guida molla (17) alloggiato fisso nel cilindro (1) in prossimità di detta guarnizione primaria (4) per ospitare una molla di spinta (18) compresa tra deto guida molla (17) e deta testa di estremità (16).
7. 7. Corpo pompa secondo una delle rivendicazioni 3-6, caraterizzato dal fatto che deto trato rastremato (9) ha un profilo esterno retilineo .
8. 8. Corpo pompa secondo una delle rivendicazioni 3-6, caraterizzato dal fato che deto tratto rastremato (9) ha un profilo esterno curvilineo.
9. 9. Corpo pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caraterizzato dal fato di comprendere una leva di controllo (15) collegata allo stelo (3) tramite un’asta di spinta (19) e ruotante atorno ad un perno (20) solidale al cilindro (1), deta asta di spinta (19) essendo unita allo stelo (3) mediante un giunto sferico (24) e alla leva di controllo (15) mediante un dispositivo (21) di regolazione della posizione angolare della leva rispetto al cilindro (1).
10. 10. Corpo pompa secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il cilindro (1) presenta una camera di pressione (35) comunicante con un serbatoio laterale (40) tramite almeno un foro di comunicazione laterale (42) all’interno del cilindro potendo scorrere un pistone (43) portante una guarnizione primaria (44).
11. 11. Corpo pompa secondo la rivendicazione 10 in cui la camera del cilindro (35) comprende un trato (36) di diametro (d3), un trato (37) di riduzione del diametro ed un trato (38) di diametro (d4) minore di (d3).
12. 12. Freno per biciclete o motociclete, comprendente un corpo pompa (33) collegato idraulicamente ad una pinza idraulica (6) tramite condoti (27), in cui il corpo pompa (33) comprende un pistone principale (2) scorrevole rispetto ad un cilindro (1) con un movimento di andata per lo spostamento di una quantità di fluido verso detta pinza (6) e detta pinza (6) comprende uno o più pistoni comandati (30) scorrevoli lungo rispettivi cilindri (31) destinati a ricevere detta quantità di fluido, in cui il rapporto idraulico tra detto corpo pompa (1) e detta pinza (6) à ̈ decrescente al progredire del movimento di andata del pistone principale (2).