ITMI20080809A1 - Fascia di frenatura di un disco per freno a disco di tipo ventilato - Google Patents

Description

Descrizione

Forma oggetto della presente invenzione una fascia di frenatura di un disco per freno a disco di tipo ventilato.

Come noto, i dischi per freno a disco comprendono una campana, adatta ad associare il disco ad un mozzo di un veicolo, da cui si estende una porzione anulare denominata fascia di frenatura destinata a cooperare con pastiglie di una pinza. Nel caso dei dischi di tipo ventilato, la fascia di frenatura è realizzata mediante due cartelle rispettivamente affacciate e collegate fra loro mediante elementi di collegamento, per esempio a forma di pioli o alette. Le superfici esterne delle due cartelle definiscono opposte superfici di frenatura mentre le superfici interne delimitano, congiuntamente con i pioli o le alette, canali di ventilazione per il raffreddamento del disco percorsi dall’aria secondo una direzione centrifuga durante il moto di rotazione del disco stesso.

È noto che l’azione frenante esplicata dalle pastiglie contro le superfici di frenatura del disco genera calore, di conseguenza un aumento di temperatura del disco fino a rendere il disco stesso incandescente nel caso di prestazioni particolarmente gravose. A causa dell’elevata temperatura raggiunta dal disco durante la frenatura, il disco si deforma ed il contatto fra le pastiglie e le superfici di frenatura si deteriora. Inoltre il materiale d’attrito delle pastiglie subisce una sorta di vetrificazione e di inquinamento da parte del materiale del disco.

È stato inoltre riscontrato che la temperatura più elevata si raggiunge in corrispondenza di una porzione anulare centrale delle superfici di frenatura, ossia in corrispondenza di una porzione anulare centrale delle superfici esterne delle rispettive cartelle. Nel corso della vita del disco, tale zona è facilmente soggetta alla formazione di cricche.

Per ovviare agli inconvenienti sopra esposti, è quindi particolarmente sentita nel settore, da una parte, l’esigenza di aumentare l’efficienza della dispersione del calore generato dalla frenatura così da contenere le temperature raggiunte dal disco durante e a seguito della frenatura, dall’altra, l’esigenza di aumentare la resistenza meccanica di queste porzioni centrali della fascia di frenatura.

Soluzioni sono note da WO 2004/102028 ed anche da WO 2002/064992, US7066306, US7267210, US 2006 0243546, US 2004 0124047, US6367599, US5542503 e US4865167. Seppur soddisfacenti sotto diversi punti di vista, queste note soluzioni non permettono di raggiungere un compromesso tra la desiderata resistenza meccanica nella zona centrale anulare della fascia di frenatura e la contrastante esigenza di massimizzare nella stessa zona il flusso di aria capace di asportare il forte aumento di temperatura localizzato determinato dall’azione frenante.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di proporre una fascia di frenatura di un disco per freno a disco di tipo ventilato che presenti caratteristiche strutturali e funzionali tali da soddisfare la suddetta esigenza e, nel contempo, da ovviare agli inconvenienti di cui si è qui sopra lamentato con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema viene risolto mediante una fascia di frenatura di un disco per freno a disco di tipo ventilato in accordo con la rivendicazione 1, un disco in accordo con la rivendicazione 18 ed un elemento a piolo come descritto nella rivendicazione In accordo con una forma generale di realizzazione, una fascia di frenatura di un disco per freno a disco di tipo ventilato comprende due cartelle tra loro affacciate e definenti un’intercapedine, dette cartelle sono tra loro unite da mezzi o elementi di dissipazione del calore e di collegamento ed almeno alcuni di detti mezzi di collegamento sono sagomati a piccole colonne che si aggettano da una cartella verso l’opposta cartella in forma di pioli.

Vantaggiosamente, detti pioli sono raggruppati in almeno una fila o rango disposto circonferenzialmente ed almeno alcuni tra detti pioli di detto almeno un rango presentano, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione, una sezione di forma sostanzialmente a rombo o diamante con quattro vertici uniti da quattro lati, in cui detti lati, delimitanti detta sezione, sono di forma concava a formare una sagoma a stella.

In accordo con un’altra forma vantaggiosa di realizzazione, non necessariamente realizzata congiuntamente alla precedente, una fascia di frenatura presenta più file o ranghi di pioli, detti più ranghi di pioli essendo disposti tra loro concentrici, ed in cui il rango disposto in prossimità del bordo radialmente esterno della fascia, lontano dall’asse di rotazione (X-X) della fascia, presenta almeno alcuni dei pioli di sezione trasversale sostanzialmente triangolare con base rivolta verso l’esterno del disco e lati interni al canale di ventilazione aventi profilo concavo, in cui detta sezione triangolare prolunga i suoi lati concavi sovrapponendosi in direzione radiale alla fila o rango adiacente.

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi della fascia di frenatura di un disco per freno a disco di tipo ventilato secondo l’invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

le figure 1a ed 1b illustrano due viste in prospettiva parzialmente sezionate di un disco per freno a disco;

la figura 2 illustra una parziale vista in pianta, parzialmente sezionata, del disco per freno a disco di figura 1;

la figura 3 illustra un particolare ingrandito del disco di figura 2;

la figura 4 illustra una vista in sezione secondo la traccia IV-IV del disco di figura 2;

la figura 5 illustra una vista prospettica parzialmente sezionata di un piolo;

le figure 6a e 6b illustrano due viste in prospettiva parzialmente sezionate di un disco per freno a disco in accordo con un’ulteriore forma di realizzazione;

la figura 7a illustra un particolare ingrandito del disco di figura 6;

la figura 7b illustra in vista frontale sezionata, un particolare dei ranghi di pioli secondo una ulteriore soluzione;

le figure 8a, 8b e 8c, 8d illustrano i risultati teorici di distribuzione di temperatura in un disco per freno a disco secondo la figura 6a (8a,8b) a confronto con lo stato della tecnica (8c, 8d);

le figure 9a e 9b illustrano i risultati teorici di distribuzione di velocità dell’aria all’interno dei canali di ventilazione in un disco per freno a disco secondo la figura 6a (campo di moto) a confronto con lo stato della tecnica.

Con riferimento alle suddette figure, con 10 è stato complessivamente indicato un disco per freno a disco di tipo ventilato. Con 12 è stata indicata una campana e con 14 è stata indicata una fascia di frenatura.

Con il riferimento X-X è stato indicato un asse attorno a cui ruota il disco. Con direzione assiale al disco o alla fascia di frenatura si intende una direzione parallela all’asse X-X. Con il riferimento Z-Z è stata genericamente indicata una direzione radiale al disco o alla fascia di frenatura, ossia una direzione perpendicolare alla direzione assiale o all’asse X-X. Infine con direzione tangenziale T-T o circonferenziale al disco si intende una direzione tangente ad una circonferenza avente centro sull’asse X-X e giacente su un piano ad esso perpendicolare (ad esempio Fig. 4).

La fascia di frenatura 14 si estende fra un diametro interno D1, prossimo all’asse di rotazione del disco X-X, ed un diametro esterno D2, lontano da detto asse di rotazione del disco X-X (ad esempio Fig. 3).

La fascia di frenatura comprende due cartelle 16 e 18 unite da mezzi di collegamento per esempio in forma di pioli 20. Fra le due cartelle 16 e 18 è definita un’intercapedine 22 suddivisa in canali di ventilazione dai mezzi di collegamento.

Delle due cartelle, con 16 è stata indicata quella che si trova dalla stessa parte in cui si sviluppa la campana, rispetto ad un piano mediano 24 dell’intercapedine fra le due cartelle, mentre con 18 è stata indicata quella che si trova da parte opposta a quella in cui si sviluppa la campana, rispetto al suddetto piano mediano 24 dell’intercapedine fra le due cartelle.

In accordo con una forma di realizzazione, un piolo 20 di collegamento tra due cartelle 16, 18 di una fascia di frenatura 14 di un disco 10 per freno a disco di tipo ventilato, presenta, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo il canale di ventilazione, una sezione di forma sostanzialmente a rombo o diamante con quattro vertici uniti da quattro lati in cui detti lati, che delimitano detta sezione, sono di forma concava, in altre parole rientrano a formare una sagoma a stella i cui raggi si rastremano più che linearmente estendendosi vantaggiosamente in direzione sostanzialmente radiale e tangenziale.

Grazie a questa forma della sezione del piolo, si ottiene un’area interessata al collegamento con le cartelle estesa, ma allo stesso tempo si mantiene un ampio passaggio per l’aria che percorre l’intercapedine 22 della fascia, facilitando il raffreddamento e non compromettendo la resistenza strutturale.

In accordo con una forma di realizzazione, la fascia di frenatura 14 si estende fra un diametro interno D1, prossimo ad un asse X-X di rotazione del disco, ed un diametro esterno D2, lontano da detto asse X-X di rotazione del disco. Detta fascia di frenatura 14 comprende due cartelle 16, 18 tra loro affacciate e definenti un’intercapedine 22. Dette cartelle 16, 18 sono tra loro unite da mezzi o elementi di dissipazione del calore e di collegamento 20, ed almeno alcuni di detti mezzi di collegamento sono sagomati a piccole colonne che si aggettano da una cartella verso l’opposta cartella in forma di pioli 20. Detti pioli 20 sono raggruppati in almeno una fila o rango 30 disposto circonferenzialmente. Vantaggiosamente, almeno alcuni tra detti pioli 20 di detto almeno un rango 30 presentano, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione, una sezione di forma sostanzialmente a rombo o diamante con quattro vertici 35 uniti da quattro lati 36 in cui detti lati delimitanti detta sezione sono di forma concava a formare una sagoma a stella.

In accordo con una forma di realizzazione, una fascia di frenatura 14 presenta tutti i pioli 20 del medesimo rango 30 o fila con sezione a rombo e lati concavi.

In accordo con una forma di realizzazione, sono previste più file o ranghi 26; 28; 30 di pioli, e detti più ranghi sono disposti tra loro concentrici. Vantaggiosamente, ciascun piolo è sfalsato rispetto ai pioli più vicini degli affiancati ranghi in una disposizione quinconce.

In accordo con una forma di realizzazione, la sezione a rombo presenta almeno una porzione di un lato concavo ad arco di cerchio, preferibilmente con raggio R compreso tra 5mm e 20mm e preferibilmente con raggio R di 12mm.

In accordo con una forma di realizzazione, la sezione a rombo presenta tutti i lati concavi, con almeno una porzione ad arco di cerchio, preferibilmente con raggio R compreso tra 5mm e 20mm e preferibilmente con raggio R di 12mm.

In accordo con una forma di realizzazione, la sezione a rombo presenta tra almeno due di detti lati concavi un vertice convesso con almeno una porzione ad arco di cerchio, preferibilmente con raggio Rv compreso tra 1mm e 4mm, preferibilmente con raggio Rv di 2,5mm.

In accordo con una forma di realizzazione, la sezione a rombo presenta lati e vertici formati esclusivamente da linee curve, detti lati concavi e detti vertici convessi, preferibilmente sagomati ad archi di cerchio, sono tra loro raccordati, in modo da evitare spigoli e tratti rettilinei.

In accordo con una forma di realizzazione, la sezione a rombo è simmetrica rispetto ad un asse radiale Z-Z o r, disposto trasversale all’asse X-X di rotazione della fascia e preferibilmente detta sezione è simmetrica rispetto ad un asse tangenziale T-T disposto ortogonale a questo asse radiale Z-Z ed anche all’asse X-X di rotazione.

In accordo con una forma di realizzazione, la sezione a rombo si estende in direzione radiale di una predefinita altezza LR ed in direzione tangenziale di una predefinita larghezza LT. Vantaggiosamente, detta altezza LR è di predefinito valore compreso tra 1,5 e 2 volte la larghezza LT. Vantaggiosamente,

LR = 1,7 LT.

In accordo con una forma di realizzazione, i pioli 20 della fascia di frenatura sono raggruppati in almeno tre ranghi comprendenti almeno un rango esterno 26, con pioli a sezione sostanzialmente triangolare o romboidale, un rango intermedio 30 con pioli a sezione a stella, ed un rango interno 28 prossimo all’asse X-X del disco, i pioli di detto rango interno 28 avendo sezione sostanzialmente romboidale in un piano parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione.

In accordo con una forma di realizzazione, le sezioni dei pioli di almeno due ranghi 28, 30 nel medesimo piano parallelo al flusso di aria, hanno medesima estensione radiale. Vantaggiosamente, le sezioni di tutti i ranghi 26, 28, 30, hanno medesima estensione radiale.

In accordo con una forma di realizzazione, detti ranghi 26, 28, 30 non si sovrappongono reciprocamente in direzione radiale Z-Z al disco.

In accordo con una forma di realizzazione, il numero di pioli è uguale in tutti i ranghi 26, 28, 30.

In accordo con una forma di realizzazione, il rapporto fra il diametro esterno della fascia D2 e lo spessore massimo di un’intercapedine 22 fra le due cartelle 16, 18 misurato in direzione parallela all’asse del disco X-X è compreso fra 15 e 32, preferibilmente fra 21 e 25, vantaggiosamente 23.

In accordo con una forma di realizzazione, un disco per freno a disco 10 di tipo ventilato comprende una campana 12 ed una fascia di frenatura 14 come sopra definito.

In accordo con una forma di realizzazione, nella fascia sono previste più file o ranghi 26; 28; 30 di pioli e detti più ranghi sono disposti tra loro concentrici. Vantaggiosamente, il rango 26 disposto in prossimità del diametro esterno D2, lontano da detto asse X-X di rotazione del disco presenta almeno alcuni dei pioli di sezione trasversale sostanzialmente triangolare con base 32 rivolta verso l’esterno del disco e lati 34 interni al canale di ventilazione aventi profilo concavo.

In accordo con una forma di realizzazione, dette sezioni triangolari prolungano i loro lati 34 sovrapponendosi in direzione radiale (distanza indicata con riferimento O) alla fila o rango adiacente. Vantaggiosamente, i lati si sovrappongono radialmente ai pioli del rango adiacente del 10% -30%, preferibilmente si sovrappongono del 20%.

In accordo con una forma di realizzazione, in dette sezioni triangolari, detti lati 34 comprendono almeno un tratto costituito da un arco di circonferenza.

In accordo con una forma di realizzazione, i pioli 20 della fascia di frenatura sono raggruppati in almeno tre ranghi comprendenti almeno un rango esterno 26, definito da pioli a sezione triangolare con una base 32 rivolta verso l’esterno del disco e lati 34 interni al canale di ventilazione aventi profilo concavo, un rango intermedio 30 con pioli a sezione a stella, ed un rango interno 28 prossimo all’asse X-X del disco, i pioli di detto rango interno 28 avendo sezione sostanzialmente romboidale in un piano parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione.

Secondo una possibile ulteriore forma di realizzazione, i pioli 20 sono raggruppati in tre ranghi concentrici comprendenti un rango esterno 26, disposto in prossimità del diametro esterno D2 della fascia di frenatura 14, un rango interno 28, prossimo all’asse X-X del disco, ed un rango intermedio 30 fra il rango interno ed il rango esterno.

Secondo una possibile forma di realizzazione, i pioli del rango interno 28 e i pioli del rango intermedio 30 presentano, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione, una sezione sostanzialmente romboidale (figura 2 e 3) in cui i vertici del rombo si presentano arrotondati.

Vantaggiosamente, il rango intermedio 30 presenta pioli con sezione a stella. In altre parole, a parità di posizione dei vertici della sezione sostanzialmente romboidale, l’ingombro dei pioli secondo la presente invenzione risulta minore rispetto all’ingombro di pioli aventi sezione romboidale con lati interni al canale di ventilazione rettilinei.

Vantaggiosamente, i pioli del rango esterno 26 presentano, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione, una sezione sostanzialmente triangolare con base 32 allargata rivolta verso l’esterno del disco e lati 34 interni al canale di ventilazione aventi profilo concavo. In altre parole, a parità di posizione dei vertici della sezione sostanzialmente triangolare, l’ingombro dei pioli secondo la presente invenzione risulta minore rispetto all’ingombro di pioli aventi sezione triangolare con lati interni al canale di ventilazione rettilinei.

Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, la base 32 presenta lunghezza S compresa fra 14 e 22 mm preferibilmente 18 mm. Secondo una ulteriore forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, la base 32 presenta lunghezza S compresa fra 10 e 16 mm preferibilmente 14 mm.

Secondo una possibile forma di realizzazione, i lati 34 comprendono almeno un tratto costituito da un arco di circonferenza di raggio Rt. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 280 e 440 mm, i lati 34 comprendono almeno un tratto costituito da un arco di circonferenza di raggio Rt compreso fra 36 e 44 mm, preferibilmente 40 mm.

Secondo una possibile forma di realizzazione, i lati 34 e la base 32 allargata sono tra loro raccordati con tratti arcuati. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, i lati 34 e la base 32 sono raccordati con un arco di circonferenza di raggio r1 compreso fra 2 e 4 mm, preferibilmente 2,5 mm. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, i lati 34 e la base 32 sono raccordati con un arco di circonferenza di raggio r1 compreso fra 1,5 e 4 mm, preferibilmente 2 mm.

Secondo una possibile forma di realizzazione, i lati 34 sono tra loro raccordati al vertice interno ai canali di ventilazione con un tratto arcuato. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, i lati 34 sono raccordati tra loro con un arco di circonferenza di raggio r2 compreso fra 2 e 4 mm, preferibilmente 2,5 mm. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di dischi aventi diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, i lati 34 sono raccordati tra loro con un arco di circonferenza di raggio r2 compreso fra 1,5 e 4 mm, preferibilmente 2 mm.

Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di un disco avente diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, i pioli 20 del rango interno 28 se presenti hanno uno spessore massimo in direzione tangenziale al disco compreso fra 6 e 8 mm, preferibilmente 7 mm. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di un disco avente diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, i pioli 20 del rango interno 28 se presenti hanno uno spessore massimo in direzione tangenziale al disco compreso fra 4 e 6 mm, preferibilmente 5 mm.

Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di un disco avente diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, i pioli 20 del rango intermedio 30 se presenti hanno uno spessore massimo in direzione tangenziale al disco compreso fra 10 e 20 mm, preferibilmente 16 mm. Secondo una possibile forma di realizzazione, per esempio nel caso di un disco avente diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, i pioli 20 del rango intermedio 30 se presenti hanno uno spessore massimo in direzione tangenziale al disco compreso fra 8 e 18 mm, preferibilmente 14 mm.

Secondo una possibile forma di realizzazione in cui sono previsti almeno due ranghi, i ranghi presentano uguale altezza LR ossia uguale dimensione in direzione radiale al disco.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione in cui sono previsti almeno due ranghi, i ranghi non si sovrappongono reciprocamente in direzione radiale al disco. Più in particolare, ognuno dei ranghi si estende fra due circonferenze concentriche al disco in cui le circonferenze che delimitano ranghi adiacenti coincidono. In altre parole, facendo riferimento ad un esempio in cui sono previsti tre ranghi di pioli, vengono indicate rispettivamente con C1 e C2 le circonferenze che delimitano il rango interno 28, con C2 e C3 le circonferenze che delimitano il rango intermedio 30 e con C3 e C4 le circonferenze che delimitano il rango esterno 26. Vantaggiosamente la circonferenza C2 delimita sia il rango interno che quello intermedio mentre la circonferenza C3 delimita sia il rango intermedio che quello esterno.

Secondo una possibile forma di realizzazione, considerando una porzione anulare della fascia sezionando la fascia stessa fra le due cartelle in corrispondenza del piano mediano 24, a parità di rapporto percentuale fra la superficie della cartella e la somma delle superfici s’ delle sezioni dei pioli (generalmente la superficie occupata dai pioli è pari sostanzialmente al 20-25% di quella della fascia), la fascia di frenatura secondo la presente invenzione presenta un maggiore numero di pioli e quindi una maggiore superficie totale dei pioli in direzione trasversale al flusso di aria. Vantaggiosamente il numero di pioli per un rango della fascia di frenatura è compreso fra 35 e 50, ancora più preferibilmente fra 37 e 48.

Secondo una possibile forma di realizzazione, in un disco di diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, un rango comprende da 40 a 47 pioli, preferibilmente 43 pioli. Secondo una possibile forma di realizzazione, in un disco di diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, un rango comprende da 34 a 41 pioli, preferibilmente 37 pioli.

Nel caso di più ranghi, è vantaggioso che ogni rango comprenda sostanzialmente lo stesso numero di pioli.

Secondo una possibile forma di realizzazione comprendente almeno due ranghi, la distanza angolare α fra due pioli adiacenti di uno stesso rango è uguale in ogni rango. Nel caso in cui siano previsti tre ranghi, preferibilmente i pioli del rango esterno sono allineati radialmente a quelli del rango interno mentre i pioli del rango intermedio sono disposti sfalsati rispetto a quelli del rango interno ed esterno, a circa metà della distanza angolare α fra due pioli adiacenti del rango esterno o interno.

Secondo una possibile forma di realizzazione, il rapporto fra il diametro esterno D2 della fascia di frenatura, e quindi del disco, e lo spessore massimo dell’intercapedine fra le due cartelle misurato in direzione parallela all’asse X-X è vantaggiosamente compreso fra 15 e 32, preferibilmente fra 21 e 25, ancora più preferibilmente è circa 23.

Facendo di seguito riferimento ad un disco di diametro esterno compreso fra 350 e 440 mm, secondo una possibile forma di realizzazione la cartella 16 disposta dalla parte della campana rispetto al piano mediano 24 dell’intercapedine 22 fra le due cartelle ha uno spessore in direzione assiale al disco compreso fra 10 e 16 mm. Secondo una possibile forma di realizzazione, la cartella 18 disposta dalla parte opposta della campana rispetto al piano mediano 24 ha uno spessore in direzione assiale al disco compreso fra 10 e 15 mm. Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, l’intercapedine 22 fra le due cartelle ha una dimensione massima in direzione assiale al disco compresa fra 14 e 20 mm, preferibilmente 16mm. Le due cartelle possono avere spessori differenti o uguali.

Facendo nel seguito riferimento ad un disco di diametro esterno compreso fra 280 e 350 mm, secondo una possibile forma di realizzazione, le cartelle 16, 18 hanno uno spessore in direzione assiale al disco compreso fra 7 e 10 mm, preferibilmente 8 mm. Secondo una possibile ulteriore forma di realizzazione, l’intercapedine 22 fra le due cartelle ha una dimensione massima in direzione assiale al disco compresa fra 10 e 15 mm, preferibilmente 14 mm. Le due cartelle possono avere spessori differenti o uguali.

In accordo con una forma di realizzazione, un disco per freno a disco 10 di tipo ventilato comprende una campana 12 ed una fascia di frenatura 14 come sopra definito.

Da quanto sopra si può apprezzare come il prevedere una fascia di frenatura ed un disco per freno a disco in accordo con la presente invenzione consente inusitatamente di migliorare l’efficienza dello scambio termico limitando le temperature massime nel caso di uguali sollecitazioni termiche o consentendo di sopportare maggiori sollecitazioni termiche a parità di temperature massime raggiunte ed allo stesso tempo di migliorare la resistenza strutturale della porzione centrale della fascia di frenatura o permette maggiori sollecitazioni durante le azioni di frenatura.

Come si può apprezzare da quanto descritto, la forma dei pioli del rango intermedio, ed eventualmente del rango prossimo al diametro esterno D2, migliora l’efficienza di scambio termico. Inoltre appare particolarmente vantaggiosa sia la configurazione che la disposizione e distribuzione dei pioli dei ranghi interno ed intermedio.

Inoltre risulta particolarmente vantaggiosa e sinergica la previsione di un disco che presenta contemporaneamente un infittimento dei pioli, in particolare distribuiti in tre ranghi, e aventi sezioni in un piano parallelo al flusso dell’aria secondo quanto precedentemente descritto.

I vantaggiosi effetti della presente soluzione in cui il rango esterno 26 si sovrappone radialmente al rango intermedio, sono stati evidenziati in alcuni test effettuati in un banco prova virtuale i cui risultati sono illustrati nelle figure. In tali test viene simulato un flusso di aria che, ad una determinata distanza dal disco, presenta velocità costante. Sia il movimento dell’aria che il calore generato durante la frenatura sono simulati. I risultati sono particolarmente utili sia per prevedere il comportamento del disco al banco prova reale sia per comparare dischi di differenti configurazioni.

La figura 9a illustra, a confronto con soluzioni dello stato della tecnica figura 9b, il campo di moto dell’aria all’interno dei canali di ventilazione, ossia la distribuzione delle velocità dell’aria all’interno dei canali di ventilazione. Le zone indicate con 38 corrispondono ai condotti preferenziali dell’aria, ossia quelli in cui il flusso di aria presenta velocità maggiore, mentre le zone indicate con 40 indicano le zone del flusso di aria meno efficaci per la sottrazione del calore, ossia le zone in cui il flusso di aria presenta velocità minore. Queste ultime zone 40 vengono anche denominate “scie”.

Le figure 8a, 8b illustrano, a confronto con la soluzione dello stato della tecnica figure 8c e 8d, la distribuzione delle temperature raggiunte dal disco durante la frenata simulata. Le zone sono contraddistinte da toni di grigio crescente verso il nero.

La vantaggiosa forma dei pioli del rango esterno consente di ottenere quanto segue. Gli effetti indicati sono ulteriormente rafforzati dalle vantaggiose dimensioni dell’intercapedine, dalla forma e dal numero dei pioli del rango interno ed intermedio se presenti.

Come si può notare, il flusso di aria viene indirizzato in direzione radiale al disco e accelerato notevolmente ottenendo anche una distribuzione del flusso più regolare. Infatti le zone 38 nell’arte nota risultano molto inclinate rispetto ad un raggio del disco mentre nella presente invenzione sono sostanzialmente radiali. In particolare la forma dei pioli esterni non ostacola la fuoriuscita dell’aria e anzi ne incanala ed accelera il flusso. Le zone 40 o scie, ossia le zone non efficaci alla sottrazione del calore, risultano molto più contenute rispetto all’arte nota.

Vantaggiosamente, la presente invenzione consente di ottenere numerosi inneschi di vortici ampiamente distribuiti su tutta la superficie dei pioli, soprattutto quelli esterni. L’allungamento del vertice dei pioli esterni verso l’interno dell’intercapedine grazie alla forma concava dei rispettivi lati aumenta la superficie che si oppone trasversalmente al flusso dell’aria consentendo la formazione di vortici soprattutto in corrispondenza del vertice del piolo e in tutta la zona che lo circonda.

E’ stato inoltre riscontrato che i vortici che si instaurano presentano un’elevata energia soprattutto in corrispondenza dei pioli esterni contribuendo a generare una situazione di turbolenze particolarmente efficaci per allontanare il calore.

La presente invenzione consente quindi di ottenere più inneschi di turbolenze e un maggiore rimescolamento del flusso di aria contribuendo ad aumentare l’efficienza nell’allontanare il calore generatosi durante la frenatura.

Tali vantaggiosi aspetti sono evidenziati inoltre dal fatto che la temperatura, ed in particolare la temperatura massima della porzione centrale esterna delle cartelle, è notevolmente minore a parità di sollecitazione termica a cui il disco è sottoposto rispetto ai dischi noti. Si è inoltre riscontrato che la temperatura assoluta massima raggiunta dalla fascia di frenatura in accordo con la presente invenzione è notevolmente inferiore ai 850 °K sulla porzione esterna della cartella disposta dalla parte della campana rispetto ad un piano mediano 24. Alle stesse condizioni, fasce di frenatura note raggiungevano rispettivamente 868 °K.

Inoltre si è riscontrato che la temperatura massima di una fascia di frenatura secondo la presente invenzione è di circa 500°C per un flusso termico di 0,370 W/mm2, mentre fasce di frenatura note hanno raggiunto nella stessa posizione 604°C. Ad ulteriore riprova, mantenendo costante la temperatura massima, le fasce di frenatura secondo la presente invenzione sopportano flussi termici più alti (circa 0,45 W/mm2) rispetto a quelli dell’arte nota (0,36 W/mm2)

La fascia di frenatura secondo la presente invenzione consente di ottenere in primo luogo la diminuzione della temperatura massima raggiunta proprio nel punto in cui si verificano cricche nella superficie di frenatura ed allo stesso tempo di aumentare la resistenza strutturale. Ciò consente di eliminare o ritardare nel tempo la formazione delle cricche sulla superficie di frenatura. In secondo luogo la diminuzione della temperatura sia del canale che della campana contribuisce a mantenere limitata la deformazione termica del disco, in particolare valutata in direzione parallela all’asse X-X del disco.

Oltre a quanto sopra indicato, la vantaggiosa forma dei pioli del rango intermedio e vantaggiosamente esterno consente l’allargamento della base degli stessi, a parità di diametro esterno del disco e di ingombro del piolo, evitando l’ingresso di sassi o detriti che occluderebbero il passaggio dell’aria. Si tratta infatti di dischi destinati ad essere montati in particolare su mezzi di trasporto quali autocarri o simili rivolti soprattutto all’utilizzo in aree impervie quali per esempio cantieri.

La distribuzione, il numero e la forma dei pioli, unitamente alla diminuzione di spessore delle cartelle contribuisce a diminuire il peso del disco di circa il 10%-15% rispetto ai dischi noti.

L’infittimento dei pioli realizzato risulta ottimale nel cercare di conciliare le contrastanti esigenze di aumentare l’efficienza termica del disco, di aumentare la resistenza alle cricche e di evitare complicazioni nella realizzazione dell’anima di fusione del disco o della fascia di frenatura.

Lo spessore massimo dell’intercapedine viene aumentato rispetto ai dischi noti risultando particolarmente vantaggioso per aumentare la sezione dei canali di ventilazione.

È chiaro che possono essere previste varianti e/o aggiunte a quanto sopra descritto ed illustrato.

I mezzi di collegamento fra le due cartelle possono essere costituiti solo dal rango intermedio o anche solo dal rango esterno di pioli o prevedendo altre forme di realizzazione in sostituzione del rango interno. In particolare possono essere previste altre forme di pioli o altre forme di mezzi di collegamento.

La fascia di frenatura può essere di pezzo con la campana oppure ricavata indipendentemente e ad essa collegata.

Alla soluzione preferita di realizzazione del disco sopra descritta, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza tuttavia uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Fascia di frenatura (14) di un disco (10) per freno a disco di tipo ventilato, detta fascia di frenatura (14) estendendosi fra un diametro interno (D1), prossimo ad un asse (X-X) di rotazione del disco, ed un diametro esterno (D2), lontano da detto asse (X-X) di rotazione del disco, detta fascia di frenatura (14) comprendendo due cartelle (16, 18) tra loro affacciate e definenti un’intercapedine (22), dette cartelle (16, 18) essendo tra loro unite da mezzi o elementi di dissipazione del calore e di collegamento (20), almeno alcuni di detti mezzi di collegamento essendo sagomati a piccole colonne che si aggettano da una cartella verso l’opposta cartella in forma di pioli (20), detti pioli (20) essendo raggruppati in almeno una fila o rango (30) disposto circonferenzialmente, almeno alcuni tra detti pioli (20) di detto almeno un rango (30) presentando, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione, una sezione di forma sostanzialmente a rombo o diamante con quattro vertici 35 uniti da quattro lati 36 in cui detti lati delimitanti detta sezione sono di forma concava a formare una sagoma a stella.
2. 2. Fascia di frenatura (14) secondo la rivendicazione 1, in cui tutti i detti pioli (20) del medesimo rango (30) o fila presentano sezione a rombo con lati concavi.
3. 3. Fascia di frenatura (14) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui sono previste più file o ranghi (26; 28; 30) di pioli, detti più ranghi essendo disposti tra loro concentrici in cui ciascun piolo è sfalsato rispetto ai pioli più vicini degli affiancati ranghi in una disposizione quinconce.
4. 4. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sezione a rombo presenta almeno una porzione di un lato concavo ad arco di cerchio, preferibilmente con raggio (R) compreso tra 5mm e 20mm e preferibilmente con raggio (R) di 12mm.
5. 5. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sezione a rombo presenta tutti i lati concavi, con almeno una porzione ad arco di cerchio, preferibilmente con raggio (R) compreso tra 5mm e 20mm e preferibilmente con raggio (R) di 12mm.
6. 6. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sezione a rombo presenta tra almeno due di detti lati concavi un vertice convesso con almeno una porzione ad arco di cerchio, preferibilmente con raggio (Rv) compreso tra 1mm e 4mm, preferibilmente con raggio (Rv) di 2,5mm.
7. 7. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sezione a rombo presenta lati e vertici formati da sole linee curve, detti lati concavi e detti vertici convessi, preferibilmente sagomati ad archi di cerchio tra loro raccordati, in modo da evitare spigoli e tratti rettilinei.
8. 8. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sezione a rombo è simmetrica rispetto ad un asse radiale (Z-Z) trasversale all’asse (X-X) di rotazione della fascia e preferibilmente simmetrica rispetto ad un asse tangenziale (T-T) disposto ortogonale a questo asse radiale (Z-Z) ed anche all’asse (X-X) di rotazione.
9. 9. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sezione a rombo si estende in direzione radiale di una predefinita altezza (LR) ed in direzione tangenziale di una predefinita larghezza (LT), ed in cui detta altezza (LR) è tra 1,5 e 2 volte la larghezza (LT), preferibilmente LR = 1,7 LT.
10. 10. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previste più file o ranghi (26; 28; 30) di pioli, detti più ranghi essendo disposti tra loro concentrici, ed in cui il rango (26) disposto in prossimità del diametro esterno (D2), lontano da detto asse (X-X) di rotazione del disco presenta almeno alcuni dei pioli di sezione trasversale sostanzialmente triangolare con base (32) rivolta verso l’esterno del disco e lati (34) interni al canale di ventilazione aventi profilo concavo.
11. 11. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette sezioni triangolari prolungano i loro lati (34) sovrapponendosi in direzione radiale (O) alla fila o rango adiacente, preferibilmente si sovrappongono del 10% - 30%, preferibilmente si sovrappongono del 20%.
12. 12. Fascia di frenatura (14) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui in dette sezioni triangolari detti lati (34) comprendono almeno un tratto costituito da un arco di circonferenza.
13. 13. Fascia di frenatura (14) di un disco per freno a disco di tipo ventilato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti pioli (20) sono raggruppati in almeno tre ranghi comprendenti almeno un rango esterno (26), definito da pioli a sezione triangolare, un rango intermedio (30) con pioli a sezione a stella, ed un rango interno (28) prossimo all’asse (X-X) del disco, i pioli di detto rango interno (28) avendo sezione sostanzialmente romboidale in un piano parallelo al flusso di aria lungo i canali di ventilazione.
14. 14. Fascia di frenatura (14) di un disco per freno a disco di tipo ventilato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le sezioni dei pioli di almeno due ranghi (28, 30) nel medesimo piano parallelo al flusso di aria, preferibilmente le sezioni di tutti i ranghi (26, 28, 30), hanno medesima estensione radiale.
15. 15. Fascia di frenatura (14) di un disco per freno a disco di tipo ventilato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti ranghi (26, 28, 30) non si sovrappongono reciprocamente in direzione radiale (Z-Z) al disco.
16. 16. Fascia di frenatura (14) di un disco per freno a disco di tipo ventilato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il numero di pioli è uguale in tutti i ranghi (26, 28, 30).
17. 17. Fascia di frenatura (14) di un disco per freno a disco di tipo ventilato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il rapporto fra il diametro esterno della fascia (D2) e lo spessore massimo di un’intercapedine (22) fra le due cartelle (16, 18) misurato in direzione parallela all’asse del disco (X-X) è compreso fra 15 e 32, preferibilmente fra 21 e 25, preferibilmente 23.
18. 18. Disco per freno a disco (10) di tipo ventilato comprendente una campana (12) ed una fascia di frenatura (14) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 17.
19. 19. Piolo (20) di collegamento tra due cartelle (16, 18) di una fascia di frenatura (14) di un disco (10) per freno a disco di tipo ventilato, detta fascia di frenatura (14) estendendosi fra un diametro interno (D1), prossimo ad un asse (X-X) di rotazione del disco, ed un diametro esterno (D2), lontano da detto asse (X-X) di rotazione del disco, dette cartelle (16, 18) essendo tra loro affacciate e definenti un’intercapedine (22), dette cartelle (16, 18) essendo tra loro unite da almeno detto piolo, detto piolo (20) presentando, in un piano sostanzialmente parallelo al flusso di aria lungo il canale di ventilazione, una sezione di forma sostanzialmente a rombo o diamante con quattro vertici 35 uniti da quattro lati in cui detti lati delimitanti detta sezione sono di forma concava a formare una sagoma a stella.