ITMI20102050A1 - Corpo termoisolante per gruppo frenante - Google Patents

Description

CORPO TERMOISOLANTE PER GRUPPO FRENANTE

Campo di applicazione dell’invenzione

La presente invenzione à ̈ relativa a corpi termoisolanti monostrato impiegabili in un gruppo frenante per autoveicoli, motoveicoli e similari.

Più in dettaglio, la presente invenzione si riferisce a piastre termoisolanti applicate ad un gruppo frenante ad azionamento idraulico od elettro-idraulico, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Stato dell’arte

Com’à ̈ noto, tutti gli autoveicoli, motoveicoli e similari sono equipaggiati con gruppi frenanti ad azionamento idraulico od elettroidraulico, che sono costituiti essenzialmente da un disco di materiale metallico, carboceramico o altro di congruo spessore, che risulta essere fissato stabilmente alla ruota dei veicolo coassiale all'asse di rotazione della medesima, in modo tale da poter ruotare attorno al suddetto asse di rotazione solidalmente alla stessa ruota; da una struttura rigida di supporto fissata stabilmente alle sospensioni del veicolo in modo tale da essere posizionata a cavallo del disco di materiale metallico o carboceramico senza venire a diretto contatto con il medesimo; da una coppia di pattini di rallentamento in materiale ad elevato coefficiente di attrito radente, tradizionalmente chiamati “pastiglie†, che sono posizionati sulla struttura rigida di supporto in posizione simmetrica da bande opposte del disco, in modo tale che ciascuno di essi sia affacciato ad una rispettiva faccia del disco in prossimità del bordo perimetrale dello stesso; ed infine da una serie di pistoni idraulici a singolo effetto che sono interposti tra la struttura rigida di supporto ed i due pattini di rallentamento, in modo tale da poter spingere i due pattini in battuta sul corpo del disco così da dissipare per attrito l’energia cinetica del veicolo provocandone l’arresto.

Visto che la dissipazione dell’energia cinetica del veicolo per attrito provoca un rapido innalzamento delle temperature del disco e dei pattini di rallentamento, e che la temperatura raggiunta da tali componenti può superare i 900°C, negli ultimi anni si à ̈ manifestata la necessità di impedire che i pistoni idraulici che spingono i pattini contro il disco, possano raggiungere una temperatura tale da provocare l’ebollizione dell’olio contenuto al loro interno. Fenomeno che compromette irreparabilmente il corretto funzionamento del gruppo frenante.

Per scongiurare questo rischio, nel corso degli ultimi anni sono stati presentati dei gruppi frenanti ad azionamento idraulico che sono dotati di due piastre termoisolanti in materiale composito, ciascuna delle quali à ̈ interposta tra un pattino del gruppo frenante ed il o i pistoni idraulici che spingono lo stesso pattino contro il disco. Più in dettaglio, le due piastre termoisolanti in materiale composito sono fissate sulla faccia posteriore dei due pattini di rallentamento in modo tale da interporsi tra gli stessi pattini e le teste dei cilindri dei pistoni idraulici che spingono i pattini contro il disco, e ciascuna di esse à ̈ formata da uno o più strati sovrapposti di fili metallici opportunamente intrecciati con fibre di vetro e/o fibre di carbonio e/o fibre aramidiche, ed annegati in una matrice di resina epossidica.

Le prove sperimentali svolte su gruppi frenanti secondo detto stato deH’arte non hanno dato l’esito sperato: tali piastre termoisolanti in materiale composito non riescono, infatti, ad isolare completamente i pistoni idraulici dal calore prodotto dall’attrito dei pattini sulla superficie del disco, e si limitano a ridurre la velocità con cui l’olio contenuto all’interno dei pistoni idraulici si riscalda e raggiunge la temperatura di ebollizione.

In altre parole, se vengono impiegati per periodi prolungati in frenate ripetitive particolarmente impegnative, anche i gruppi frenanti equipaggiati con piastre termoisolanti in materiale composito cessano di funzionare dopo un breve lasso di tempo, perché l’olio presente nei pistoni idraulici non riesce a raffreddarsi a sufficienza tra una frenata e l’altra, e raggiunge la temperatura di ebollizione.

Altre soluzioni che hanno tentato di risolvere il suddetto problema prevedono l’impiego di piastre termoisolanti aventi una struttura multistrato che comprende due strati esterni di materiale composito formati da fibre di carbonio opportunamente intrecciate tra loro ed annegate in una matrice di resina polimerica legante, ed almeno uno strato centrale compatto di silicato e, più in particolare, di silicato di alluminio potassio. Più in dettaglio, i due strati esterni della piastra termoisolante sono entrambi formati da una maglia o tessuto in fibra di carbonio tipo “TWILL†O “PLANE†, mentre la matrice legante di entrambi gli strati esterni à ̈ costituita da una resina legante acrilico fenolica. Questo tipo di configurazione mostra, tuttavia, diversi inconvenienti. Innanzitutto il primo problema à ̈ costituito dal fatto che la forma multistrato composta da materiali di origine e composizione diverse non risponde uniformemente agli stimoli ed alle sollecitazioni fisiche subite, e si verifica quindi inesorabilmente un effetto di de-laminazione tra gli strati, che perdono aderenza e compattezza. Questo effetto di "sfogliamento†si osserva già dalle prime frenate ed influenza quindi negativamente il periodo di durata delle piastre.

Un secondo problema di ben più grave portata riguarda anche la sicurezza del veicolo e del suo comportamento: a causa della conformazione del multistrato e del suo sfaldamento, la piastra tende a rendere man mano sempre più lasca la risposta di frenata, creando cioà ̈ un effetto di "fading†sul freno che trae in inganno il conducente rendendo quindi erronea la valutazione dell’effettivo spazio di arresto del veicolo. Tale effetto à ̈ inoltre in continua progressione, proporzionalmente al logorio delle piastre.

Infine, un terzo aspetto di non minore importanza à ̈ anche quello dei costi elevati correlati alla realizzazione di un multistrato del suddetto genere ed alla necessità di sostituirlo spesso.

Descrizione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare corpi termoisolanti da impiegare in un gruppo frenante ad azionamento idraulico od elettro-idraulico che sia esente dai rischi di ebollizione dell'olio contenuto all’interno dei pistoni idraulici che spingono i pattini contro il disco e che riesca anche a risolvere i sopraenunciati problemi di usura e di risposta di un sistema multistrato.

Secondo la presente invenzione viene pertanto realizzato un corpo termoisolante per un gruppo frenante come definito nella rivendicazione 1. Ulteriori vantaggi realizzativi sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.

Un gruppo frenante convenzionale comprende un disco di materiale metallico o carboceramico di congruo spessore, che à ̈ atto ad essere fissato stabilmente alla ruota del veicolo, o in alternativa al mozzo che supporta la ruota del veicolo, in modo tale da essere disposto coassiale all’asse di rotazione della ruota, e da poter ruotare attorno a tale asse solidalmente alla stessa ruota.

Il gruppo frenante à ̈ inoltre provvisto di una coppia di pattini di rallentamento in materiale ad elevato coefficiente di attrito radente, tradizionalmente chiamati “pastiglie†, che sono montati da bande opposte del disco, in posizione speculare uno rispetto all’altro, e di una serie di pistoni idraulici in grado di spingere a comando i due pattini sul corpo del disco, così da farli strisciare sulla sua superficie. Lo strisciamento riduce progressivamente la velocità di rotazione del disco e della ruota del veicolo ad esso solidale, fino al completo arresto del veicolo.

Secondo la presente invenzione, un siffatto gruppo frenante comprende due corpi termoisolanti 6, che possono essere piastre piatte o di diversa conformazione adattabili a tutte le esigenze costruttive†, ciascuno delle quali à ̈ interposto tra un rispettivo pattino ed il o i pistoni idraulici che spingono tale pattino contro il disco.

Secondo una configurazione preferenziale, ciascuno dei due corpi termoisolanti à ̈ fissato sulla faccia posteriore di un rispettivo pattino, in modo tale da interporsi tra il corpo del pattino e la o le teste dei cilindri dei pistoni idraulici che spingono i pattini contro il disco.

La struttura monostrato che costituisce l’oggetto principale della presente invenzione risulta dalla combinazione di una resina ed un substrato, dove la resina può essere:

(a) una resina termoindurente scelta nel gruppo costituito da resine fenoliche, resine siliconiche o la combinazione delle due,

(b) la combinazione di una o di entrambe le resine al punto (a) con una o più resine scelte nel gruppo costituito da resine epossidiche, resine di poliestere, resine di melamina, resine di vinilestere o bakelite,

(c) una resina termoplastica scelta dal gruppo costituito da Poliimmide (PI), Polietereterchetone (PEEK), Polieterechetonechetone (PEKK), solfuro di poiifenile (PPS), polietereimmide (PEI), o una loro combinazione mentre il substrato à ̈ costituito da una o dalla combinazione delle seguenti alternative:

- carta di mica, carta di mica-muscovite o mica-flogopite o similari; - fibre di vetro, cotone o basalto aventi configurazione stratiforme, intrecciata o ad agglomerato.

Il monostrato viene ottenuto da un processo di formazione per iniezione, o nel caso di resine termoindurenti come da punto (a) & (b) con tecniche di formazione a compressione come SMC o similari o per iniezione quali BMC o similari, o per stampaggio di laminati con taglio successivo, al fine di ottenere piastre piatte o di diversa conformazione adattabili a tutte le esigenze costruttive. Altri processi di formazione prevedono ad esempio lo stampaggio a caldo, il taglio laser di lastre d’origine o similari. Il monostrato viene ottenuto da un processo di formazione per compressione tipo SMC o similari, per iniezione per le resine termoplastiche, per iniezione tipo BMC o similari per le resine termoindurenti, o per stampaggio di laminati con taglio successivo.

In una forma di realizzazione alternativa il monostrato termoisolante viene ottenuto da un processo di formazione per stampaggio di resine termoindurenti o termoplastiche a caldo o a freddo con processo di laminazione a pressa, pressa continua o autoclave.

Lo spessore della piastra secondo la presente invenzione à ̈ compreso tra 0,4 ed 8 millimetri, la densità à ̈ compresa tra 1.4 e 2.4 g/cm<3>, preferibilmente tra 2 e 2.4 g/cm<3>, ancora più preferibilmente à ̈ pari a 2.2 g/cm<3>e la conducibilità termica à ̈ compresa tra 0.1 e 0.5 W/mK, preferibilmente tra 0.15 e 0.25 W/mK, ancora più preferibilmente à ̈ 0.2 W/mK.

La particolare struttura della piastra termoisolante offre un capacità di isolamento termico superiore alle soluzioni precedenti, e pertanto la durata dell’olio risulta incrementata.

In altre parole, la piastra termoisolante secondo la presente invenzione à ̈ in grado di mantenere stabilmente l’olio presente all'interno dei pistoni idraulici ben al disotto della temperatura di ebollizione anche quando la temperatura del disco e dei pattini raggiunge valori superiori ai 1000°C.

I vantaggi portati dalle piastre termoisolanti sopra descritte sono evidenti: i gruppi frenanti così realizzati sono in grado di sopportare condizioni di utilizzo particolarmente gravose per periodi lunghissimi, senza manifestare la benché minima perdita di efficienza. In particolare, la piastra secondo la presente invenzione ha una resistenza all'usura ben superiore rispetto alle soluzioni adottate nello stato dell’arte: dopo lOO.OOOKm di tests effettuati con vari tipi di veicoli in ogni situazione climatica, ed inoltre dai test al computer effettuati in simulatori, la piastra risulta mantenersi integra al 100%. Ciò corrisponde anche ad una costante ed uniforme risposta in termini di spazio di frenata, offrendo quindi un alto livello di affidabilità e di sicurezza per il guidatore.

Secondo una variante realizzativa, il gruppo frenante può essere provvisto di un tamburo in sostituzione del sopramenzionato disco. Analogamente al disco, il tamburo à ̈ fissato rigidamente al mozzo che supporta la ruota del veicolo in modo tale da poter ruotare solidalmente alla ruota attorno all’asse di rotazione della medesima.

In questa variante, i due pattini hanno entrambi una forma ricurva, e sono fissati in modo tale da potersi portare in battuta contro la superficie cilindrica interna del tamburo 2’, mentre le piastre termoisolanti, anch’esse di forma ricurva, sono interposte tra i pattini e due ganasce di forma arcuata su cui agiscono i pistoni idraulici.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Corpo termoisolante per gruppo frenante in autoveicoli, motoveicoli e similari, avente una struttura monostrato risultante dalla combinazione di una resina e un substrato, dove la resina à ̈ scelta tra: a. una resina termoindurente scelta nel gruppo costituito da resine fenoliche, resine siliconiche o la combinazione delle due; b. la combinazione di una o di entrambe le resine in a. con una o più resine scelte nel gruppo costituito da resine epossidiche, resine di poliestere, resine di melamina, resine di vinilestere, bakelite; o c. una resina termoplastica scelta dal gruppo costituito da Poliimmide (PI), Polietereterchetone (PEEK), Polieterechetonechetone (PEKK), solfuro di polifenile (PPS), polietereimmide (PEI), o una loro combinazione ed il substrato à ̈ costituito da una o dalla combinazione delle seguenti alternative: - carta di mica, carta di mica-muscovite o mica-flogopite o similari; - fibre di vetro, cotone o basalto aventi configurazione stratiforme, intrecciata o ad agglomerato. 2. Corpo termoisolante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto monostrato viene ottenuto da un processo di formazione per: a. compressione tipo SMC o similari, b. per iniezione per le resine termoplastiche, c. per iniezione BMC o similari per le resine termoindurenti, o d. per stampaggio di laminati con taglio successivo. 3. Corpo termoisolante secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto monostrato viene ottenuto da un processo di formazione per stampaggio di resine termoindurenti o termoplastiche a caldo o a freddo con processo di laminazione a pressa, pressa continua o autoclave. 4. Corpo termoisolante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto monostrato ha uno spessore compreso tra 0,4 e 8 millimetri. 5. Corpo termoisolante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, avente la conformazione di una piastra piatta o ricurva. 6. Corpo termoisolante secondo una delle rivendicazioni precedenti, avente una densità compresa tra 1.4 e 2.4 g/cm<3>, preferibilmente tra 2 e 2.4 g/cm<3>, ancora più preferibilmente pari a 2.2 g/cm<3>. 7. Corpo termoisolante secondo una delle rivendicazioni precedenti, avente una conducibilità termica compresa tra 0.1 e 0.5 W/mK, preferibilmente tra 0.15 e 0.25 W/mK, ancora più preferibilmente pari a 0.
2. 2 W/mK. 8. Uso di un corpo termoisolante secondo una delle rivendicazioni precedenti in un gruppo frenante per autoveicoli, motoveicoli e similari, dove detto corpo à ̈ interposto tra un pattino di rallentamento ed uno o più pistoni idraulici che spingono tale pattino contro un disco accoppiato alla ruota del veicolo in modo che tale disco ruoti con essa. 9. Uso di un corpo termoisolante secondo una delle rivendicazioni 1-7 in un gruppo frenante per autoveicoli, motoveicoli e similari, dove detto gruppo frenante à ̈ a tamburo, il tamburo à ̈ fissato rigidamente al mozzo che supporta la ruota del veicolo in modo tale da poter ruotare solidalmente alla ruota attorno all’asse di rotazione della medesima, i pattini hanno entrambi una forma ricurva, e sono fissati in modo tale da potersi portare in battuta contro la superficie cilindrica interna del tamburo, le piastre termoisolanti di forma ricurva sono interposte tra i pattini e due ganasce di forma arcuata su cui agiscono i pistoni idraulici.