ITMI980970A1 - Impianto frenante per bicicletta - Google Patents

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Description

“IMPIANTO FRENANTE PER BICICLETTA”
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un impianto frenante a disco, con sistema meccanico, per bicicletta, particolarmente atto ad essere utilizzato su mountain bike, bici da cross e da competizione, anche su strada o pista.
Attualmente, la maggior parte degli impianti frenanti a disco per biciclette disponibili sul mercato, si avvalgono di un sistema idraulico per premere le pastiglie del freno sul disco. Tutti i freni a disco idraulici, secondo la tecnica nota, hanno una pinza montata in modo fisso e dotata di due pistoncini contrapposti che azionati dall’impianto idraulico comprimono le pastiglie contro il disco per determinare la frenata. Questa soluzione, oltre a comportare un’eccessiva complicazione costruttiva, richiede un montaggio assolutamente preciso, per evitare attriti indesiderati tra le pastiglie in posizione di riposo e il disco.
I sistemi di frenatura a disco idraulici, inoltre, richiedono la sostituzione delle normali leve per la frenata collegate al manubrio, con altri tipi di leve integrate al circuito idraulico.
L’uso spinto dei freni provoca un eccessivo surriscaldamento dell’impianto idraulico con conseguente cattivo funzionamento e possibilità di rottura dell’impianto stesso.
Inoltre tali sistemi obbligano l’utente ad effettuare frequentemente spurghi e/o rabbocchi del circuito idraulico, difficoltosi anche per il meccanico-ciclista specializzato.
Da quanto descritto sopra appare evidente che gli impianti frenanti idraulici sono soggetti ad alcuni inconvenienti quali un costo eccessivo, una scarsa resistenza alle alte temperature, una eccessiva complessità di installazione e manutenzione.
Questi inconvenienti sono risolti in parte da impianti frenanti misti idraulici e meccanici. In tali impianti frenanti, di per se noti, la pinza è a funzionamento idraulico, ma viene azionata da un cavo comandato da leve tradizionali applicate sul manubrio. Tale pinza viene montata, mediante perni di fissaggio, in modo flottante sulla forcella, in modo tale da consentire il suo autocentraggio durante la frenata. La frenata è ottenuta mediante la pressione di un solo pistoncino collegato alla pinza che spinge una pastiglia contro il disco. Con questo sistema si ottiene l’eliminazione degli attriti dovuti ad imperfetto allineamento o ritorno parziale di una pastiglia in posizione di riposo.
Tale impianto frenante misto, però presenta dei limiti di rendimento alle alte temperature. Infatti la “miniaturizzazione spinta” (limitata superficie di contatto durante la frenatura) e la difficoltà di garantire in ogni condizione il completo ritorno delle pastiglie in condizione di riposo, ostacolano la dispersione del calore. II surriscaldamento dell’impianto frenante oltre ad una notevole incostanza prestazionale porta all’ ebollizione del fluido del circuito idraulico e talvolta al cedimento delle guarnizioni di tenuta, la cui durata è in ogni caso decisamente limitata.
A causa dei problemi succitati, nella tecnica nota sono stati fatti alcuni tentativi di freni a disco totalmente meccanici. Tali impianti frenanti noti utilizzano una pinza con montaggio fisso, azionata mediante un cavo comandato dalla leva di frenata collegata sul manubrio. Per premere le pastiglie sul disco viene sfruttato il rotolamento di due/tre sfere su altrettante piste inclinate.
Anche questo sistema meccanico presenta diversi inconvenienti. La pinza montata in modo fisso non permette di essere autocentrata durante la frenata provocando attriti indesiderati quando le pastiglie sono in posizione di riposo.
Le sfere, la cui superficie di contatto è molto ridotta, finiscono rapidamente per incidere le rampe di scorrimento. Ciò determina un consistente aumento deH’attrito che, dopo pochi azionamenti, è tale da inficiare l’impianto frenante.
Tali impianti frenanti meccanici noti, inoltre non riescono ad ottenere le prestazioni di potenza degli attuali impianti frenanti idraulici.
Scopo dell’invenzione è quello di eliminare tali inconvenienti fornendo un impianto frenante per bicicletta economico e di semplice realizzazione.
Un altro scopo delTinvenzione è di fornire un tale impianto frenante con elevate prestazioni di potenza e che garantisca ottima affidabilità sotto le condizioni di lavoro più gravose.
Altro scopo dell’invenzione è di fornire un tale impianto frenante di semplice montaggio e manutenzione, installabile su biciclette esistenti, senza richiedere particolari modifiche.
Questi scopi vengono raggiunti in accordo all’invenzione, con le carateristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1 .
Realizzazioni preferite dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.
Nell’impianto frenante per bicicleta secondo l’invenzione, viene utilizzato, su almeno una ruota, un freno a disco comprendente una pinza montata in modo flotante su perni collegati alla forcella. Per ottenere la frenata, una sola pastiglia viene spinta sul disco da un pistoncino azionato da un sistema a camme, costituito da almeno una coppia di rampe inclinate contrapposte, sulle quali agiscono altretanti rulli.
Si preferisce utilizzare rulli anziché sfere in quanto la superficie di contatto dei rulli è notevolmente più estesa di quella delle sfere; ne consegue quindi una drastica diminuzione degli atriti di rotolamento.
Il ritorno della pastiglia in posizione di riposo è assicurato da mezzi a molla e il ritorno della pinza in posizione di riposo è assicurato dal suo autocentraggio dovuto al suo montaggio flottante ed è coadiuvato dalla presenza di piccoli anelli elastici o guarnizioni tipo O-ring posti sui perni di fissaggio.
Il disco viene fissato al mozzo mediante un caletamento scanalato. Tale sistema offre una più razionale distribuzione dei carichi rispetto al sistema convenzionale in cui delle viti vanno ad inserirsi diretamente nel corpo del mozzo inoltre rende più rapido e agevole lo smontaggio della ruota in occasione, ad esempio, della sostituzione di uno o più raggi. Anche il disco viene fissato in modo flotante, mediante l’interposizione di un anello elastico tra la sua stella di fissaggio e la batuta sul mozzo. Ciò ne consente un certo aggiustamento assiale facilitandone il ritorno in posizione di riposo dopo la frenata e evitando in tal modo gli atriti che penalizzano gli altri tipi di freno a disco noti.
Ulteriori caratteristiche dell’ invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa, e quindi non limitativa di realizzazione, illustrata nei disegni annessi, in cui:
la figura 1 è una vista frontale deirimpianto frenante per bicicletta secondo l’invenzione;
la figura 2 è una vista di profilo laterale dell impianto frenante di figura 1; la figura 3 è una vista ingrandita dalla parte di figura 2 racchiusa nel cerchio indicato con A;
la figura 4 è una vista in esploso del blocco frenante secondo l’invenzione; la figura 5 è una vista in assonometria di un disco con collegato il blocco frenante secondo l’invenzione;
la figura 6 è una vista in assonometria di un mozzo atto ad accogliere il disco di figura 5.
Con ausilio delle figure viene descritto rimpianto frenante per bicicletta secondo l’invenzione.
Con riferimento alle figure 1 e 5 un disco 1 è preferibilmente costituito in acciaio ad alto coefficiente d’attrito con dei fori 2 d’alleggerimento, svasati. II disco 1 è opportunamente sottoposto a rettifica e controllo finale della planarità. Il disco 1 viene collegato mediante mezzi a bullone 3 ad una stella 4 porta disco o flangia (nell’esempio delle figure 1 e 5 a cinque razze).
La stella 4 porta disco, preferibilmente in lega d’alluminio temprata, ha un foro centrale, nella superficie interna del quale è ricavato un calettamento scanalato 6. Il calettamento scanalato 6 è atto ad impegnarsi con un calettamento scanalato 7 complementare, ricavato nella superficie esterna di una estremità di un mozzo 8 (figura 6). Al calettamento scanalato 7 del mozzo 8 viene applicata una guarnizione 5 preferibilmente in gomma e di tipo O-ring atta a conferire un certo gioco al disco 1. Sempre nel calettamento scanalato 7 viene ricavata una sede 9 atta ad accogliere un anello metallico 10 per il bloccaggio del disco 1.
11 mozzo 8 alle sue due estremità presenta due blocchetti cilindrici 11 atti ad impegnarsi in apposite sedi concave ricavate nelle due estremità di una forcella 12 di bicicletta. Il fissaggio del mozzo 8 alla forcella 12 avviene, in modo noto, mediante mezzi a leva 13, 13’ che possono essere azionati anche manualmente.
Il blocco frenante, nel suo complesso indicato con il numero di riferimento 15, è mostrato in esploso in figura 4. Il blocco frenante 15 comprende una pinza formata da un corpo di pinza esterno 16 che viene posto esternamente rispetto al disco 1. Il corpo di pinza esterno 16 presenta due fori passanti 18 (figura 5) atti ad accogliere le estremità di due perni 17. I perni 17 sono trattenuti all’interno dei fori 18 e sono previste delle guarnizioni O-ring atte a conferire un accoppiamento di tipo flottante. L’altra estremità dei perni 17 è filettata e viene bloccata mediante dadi in fori ricavati nella forcella 12.
Nel corpo di pinza esterno 16 è ricavata una sede 105 cava nella quale si impegna una vite 19 per bloccare tramite un dado 30 una leva di comando 20. Intorno alla vite 19 viene inserita una molla di ritorno 100. In tal modo azionando il dado 30 si registra la posizione della leva di comando 20 per poter regolare il tipo di frenata desiderata.
La leva di comando 20 presenta una scanalatura 21 atta ad accogliere il cavo 22 (figura 1) da collegare alla leva (non mostrata) di un freno sul manubrio. L’estremità del cavo 22 viene bloccata nella cavità 21 mediante un bullone 101. Sempre nel corpo esterno 16 della pinza viene ricavato un foro passante dove si impegna un perno 23 ferma guaina. Il perno 23 viene bloccato inferiormente da un anello elastico aperto 24 (figura 4) in modo da poter girare liberamente all inte di tale foro passante. Il perno 23 presenta un foro passante 25 attraverso il quale viene inserito il cavo 22 e ad una estremità del perno 23 viene bloccata la guaina 55 che ricopre il cavo 22.
La molla 100 attorno alla vite 19 è preferibilmente coperta da un parapolvere 3 1 in gomma o materiale sintetico.
AlPintemo del corpo di pinza esterno 16 viene posizionato un corpo cavo 32, avente una sezione sostanzialmente a T rovesciata, presentante cioè un codolo cilindrico con una base a disco. Nella base di tale corpo cavo vengono create due sedi contrapposte 33 (una sola visibile) atte ad accogliere una coppia di rulli 34, solidali in posizione rispetto al corpo di pinza 16. Le sedi 33 sono comunicanti con una coppia di camme 35 (una sola visibile) contrapposte con inclinazione opposta.
Quando viene azionata la leva del freno sul manubrio, la trazione del cavo 22 provoca lo spostamento della leva 20 che aziona la vite 19 che è solidale con il corpo cavo 32. Il corpo cavo 32 quindi ruotando viene spinto verso il basso grazie all’azione delle camme 35 che scivolano sulla coppia di rulli 34.
Un pistoncino 36 è inserito in modo libero all inte del corpo cavo 32. Il pistoncino 36 scendendo assieme al corpo cavo 32, senza compiere alcuna rotazione va in battuta contro una pastiglia esterna 37 provocandone l’accostamento contro la superficie del disco 1. In tal modo non essendoci alcun attrito di strisciamento tra le superfici di contatto del pistoncino 36 (che è libero di ruotare all inte del corpo cavo 32) e della pastiglia 37 si riesce ad impedire un’eventuale usura delle superfici a contatto della pastiglia e del pistoncino.
La pastiglia 37 è alloggiata all’interno di una apposita sede ricavata nel corpo di pinza esterno 16 ed è trattenuta in questa sede da una molla di ritorno 38 che ne assicura il rientro in posizione di riposo quando è terminata l’azione frenante.
Ad un corpo della pinza interno 41 viene fissata mediante una molla d’arresto 39 una pastiglia interna 40 destinata a rimanere fissa nella sua posizione. Il corpo della pinza interno 41 è rigidamente collegato al corpo della pinza esterno 16 mediante dei bulloni 42 bloccati inferiormente da dadi di chiusura 43.
Quando il pistoncino 36 provoca l’avanzamento della pastiglia 37 che va in battuta contro il disco 1, grazie all’accoppiamento flottante tra il blocco frenante 15 e la forcella 12, e tra il disco 1 e il mozzo 8, il blocco frenante 15 e il disco 1 compiono un leggero spostamento assiale e quindi il disco 1 viene compresso tra le pastiglie 37 e 40 ottenendo così una frenata efficace e perfettamente equilibrata.
Quando termina l’azione frenante, tramite l’azione della molla di ritorno 38, la pastiglia 37 toma nella sua posizione di riposo, sempre grazie all’accoppiamento flottante tra il blocco frenante 15 e la forcella 12, e tra il disco 1 e il mozzo 8, il blocco frenante 15 e il disco 1 compiono un leggero spostamento assiale e quindi il disco 1 si pone in una posizione perfettamente equidistante tra le due pastiglie 37 e 40, limitando così al minimo gli attriti di strisciamento.
Da quanto esposto appaiono evidenti i vantaggi della soluzione proposta dall’invenzione, che propone un impianto frenante a disco per biciclette, con montaggio flottante ed azionamento completamente meccanico a doppia camma.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto frenante per bici comprendente un disco (1) montato su un mozzo (8) e un blocco frenante (15) con una coppia di pastiglie (27, 30) montato su una forcella (12), caratterizzato dal fatto che almeno uno tra detto disco (1) e detto blocco frenante (15) è montato in modo flottante sì da avere leggeri spostamenti assiali relativi una pastiglia (37) di detto blocco frenante (15) essendo azionata meccanicamente mediante un meccanismo a camma.
  2. 2. Impianto frenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto disco (1) si impegna con detto mozzo (8) mediante l’accoppiamento di rispettivi profili scanalati (6, 7).
  3. 3. Impianto frenante secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che a detto profilo scanalato (6) del mozzo (8) è applicata una guarnizione O-ring atta ad assicurare un accoppiamento flottante tra detto disco (1) e detto mozzo (8).
  4. 4. Impianto frenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto blocco frenante (15) è fissato alla forcella mediante perni (17) previa interposizione di guarnizioni O-ring atte a determinare un accoppiamento flottante tra detto blocco frenante (15) e detta forcella (12).
  5. 5. Impianto frenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto meccanismo a camma comprende un corpo cavo (32) con sedi esterne contrapposte (33) raccordate a rispettivi profili a camma (35), per l’alloggiamento e lo scorrimento di rispettivi rulli (34), solidali in posizione al corpo del blocco in modo tale che con l’azionamento meccanico dei freni, dei mezzi a vite (19) solidali a detto corpo cavo (32) provochino la rotazione del corpo cavo e quindi il suo avanzamento per lo scorrimento delle camme (35) sui rulli (34), provocando l’azionamento di detta pastiglia (37).
  6. 6. Impianto frenante secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto corpo cavo (32) agisce sulla pastiglia (37) per il tramite di un pistoncino (36) alloggiato libero in esso.
  7. 7. Impianto frenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a detta pastiglia (37) è applicata una molla di ritorno (38) alloggiata in una scanalatura in essa ricavata, atta a garantire il rientro della pastiglia (37) una volta terminata la frenata.
  8. 8. Impianto frenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che una leva d’azionamento (20) è collegata a una estremità ad un cavo (22) del freno ed all’altra estremità al corpo del blocco frenante (15) tramite detti mezzi a vite (19).
  9. 9. Impianto frenante secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che intorno a detti mezzi a vite (19) è posta una molla di ritorno (100) in modo tale che mediante un dado di regolazione (30) si possa regolare il posizionamento di detta leva di manovra (20).
  10. 10. Impianto frenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel corpo di detto blocco frenante (15) è inserito un perno girevole (23) avente un foro passante (25) all’ interno del quale è inserito il cavo del freno (22) atto a bloccare la guaina (55) di detto cavo del freno (22).
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