ITRM930206A1

ITRM930206A1 - Pattino per freni a disco con elementi di attrito sinterizzati.

Info

Publication number: ITRM930206A1
Application number: IT000206A
Authority: IT
Inventors: Sergio Russo
Original assignee: Frendo Spa
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1994-10-05
Also published as: NO941189L; NO941189D0; HK1004291A1; CA2120392A1; NO303359B1; ATE144032T1; SG48200A1; DK0619439T3; EP0619439B1; EP0619439A1; ITRM930206A0; IT1261780B; ES2072846T1; US5538108A; ES2072846T3; CA2120392C; DE59400790D1

Description

D E S C R I Z I O N E

a corredo di una domanda di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

"PATTINO PER FRENI A DISCO CON ELEMENTI DI ATTRITO SINTERIZZATI"

La presente invenzione si riferisce al campo generale dei pattini per freni a disco per veicoli circolanti su rotaie e per veicoli da trasporto pesante e concerne in modo pi? particolare un tale pattino consistente di una piastra portante operante come supporto metallico, su cui sono montati singoli elementi di attrito sinterizzati.

I pattini per freni a disco del tipo summenzionato sono di per se noti. In tali pattini, gli elementi di attrito possono essere cilindrici o poliedrici, con sezione retta poligonale. La suddivisione della superficie di attrito in una pluralit? di singoli elementi ? stata sviluppata per avere una migliore distribuzione termica sulla controfaccia (disco) onde evitare concentrazioni di temperatura che possono portare a lesioni della controfaccia stessa. Le alte temperature di anche oltre 600?C generate durante le frenate in condizioni severe possono, portare alla deformazione della piastra portante con conseguente disuguale forza di spinta sui singoli elementi di attrito: ci? comporta surriscaldamenti localizzati, maggiore usura del disco e degli elementi e, in condizioni pi? severe, alla formazione dei cosiddetti anelli di fuoco (tire bands).

Per superare tali inconvenienti ? stato proposto di montare gli elementi di attrito su una piastra flessibile a sua volta fissata, lungo il perimetro, ad una piastra portante, a mezzo di chiodature con interposizione di supporti distanziatori (EP-B-0 106 782). Ma anche tale piastra flessibile, in presenza di alte temperature, tendeva a deformarsi, comportando la mancanza di uniformit? di pressione sui singoli elementi. La piastra portante, invece, viene protetta dalle influenze della temperatura grazie alla migliore aerazione.

E' stato quindi proposto di interporre tra i singoli elementi e la piastra di base delle molle a tazza mantenute sotto precaricamento e di guidare il movimento degli elementi tramite una piastra forata, a sua volta fissata sulla piastra di base mediante rivetti ed opportunamente distanziata da essa. Durante la frenatura, i singoli elementi di attrito sono liberi di scorrere in direzione perpendicolare al supporto, assicurando pressioni di contatto molto pi? uniformi. (DE.GM-85 14 607.2). E' stato, per?, accertato che la funzionalit? di tale struttura ? molto scarsa in quanto le molle a tazza tendono a riscaldarsi cos? fortemente da essere deformate sotto pressione e perdere completamente le loro elasticit?. Inoltre, la stessa polvere proveniente dall?usura dei pattini e la formazione di sporco e di ruggine conducono in breve tempo alla completa perdita di mobilit? degli elementi di attrito.

Nel brevetto europeo EP-B-0 263 752 ? stato proposto di montare tre elementi di attrito su piastre rigide, le quali sono montate baricentricamente su una piastra di guida e sono collegate alla piastra portante a mezzo di pistoncini idraulici liberi di scorrere nel portaguarnizione. Con tale sistema, si ? ottenuta una notevole uniformit? di pressione, ma la costruzione si ? rivelata di difficilissima realizzazione industriale ed estremamente dispendiosa.

Sussisteva, pertanto la necessit? di sviluppare un pattino per freno a disco del tipo precedente, con il quale si potesse ottenere facilmente una uniformit? di pressione degli elementi di attrito sul disco del freno.

Secondo la presente invenzione, questo problema ? stato risolto montando i singoli elementi di attrito 1 in piccoli gruppi su lamine di acciaio 2 elasticamente deformabili anche ad alta temperatura. Gli elementi 1 vengono fissati sulle estremit? liberamente mobili delle lamine 2 le quali, a loro volta, sono fissate ad una certa distanza sulla piastra di base portante .

I singoli elementi di attrito sinterizzati f possono a loro volta essere dotati di un supporto metallico, ad esempio una piastra di base metallica, e/o possono essere contenuti in un contenitore metallico. Il fissaggio degli elementi di attrito sinterizzati senza supporti sulle lamine pu? essere effettuato tramite rivettatura, sinterizzazione, saldatura, brasatura forte. Il bloccaggio delle lamine alla piastra di base ? disposto tra gli elementi di attrito, in modo die questi vengano a trovarsi sulle estremit? liberamente mobili delle stesse. Inoltre, ? possibile interporre tra le estremit? delle lamine e la piastra di base strati di materiale isolante termostabile, come ad esempio una struttura fibrosa tridimensionale, coesionata con legante organico, in grado di assorbire ed eventualmente smorzare vibrazioni eccessive. In caso di necessit?, se gli elementi d? attrito sono fomiti di una piastra di base, allora essi possono essere chiodati o rivettati sulla lamina di acciaio, eventualmente previa interposizione di uno strato termostabile, isolante e smorzante, come sopra indicato.

Il fissaggio delle lamine sulla piastra di base pu? essere realizzato tramite rivettatura, chiodatura o saldatura, con l'impiego di opportuni distanziatori: si preferiscono, per?, degli accoppiamenti svincolabili, per esempio per avvitamento o serraggio, allo scopo di rendere possibile o d? facilitare la riutilizzazione delle piastre di base.

Il numero degli elementi di attrito montabili sulle singole lamine ? variabile in funzione della sezione degli stessi e della esigenza che tali elementi siano disposti il pi? possibile uniformemente rispetto alla linea intermedia della piastra portante di base: quanto pi? alto ? il numero degli elementi sulla lamina di acciaio, tanto maggiore sar? la zona libera nel centro della lamina, minimizzando la superficie totale utile. Per questa ragione, raramente sulla lamina sono disposti pi? di sei elementi. Sono preferite le configurazioni di gruppi di due o tre elementi con una superficie di circa 8 cm<2 >ciascuno. Nel caso di disposizione di pi? di due elementi, (e lamine di acciaio possono essere dotate di fessure o di altro tipo di intagli che si dipartono dai margini e/o dal centro della lamina nella direzione dei fissaggio. Con ci? viene aumentata la flessibilit? della lamina stessa.

Nel caso di elementi di attrito con sezione poligonale ? utile che tali elementi siano montati sulla lamina di acciaio, almeno nella zona di ingresso, in modo tale che, in condizioni di esercizio, essi presentino ciascuno un lato disposto ortogonalmente alla direzione di rotazione del disco, cio? nella sua direzione radiale: ci?, infatti, ? molto utile per rompere il velo di acqua che si forma sul disco in caso di frenate in ambiente umido.

Le lamine sono realizzate prevalentemente in acciaio inossidabile, con particolare trattamento termico di tempra e rinvenimento a temperature superiori a quelle che si sviluppano in esercizio nelle condizioni pi? gravose: ci? per evitare fenomeni di ricottura delle stesse con perdita di elasticit?.

Ulteriori particolarit? e vantaggi della presente invenzione appariranno evidenti dal seguito della descrizione con riferimento ai disegni allegati, nei quali sono rappresentate a titolo illustrativo e non restrittivo le preferite forme di realizzazione.

Nei disegni:

la Figura 1 mostra la superficie di contatto di un pattino caratterizzato da lamine metalliche recanti ciascuna due elementi di attrito sinterizzati,

la Figura 2 mostra una vista frontale del pattino della Figura 1 , la Figura 3 mostra un pattino caratterizzato da lamine metalliche recanti ciascuna tre elementi di attrito sinterizzati,

la Figura 4 mostra uno dei possibili fissaggi per serraggio tra lamine metalliche e piastra di base portante,

la Figura 5 mostra una lamina metallica con sei elementi di attrito sinterizzati.

Con riferimento alle Figure 1 e 2 dei disegni, si vede che gli elementi di attrito sinterizzati 1, con sezione circolare, sono rivettati a coppie con i loro fondi alle estremit? delle lamine metalliche di acciaio 2: tale rivettatura viene effettuata utilizzando l'apposito supporto metallico che costituisca il fondo dell'elemento di attrito 1.

La lamina metallica 2 viene rivettata alla piastra di base 3 con opportuni rivetti di acciaio, interponendo adatti distanziali 5 anch'essi in acciaio, eventualmente realizzabili a corpo unico con i rivetti. La connessione tra le lamine metalliche 2 e la piastra di base portante 3 giace sull'asse di simmetria delle lamine tra i due elementi di attrito in modo da dividere la lamina in due mensole. La disposizione delle lamine 2 sulla piastra di base 3 ? stata realizzata in questo modo allo scopo di ottimizzare il comportamento del coefficiente di attrito ad umido e per ottenere una usura la pi? uniforme possibile degli elementi di attrito anche in presenza di diverse velocit? periferiche di strisciamento.

Sulla vista frontale del pattino della Figura 2 ? stata raffigurata la coda di rondine 4 che consente il montaggio del pattino nel portaguarnizione; tale coda di rondine 4 ? fissata alla piastra di base 3 mediante rivettatila o saldatura. E' stato dimostrato che questo pattino durante le prove anche secondo le specificazioni U.I.C. tipo OREB 126.3 presenta una uniforme usura degli elementi di attrito e non sono stati osservati anelli di fuoco o conseguenti "hot spots". Le temperature massime rilevate tramite sei termocoppie sulla faccia del disco, anche nelle frenate da una velocit? di 320 km/ora, non hanno mai superato i 400?C, temperature molto al disotto di quelle rilevate con i pattini paragonabili corrispondenti al brevetto europeo EP-B-0 106 782.

Il coefficiente di attrito ? decisamente pi? stabile in funzione sia della pressione di contatto, sia della velocit? e migliori sono anche le usure. Ci? significa che, con un pattino per freni a disco conforme alla presente invenzione, si ottiene una uniformit? di pressione di contatto tra i singoli elementi di attrito ed il disco.

Le stesse buone caratteristiche di comportamento mostra il pattino per freni a disco rappresentato sulla Figura 3. In questa forma di realizzazione, tre elementi di attrito sinterizzati di forma esagonale sono chiodati sulle lamine di acciaio 2 di forma triangolare equilatera, con vertici arrotondati. Gli elementi di attrito 1 sono disposti ai vertici del triangolo sulle bisettrici, mentre i rivetti di fissaggio 6 sono disposti vicini ai lati contrapposti. Al centro della lamina ? prevista una apertura 9 con tagli che si estendono nella direzione dei rivetti 6. In tal modo la lamina risulta suddivisa in tre mensole indipendentemente mobili una rispetto all'altra.

Le lamine di acciaio 2 sono disposte sulla piastra di base 3 in modo tale che i lati degli elementi di attrito siano normali alla direzione di rotazione del disco, non rappresentato.

Le lamine di acciaio 2, in alternativa alla chiodatura, possono essere collegate in modo asportabile con la piastra di base 3, come rappresentato nella sezione A - A della Figura 4. Nella piastra portante di base 3 ? rivettato un opportuno distanziatore di fissaggio forato 7, all'interno del quale ? ricavata una scanalatura circolare . Sulla lamina metallica 2 sono rivettati tre perni di fissaggio 6, i quali sono ugualmente muniti di una scanalatura circolare. In fase di montaggio, nella scanalatura circolare dei perni di fissaggio 6 viene inserita una rondella elastica termostabile 8 e ciascun perno di fissaggio 6 viene inserito forzatamente nel rispettivo distanziatore 7 fino a che la rondella elastica 8 si apre a scatto nella scanalatura del distanziatore 7. Poich? il collegamento non deve sopportare forze di trazione, ma solo forze di compressione e forze di taglio, questo tipo di connessione facilmente svincolarle per il fissaggio della lamina di acciaio 2 sulla piastra portante 3 si dimostra particolarmente appropriato e consente una facile sostituzione degli elementi di attrito.

Dato che il numero degli elementi di attrito non ? vincolato a tre elementi per lamina, nella Figura 5 ? rappresentata una forma di realizzazione con sei elementi di attrito 1 su ogni lamina 2., la quale , a questo scopo, presenta una forma esalobata.. Gli elementi di attrito 1, cilindrici o poligonali, sono fissati ai vertici o nei lobi della lamina 2. I rivetti di fissaggio 6 sono disposti sulla mediana dei lati dell'esagono costituente la lamina 2 e lungo una circonferenza interna agli elementi di attrito 1. Simmetricamente tra un lobo e l'altro della lamina metallica 2 sono ricavate delle intacche i cui vertici sono rivolti verso i perni di fissaggio 6. Al centro della lamina 2 ? ricavata una apertura 9 la quale ha ugualmente una forma esagonale regolare , ma ? sfalsata rispetto ai lobi della lamina 2 di 30?, per cui i suoi vertici sono diretti verso i perni di fissaggio 6. In questa maniera, la lamina metallica 6 viene suddivisa in sei mensole mobili indipendentemente una dall'altra.

Claims

R I V E N D I C AZ I O N I 1. Pattino per freni a disco consistente di una piastra di base portante metallica (3) sulla quale sono fissate lamine metalliche (2) che supportano singoli elementi di attrito sinterizzati (1), caratterizzato dal fatto che gli elementi di attrito (1) vengono montati, in piccoli gruppi, sulle estremit? di dette lamine metalliche (2) in grado di assorbire deformazioni che si generano in presenza di elevate temperature e le lamine metalliche (2) sono fissate distanziate sulla piastra di base portante (3) a mezzo di perni di fissaggio (5,6), in modo tale che gli elementi di attrito (1) si trovino sulle estremit? sporgenti e liberamente mobili delle lamine metalliche (2).
2. Pattino per freni a disco secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sulle lamine metalliche (2) sono fissati due o tre elementi di attrito (1 )
3. Pattino per freni a disco secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che gli elementi di attrito (1) sono rivettati tramite un proprio supporto metallico sulle lamine metalliche (2).
4. Pattino per freni a disco secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che tra le lamine metalliche (2) e la piastra di base portante (3) viene interposto uno strato isolante o di smorzamento altamente termostabile.
5. Pattino per freni a disco secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2, 3, 4, caratterizzato dal fatto che le lamine metalliche (2) sono munite di aperture (9,10) le quali si diramano dal centro e/o dai lati in direzione dei perni di fissaggio (5,6) e sono montate e suddivise in modo tale da formare delle mensole a sbalzo, indipendentemente mobili una rispetto all'altra.
6. Pattino per freni a disco secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 -5, caratterizzato dal fatto che tra gli elementi di attrito (1) e la relativa lamina metallica (2) viene interposto uno strato di isolamento e di smorzamento.
7. Pattino per freni a disco secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4 e 6, caratterizzato dal fatto che detto strato di isolamento e di smorzamento consiste di una struttura fibrosa tridimensionale coesionata con un legante organico.
8. Pattino per freni a disco secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 7, caratterizzato dal fatto che le lamine metalliche (2) sono fissate sulla piastra di base portante (3) in modo asportabile.
9. Pattino per freni a disco secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che, per il fissaggio delie lamine (2), sulla piastra di base (3) ? rivettato un opportuno distanziatore forato (7) al l'interno del quale ? ricavata una scanalatura circolare, sulla lamina (2) sono rivettati dei perni di fissaggio (6) all'esterno dei quali ? ugualmente ricavata una scanalatura circolare, per cui, in fase di montaggio, detti perni di fissaggio (6) sono forzatamente infilati in detti distanziatori (7) con interposizione di una rondella termostabile elastica nella sede formata da detta scanalature circolari affacciate.
10, Pattino per freni a disco secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni e sostanzialmente come descritto nella descrizione e rappresentato nelle figure 1 - 5 dei disegni allegati.