WO2020150801A1 - Tambor de freio com aleta radial para resfriamento do talão do pneu - Google Patents
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Definitions
- the present invention patent describes a brake drum with radial fin for cooling the tire bead. More specifically, it comprises a brake drum with metallic radial fin mounted on the external surface that increases the heat exchange area of the brake drum and reduces the stabilization temperature of the brake drum arising from repeated braking or saw descent.
- Braking is the process where the vehicle's kinetic energy (movement) is transformed into thermal energy (heat). This process occurs through the contact of the canvas or pad (friction material) on the drum or brake disc. Friction generates heat that is dissipated by the drum or disc through convection with air and thermal conduction between the components.
- the beads a reinforced part of the tire that comes into contact with the rim, ensuring its fixation and tightness, are part of the most critical region of the tire, where the acceleration and braking efforts transmitted from the vehicle to the ground are concentrated. .
- the brake When the brake is applied, all the kinetic energy of the vehicle is transformed into thermal energy, through the friction between the canvas and the inner surface of the drum.
- the temperature of the brake components and the brake drum increases, so the heat is conducted from the drum to the wheel and thus warms the tire, more specifically in the tire bead.
- the high temperature due to the high cycle of the braking work is a significant factor for the conditions of use and tire life.
- the brake drums are made of cast iron in one piece, as evidenced in document US55381 13, or made with composite materials, where the iron is centrifugally cast over a steel coating, such as document US2750012 .
- These constructive forms guarantee the structural resistance, acceptable noise level, resistance to fatigue by thermal cracks, absorption and heat dissipation, in compliance with safety standards and requirements.
- the document BR8502566U describes a deflector ring with ventilation openings installed directly on the wheel through cleats to provide thermal protection for the tire bead.
- Metal bands applied to brake drums are also provided to provide cooling, revealed in the previous CN204477128, CN104912969, JP2012184810, US18751 14 and US6698557.
- Another alternative for removing heat generated during the braking operation is to add holes or channels in the drum that favor the ventilation of the heated air, as described in documents US5320201, US2265938, BRPI0203259 and US55381 14.
- US3003598 describes a centrifuged cast iron drum with an outward-extending steel lining, curved, forming an integral annular flange that moves axially beyond the layer of cast iron in order to dissipate heat.
- the object of the present invention patent is a cast iron brake drum with a radial cooling fin, made of a metallic material distinct from the brake drum material, said fin located on the external surface of the brake drum and positioned immediately after the lowered center of the rim and towards the rim flange, increasing the heat exchange area of the drum brake and reducing the stabilization temperature of the brake drum arising from repeated braking or saw descent, said radial fin that follows the maximum mounting envelope for brakes and minimum envelope for wheels, in order to allow the interchangeability of interface components .
- Figure 1 A shows the perspective view showing the brake drum with the first annular fin fixed in the vicinity of the largest diameter rim of the brake drum and figure 1 B shows the first split annular fin.
- Figure 2A shows the perspective view showing the brake drum with the annular fin fixed in the vicinity of the largest diameter rim of the brake drum and a second annular positioned adjacent to the first annular fin
- figure 2B shows the sectional view
- figure 2C shows the representation of the brake drum and the positioning of the tire beads.
- Figure 3A shows the perspective view showing the additional annular fins and Figure 3B shows the cross-section.
- Figure 4 presents the graph of the evolution of the stabilization temperature over a period of time of a conventional brake drum compared to the brake drum object of the present patent.
- the brake drum with radial fin for cooling the tire bead object of the present invention patent, comprises a cylindrical body (10) that has one of the edges with a diameter reduction (101) where means are provided for fixing said brake drum (10) to the wheel hub and positioning the external bead (21) of the tire (20), and opposite edge (102) of the cylindrical body (10), towards the rim flange, where the inner bead (22) of the tire (20) is superimposed.
- a first annular fin (11) is provided, fixed in the vicinity of the largest diameter rim (102), said first annular fin (11) in a single body, such as as shown in figure 1 A, or split, as shown in figure 1 B.
- At least a second annular fin is provided
- the first annular fin (1 1) extends axially towards the rim (102) of the drum (10), said first fin (1 1) with a diameter oriented towards the bead seat (21) of the tire or in towards the outer periphery of the wheel rim flange diameter to increase the heat exchange area of the brake drum (10) and reduce the heat transfer to the tire bead (20).
- one or more annular fins (12a) can be attached adjacent to the second annular fin (12), positioned at intervals through a span (13), as shown in figures 3A and 3B.
- the first ring fin (1 1), the second ring fin (12) and any additional ring fins (12a) are made of metallic material other than the brake drum material (10), said metallic material with conductivity characteristics thermal resistance, mechanical resistance to high braking temperatures and the ability to return to the original shape after undergoing elastic deformation.
- the first ring fin (1 1), the second ring fin (12) and the additional ring fins (12a) are attached to the external surface of the brake drum (10) by means of assembly by mechanical interference.
- the second ring fin (12) and the additional ring fins (12a) have a profile that obeys the maximum mounting envelope for brakes and minimum envelope for wheels, in order to allow the interchangeability of the interface components.
- the second ring fin (12) and the additional ring fins (12a have a continuous profile.
- the graph shown in figure 4 shows the stabilization temperature of a conventional brake drum (A) and a brake drum object of the present invention patent (B), said stabilization temperature defined as that which the brake reaches after successive braking along a typical urban cycle, in the operation of reducing the speed or eventually the complete stop of the vehicle.
- a vehicle test was carried out on an urban route, with a tire fitted with a conventional brake drum (A) and a tire fitted with a brake drum subject to the present invention patent (B), both being subjected to temperature extreme.
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Abstract
É descrito um tambor de freio de ferro fundido (10) dotado de aleta radial de arrefecimento (11), fabricada em material metálico distinto do material do tambor de freio, dita aleta (11) localizada na superfície externa do tambor de freio e posicionada imediatamente após o centro rebaixado do aro e em direção a flange do aro, aumentando a área de troca de calor do tambor de freio e reduzindo a temperatura de estabilização do tambor de freio advindas de frenagens repetidas ou de descida de serra, dita aleta radial que obedece ao envelope de montagem máximo para freios e envelope mínimo para rodas, a fim de permitir a intercambiabilidade dos componentes de interface.
Description
TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA RESFRIAMENTO
DO TALÃO DO PNEU CAMPO DA INVENÇÃO
[01] A presente patente de invenção descreve um tambor de freio com aleta radial para resfriamento do talão do pneu. Mais especificamente compreende um tambor de freio com aleta radial metálica montada na superfície externa que aumenta a área de troca de calor do tambor de freio e reduz a temperatura de estabilização do tambor de freio advindas de frenagens repetidas ou de descida de serra.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[02] A frenagem é o processo onde se transforma a energia cinética (movimento) do veículo em energia térmica (calor). Esse processo ocorre pelo contato da lona ou pastilha (material de fricção) no tambor ou disco de freio. O atrito gera calor que é dissipado pelo tambor ou disco por meio da convecção com o ar e condução térmica entre os componentes.
[03] Os talões, parte reforçada do pneu que entra em contato com o aro, garantindo a sua fixação e a estanqueidade, fazem parte da região mais crítica do pneu, onde concentra-se os esforços de aceleração e frenagem transmitidos do veículo ao solo. Quando o freio é acionado, toda a energia cinética do veículo é transformada em energia térmica, através da fricção entre a lona e a superfície interna do tambor. A temperatura dos componentes do freio e do tambor de freio aumentam, então o calor é conduzido a partir do tambor para a roda e, assim, aquecendo o pneu, mais especificamente no talão do pneu. A alta temperatura devido ao alto ciclo do trabalho de frenagem é um fator significativo para as condições de uso e vida útil do pneu.
[04] Um superaquecimento nesta região (temperatura acima de 80SC)
faz com que a borracha perca suas propriedades físicas, permitindo que a pressão interna do pneu expanda a carcaça, através do desenrolamento brusco ou contínuo dos cordonéis que envolvem o aro do pneu.
[05] Dependendo dos níveis de temperatura transmitidos às rodas e do tempo de exposição, podem ocorrer trincas na região dos talões, quebras na borracha dos talões durante a desmontagem e até a explosão do pneu (temperaturas acima de 140SC).
[06] Convencionalmente, os tambores de freios são feitos de ferro fundido em uma única peça, tal como evidenciado no documento US55381 13, ou feitos com materiais compostos, onde o ferro é centrifugamente fundido sobre um revestimento de aço, tal como o documento US2750012. Estas formas construtivas garantem a resistência estrutural, nível aceitável de ruído, resistência a fadiga por fissuras térmicas, absorção e dissipação de calor, em atendimento às normas e requisitos de segurança.
[07] O estado da técnica descreve diversas soluções técnicas para dissipar calor dos componentes do sistema de freio e reduzir a transferência de calor para o talão do pneu.
[08] O documento BR8502566U descreve um anel defletor com aberturas de ventilação instalado diretamente na roda através de presilhas para prover a proteção térmica do talão do pneu.
[09] Uma outra opção do estado da técnica é promover a dissipação da energia térmica através da superfície externa do tambor mediante adição de bandas de chapas metálicas, tal como descrito no documento US5964323 que revela um anel refletor montado sobre o tambor; o documento US4621715 que descreve uma banda flexível enrolada em torno da parede periférica de um tambor com aletas que se estendem
na direção do centro do eixo do tambor; o documento US3033328 que descreve uma peça estampada flexível tipo anel com uma série de dedos de retenção encaixando sob aperto nas ranhuras na periferia externa do tambor de freio; ou ainda os documentos US3841448, US2398501 e US 2897925 que revelam uma banda de reforço que se prolonga radialmente para fora. Estas anterioridades, no entanto, têm por objeto proporcionar uma força para resistir à ruptura mecânica do tambor ou ainda insuflar ar para o interior do tambor, se distanciando de uma proposta que objetive proteger termicamente o talão do pneu, garantindo a dissipação térmica.
[010] Também são previstas bandas de metal aplicadas em tambores de freio para prover o resfriamento, reveladas nas anterioridades CN204477128, CN104912969, JP2012184810, US18751 14 e US6698557.
[011] Uma solução alternativa para dissipar a energia térmica é fundir uma série de projeções ou nervuras integrais que se estendem radialmente, axialmente ou helicoidalmente orientadas na superfície externa do tambor, tendo como função aumentar a área total de troca de calor. Esta construtividade, revelada nos documentos US3151709, US5826684, US3583533, US55381 13 e US7617914, aumentam o peso do tambor e/ou a complexidade do processo de fundição, elevando o custo do tambor de freio obtido.
[012] Uma outra alternativa para a remoção de calor gerado na operação de frenagem é adicionar furos ou canais no tambor que favoreçam a ventilação do ar aquecido, tal como descrito nos documentos US5320201 , US2265938, BRPI0203259 e US55381 14.
[013] O documento US3003598 descreve um tambor de ferro fundido centrifugado com um revestimento de aço que se prolonga para fora,
em curva, conformando um flange anular integral que se desloca axialmente para além da camada de ferro fundido a fim de dissipar o calor.
[014] O documento US2998870 descreve um tambor de freio com uma nervura alargada formada por fundição que se projeta para fora axialmente numa posição localizada na corrente de ar dentro da roda, promovendo a dissipação do calor.
[015] Em que pese tais soluções alternativas, o estado da técnica descreve nervuras integrais na superfície externa do tambor ou dispositivos tipo turbina que não se mostram eficientes para a remoção significativa de calor, principalmente em veículos comerciais que operam com baixa velocidade e onde a turbulência do ar é muito pequena devido ao espaço restrito entre a roda e o tambor. Nestes veículos, as temperaturas extremas para os componentes de freios e talão do pneu, em geral, não ocorrem quando o veículo desacelera em alta velocidade, mas, principalmente, em aplicações com ciclos de serviço de baixa velocidade, com uma grande quantidade consecutiva de paradas e com as distâncias entre os pontos de paradas muito curtas, tal como ocorre com caminhões de entrega em área urbana, ônibus, caminhão de lixo, ou ainda com veículos pesados em descida de serra, onde o freio fica aplicado por longo intervalo de tempo para manter a baixa velocidade.
[016] Dessa forma, é objeto da presente patente de invenção um tambor de freio de ferro fundido dotado de aleta radial de arrefecimento, fabricada em material metálico distinto do material do tambor de freio, dita aleta localizada na superfície externa do tambor de freio e posicionada imediatamente após o centro rebaixado do aro e em direção a flange do aro, aumentando a área de troca de calor do tambor
de freio e reduzindo a temperatura de estabilização do tambor de freio advindas de frenagens repetidas ou de descida de serra, dita aleta radial que obedece ao envelope de montagem máximo para freios e envelope mínimo para rodas, a fim de permitir a intercambiabilidade dos componentes de interface.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[017] A figura 1 A apresenta a vista em perspectiva evidenciando o tambor de freio com a primeira aleta anelar fixada na proximidade da borda de maior medida de diâmetro do tambor de freio e a figura 1 B apresenta a primeira aleta anelar bipartida.
[018] A figura 2A apresenta a vista em perspectiva evidenciando o tambor de freio com a aleta anelar fixada na proximidade da borda de maior medida de diâmetro do tambor de freio e uma segunda anelar posicionada adjacente à primeira aleta anelar, a figura 2B apresenta a vista em corte e a figura 2C apresenta representação do tambor de freio e o posicionamento dos talões do pneu.
[019] A figura 3A apresenta a vista em perspectiva evidenciando as aletas anelares adicionais e a figura 3B apresenta a vista em corte.
[020] A figura 4 apresenta o gráfico da evolução da temperatura de estabilização ao longo de um período de tempo de um tambor de freio convencional em comparação com o tambor de freio objeto da presente patente de invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[021] O tambor de freio com aleta radial para resfriamento do talão do pneu, objeto da presente patente de invenção, compreende um corpo de formato cilíndrico (10) que apresenta uma das bordas com redução de diâmetro (101 ) onde são previstos meios para a fixação do dito tambor de freio (10) ao cubo da roda e posicionamento do talão externo
(21 ) do pneu (20), e borda oposta (102) do corpo cilíndrico (10), em direção à flange do aro, onde é sobreposto o talão interno (22) do pneu (20).
[022] Na superfície externa do tambor de freio (10) é prevista uma primeira aleta anelar (1 1 ) fixada na proximidade da borda de maior medida de diâmetro (102), dita primeira aleta anelar (1 1 ) em corpo único, tal como apresentado na figura 1 A, ou bipartida, conforme figura 1 B.
[023] Opcionalmente, é prevista pelo menos uma segunda aleta anelar
(12) fixada adjacente à primeira aleta anelar (1 1 ), conformando um vão
(13), tal como representado nas figuras 2A a 2C, ditas primeira (1 1 ) e segunda aletas (12) que aumentam a área de troca de calor e a resistência mecânica do tambor de freio (10).
[024] A primeira aleta anelar (1 1 ) se prolonga axialmente em direção à borda (102) do tambor (10), dita primeira aleta (1 1 ) com diâmetro orientado em direção ao assento do talão (21 ) do pneu ou em direção à periferia externa do diâmetro da flange do aro da roda para aumentar a área de troca de calor do tambor de freio (10) e reduzir a transferência de calor para o talão do pneu (20).
[025] Opcionalmente, podem ser fixadas uma ou mais aletas anelares (12a) adjacentes à segunda aleta anelar (12), posicionadas intervaladas entre si através de um vão (13), tal como representado nas figuras 3A e 3B.
[026] A primeira aleta anelar (1 1 ), a segunda aleta anelar (12) e as eventuais aletas anelares adicionais (12a) são de material metálico distinto do material do tambor de freio (10), dito material metálico com características de condutividade térmica, resistência mecânica às altas temperaturas de frenagem e capacidade de retornar à forma original
após terem sido submetidas a deformação elástica.
[027] A fixação da primeira aleta anelar (1 1 ), da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) na superfície externa do tambor de freio (10) é realizada durante a operação de fundição do dito tambor (10).
[028] A fixação da primeira aleta anelar (1 1 ), da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) na superfície externa do tambor de freio (10) é realizada por aparafusamento, em uma operação posterior a fundição e usinagem do dito tambor de freio (10).
[029] A fixação da primeira aleta anelar (1 1 ), da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) na superfície externa do tambor de freio (10) é feita mediante montagem por interferência mecânica.
[030] A segunda aleta anelar (12) e as aletas anelares adicionais (12a) apresentam perfil que obedece ao envelope de montagem máximo para freios e envelope mínimo para rodas, a fim de permitir a intercambiabilidade dos componentes de interface.
[031] A segunda aleta anelar (12) e as aletas anelares adicionais (12a apresentam perfil contínuo.
[032] O gráfico apresentado na figura 4 evidencia a temperatura de estabilização de um tambor de freio convencional (A) e de um tambor de freio objeto da presente patente de invenção (B), dita temperatura de estabilização definida como aquela que o tambor de freio atinge após sucessivas frenagens ao longo de um típico ciclo urbano, na operação de reduzir a velocidade ou eventualmente a parada completa do veículo.
[033] Os dados revelados na figura 4 foram obtidos mediante ensaio em tambores de freio traseiros instalados em um mesmo veículo urbano
realizando a mesma rota.
[034] Nesta figura 4 pode ser observado que o tambor com aleta radial objeto da presente patente de invenção (B), por apresentar maior área de troca de calor devido à aleta radial, diminui em 178°C a temperatura de estabilização do tambor de freio, mesmo com ausência de turbulência de ar entre a roda e tambor de freio pela baixa velocidade do veículo permitida pela rota urbana. Por sua vez, a temperatura no tambor de freio convencional A aumenta paulatinamente com a aplicação do freio, mas após algumas horas a temperatura estabiliza e mantem-se constante até o término da jornada da viagem.
[035] Foi realizado um teste veicular em uma rota urbana, com um pneu provido de um tambor de freio convencional (A) e um pneu provido de um tambor de freio objeto da presente patente de invenção (B), ambos sendo submetidos à temperatura extrema.
[036] Nestas condições, conforme pode ser observado na Tabela 1 , são verificadas temperatura menor no tambor de freio objeto da presente invenção (B), com redução de 41 °C no talão interno alinhado com a extremidade da primeira aleta anelar (1 1 ) fixada no tambor de freio (20).
[037] Tabela 1 : temperatura obtida em ensaio veicular
Claims
1. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU que compreende um corpo de formato cilíndrico (10) que apresenta uma das extremidades com redução de diâmetro (101 ) onde são previstos meios para a fixação do dito tambor de freio (10) ao cubo da roda e posicionamento do talão externo (21 ) do pneu (20), e extremidade oposta (102) do corpo cilíndrico (10), em direção à flange do aro, onde é sobreposto o talão interno (22) do pneu (20), caracterizado por apresentar na superfície externa do tambor de freio (10) uma primeira aleta anelar (1 1 ) que se prolonga axialmente em direção à borda (102) do tambor (10), com diâmetro orientado em direção ao assento do talão (21 ) do pneu ou em direção à periferia externa do diâmetro da flange do aro da roda, dita primeira aleta anelar (1 1 ) de material metálico distinto do material do tambor de freio (10) com características de condutividade térmica, resistência mecânica às altas temperaturas de frenagem e capacidade de retornar à forma original após terem sido submetidas a deformação elástica.
2. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por apresentar pelo menos uma segunda aleta anelar (12) fixada adjacente à primeira aleta anelar (1 1 ), conformando um vão (13).
3. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por apresentar uma ou mais aletas anelares (12a) adjacentes à primeira aleta anelar (1 1 ),
posicionadas intervaladas entre si através de um vão (13).
4. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com as reivindicações 2 e 3, caracterizado pelo fato da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) serem de material metálico distinto do material do tambor de freio (10), dito material metálico com características de condutividade térmica, resistência mecânica às altas temperaturas de frenagem e capacidade de retornar à forma original após terem sido submetidas a deformação elástica.
5. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com a reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da primeira aleta anelar (1 1 ), da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) serem fixadas na superfície externa do tambor de freio (10) durante a operação de fundição do dito tambor (10).
6. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com a reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da primeira aleta anelar (1 1 ), da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) serem fixadas na superfície externa do tambor de freio (10) por aparafusamento, em uma operação posterior a fundição e usinagem do dito tambor de freio (10).
7. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA
RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com a reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da primeira aleta anelar (1 1 ), da segunda aleta anelar (12) e das aletas anelares adicionais (12a) serem fixadas na superfície externa do tambor de
freio (10) mediante montagem por interferência mecânica.
8. TAMBOR DE FREIO COM ALETA RADIAL PARA RESFRIAMENTO DO TALÃO DO PNEU, de acordo com a reivindicações 1 , caracterizado pelo fato da primeira aleta anelar (1 1 ) ser bipartida.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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2020
- 2020-01-23 WO PCT/BR2020/050010 patent/WO2020150801A1/pt active Application Filing
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