ES2202119T3 - Servofreno neumatico con relacion de transmision de fuerza variable. - Google Patents

Abstract

Servofreno neumático (10), especialmente para vehículos, con una válvula de control (12) para controlar una diferencia de presión neumática, un elemento de entrada de fuerza (24) para activar la válvula de control (22), un elemento de suministro de fuerza (38) para transmitir la fuerza de frenado, un disco de reacción (34) de material elastómero, dispuesto entre el elemento de suministro de fuerza (38) y el elemento de entrada de fuerza (24), y una instalación que actúa sobre el disco de reacción (34) dispuesta entre el disco de retención (34) y el elemento de entrada de fuerza (24) para variar la relación de transmisión de fuerza entre el elemento de entrada de fuerza (24) y el elemento de suministro de fuerza (38), dependiendo de la fuerza ejercida por el elemento de entrada de fuerza (24), caracterizado porque la instalación para variar la relación de transmisión de fuerza está realizada como unidad que puede premontarse en la forma de un cartucho (30), que tras el premontaje realizado puede introducirse en la válvula de control (22), en el que, el cartucho (30) presenta: ¿ un empujador (42) cuyo extremo dirigido hacia el disco de reacción (34) está unido con un émbolo (50), ¿ un servo-émbolo cilíndrico hueco (52), que rodea el émbolo (50) y que puede desplazarse de forma relativa respecto al émbolo (50), ¿ un tope (60) existente en el empujador (42), que determina una posición de salida, en la que las superficies del servo-émbolo (52) y del émbolo (50) dirigidas hacia el disco de reacción (34) forman una superficie común enrasada y ¿ un muelle (48) que se apoya en el empujador (42) y pretensa el servo-émbolo (52) contra el tope (60).

Description

Servofreno neumático con relación de transmisión de fuerza variable.

La invención se refiere a un servofreno neumático según el preámbulo de la reivindicación 1. Del documento WO 95/01272 se conoce un servofreno de este tipo, configurado como servofreno de depresión para un vehículo.

Normalmente, los servofrenos neumáticos tienen una relación de transmisión de fuerza fija, es decir, una fuerza de activación, introducida en el servofreno mediante un elemento de entrada, se transmite desde una superficie menor asignada al elemento de entrada a una superficie mayor asignada a un elemento de salida de fuerza, en la mayoría de los casos bajo la conexión intermedia de un llamado disco de reacción de comportamiento similar a un fluido, compuesto de un material elastómero. En determinadas circunstancias, por ejemplo, en una situación de frenado de emergencia, es deseable, no obstante, poner a disposición del usuario el mayor apoyo de fuerza de frenado posible, para que, partiendo de una determinada fuerza de entrada se genere la mayor presión de frenado posible.

Por este motivo, en el documento mencionado WO 95/01272 se propone reducir más la superficie menor que actúa sobre el disco de reacción, asignada al elemento de entrada, al superar una determinada fuerza de entrada. Esta superficie reducida penetra más en el disco de reacción elástico, en comparación con una superficie no reducida, en igual fuerza de entrada o activación, de forma que la válvula de control del servofreno se abre más de forma correspondiente, de lo que resulta una presión diferencial más elevada en el servofreno y con ello un refuerzo de frenado mayor. No obstante, las soluciones propuestas en el documento WO 95/01272 están construidas de forma relativamente complicada y dificultan considerablemente el montaje del servofreno.

La invención se basa, por tanto, en el objetivo de proporcionar un servofreno neumático con una instalación para variar la relación de transmisión de fuerza, dependiendo de la fuerza ejercida sobre el elemento de entrada de fuerza, construido de la forma más sencilla posible y que, sobre todo, debe poder montarse fácilmente.

Partiendo de un servofreno del tipo mencionado, este objetivo se alcanza, según la invención, de forma que la instalación para variar la relación de transmisión de fuerza está realizada como una unidad que puede premontarse en forma de un cartucho, que una vez realizado el premontaje puede introducirse en la válvula de control. El cartucho presenta un empujador, cuyo extremo dirigido hacia el disco de reacción está unido con un émbolo, un servo-émbolo cilíndrico hueco, que rodea el émbolo mencionado anteriormente y que puede desplazarse de forma relativa hacia el émbolo, un tope existente en el empujador, que determina una posición de salida para el servo-émbolo, en la cual las superficies del servo-embolo y del émbolo dirigidas hacia el disco de reacción forman una superficie enrasada común, y un muelle, que se apoya en el empujador y pretensa el servo-émbolo contra el tope. De esta forma, se crea una unidad compacta que puede premontarse fácilmente, la cual, una vez realizado el premontaje, únicamente requiere ser introducida en una escotadura correspondiente de la válvula de control. No son necesarias variaciones importantes de la estructura de construcción del servofreno o de la válvula de control, respectivamente, al contrario, el cartucho utilizado, según la invención, puede integrarse en muchas construcciones de servofreno existentes sin grandes gastos. Existe, con ello, la posibilidad, de poder ofrecer la misma construcción de servofreno con o sin transmisión de fuerza variable.

Preferiblemente, el servo-émbolo se desplaza resbalando sobre un vástago del empujador. Una configuración de este tipo ahorra una guía separada del servo- émbolo y tiene como resultado una forma de montaje compacta.

Para simplificar más la estructura de construcción y reducir la instalación para variar la relación de transmisión de fuerza, en formas de realización preferentes del servofreno, según la invención, el vástago del empujador, en su extremo dirigido hacia el elemento de entrada de fuerza, está unido con un plato, en el cual se apoya el muelle que pretensa el servo-émbolo contra el tope. De forma ventajosa, el diámetro exterior del servo-émbolo se dimensiona mayor que el diámetro exterior del plato, de forma que el servo-émbolo, en caso de mayor fuerza de entrada, puede apoyarse en un escalón, que existe en la escotadura prevista en la carcasa de la válvula de control para el alojamiento del cartucho. El plato puede configurarse de una sola pieza con el vástago del empujador.

El tope que fija la posición de salida del servo-émbolo está formado, preferiblemente, mediante un anillo de seguridad (anillo elástico de retención), que se sujeta en una ranura del vástago del empujador. Una configuración de este tipo es económica y puede montarse fácilmente.

El muelle que pretensa el servo-émbolo en su posición de salida puede tener una curva característica lineal. De este modo, este muelle, no obstante, puede presentar una curva característica ascendente progresiva, mediante la cual el apoyo de frenado del servofreno, según la invención, se eleva progresivamente, empezando con el movimiento del servo-émbolo desde su posición de salida hasta alcanzar una posición final del servo-émbolo. La posición final del servo-émbolo puede fijarse, por ejemplo, mediante el apoyo ya mencionado, en la escotadura de la carcasa de la válvula de control, que sirve para alojar el cartucho.

El émbolo, que está unido con el extremo del empujador dirigido hacia el disco de reacción, presenta, preferiblemente, al menos una protuberancia aproximadamente en forma de segmento esférico sobre su superficie dirigida hacia el disco de reacción. Mediante tal protuberancia se realiza una llamada "conducta de entrada" determinada. Dicho de manera más exacta, la protuberancia en forma de segmento esférico, al principio de una activación del servofreno en una fuerza determinada, se introduce de forma más profunda en el disco de reacción, de manera que la válvula de control puede abrirse algo más en la fase inicial de la activación del freno, y el servofreno facilita, con ello, un determinado apoyo de fuerza de frenado relativamente más rápido.

Un ejemplo de realización de un servofreno según la invención se explica más detalladamente a continuación, mediante las figuras esquemáticas adjuntas. Se muestra:

Fig.1 un servofreno según la invención con una instalación para variar la relación de transmisión de fuerza entre el elemento de entrada de fuerza y el elemento de salida de fuerza, en sección longitudinal;

Fig.2 una sección de la fig. 1 que reproduce de forma ampliada la instalación para variar la relación de transmisión de fuerza, en la que la instalación se representa en un estado, como se ajusta en un servofreno inactivado,

Fig.3 la sección según la fig. 2 con la instalación en una posición, como resulta en una activación normal del servofreno,

Fig.4 la sección según la fig. 2 con la instalación en una posición, en la que ya ha tenido lugar un cierto desplazamiento relativo de dos émbolos de la instalación debido a una fuerza de activación elevada,

Fig.5 la sección según la fig. 2 con la instalación en una posición, en la que se encuentra un émbolo exterior de la instalación en un tope fijo a la carcasa.

Fig. 6 la sección según la fig. 2 con la instalación en una posición, en la cual recibe una fuerza de activación más elevada respecto a la fig. 5, y

Fig.7 un diagrama que reproduce, dependiendo de la fuerza de entrada, la relación de transmisión variable del servofreno según la invención.

La fig. 1 muestra en sección longitudinal un servofreno de depresión 10 típico con una carcasa 12, que está dividida en una cámara de depresión 16 y una cámara de trabajo 18 mediante una pared 14 móvil. El servofreno 10 representado aquí está realizado en una forma de construcción de tándem, es decir, presenta una pared 14 móvil adicional que divide una parte, que ha sido separada de la carcasa 12 mediante una pared 20 fija, en otra cámara de depresión 16' y otra cámara de trabajo 18'.

Mientras que las cámaras de depresión 16' y 18' están en contacto continuo durante el funcionamiento del servofreno con una fuente de depresión, las cámaras de trabajo 18, 18' pueden estar en contacto, de forma opcional, con depresión o con presión atmosférica. Para ello, sirve una válvula de control 22, que dependiendo de la activación de un elemento de entrada de fuerza 24, que normalmente está unido a un pedal de freno no representado aquí, controla el asiento de válvula existente en la válvula de control 22, de forma que la presión atmosférica puede entrar en las cámaras de trabajo 18, 18' o que, al finalizar una activación del servofreno 10, las cámaras de depresión 16,16' entren en contacto con las cámaras de trabajo 18, 18', para evacuar de nuevo a las últimas. La estructura y función de un servofreno 10 de este tipo son bien conocidas por los especialistas de este campo y, por tanto, a continuación sólo se describen, en detalle, aquellas piezas y su función que son de interés para la presente invención.

El elemento de entrada de fuerza 24 ya mencionado está unido con un émbolo de válvula 26, que se aloja en una carcasa 28 de la válvula de control 22 de forma desplazable axialmente. En el lado opuesto axialmente al elemento de entrada de fuerza 24 del émbolo de válvula 26 se agrega una instalación, explicada a continuación de forma más detallada, para variar la relación de transmisión de fuerza, que se introduce como cartucho 30 premontado, desde la izquierda según las figuras, en una escotadura escalonada 32 de la carcasa de la válvula de control 28. A este cartucho 30 se une de forma axial un disco de reacción 34, que se compone de material elastómero y se aloja en una sección final 36 ampliada en forma de copa de un elemento de suministro de fuerza 38 del servofreno 10. El elemento de suministro de fuerza 38 es conducido, mediante su sección final 36 en forma de copa, a una sección final 40 de la carcasa de la válvula de control 28 en forma de cubo.

En una activación del servofreno 10, una fuerza de activación ejercida sobre el elemento de entrada de fuerza 24 causa un desplazamiento del mismo hacia la izquierda, es decir, hacia el interior del servofreno 10. Este desplazamiento se transmite al émbolo de válvula 26 acoplado con el elemento de entrada de fuerza 24 y conduce a una abertura del asiento de válvula del mismo, que permite la entrada de presión atmosférica en las cámaras de trabajo 18, 18'. El émbolo de válvula 26 transmite el mencionado desplazamiento mediante el cartucho 30 al disco de reacción 34, cuya conducta puede compararse de forma idealizada con la conducta de un líquido hidráulico. Esto significa que la fuerza ejercida por la superficie transversal menor del cartucho 30 sobre el elemento de entrada de fuerza 24 mediante el disco de reacción 34 se transmite a la superficie transversal mayor del elemento de suministro de fuerza 38, definida por el diámetro interior de la sección final 36 en forma de copa. La relación de la superficie transversal menor del cartucho 30 respecto a la superficie transversal mayor del disco de reacción 34 representa la relación de transmisión de fuerza del servofreno 10.

El cartucho 30 representa una instalación para variar esta relación de transmisión de fuerza, que se describe ahora en detalle en referencia a las figuras 2 a 6. Esta comprende un empujador 42 con un vástago 44, cuyo extremo del lado del elemento de entrada de fuerza está unido de una sola pieza con un plato 46, en el ejemplo de realización representado. El plato 46 sirve, por un lado, para la transmisión de fuerza del émbolo de válvula 26 al cartucho 30 y, por otro lado, para el apoyo de un muelle de presión 48 dispuesto de forma coaxial al vástago del empujador 44 y que lo rodea.

En el otro extremo del vástago del empujador 44, se fija un émbolo circular 50, aquí en forma de placa, de un diámetro D_{1}, que forma una parte de la superficie transversal del cartucho 30 que actúa sobre el disco de reacción 34. De forma coaxial a este émbolo 50 está dispuesto un servo-émbolo 52 cilíndrico hueco, que puede desplazarse resbalando mediante un cuello 54 sobre el vástago del empujador 44 y cuyo diámetro interior en la zona del émbolo 50 se corresponde, hasta las tolerancias normales, con el diámetro exterior D_{1} del émbolo 50. El diámetro exterior D_{2} del servo-émbolo 52 es mayor que el diámetro exterior del plato 46 y se corresponde, básicamente, con el diámetro mayor de la escotadura 32 escalonada en la carcasa de la válvula de control 28.

En una sección final del vástago del empujador 44 cercana al émbolo 50 se sujeta un anillo de seguridad 58 en una ranura 56, que tras elevar el servo- émbolo 52 sobre el vástago del empujador 44 se fija en la ranura 56 y que forma, entonces, un tope 60 para el servo-émbolo 52. El muelle de presión 48 que se apoya en el plato 46 pretensa el cuello 54 del servo-émbolo 52 contra este tope 60.

En la posición de salida determinada por este tope 60, las superficies del émbolo 50 y del servo-émbolo 52 dirigidas hacia el disco de reacción 34, como se aprecia en la fig. 2, forman una única superficie enrasada. En esta posición de salida, entre el extremo del servo-émbolo 52 alejado del disco de reacción 34 y un apoyo anular 62, formado por una reducción del diámetro de la escotadura 32, existe una distancia s_{1} axial.

La función del cartucho 30, dependiendo de la fuerza ejercida sobre éste mediante el émbolo de válvula 26 es como sigue:

En caso de que el pedal de freno, no representado, acoplado con el elemento de entrada de fuerza 24 se presione, se transmite este movimiento desde el elemento de entrada de fuerza 24 al émbolo de válvula 26, y desde éste al plato 46 del cartucho 30. Partiendo de la posición reproducida en la fig. 2, todo el cartucho 30 se desplaza hacia la izquierda, con lo cual en primer lugar una protuberancia 64 existente en el émbolo 50, en forma de segmento esférico, se introduce en el disco de reacción 34. Debido a las superficies de contacto muy pequeñas al principio entre la protuberancia 64 y el disco de reacción 34, el émbolo 50 puede penetrar de forma relativamente rápida en el disco de reacción 34, lo que en la fase inicial de una activación conduce a una abertura rápida de la válvula de control 22 y, con ello, a una formación rápida de un apoyo de frenado. En el diagrama de la fig. 7, que representa la presión de frenado aplicada a un cilindro principal, no representado aquí, impulsado por el elemento de suministro de fuerza 38 a través de la fuerza de entrada introducida mediante el elemento de entrada de fuerza 24, ésta se reconoce en la inclinación pronunciada (recorrido entre los puntos A y B) de la presión del cilindro principal tras superar el juego inicial (punto A).

Otro desplazamiento del elemento de entrada de fuerza 24 conduce, sin embargo, tras breve tiempo a un apoyo en la superficie completa, tanto del émbolo 50 como también del servo-émbolo 52 en el disco de reacción 34 (véase fig. 3). El cartucho se desplaza, para ello, en conjunto hacia la izquierda, lo que se muestra en la distancia s2 ahora mayor entre el apoyo anular 62 y el extremo interior del servo-émbolo 52. La presión de freno generada mientras tanto en el cilindro principal, no representado y que reacciona sobre el elemento de suministro de fuerza 38, conduce a que el material del disco de reacción 34 se presione un poco contra la escotadura 32. La fuerza de reacción transmitida mediante el disco de reacción 34 al servo- émbolo no es suficiente, sin embargo, para comprimir el muelle de presión 48. En este estado (véase en la fig. 7 el recorrido entre los puntos B y C) está, por tanto, la relación de transmisión de fuerza del servofreno 10 proporcionada mediante la relación del diámetro D2 con el diámetro interior de la sección final 36 en forma de copa que aloja el disco de reacción 34.

En caso de un incremento adicional de la fuerza de entrada aplicada mediante el elemento de entrada de fuerza 24, el émbolo 50 del cartucho 30, unido de forma rígida a través del empujador 42 con el émbolo de válvula 26, se desplaza más hacia la izquierda y, de esta forma, se introduce de forma más profunda dentro en el disco de reacción 34. La presión de freno superior correspondiente conseguida en el cilindro principal actúa mediante el disco de reacción 34 de vuelta sobre el servo-émbolo 52 y es suficiente, entonces, para comprimir el muelle de presión 48. Como consecuencia de ello, el servo-émbolo 52 se suelta del tope 60 formado mediante el anillo de seguridad 58 y la distancia entre el extremo inferior del servo-émbolo 52 y el apoyo anular 62 se reduce (véase fig. 4). En el diagrama de la fig. 7, esto se aprecia en la sección más inclinada hacia arriba entre los puntos C y D de la curva, que sigue a la sección plana antes mencionada entre los puntos B y C.

En caso de fuerza de entrada mayor, el extremo interior del servo-émbolo 52 entra en contacto finalmente con el soporte anular 62 (véase fig. 5), lo que conduce a una "toma de tierra" del servo-émbolo 52, es decir, la superficie del servo- émbolo 52 que se encuentra en contacto con el disco de reacción 34 ya no tiene ahora influencia sobre la relación de refuerzo del servofreno 10. Ahora sólo es efectiva únicamente la superficie menor del émbolo 50, de forma que la relación de refuerzo del servofreno resulta, en adelante, de la relación del diámetro D_{1} del émbolo 50 con el diámetro interior de la sección final 36 en forma de copa. En la fig. 7 la posición del cartucho reproducida en la fig. 5 corresponde con el punto D.

Partiendo de la fig. 5, en caso de incrementar más la fuerza de entrada, el émbolo 50 penetra de forma más profunda en el disco de reacción 34 (véase fig. 6) hasta que un cierre 66, unido con el émbolo de válvula 26, que se extiende en una escotadura radial de la carcasa de la válvula de control 28 topa contra la carcasa de la válvula de control 28 (véase fig. 6). Este es el llamado punto de modulación del servofreno 10, que corresponde con el punto E en la fig. 7. El servofreno 10 ya no puede reforzar más otro incremento de la fuerza de entrada y conduce, por este motivo, a un incremento menor correspondiente de la presión del cilindro principal.

Al soltar el freno, las posiciones descritas del cartucho 30 van en dirección contraria.

De la descripción de funcionamiento anterior se desprende que la inclinación y curso de la curva reproducida en la fig. 7 entre los puntos C y D dependen de la característica del muelle de presión. La inclinación de la sección mencionada de la curva puede influirse mediante distintas rigideces de muelle, en la que tales rigideces distintas pueden existir en uno o el mismo muelle de presión 48 (curva característica de curva progresiva), para influir de la forma deseada en el curso de la relación de refuerzo en la sección de la curva mencionada.

Claims (7)

1. Servofreno neumático (10), especialmente para vehículos, con una válvula de control (12) para controlar una diferencia de presión neumática, un elemento de entrada de fuerza (24) para activar la válvula de control (22), un elemento de suministro de fuerza (38) para transmitir la fuerza de frenado, un disco de reacción (34) de material elastómero, dispuesto entre el elemento de suministro de fuerza (38) y el elemento de entrada de fuerza (24), y una instalación que actúa sobre el disco de reacción (34) dispuesta entre el disco de retención (34) y el elemento de entrada de fuerza (24) para variar la relación de transmisión de fuerza entre el elemento de entrada de fuerza (24) y el elemento de suministro de fuerza (38), dependiendo de la fuerza ejercida por el elemento de entrada de fuerza (24), caracterizado porque la instalación para variar la relación de transmisión de fuerza está realizada como unidad que puede premontarse en la forma de un cartucho (30), que tras el premontaje realizado puede introducirse en la válvula de control (22), en el que, el cartucho (30) presenta:

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un empujador (42) cuyo extremo dirigido hacia el disco de reacción (34) está unido con un émbolo (50),

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un servo-émbolo cilíndrico hueco (52), que rodea el émbolo (50) y que puede desplazarse de forma relativa respecto al émbolo (50),

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un tope (60) existente en el empujador (42), que determina una posición de salida, en la que las superficies del servo-émbolo (52) y del émbolo (50) dirigidas hacia el disco de reacción (34) forman una superficie común enrasada y

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un muelle (48) que se apoya en el empujador (42) y pretensa el servo-émbolo (52) contra el tope (60).

2. Servofreno según la reivindicación 1, caracterizado porque el servo-émbolo (52) se desplaza resbalando sobre el vástago (44) del empujador (42).

3. Servofreno según la reivindicación 2, caracterizado porque el vástago del empujador (44), en su extremo dirigido hacia el elemento de entrada de fuerza (24), está unido a un plato (46), en el que se apoya el muelle (48).

4. Servofreno según la reivindicación 3, caracterizado porque el diámetro exterior del servo-émbolo (52) es mayor que el diámetro exterior del plato (46).

5. Servofreno según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el tope (60) está formado mediante un anillo de seguridad (58) que se sujeta en una ranura del vástago del empujador (44).

6. Servofreno según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el muelle (48) presenta una curva característica progresivamente creciente.

7. Servofreno según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la superficie del émbolo (50) dirigida hacia el disco de reacción (34) presenta una protuberancia (64) al menos aproximadamente en forma de segmento esférico.