ES2206764T3 - Conjunto de freno de disco mejorado. - Google Patents

Abstract

SE DESCRIBE UN CONJUNTO (10) DE FRENO DE DISCO ANULAR, QUE TIENE UN ALOJAMIENTO (12) MONTADO EN UN VEHICULO, Y UN DISCO ROTOR (32) MONTADO EN UNA RUEDA (W) DEL VEHICULO. UNAS ZAPATAS ANULARES DE FRENO (20 Y 52) SE EXTIENDEN PARALELAMENTE AL DISCO ROTOR (32), DENTRO DEL ALOJAMIENTO, Y VAN MONTADAS AL MISMO, PUDIENDO AL MENOS UNA ZAPATA DE FRENO (20, 52) MOVERSE AXIALMENTE POR MEDIO DE UNA VEJIGA APLICADA CON ACEITE (52), MONTADA EN EL ALOJAMIENTO (12) Y QUE MUEVE AXIALMENTE LA PRIMERA ZAPATA DE FRENO (52) CONTRA EL FRENO DE DISCO. EL DISCO DE ROTOR (32) ESTA ADAPTADO PARA DESLIZARSE AXIALMENTE A FIN DE PONERSE EN CONTACTO CON LA SEGUNDA ZAPATA DE FRENO (20), CUANDO SE APLICA PRESION AL DISCO ROTOR (32), POR MEDIO DE LA PRIMERA ZAPATA DE FRENO (52) Y LA VEJIGA (56).

Description

Conjunto de freno de disco mejorado.

La presente invención se refiere a frenos de disco y, más en particular, a mejoras en frenos de disco de gran superficie de contacto para vehículos.

El freno de disco de la presente invención es un freno de disco del tipo que se describe en el documento US 5.330.034, publicado el 19 de julio de 1994, y en el documento US RE 35055, publicado el 10 de octubre de 1995, los cuales hacen referencia a frenos de disco de forma anular completa para los vehículos más grandes, tales como los camiones. El concepto del freno de disco de forma anular completa se propone ahora para los automóviles y los camiones ligeros, y la presente invención se refiere a una estructura de un freno de disco de forma completamente anular destinado a dichos vehículos.

Existen ventajas obvias del hecho de disponer un conjunto anular completo de pastillas de fricción que están en contacto con un disco anular, a ambos lados del disco. La distribución de la energía de frenado o térmica está en relación directa con la resistencia térmica asociada a ambos lados de la interfaz o superficie intermedia en la que se genera el calor. En un freno de forma completamente anular, existe una gran área para la distribución de la energía de frenado de un modo más eficaz.

Se ha encontrado también que las vibraciones entre las pastillas interior y exterior son las causa principal de los chirridos de los frenos.

El análisis de la respuesta vibratoria es de considerable importancia en el diseño de los frenos que pueden estar sometidos a perturbaciones dinámicas. En ciertas situaciones, las vibraciones pueden provocar grandes desplazamientos e importantes tensiones en el freno. La velocidad de un sistema que vibra es, en general, proporcional a su frecuencia y, por consiguiente, la fuerza viscosa de amortiguamiento o frenado se incrementa con la frecuencia de la vibración. Aparecen también fuerzas que se oponen al movimiento en la fricción en seco a lo largo de una superficie sin lubricar. Se supone, por lo común, que es ésta una fuerza de magnitud constante pero que se opone al sentido del movimiento. Además de las fuerzas generadas por la resistencia del aire y por el rozamiento externo, aparecen también, dentro del cuerpo, fuerzas amortiguadoras por causa de la elasticidad imperfecta o del rozamiento interno, denominadas amortiguamiento de histéresis. La magnitud de dicha fuerza es independiente de la frecuencia, pero es proporcional a la amplitud de la vibración o al desplazamiento.

En un sistema de freno, las cargas elevadas producen tensiones y deformaciones, cuya magnitud y distribución dependerán no sólo de los parámetros habituales que aparecen en lo anterior, sino también de la velocidad de propagación de las ondas de deformación a través del material de que está compuesto el sistema. Esta última consideración, si bien es de gran importancia cuando se aplican cargas a velocidades elevadas, puede despreciarse a menudo cuando la velocidad de aplicación de la carga es baja. Como la carga dinámica se considera, de forma adecuada, como la transferencia de energía de un sistema a otro, el concepto de la configuración (energía de deformación) como indicador de la resistencia al fallo es importante. Uno de los conceptos importantes es que la capacidad de absorción de energía de un determinado miembro, esto es, su resistencia al fallo, es una función del volumen del material disponible, en contraste con la resistencia al fallo bajo carga estática, que es una función del área de sección transversal o módulo de sección.

Uno de los problemas principales de la adaptación de la tecnología a un sistema de freno de forma completamente anular del tipo que se describe en las Patentes anteriormente mencionadas es la consideración del peso y del coste. Sería poco realista, a pesar de las ventajas que pudiera conllevar, suponer que un nuevo sistema de freno de forma completamente anular sería aceptado en el mercado a precio substancialmente más alto que el de los frenos de disco actuales. Además, cualquier incremento del peso comprometerá el consumo de combustible.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de freno, especialmente para automóviles, que tenga propiedades de distribución del calor mejoradas y que reduzca la incidencia del desgaste.

Constituye un objeto adicional de la presente invención proporcionar un sistema de freno que reduzca el chirrido de los frenos a baja frecuencia.

Aún un objeto adicional de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de freno de disco anular en el que se obtenga el máximo rendimiento o eficacia de frenado.

Una construcción de acuerdo con la presente invención comprende un conjunto de freno de disco para una rueda de vehículo, en el cual la rueda incluye un cubo dispuesto de forma articulada en un eje del vehículo, el conjunto de freno de disco comprende un alojamiento montado en el vehículo y al menos un disco de rotor anular dentro del alojamiento, así como medios para montar el disco en la rueda. El disco de rotor presenta al menos una primera superficie de fricción plana y radial, y el alojamiento incluye una primera zapata de freno de forma anular, dispuesta adyacente a la primera superficie de fricción plana del disco y que es susceptible de desplazarse axialmente hacia, y en alejamiento de, la primera superficie de fricción. Se han dispuesto al menos unos primeros medios para impedir que la primera zapata de freno gire dentro del disco. El alojamiento incluye también una pared radial anular que es paralela a la primera zapata de freno, así como una vejiga expansible por fluido, de forma anular, que se extiende entre la primera zapata de freno anular y la pared radial, por lo que, con la expansión de la vejiga, la primera zapata de freno se desplaza axialmente hasta acoplarse por rozamiento con la superficie de fricción del disco.

De acuerdo con la presente invención, el conjunto de freno de disco comprende adicionalmente al menos unos primeros medios deformables elásticamente, destinados a desacoplar la primera zapata de freno del contacto de fricción con el disco de rotor con la liberación del fluido de la vejiga expansible, utilizando la energía almacenada en dichos primeros medios deformables elásticamente gracias a la deformación de dichos primeros medios deformables elásticamente.

En una realización más concreta de la presente invención, el disco radial está dotado de una segunda superficie de fricción anular, paralela a la primera y situada en el lado opuesto del disco de rotor, y en ella los primer y segundo discos de fricción tienen radios diferentes, y se ha dispuesto una segunda zapata de freno anular adyacente al segundo disco de fricción anular, gracias a lo cual se reduce el chirrido
producido por el frenado.

En una realización aún más específica de la presente invención, los medios para retener la primera zapata de freno incluyen una placa de respaldo de zapata de freno que tiene una periferia o contorno anular, y el alojamiento incluye una pared concéntrica que tiene una superficie interna que es radialmente adyacente a la periferia de la primera zapata de freno, en tanto que la superficie interna de la pared concéntrica y la periferia de la primera zapata de freno tienen elementos interdigitales que encajan o engranan, lo cual permite el movimiento axial de la primera zapata de freno con respecto a la pared concéntrica, pero impide el movimiento periférico de la primera zapata de freno con respecto a la pared concéntrica del alojamiento.

En una realización aún más concreta de la presente invención, los medios para desacoplar la primera zapata de freno de la primera superficie de fricción del disco de rotor consisten al menos en una junta de obturación de rodadura que está dispuesta entre las superficies adyacentes axialmente generadas de la pared radial anular del alojamiento y la primera zapata de freno.

Las características de la presente invención pueden utilizarse también para camiones de gran tamaño.

La invención se describe en detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la Figura 1 es una vista en perspectiva fragmentaria y despiezada de una realización del freno de disco de acuerdo con la presente invención;

la Figura 2 es una sección transversal radial y fragmentaria, tomada a través del freno de disco ensamblado;

la Figura 3 es una sección transversal radial similar a la Figura 2, pero que incluye elementos adicionales;

las Figuras 4a y 4b son secciones transversales fragmentarias y aumentadas, tomadas a lo largo de la misma sección que la Figura 3, pero que muestran los elementos en una posición operativa diferente;

la Figura 5 es una sección transversal radial fragmentaria, similar a la Figura 3, pero que muestra otra realización;

la Figura 6 es una vista en perspectiva fragmentaria, tomada parcialmente en sección transversal, de otra realización de la presente invención;

las Figuras 7a y 7b son secciones transversales radiales, fragmentarias y aumentadas de la realización de la Figura 6, que muestran ciertos elementos en posiciones operativas diferentes;

la Figura 8 es una vista en perspectiva fragmentaria, tomada parcialmente en sección transversal, de la realización que se muestra en las Figuras 6 y 7;

la Figura 9 es una vista en perspectiva fragmentaria y despiezada de una mejora adicional compatible con la presente invención; y

la Figura 10 es una sección transversal radial, fragmentaria y aumentada de la realización que se muestra en la Figura 9.

Haciendo referencia, a continuación, a los dibujos, y, más particularmente, a las Figuras 1 a 4, se ilustra en ellas un conjunto de freno de disco 10 para un automóvil, que tiene un alojamiento con la forma de un cubo o capuchón 12. El alojamiento tiene una pared cilíndrica 14 que presenta una superficie interior corrugada 16 que tiene valles 16a y crestas o picos 16b. El alojamiento 12 incluye una pared radial anular 18 que está dotada de un revestimiento o camisa interior 20 de pastilla de freno anular. Las crestas 16b son relativamente planas y representan valles sobre la superficie exterior 17, mientras que las crestas 17a corresponden a los valles 16a.

La pared cilíndrica 14 incluye también una brida radial 15.

El alojamiento 12 incluye también una pared radial anular 22 en la que se monta un reborde cilíndrico y corrugado 24, el cual está destinado a ajustarse dentro de la superficie interior corrugada 16 de la pared 14, y queda retenido en su interior por la brida 15. Las crestas 24a del reborde corrugado 24 se ajustan en los valles 16a de la superficie 16, en tanto que los valles 24b se corresponden con las crestas 16b de la pared de alojamiento 14. De esta forma, el alojamiento 12 quedará bloqueado contra los movimientos circunferenciales con respecto a la pared radial 22. La pared radial 22 tiene una porción de cubo 26 que puede sujetarse mediante pernos a una brida montada en un eje (no mostrado) del vehículo. La pared radial 22 incluye también una porción de pared plana, radial y anular 28, así como una brida cilíndrica 30, tal como se muestra en la Figura 2.

Un tope de incisión 70 se ha dispuesto en la pared de alojamiento 14 con el fin de bloquear el alojamiento 12 contra el movimiento axial con respecto a la pared radial 22. El tope 70 sobresale hacia dentro con el fin de acoplarse al borde del reborde 24.

Un disco de rotor anular 32 incluye superficies de fricción planas y radiales 34 y 36, así como un reborde cilíndrico anular 38 que tiene una superficie concéntrica corrugada interior 40 que está provista de crestas 40a y valles 40b. Un adaptador o acoplador de cubo 42 incluye una porción de pared radial 44 destinada a montarse en la rueda de un vehículo (no mostrada en la realización de la Figura 8) y una pared cilíndrica corrugada 46. La pared 46 presenta picos o crestas 46a y valles 46b, que están destinados a ajustarse dentro de la superficie interior 40 del reborde 38 del disco de rotor 32. De esta forma, el disco de rotor 32 quedará bloqueado contra el movimiento de rotación con respecto al adaptador de cubo 42, pero podrá deslizarse axialmente sobre el mismo. Como el adaptador de cubo 42 está montado en una rueda de vehículo, el disco de rotor 32 girará con la rueda. El disco de rotor 32 está ventilado y, por tanto, presenta pasos de ventilación 48 que se extienden radialmente y que están en comunicación con aberturas 49 existentes en la pared de alojamiento 14. Como se muestra en las Figuras 1, 2 y 3, existen aberturas axiales 48a que intersecan con las aberturas radiales 48, de tal manera que se garantiza que pasa la máxima cantidad de aire posible a través del disco de rotor 32.

Una zapata de freno 50 incluye revestimientos o camisas interiores de freno 52 y una placa de respaldo 54. La zapata de freno 50 incluye un borde periférico corrugado 51 que se acopla con la superficie interna 16 de la pared cilíndrica 14. De esta forma, la zapata de freno 50 puede deslizarse axialmente pero queda retenida contra el movimiento de rotación con respecto al alojamiento 12.

Se ha dispuesto una vejiga anular 56 entre la pared 28 y la placa de respaldo 54. Cuando se suministra un fluido tal como aceite al interior de la vejiga 56, ésta se expandirá, desplazando la zapata de freno 50 axialmente en dirección a la superficie de fricción 36 del disco de rotor 32. El disco de rotor 32 se deslizará también axialmente sobre el cubo 42, en respuesta a la fuerza ejercida por la vejiga 56, y la superficie de fricción radial 34 entrará en contacto de rozamiento con los revestimientos interiores de freno 20. Así pues, cuando es necesario aplicar los frenos, la vejiga 56 se hace expandirse. Sin embargo, para soltar o liberar los frenos, el aceite se deja escapar de la vejiga 56, con lo que se relaja la fuerza axial ejercida sobre la zapata de freno 50, y se permite al rotor de disco 32 girar libremente dentro del alojamiento 12.

Haciendo referencia, a continuación, a las Figuras 3, 4a y 4b, se describirá una realización de los medios deformables que se implementan en la práctica como juntas de obturación de rodadura 62 y 64. En la presente realización, se han dispuesto un par de juntas de obturación de rodadura 62 sobre la superficie exterior de la pared corrugada 46 del adaptador de cubo 42, las cuales se han formado siguiendo el contorno de la superficie corrugada. Se definen pares de acanaladuras 46c, 46d, que se extienden circunferencialmente, en la pared 46, a fin de recibir, respectivamente, las juntas de obturación de rodadura 62a y 62b. Como se muestra en la Figura 3, el par de juntas de obturación de rodadura 62a y 62b se encuentran previamente comprimidas cuando se insertan entre el cubo 42 y el reborde 38 del disco de rotor 32. Puede disponerse un anillo de retención 63 para sujetar la junta de obturación 62a en su lugar. La junta de obturación 62b queda retenida por la acanaladura 65 formada en la pared 46. El anillo de retención 63 está formando con una superficie curvada de forma convexa 63b para soportar la junta de obturación 62a y controlar la deformación de la junta de obturación 62a, tal y como se describirá. De la misma manera, la acanaladura 65 se ha formado también con una superficie curvada de forma convexa 65b, destinada a controlar la deformación de la junta de obturación 62b. Cuando el disco de rotor 32 se desliza sobre el adaptador de cubo 42, como se ha descrito anteriormente, las juntas de obturación de rodadura 62a y 62b se deformarán en la dirección de la trayectoria del disco de rotor 32, tal como se ilustra por medio de la flecha de la Figura 4b, cuando se ejerce una fuerza por parte de la vejiga 56 sobre la zapata de freno 50. Cuando se liberan los frenos, las juntas de obturación de rodadura 62a y 62b se restablecerán debido a la energía almacenada en ellas, y regresarán a la forma que se muestra en la Figura 4a, desplazando de esta forma el disco de rotor 32 y empujando en consecuencia la superficie de fricción 34 en alejamiento de la pastilla de freno 20. Las juntas de obturación de rodadura 62a y 62b pueden seleccionarse de manera que proporcionen la magnitud adecuada de espacio de separación, a fin de evitar el efecto de arrastre que podría producirse si el disco de rotor 32 permaneciera en contacto con la pastilla de freno 20. Es importante que se proporcione únicamente un pequeño espacio de separación, a fin de evitar el movimiento excesivo del pedal.

De la misma manera, una junta de obturación de rodadura 64 que se encuentra situada en una acanaladura circunferencial 30a practicada en la brida 30, se acopla con la brida de la placa de respaldo 54 situada sobre la zapata de freno 50, y actuará para hacer retornar la zapata de freno 50 alejándola de la superficie de fricción 36 del disco de rotor 32 cuando el fluido se extraiga de la vejiga, a fin de eliminar el efecto de arrastre de los frenos. Una escobilla 66 situada en el alojamiento aísla herméticamente la zapata de freno de la suciedad y el polvo.

Haciendo referencia, a continuación, a la Figura 5, se muestra en ella una modificación de los frenos de la presente invención. Los elementos de la Figura 5 que son similares a los de las Figuras 1 a 4 se han incrementado en 100 en sus referencias numéricas.

Más específicamente, el alojamiento 112 es un cubo o capuchón que tiene una pared cilíndrica 114 que incluye ahora una porción de pared cilíndrica lisa 114, adyacente a la porción corrugada 116. Análogamente, la pared radial 122 tiene una porción de pared cilíndrica lisa 160, situada adyacente a la pared periférica corrugada 124. De esta forma, cuando la pared radial 122 es recibida dentro del capuchón o alojamiento 112, la porción de pared lisa 160 de la pared radial 122 se ajustará dentro de la porción de pared cilíndrica lisa 155 del alojamiento 112. Se ha formado un reborde o repisa 155a entre la porción de pared corrugada 114 y la porción de pared lisa 155, el cual actúa como un tope para la pared radial 122 que tiene superficies periféricas complementarias, y se encuentra entre la porción de pared corrugada 124 y la porción de pared lisa 160. Esto eliminará la necesidad de incisiones o rebajes 70 según se muestran en la realización de las Figuras 1 a 4.

La sección transversal de la Figura 5 se ha tomado a través de la pared radial 122, exactamente en la posición en la que están situadas las aberturas de drenaje 170 y 172 para la vejiga 156.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, la pared 28 se ha adaptado para recibir sensores de deformación 60. Estos sensores de deformación 60 pueden del ser del tipo conocido por la marca comercial MULTIDYN y que se describe en la Patente norteamericana nº 5.522.270, publicada el 4 de junio de 1996 al titular THOMSON-CSF. El sensor de deformación 60 es capaz de proporcionar informaciones valiosas sobre las eficacias del frenado y el desgaste de las zapatas de freno.

El sensor de deformación 60 se extiende en posición ligeramente tangencial a la pared 28 y puede, en consecuencia, controlar el par que está siendo aplicado entre el cubo 25 y la brida cilíndrica 30 de la pared radial (araña) 22. Con la información que puede obtenerse del sensor de deformación 60, es posible controlar la temperatura de los frenos con la ayuda de microprocesadores adecuados. Por ejemplo, cuando se aplican o accionan los frenos, la presión es conocida y, en caso de que el calor se incremente, el par se reducirá. Un incremento de la temperatura de los frenos indicará por lo común el deterioro o el funcionamiento defectuoso de los frenos.

Pueden determinarse también otros criterios de forma lógica a partir de la presión conocida y de la información de par proporcionada por el sensor de deformación 60.

En las Figuras 6 a 8 se ilustra una realización adicional de la presente invención. Las referencias numéricas de estas Figuras que designan elementos que se corresponden con elementos similares de la realización de las Figuras 1 a 4 se han incrementado en 200 unidades.

El freno de disco 210 se muestra montado en el cubo H de una rueda W (Figura 8). De esta forma, el adaptador de cubo 242 está montado en el cubo H por medio de pernos. El adaptador de cubo 242 incluye una pared corrugada 246 (Figuras 6, 7a y 7b) que incluye crestas 246a y valles 246b que encajan en la superficie interior corrugada 240 del reborde 238 que constituye una parte integral del disco de rotor 232.

La Figura 6 ilustra los diversos elementos de esta realización, pero en ella se ha suprimido el disco de rotor 232. El disco de rotor 232 se ilustra en las Figuras 7a, 7b y 8.

Como se ha descrito anteriormente, el disco de rotor 232 está impedido en su movimiento de rotación circunferencial con respecto al adaptador de cubo 242, si bien el disco de rotor 232 puede deslizarse axialmente con respecto al adaptador de cubo 242. El reborde 238 está ranurado o entallado a lo largo de cada borde del mismo, al objeto de recibir, respectivamente, unos alojamientos 263 y 265 para juntas de obturación de rodadura. Cada alojamiento 263 y 265 para junta de obturación de rodadura está hecho de una estampación de pared delgada y está conformado como un canal anular que tiene una anchura lateral que es mayor que el diámetro de las juntas de obturación e rodadura 262a o 262b, respectivamente. La superficie del canal está representada por los números de referencia 263b y 265b en las Figuras 7a y 7b. La porción arrancada o recortada del canal forma una rampa con pendiente descendente desde la izquierda hacia la derecha en las Figuras 7a y 7b. De esta manera, cuando el disco de rotor 232 se hace deslizar desde la derecha hacia la izquierda con el fin de acoplarse a la zapata de freno representada por la pastilla de freno 220, el reborde 238 y los alojamientos 263 y 265 para junta de obtura de rodadura se desplazarán hacia la izquierda desde la posición que se muestra en la Figura 7a hasta la posición que se muestra en la Figura 7b.

Observando la posición de las juntas de obturación de rodadura 262a y 262b, se apreciará que las juntas de obturación de rodadura se encuentran ligeramente comprimidas o aplastadas por las rampas de los canales 263 y 265. De esta forma, las juntas de obturación de rodadura han almacenado una energía que es capaz de superar las fuerzas aplicadas sobre los discos de rotor 232 por la vejiga 256 cuando se libera el fluido de la vejiga 256, como se describirá. Así pues, las juntas de obturación de rodadura 262a y 262b empujarán el disco de rotor 232 en alejamiento de la pastilla de freno 220 y en dirección a la posición mostrada en la figura 7a. Las juntas de obturación de rodadura 262a y 262b se deslizarán sobre una superficie 246 con el fin de compensar el desgaste de la pastilla de freno 220. Las juntas de obturación de rodadura 262a y 262b sirven también como un medio de suspensión para amortiguar las vibraciones entre el disco de rotor 232 y el adaptador de cubo 242.

En la presente realización, el capuchón de alojamiento 212, representado por la pared cilíndrica 214 y la pared radial 218, es una pieza de estampación de pared delgada. Se ha formado una falda 218a en el borde interior de la pared 218 con el fin de permitir a la pastilla de freno 220, que incluye una pared de respaldo 221, ajustarse por salto elástico en su posición dentro del alojamiento, como se muestra en las Figuras 7a y 7b. El capuchón 212 puede ensamblarse desde el extremo del lado izquierdo de las Figuras 7a y 7b, con la porción 255 extendiéndose sobre, y concéntrica con, la porción de pared cilíndrica 224 de la pared radial 222. Una tapa 283, que puede estar articulada en dos partes, rodea la porción de collar ensanchada formada por la prolongación 255, y tiene una falda radial en cada borde de la misma para formar un canal destinado a bloquear la pared 224 de la pared radial 222 dentro del alojamiento 212.

La Figura 6 muestra el modo como las partes de la tapa de dos partes 283, provistas de prolongaciones 283a y 283b, se solapan entre sí. Un miembro de acoplamiento 248 se extiende sobre la junta así formada por los extremos de la tapa articulada 283. El miembro de acoplamiento 284 incluye aberturas 286 a través de las cuales pueden pasar unos pasadores 288. Estos pasadores se han conformado de tal forma que pasan por un área coincidente con los valles existentes en la tapa 283.

La vejiga 256 se muestra aquí provista de una membrana con forma de U 256a que tiene porciones de pata que se insertan en ranuras 276 y 278 dispuestas dentro de la pared radial 222. Se han colocado también unos anillos de refuerzo 280 y 282 en estas ranuras, a fin de evitar que la membrana 256a se expanda radialmente.

La zapata de freno 250, que incluye la pastilla de freno 252 y la placa de respaldo 254, tiene una configuración en forma de T en la que el pie de la T, 251, se dobla hacia atrás con respecto de la membrana 256a para formar una M, como se muestra en las Figuras 7a y 7b. De esta forma, cuando un fluido tal como aceite se inyecta a través de la abertura de entrada 272, tal como se muestra en la Figura 7a, la vejiga 256 se expandirá según la dirección axial, como se muestra en la Figura 7b.

Un anillo adicional 230 (que corresponde a la brida 30 de las Figuras 1 a 4) se ha insertado también en la acanaladura 278, pero de forma que se extiende axialmente desde la pared radial 222 con el fin de soportar una junta de obturación de rodadura 264. La placa de respaldo 254 está dotada de una acanaladura con forma de canal 257 que presenta la misma estructura o construcción que la descrita en relación con los canales 263 y 265 de la misma. Así pues, cuando la vejiga 256 se expande, la zapata de freno 250 se desplaza hacia la izquierda de los dibujos de las Figuras 7a y 7b, y aplica una fuerza axial contra el disco de rotor 232 por medio de la pastilla de freno 252, que se acopla por fricción a la superficie de fricción 236, y presiona adicionalmente contra el disco de rotor 232, de tal forma que la superficie de fricción 234 se acopla a la pastilla de freno 220. Una vez que se ha liberado el aceite de la vejiga 256, la junta de obturación de rodadura 264, que ha sido ligeramente comprimida según se muestra en la Figura 7b, superará la fuerza axial reducida, y retirará con ello la zapata de freno 250 de la superficie de fricción 236 del disco de rotor 232. Simultáneamente, las juntas de obturación de rodadura 262a y 262b retirarán el disco de rotor 232 de su acoplamiento de fricción con la pastilla de freno 220.

Una escobilla 268 se muestra montada en la placa de respaldo 254 con el fin de evitar que la suciedad entre en la zona de la junta de obturación de rodadura 264. Pueden disponerse escobillas similares (véase la escobilla 66 de la Figura 3), en otras ubicaciones prácticas, como entre la placa de respaldo 254 y la pared de alojamiento cilíndrico 214.

En las Figuras 9 y 10 se muestra una mejora adicional de la realización anteriormente descrita, compatible con la invención tal y como ésta se reivindica en las reivindicaciones 1 a 17. Las referencias numéricas que designan elementos que se corresponden con elementos mostrados en la realización de las Figuras 1 a 4 se han incrementado en 300 unidades. Los medios deformables (juntas de obturación de rodadura) no se muestran en las Figuras 9 y 10. El disco de rotor 332 presenta superficies de fricción 234 y 236 a distancias radiales diferentes desde el eje de rotación del disco de rotor. Como se observa más claramente en la Figura 10, las superficies de fricción opuestas 334 y 336 se encuentran escalonadas. Las pastillas de freno correspondientes 320 y 352 se han construido también de forma que se correspondan con las superficies de fricción escalonadas radialmente 334 y 336.

La pared de alojamiento 314 se ha formado en correspondencia, de modo que se adapte a esta diferencia de radios. Se ha encontrado que la amplitud, y la diferencia de amplitudes, de la vibración entre las pastillas tales como las pastillas 20 y 52 de la realización de las Figuras 1 a 4 fueron los factores principales que contribuían a la generación de chirridos de los frenos. Se ha encontrado que los chillidos de los frenos son consecuencia de fenómenos de vibración autoinducidos de las diversas partes. En ciertas situaciones, las vibraciones pueden causar grandes desplazamientos y tensiones importantes en el freno. La velocidad de un sistema en vibración es, en general, proporcional a su frecuencia y, en consecuencia, la fuerza viscosa de amortiguamiento o frenado se incrementa con la frecuencia de la vibración.

Se ha encontrado que, si se disponen las pastillas de freno 320 y 352, así como las superficies de fricción anulares correspondientes 334 y 336, con radios diferentes sobre el disco de rotor 332, estas vibraciones se producen a frecuencias distintas y, por tanto, se reducen las posibilidades de aparición de harmónicos, lo que contribuye a reducir el chirrido de los frenos y las tensiones que podrían producirse en el freno de disco.

Claims (17)

1. Un conjunto de freno de disco (10) para una rueda de vehículo, en el cual la rueda (W) incluye un cubo (H) dispuesto de forma articulada en un eje del vehículo, comprendiendo el conjunto de freno de disco (10) un alojamiento (12, 112, 212) montado en el vehículo y al menos un disco de rotor anular (32, 132, 232, 332) dentro del alojamiento, así como medios para el montaje del disco en la rueda, teniendo el disco al menos una primera superficie de fricción anular, plana y radial (36, 136, 236, 336; 34, 134, 234, 334), e incluyendo el alojamiento al menos una primera zapata de freno anular (50, 150, 250, 350; 20, 120, 220, 320), dispuesta adyacente a la primera superficie de fricción del disco, y siendo la zapata de freno susceptible de desplazarse axialmente hacia, y en alejamiento de, la primera superficie de fricción, al menos unos primeros medios (51, 16, 46a, 46b) para impedir a la primera zapata de freno girar con el disco, incluyendo el alojamiento una pared radial anular (22, 122, 222, 322) paralela a la primera zapata de freno, y una vejiga anular (56, 156, 256) expansible por la acción de un fluido, la cual se extiende entre la primera zapata de freno anular y la pared radial, por lo cual, al expandirse la vejiga, la primera zapata de freno se desplaza axialmente hasta acoplarse por fricción con la primera superficie de fricción del disco, caracterizado por que el conjunto de freno de disco comprende adicionalmente al menos unos primeros medios deformables elásticamente (64, 264; 62a, 62b, 262a, 262b) y destinados a desacoplar la primera zapata de freno de su contacto de fricción con la primera superficie de fricción del disco de rotor al liberar el fluido de la vejiga con el uso de la energía almacenada en dichos primeros medios deformables elásticamente (64, 264; 62a, 62b, 262a, 262b) a causa de la deformación de dichos primeros medios deformables elásticamente.

2. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los medios para impedir que la primera zapata de freno gire con el disco comprenden una pared cilíndrica (14, 114), dispuesta con el alojamiento y que tiene una superficie interna (16) que es radialmente adyacente al contorno o periferia (24) de la primera zapata de freno, ajustándose o encajando la superficie interior en elementos interdigitales (16a, 16b) de la pared concéntrica (14) dispuestos en (16), y encajando la periferia de la primera zapata de freno (50) en elementos interdigitales (166; 51), lo que permite el movimiento axial de la primera zapata de freno (50, 150) con respecto a la superficie de la pared cilíndrica (14, 114), pero impide el movimiento circunferencial de la primera zapata de freno (50) con respecto a la pared cilíndrica (14) del alojamiento.

3. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual los elementos interdigitales incluyen una pluralidad de crestas o picos (16b) separados circunferencialmente y que se extienden axialmente sobre la superficie interior de la pared cilíndrica (14), los cuales se ajustan o encajan en valles correspondientes (51) situados en la periferia de la primera zapata de freno (50).

4. El conjunto de freno de disco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el alojamiento (12, 112, 212) incluye adicionalmente una falda radial anular (18, 218a) que pende de la pared cilíndrica (14, 214) situada en el lado opuesto del disco de rotor (32, 232) con respecto a la primera zapata de freno (50, 250), y se ha dispuesto una segunda zapata de freno (20, 220) sobre la falda anular (18, 218a) situada de cara a una segunda superficie de fricción (34, 234) del disco de rotor.

5. El conjunto de freno de disco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual los medios para desacoplar la primera zapata de freno (50) de la primera superficie de fricción (36) del disco de rotor (32) consisten en al menos una junta de obturación de rodadura (64), dispuesta entre una superficie generada axialmente y perteneciente a la primera zapata de freno (50) y una superficie cilíndrica generada axialmente y perteneciente a la primera pared radial (22) del alojamiento, que se extiende paralela y adyacente a la superficie generada axialmente perteneciente a la primera zapata de freno (50), de tal manera que la junta de obturación de rodadura (64) es capaz de almacenar energía cuando se aplica una fuerza sobre la primera zapata de freno con el fin de acoplar por fricción la primera superficie de fricción (36) del disco de rotor por medio de la vejiga (56) expansible por fluido, y de tal modo que la energía almacenada es suficiente para retirar la primera zapata de freno (50) de la primera superficie de fricción (36) del disco de rotor (32) cuando se libera el fluido de la vejiga expansible (56).

6. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el cual los medios para el montaje del disco en la rueda comprenden un adaptador o acoplador de cubo (42, 242), destinado a montarse de forma giratoria en la rueda, incluyendo el adaptador de cubo (42, 242) una superficie exterior cilíndrica (46c; 246), incluyendo el disco de rotor (32, 232) una abertura central definida por una superficie cilíndrica interior (40, 240), y se han dispuesto elementos interdigitales (46a, 46b, 40a, 40b) en la superficie exterior del adaptador de cubo (42, 242) y en la superficie cilíndrica interior del disco de rotor, por lo que dichos elementos interdigitales encajan para permitir al disco de rotor deslizarse axialmente sobre el adaptador de cubo, pero impidiendo el movimiento rotativo circunferencial del disco de rotor con respecto al adaptador de cubo, y se ha dispuesto al menos una junta de obturación de rodadura (62a; 262a) entre la superficie cilíndrica exterior (46c; 246) del adaptador de cubo y la superficie cilíndrica interior (40; 240) del disco de rotor (32, 232), la cual se ha dispuesto de tal forma que, cuando el disco de rotor se desplaza axialmente contra la segunda zapata de freno (20, 220) bajo la fuerza axial que se aplica por parte del fluido contenido en la vejiga expansible, la junta de obturación de rodadura se deforma para conservar la energía, de tal modo que, cuando el fluido se libera de la vejiga expansible, la energía conservada en la junta de obturación de rodadura será eficaz para desacoplar de la segunda zapata de freno la segunda superficie de fricción del disco de rotor.

7. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual existen dos juntas de obturación de rodadura (62a, 62b; 262a, 262b) separadas axialmente entre sí y dispuestas entre la superficie cilíndrica interior (40; 240) del disco de rotor (32; 232) y la superficie cilíndrica exterior (46c; 246) del adaptador de cubo (42, 242).

8. El conjunto de freno de disco de acuerdo con las reivindicaciones 6 y 7, en el cual la al menos una junta de obturación de rodadura (62b) está dispuesta en un canal (46d) formado en la superficie cilíndrica exterior (46) del adaptador de cubo (42).

9. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual la pared radial anular (22) del alojamiento incluye una brida cilíndrica (30) que se extiende hacia el disco de rotor (32), y la primera zapata de freno (50) incluye una placa de respaldo (54) que tiene una porción de pared cilíndrica, y se ha montado una junta de obturación de rodadura (66) en una acanaladura (30a) existente en la brida (30), la cual se acopla a la porción de pared cilíndrica de la placa de respaldo.

10. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el cual el disco de rotor (232) incluye un reborde (238) que define la superficie cilíndrica interior (240), y se han dispuesto un par de acanaladuras separadas axialmente entre sí en el reborde (238), y se han dispuesto canales (263, 265) de alojamiento para junta de obturación de rodadura en la acanaladura del reborde, al objeto de recibir las juntas de obturación de rodadura (262a, 262b), en el cual cada canal incluye una porción de recorte que tiene una superficie en pendiente que disminuye en profundidad desde uno de los lados del canal hacia el otro, y la extensión axial del canal (263, 265) es mayor que la extensión axial de la junta de obturación de rodadura (262a, 262b), de tal manera que la junta de obturación de rodadura puede ser comprimida conforme el disco de rotor (232) es desplazado hacia la segunda zapata de freno, y las juntas de obturación de rodadura se acoplan a la superficie cilíndrica exterior (246) del adaptador de cubo (242).

11. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual la primera zapata de freno (232) incluye una placa de respaldo (254) que define una superficie cilíndrica opuesta a la superficie cilíndrica radial definida por la primera pared radial, y se define una acanaladura (257) en la superficie cilíndrica de la placa de respaldo (254) a fin de recibir la junta de obturación de rodadura (264), teniendo la acanaladura una extensión radial mayor que la extensión radial de la junta de obturación de rodadura, y una porción de recorte de la acanaladura presenta una configuración de pared inclinada con el fin de impedir la compresión de la junta de obturación de rodadura cuando la zapata de freno (250) se desplaza hacia el disco de rotor (232).

12. El conjunto de freno de disco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la vejiga (56, 156) consiste en una envoltura cerrada anular de material elástico y se extiende entre la primera pared radial (22, 122) del alojamiento (12, 112) y la primera zapata de freno (50, 150).

13. El conjunto de freno de disco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el cual la vejiga (256) incluye una membrana anular alargada (256a) de un material flexible y elástico, que tiene bordes paralelos, y los bordes se han acoplado formando un cierre hermético con la primera pared radial (222) del alojamiento (2, 12), de tal manera que la vejiga (256) está formada entre la membrana (256a) y la primera pared radial (222).

14. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 13, en el cual la primera zapata de freno (250) incluye una placa de respaldo (254) que presenta una sección transversal con la forma de una T, extendiéndose la pata (251) de la T axialmente en alejamiento del disco de rotor (232) y acoplándose a la membrana (256a) que forma la vejiga, de tal manera que la sección transversal de la membrana tiene una forma de M en sección transversal.

15. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el cual la primera pared radial (222) del alojamiento está provista de un par de ranuras circunferenciales separadas radialmente entre sí, y los extremos de la membrana (256a) son recibidos en ranuras respectivas, a fin de establecer un acoplamiento de cierre hermético con la primera pared radial (222).

16. El conjunto de freno de disco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el disco de rotor (332) tiene al menos una primera superficie de fricción plana, radial y anular (336), situada en uno de los lados y cerca de la periferia del disco, a un primer radio medio, y una segunda superficie de fricción plana, radial y anular (334), situada en el otro lado del disco y paralela a la primera superficie de fricción, pero a un radio medio menor que el primer radio medio.

17. El conjunto de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 16, en el cual el alojamiento incluye una primera zapata de freno (350), destinada a acoplarse a la primera superficie de fricción (336), y una segunda zapata de freno (320), destinada a acoplarse a la segunda superficie de fricción (334), por lo que las superficies de fricción y las zapatas de freno escalonadas resultan eficaces para amortiguar las vibraciones del conjunto de freno.