ES2235093T3 - Freno de disco con accionamiento mecanico e hidraulico. - Google Patents
Freno de disco con accionamiento mecanico e hidraulico.Info
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Abstract
Un cilindro de freno de accionamiento mecánico e hidráulico, que forma una cámara estanca que puede contener un fluido hidráulico bajo presión y que consta de un émbolo (4) móvil en traslación, un empujador (13, 14, 15) desplazable en dirección del émbolo durante un accionamiento mecánico del freno, un tirante intercalado entre el émbolo y el empujador, constituido por dos elementos (11, 12) atornillados uno a otro y aptos para desatornillarse para aumentar la longitud del tirante, encontrándose cada elemento en contacto con una pieza de tope constituida respectivamente por el émbolo (4) y por el empujador, estando conformados el primero (11) de los elementos de tirante y la pieza de tope (4) con la que se encuentra en contacto para embragarse en rotación cuando dicho elemento se apoya contra dicha pieza de tope, teniendo el primer elemento de tirante una parte de extremidad (10) que penetra en un taladro (9) formado en la pieza de tope, estando aislado este taladro de la cámara de manera que dicha parte de extremidad no está sometida a la presión del fluido contenido por la cámara, de lo que resulta que el fluido bajo presión ejerce sobre el primer elemento una fuerza axial dirigida hacia la pieza de tope correspondiente, caracterizado porque el primer elemento está atravesado por un canal (24) apto para poner la cámara del cilindro en comunicación con el taladro (9) de la pieza de tope, estando este canal cerrado por un obturador móvil (26) que, bajo la acción del fluido a presión presente en la cámara, se apoya contra el fondo (25) del taladro, no transmitiendo sensiblemente ninguna fuerza axial a dicho primer elemento de tirante.
Description
Freno de disco con accionamiento mecánico e
hidráulico.
El presente invento se refiere a un cilindro de
freno por accionamiento mecánico e hidráulico para un vehículo
automóvil que consta de una neutralización de ajuste anular y de un
freno de disco que comprende un tal cilíndrico.
Se conoce que los cilindros de freno de
accionamiento mecánico e hidráulico están constituidos por un émbolo
desplazable en traslación bajo el efecto de la presión de un fluido
hidráulico o de una combinación de piezas móviles.
El fluido hidráulico es inyectado bajo presión en
el cilindro de freno y actúa sobre el émbolo durante un
accionamiento de freno de rodamiento, mientras que las piezas
móviles son puestas en movimiento cuando el conductor del vehículo
acciona el freno de aparcamiento.
En la mayoría de los vehículos, el accionamiento
del freno de aparcamiento se materializa por la tracción de un
cable conectado a una palanca pivotante montada sobre el cilindro
de freno. Se prevé entonces un mecanismo de rampas de bolas en el
cilindro para transformar los movimientos de rotación de la palanca
en movimientos de traslación a transmitir al ém-
bolo.
bolo.
Los cilindros de freno que utilizan rampas de
bolas constan por lo tanto de un árbol sobresale al exterior del
cilindro, sobre el que está montada la palanca accionable por
tracción del cable. Este árbol es solidario de una plataforma
giratoria que coopera con una plataforma móvil en traslación con
interposición de bolas alojadas en las rampas realizadas en las dos
plataformas, de manera que la rotación de la plataforma giratoria se
traduce en una translación de la plataforma móvil, la cual empuja un
tirante que se extiende hasta al émbolo para transmitir a este
último el movimiento de translación de la plataforma móvil.
El émbolo pasa de este modo por una traslación
cuya carrera es igual a la de la plataforma móvil, de una posición
de reposo, dejada por un frenado anterior, en la que las plaquetas
están casi en contacto con el disco pero no apretadas contra este
último, a una posición de frenado en la que las plaquetas están
apretadas contra el disco.
Debido al desgaste de las plaquetas, la posición
de reposo del émbolo se aproxima al disco en una medida no
despreciable en relación a la carrera de traslación. Por lo tanto es
necesario alargar el tirante para que este permanezca adaptado a la
distancia que separa el émbolo en reposo de la plataforma móvil.
A tal efecto, se conoce el utilizar un tirante
ajustable, constituido por un tornillo y una tuerca atornillados el
uno en la otra y pudiendo desatornillarse para que la cabeza del
tornillo se aleje de la tuerca, alargando de este modo la longitud
del tirante.
Este ajuste, para que sea eficaz, se debe
efectuar automáticamente en el cilindro de freno a medida que se
utilizan los forros de fricción.
A tal efecto, el tornillo está unido al émbolo en
sus movimientos de traslación, mientras que la tuerca es retenida en
traslación por un muelle. Por consiguiente, el desplazamiento del
émbolo durante los accionamientos hidráulicos del freno tiende a
separar el tornillo de la tuerca, lo que provoca su desatornillado
y, por consiguiente, el alargamiento del tirante.
El documento WO 0037820 describe sensiblemente un
cilindro de freno tal.
Este sistema proporciona satisfacción pero debe
presentar dos características suplementarias que van a ser descritas
ahora.
En primer lugar, es imperativo que el tornillo no
se pueda reatornillar en la tuerca, especialmente en el momento del
accionamiento mecánico del freno, cuando el tirante es comprimido
entre la plataforma móvil y el émbolo. Debido a esto, mientras que
la tuerca está permanentemente en rotación, el tornillo está unido
al émbolo por un embrague cónico que presenta un ligero juego axial.
Cuando el embrague cónico está apoyado, es decir cuando la arriostra
es comprimida contra el émbolo por la plataforma móvil, el émbolo
inmoviliza el tornillo en rotación. En cambio, a partir de que este
embrague cónico ya no se apoya gracias a su juego axial, el
tornillo puede girar libremente alrededor de su eje.
De este modo, el tornillo puede desatornillarse
de la tuerca en el momento del frenado hidráulico para aumentar la
longitud del tirante, pero no se puede atornillar en la tuerca en el
momento del frenado mecánico para que el tirante permanezca en su
longitud anteriormente ajustada.
La segunda característica indispensable del
sistema es que debe evitar que el ajuste automático del tirante no
se traduzca en un bloqueo del émbolo en posición de frenado fija, lo
que podría producirse si el tirante se alargara sistemáticamente de
la longitud total de desplazamiento del émbolo.
A tal efecto, una parte de la extremidad del
tornillo está montada deslizante en el émbolo con interposición de
una junta que sustrae dicha parte de extremidad del tornillo que
penetra en el émbolo por la presión hidráulica del fluido. Esta
parte tiene de una sección transversal designada sección de
neutralización, gracias a la cual el fluido bajo presión aplica al
tornillo una fuerza resultante que tiende a empujarlo contra el
émbolo y por lo tanto a apoyar el embrague cónico, es decir a
inmovilizar el tornillo en rotación e impedir el ajuste del tirante.
Esta fuerza resultante es antagonista a la ejercida por el muelle
que retiene la tuerca en traslación y una calibración de este muelle
permite fijar la presión límite a partir de la cual la fuerza
resultante de la presión del fluido hidráulico vence la acción del
resorte y detiene el ajuste del tirante. El tirante sigue entonces
los movimientos del émbolo sin alargarse.
En la práctica, se tara el muelle al valor más
alto posible, sabiendo que la fuerza resultante límite es
generalmente de alrededor de 700 Newtons, teniendo en cuenta el
tamaño de la sección de neutralización y la presión del fluido en el
momento del frenado.
Por consiguiente, el muelle que retiene la tuerca
debe tener una rigidez suficiente para resistir una fuerza
resultante de 700 Newtons.
Los inventores que han sentado las bases del
presente invento, han identificado que la solidez necesaria de este
muelle es un obstáculo a una reducción de volumen del cilindro de
freno, debido a la dificultad para compactar las distintas piezas, y
especialmente dicho muelle.
El presente invento aspira a resolver esta
dificultad proponiendo un cilindro de freno por accionamiento
mecánico e hidráulico, que forma una cámara estanca que puede
contener un fluido hidráulico bajo presión y que comprende un émbolo
móvil en transacción, un empujador desplazable en dirección del
émbolo durante un accionamiento mecánico del freno, un tirante
intercalado entre el émbolo y el empujador, constituido por dos
elementos atornillados uno a otro y aptos para desatornillarse para
aumentar la longitud del tirante, encontrándose cada elemento en
contacto con una pieza de tope constituida respectivamente por el
émbolo y por el empujador, estando conformados el primero de los
elementos de arriostra y la pieza de tope con la que se encuentra en
contacto para embragarse en rotación cuando dicho elemento se apoya
contra dicha pieza de tope, comprendiendo el primer elemento de
tirante de una parte de extremidad que penetra en un taladro formado
en la pieza de tope, estando este taladro aislado de la cámara de
manera que dicha parte de extremidad no está sometida a la presión
del fluido contenido por la cámara, de lo que resulta que el fluido
bajo presión ejerce sobre dicho primer elemento una fuerza axial
dirigida hacia la pieza de tope correspondiente, caracterizado
porque el premier elemento es atravesado por un canal apto para
poner la cámara del cilindro en comunicación con el taladro de la
pieza de tope, siendo este canal cerrado por un obturador móvil que,
bajo la acción del fluido bajo presión presente en la cámara, se
apoya contra el fondo de el taladro, no transmitiendo sensiblemente
fuerza axial a dicho primer elemento de
tirante.
tirante.
De este modo, gracias al invento, la acción del
fluido hidráulico bajo presión sobre el primer elemento solamente se
ejerce sobre la sección de dicho primer elemento en su parte de
extremidad, deducción hecha de la sección del canal que, gracias al
obturador móvil, no está sometida a la presión del fluido
hidráulico.
En otros términos, la sección de neutralización
del primer elemento es la sección transversal anular del primer
elemento situada alrededor de dicho canal.
Se entenderá que habiendo reducido la sección de
neutralización, se reduce en consecuencia la fuerza ejercida por el
fluido sobre el primer elemento. El muelle que retiene el segundo
elemento y que permite el ajuste del tirante hasta una presión
límite del fluido hidráulico debe por lo tanto presentar una rigidez
reducida proporcionalmente a la disminución de la sección de
neutralización.
En la práctica, mientras que la fuerza resultante
límite es de alrededor de 700 Newtons, la fuerza resultante límite
del cilindro de acuerdo con el invento es solamente de alrededor de
300 Newtons.
El muelle de retención del segundo elemento puede
por lo tanto ser reducido muy notablemente cumpliendo su
función.
En un modo de realización particular del invento,
el empujador desplazable es un mecanismo de rampa de bolas que
consta de una plataforma de entrada pivotante y una plataforma
móvil, separadas por bolas alojadas en rampas realizadas en las dos
plataformas.
De acuerdo con un primer modo de realización del
invento, el primer elemento de tirante es una tuerca cuya ánima
roscada constituye el canal y, preferentemente, la pieza de tope del
primer elemento es el émbolo.
De acuerdo con un segundo modo de realización, el
primer elemento de tirante es un tornillo cuya cabeza está perforada
por el canal, el cual desemboca lateralmente en el cuerpo de dicho
tornillo.
El obturador móvil puede, de acuerdo con el
invento, ser un inserto deslizante que consta de un cuerpo
cilíndrico que ocupa el canal que pone la cámara del cilindro en
comunicación con el taladro de la pieza de tope.
Con el fin de facilitar la comprensión del
invento, se va a describir ahora un modo de realización dado a
título de ejemplo no limitativo, con la ayuda de la única figura
adjunta, que es una vista en corte axial de un cilindro de freno de
acuerdo con un modo de realización del invento.
En el modo de realización descrito, el cilindro
de freno comprende un cuerpo 1 de forma sensiblemente cilíndrica,
provisto de una primera extremidad parcialmente obturada por una
pared 2 que solamente deja un paso axial 3 y de una segunda
extremidad abierta sobre toda su sección interior, la cual permanece
constante desde dicha segunda extremidad del cuerpo hasta alrededor
de la mitad de se longitud y delimita una cámara cilíndrica en la
que se desliza un émbolo 4 de forma exterior correspondiente.
El émbolo 4 comprende, opuesto a su cara exterior
de apoyo contra una placa-soporte de plaqueta 5, por
una parte un fondo 6 globalmente plano y por otra parte una falda
periférica 7 que define la forma exterior cilíndrica del émbolo y
delimita un espacio interior a dicho émbolo, abierto en dirección de
la primera extremidad del cuerpo.
Una junta de estanqueidad 8 alojada en una
garganta anular interior de la cámara cilíndrica del cuerpo que
recibe el émbolo, asegura la estanqueidad entre el émbolo y dicha
cámara cilíndrica.
Un ánima o taladro axial 9 está realizado en el
émbolo, a partir de su fondo 6 en dirección de la
placa-soporte. Este taladro 9 libera el espacio
necesario para el deslizamiento axial de la extremidad 10 de un
primer elemento de tirante 11 que se extiende axialmente en el
cuerpo, estando atornillado con un segundo elemento de tirante 12
para formar un tirante ajustable adyacente a un sistema de rampas de
bolas que comprende una plataforma de entrada 13 y una plataforma
móvil 14 separadas por bolas 15 alojadas en gargantas de rampas,
como es conocido.
El primer elemento de tirante 11 es una tuerca
que se extiende axialmente, por una parte hasta el interior del
taladro 9, por otra parte en dirección a la pared 2 del cuerpo 1.
Esta tuerca se atornilla sobre el cuerpo roscado 12a de un tornillo
fijo en rotación, pero libre en traslación, que constituye el
segundo elemento de tirante 12.
La plataforma de entrada 13 comprende una
prolongación que atraviesa el pasaje 3 y sobresale al exterior del
cuerpo, en donde una palanca 16 de mando de freno de aparcamiento,
montada sobre dicha prolongación, está unida a un cable (no
representado) que llega hasta un órgano de accionamiento (no
representado), como una palanca de mano o un pedal, alojado en el
habitáculo del vehículo.
La plataforma móvil 14 es mantenida en rotación
respecto al cuerpo por un pasador 17.
El primer elemento de tirante 11 comprende un
collarín 18, situado en las proximidades del fondo 6 del émbolo y
que constituye un apoyo que limita el desplazamiento axial del dicho
primer elemento en dirección de dicho émbolo.
Este collarín 18 presenta una parte troncocónica
18a dirigida hacia el émbolo 4 mientras que dicho émbolo 4 tiene un
asiento troncocónico 4a de forma complementaria. Estas dos
superficies troncocónicas correspondientes constituyen un embrague
cónico que, cuando dichas superficies troncocónicas se apoyan una
contra la otra, asegura la solidarización en rotación del primer
elemento de tirante con respecto al émbolo.
En otros términos, estando el émbolo inmovilizado
en rotación por la placa-soporte 5, cuando el
collarín 18 se apoya axialmente contra el émbolo 4, el primer
elemento de tirante 11 es inmovilizado en rotación.
El collarín 18 está sometido a la acción de una
arandela elástica 19, retenida por un anillo elástico 20 en una
falda periférica 7 del émbolo. La arandela 19 tiende a empujar dicho
collarín 18 contra el asiento troncocónico 4a del émbolo, estando un
rodamiento de bolas 21 interpuesto entre el collarín 18 y la
arandela 19 para que la arandela elástica 19 no impida que el primer
elemento 11 gire alrededor de su eje longitudinal.
Una caja o campana 22 encierra el sistema de
rampas de bolas, a saber la plataforma de entrada 13, las bolas 15 y
la plataforma móvil 14, así como una parte del segundo elemento de
tirante 12 opuesta al ém-
bolo.
bolo.
Un muelle helicoidal 23 que asegura la retención
del segundo elemento 12 contra el sistema de rampas de bolas está
igualmente encerrado en la caja 22.
En ausencia de fuerzas hidráulicas, la arandela
elástica 19 empuja el collarín 18 contra el asiento 4a y el primer
elemento 11 es inmovilizado en rotación por el embrague cónico,
mientras que el muelle helicoidal 23 mantiene el segundo elemento 12
contra el sistema de rampas de bolas.
Un canal cilíndrico 24 está dispuesto en la
extremidad 10 del primer elemento 11 y desemboca, en dirección al
émbolo, enfrente del fondo 25 del taladro 9.
El canal 24 está constituido por el ánima
longitudinal de la tuerca y se prolonga en consecuencia en toda la
longitud de esta. Se encuentra en equilibrio de presión hidráulica
con el interior del cilindro.
Un obturador deslizante 26 está situado en la
desembocadura del canal cilíndrico 24, y asegura la obturación
estanca de este último, de manera que el fluido hidráulico presente
en el cilindro llena el canal, pero no puede escaparse.
El obturador presenta una forma de revolución en
cazoleta propicia al mantenimiento una buena estanqueidad frente al
fluido hidráulico, incluso si este último está sometido a una
presión elevada, ya que, bajo el efecto de esta presión, la
periferia de dicho obturador se acopla contra la pared lateral del
canal.
En cambio, al tiempo que se opone a las fugas de
fluido hidráulico, el obturador 26 está en condiciones de deslizar
en la desembocadura del canal, en una carrera determinada por la
distancia axial entre el fondo 25 del taladro 9 y la pared frontal
del primer elemento 11.
De este modo, en caso de presión elevada del
fluido hidráulico, el obturador 26 desliza en dirección del émbolo
hasta llegar en tope contra el fondo 25.
El primer elemento de tirante 11 no está sometido
por lo tanto a ninguna fuerza axial por parte del obturador, a pesar
de la eventual presión elevada de fluido hidráulico.
Otra junta de estanqueidad 27 está alojada en una
garganta anular de la extremidad 10 del primer elemento 11 que
penetra en el taladro 9. Esta junta 27 tiene como efecto aislar la
porción terminal 11b del primer elemento respecto al interior del
cilindro, de manera que la presión del fluido hidráulico que reina
en el cilindro no se aplica a la porción terminal 11b del primer
elemento 11.
Como resultado, la presión del fluido hidráulico
sobre el primer elemento de tirante genera una fuerza resultante
sensiblemente igual al producto de la presión del fluido por la
superficie de la sección anular de dicho primer elemento a la
derecha de la junta 27.
Esta superficie es la sección de neutralización
del primer elemento 11 y corresponde a la superficie de la sección
llena de la cabeza del tornillo menos la sección del canal 24.
El funcionamiento del mecanismo de freno se va a
describir ahora.
Este mecanismo puede ser accionado
hidráulicamente, lo que corresponde al accionamiento por el pedal de
freno del vehículo, y mecánicamente, lo que corresponde al
accionamiento por la palanca de freno de aparcamiento.
En funcionamiento hidráulico, el fluido
hidráulico presente al interior del cuerpo 1 del cilindro es
sometido a presión.
Esta presión tiene como primer efecto rempujar el
émbolo 4 hacia el exterior del cuerpo (hacia la izquierda en la
figura).
El desplazamiento del émbolo comprime la arandela
elástica 19, y, por consiguiente, impulsa el primer elemento 11 en
el sentido de desplazamiento del émbolo, alejándolo del segundo
elemento 12.
Los dos elementos de tirante tienden por lo tanto
a desatornillarse para alargar el tirante.
Sin embargo, el primer elemento 11 está sometido
por el fluido bajo presión a un fuerza resultante (ya descrita), que
empuja su collarín 18 contra el asiento 4a del émbolo, mientras que
el muelle helicoidal 23 ejerce, sobre el segundo elemento 12, una
fuerza dirigida hacia la extremidad 2 del cuerpo.
El primer elemento 11 está por lo tanto sometido
a dos grupos de fuerzas antagonistas, a saber, por una parte una
fuerza dirigida hacia la pared 2, resultante de la acción del muelle
23, por otra parte la suma de las fuerzas dirigidas hacia el émbolo
4, resultante de la acción del fluido bajo presión y de la arandela
elástica 19.
Para presiones de fluido inferiores a una presión
umbral definida como la presión que compensa la diferencia entre la
acción del muelle 23 y la de la arandela 19, el embrague cónico se
desembraga y el primer elemento 11 es libre para girar para
desatornillarse y seguir al émbolo. El freno se ajusta.
Para presiones de fluido superiores a esta
presión umbral, la acción del muelle 23 permanece demasiado débil
para vencer la acción del fluido sobre el primer elemento 11 y el
embrague permanece acoplado. El primer elemento ya no puede girar y
el ajuste del freno es impedido.
En funcionamiento mecánico, la palanca de mando
16 imprime una rotación a la plataforma de entrada 13.
Esta última se pone a girar respecto a la
plataforma móvil 14, que está inmovilizada en rotación por el
pasador 17.
Las rampas de bolas realizan entonces su función
de separación de las dos plataformas.
El collarín 18 se apoya contra el asiento 4a y
bloquea el primer elemento 11 en rotación. Entonces el tirante puede
transmitir el movimiento de translación del sistema de rampas de
bolas al émbolo 4.
Es destacable, de acuerdo con el invento, que,
durante un frenado hidráulico, la fuerza resultante de la acción del
fluido sobre el primer elemento sea limitada, lo que permite
recurrir a un muelle helicoidal menos rígido y por lo tanto más
compacto.
El invento no está limitado a la descripción
precedente.
En particular, nada impone que la pieza de tope
del primer elemento de tirante sea el émbolo, pudiendo también ser
realizado un embrague cónico con una de las plataformas del sistema
de rampa de bolas.
Claims (5)
1. Un cilindro de freno de accionamiento mecánico
e hidráulico, que forma una cámara estanca que puede contener un
fluido hidráulico bajo presión y que consta de un émbolo (4) móvil
en traslación, un empujador (13, 14, 15) desplazable en dirección
del émbolo durante un accionamiento mecánico del freno, un tirante
intercalado entre el émbolo y el empujador, constituido por dos
elementos (11, 12) atornillados uno a otro y aptos para
desatornillarse para aumentar la longitud del tirante, encontrándose
cada elemento en contacto con una pieza de tope constituida
respectivamente por el émbolo (4) y por el empujador, estando
conformados el primero (11) de los elementos de tirante y la pieza
de tope (4) con la que se encuentra en contacto para embragarse en
rotación cuando dicho elemento se apoya contra dicha pieza de tope,
teniendo el primer elemento de tirante una parte de extremidad (10)
que penetra en un taladro (9) formado en la pieza de tope, estando
aislado este taladro de la cámara de manera que dicha parte de
extremidad no está sometida a la presión del fluido contenido por la
cámara, de lo que resulta que el fluido bajo presión ejerce sobre el
primer elemento una fuerza axial dirigida hacia la pieza de tope
correspondiente,
caracterizado porque el primer elemento
está atravesado por un canal (24) apto para poner la cámara del
cilindro en comunicación con el taladro (9) de la pieza de tope,
estando este canal cerrado por un obturador móvil (26) que, bajo la
acción del fluido a presión presente en la cámara, se apoya contra
el fondo (25) del taladro, no transmitiendo sensiblemente ninguna
fuerza axial a dicho primer elemento de tirante.
2. Un cilindro de freno de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el empujador
desplazable es un mecanismo de rampa de bolas que comprende una
plataforma de entrada (13) pivotante y una plataforma móvil (14),
separadas por bolas (15) alojadas en las rampas realizadas en las
dos plataformas.
3. Un cilindro de freno de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el primer
elemento de tirante (11) es una tuerca cuya ánima roscada constituye
el canal (24).
4. Un cilindro de freno de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la pieza de tope (4) del primer elemento (11) es el
émbolo.
5. Un cilindro de freno de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque el obturador móvil (26) es un inserto deslizante que consta
de un cuerpo cilíndrico que ocupa el canal (24) que pone la cámara
del cilindro en comunicación con el taladro de la pieza de tope.
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