ES2242881T3 - Unidad de accionamiento con un transformador de fuerza para el freno de disco. - Google Patents
Unidad de accionamiento con un transformador de fuerza para el freno de disco.Info
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Abstract
Freno de disco (10), con dos zapatas de freno (12, 14) que pueden presionarse a ambos lados en un disco de freno (16) para generar una fuerza de apriete (A, A¿) y un mecanismo actuador (26) para el accionamiento de, al menos, una de las zapatas de freno (12, 14), estando dispuesto, al menos, un transformador de fuerza (42) en un primer trayecto de transmisión de fuerza (C) entre el mecanismo actuador (26) y, al menos, una de las zapatas de freno (12, 14), caracterizado porque al generar la fuerza de apriete (A, A¿) la proporción de fuerza máxima que actúa sobre el transformador de fuerza (42) está limitada.
Description
Unidad de accionamiento con un transformador de
fuerza para un freno de disco.
La invención se refiere a un freno de disco con
dos zapatas de freno que pueden presionarse a ambos lados en un
disco de freno para generar una fuerza de apriete y un mecanismo
actuador para el accionamiento de, al menos, una de las zapatas de
freno.
Un freno de disco de este tipo se conoce del
documento WO88/04741. Las fuerzas que aparecen en el caso de este
freno de disco en el contexto de un proceso de frenado pueden
dividirse en fuerza de apriete (también denominada fuerza axial,
fuerza transversal o fuerza normal) y fuerza perimetral (también
denominada fuerza de fricción). Como fuerza de apriete se denomina
aquel componente de fuerza, que se aplica en el disco de freno por
una zapata de freno de forma perpendicular al plano del disco de
freno. Por el contrario, como fuerza perimetral se entiende aquel
componente de fuerza, que debido a la fricción de frenado entre un
forro de fricción de la zapata de freno y el disco de freno, actúa
en dirección perimetral del disco de freno sobre la zapata de freno.
Mediante la multiplicación de la fuerza perimetral con la distancia
del punto de aplicación de la fuerza perimetral desde el eje de giro
de las ruedas puede calcularse el par de frenado.
En el freno de disco conocido del documento
WO88/04741, la fuerza de apriete se genera de forma hidráulica o
mediante un motor eléctrico. En el caso de una generación de fuerza
de apriete motriz, el movimiento de rotación de un árbol del motor
se multiplica, en primer lugar, mediante un engranaje planetario y,
a continuación, se convierte en un movimiento de traslación mediante
un mecanismo actuador que comprende una disposición de
tuerca-husillo. Un émbolo del mecanismo actuador
transmite el movimiento de traslación a una de las dos zapatas de
freno y las presiona contra el disco de freno. Puesto que el freno
de disco está equipado como freno de disco de pinza flotante, de
forma conocida la zapata de freno que no actúa directamente con el
émbolo se presiona también contra el disco de freno.
Los futuros dispositivos de freno requieren un
registro exacto de las fuerzas que aparecen en un proceso de frenado
para propósitos de control y regulación. Por tanto, es normal
equipar a los frenos de disco de uno o varios transformadores de
fuerza y acoplar estos transformadores de fuerza con circuitos de
control y regulación. Como transformador de fuerza puede funcionar
cualquier mecanismo que transforme una fuerza que actúa sobre el
transformador de fuerza en una magnitud física distinta de esta
fuerza.
En el documento DE 19639686 A1 se describe un
freno de disco de este tipo equipado con transformadores de fuerza.
El freno de disco tiene dos transformadores de fuerza, que están
dispuestos cada uno en un tornillo de fijación, mediante el que una
pinza-soporte está unida con un soporte fijo en el
vehículo. Los transformadores de fuerza sirven para el registro de
la fuerza perimetral, que se tiene en cuenta al ajustar la fuerza de
apriete por un mecanismo de control de un actor de freno de rueda
electromecánico no descrito en detalle.
En el documento WO 49/37939 se describe un freno
de disco según el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención se basa en el objetivo de
especificar un freno de disco que tenga una estructura optimizada
respecto a propósitos de control y regulación.
Este objetivo se alcanza mediante las
características de la reivindicación 1. El transformador de fuerza,
que puede estar dispuesto completamente o, al menos, en forma de uno
o diversos componentes de transformador de fuerza entre el mecanismo
actuador y, al menos, una de las zapatas de freno, permite absorber,
transformar y/o registrar, al menos, una parte de la fuerza de
retroacción o reacción aplicada en el mecanismo actuador al generar
la fuerza de apriete.
Entre el transformador de fuerza y, al menos, una
de las zapatas de freno puede estar dispuesto un mecanismo de
transmisión de fuerza, que actúa conjuntamente de manera directa o
indirecta con el transformador de fuerza al presionar las zapatas de
freno en el disco de freno. Esta actuación conjunta entre el
mecanismo de transmisión de fuerza y el transformador de fuerza
tiene lugar, preferiblemente, de forma superficial.
Para el transformador de fuerza se dispone de
distintas posibilidades de realización. El aspecto funcional es
común a todas las posibilidades de realización, en el que una fuerza
que actúa en el transformador de fuerza se transforma en una
dimensión distinta de esta fuerza, por ejemplo, eléctrica o
mecánica. Así, por ejemplo, puede pensarse en generar directamente,
la señal de medición que interesa en forma de, por ejemplo, una
variación de tensión o resistencia mediante el transformador de
fuerza en su lugar de montaje. En este caso, el transformador de
fuerza funciona como sensor de fuerza tradicional. No obstante,
también puede pensarse en que la fuerza que actúa en el
transformador de fuerza se transforme en el lugar de montaje del
transformador de fuerza, en primer lugar, en otra dimensión de
medición física, por ejemplo, presión y la señal de presión
resultante se evalúe en un lugar distanciado del lugar de montaje
del transformador de fuerza o en el lugar de montaje del
transformador de fuerza. La evaluación de esta otra dimensión de
medición física puede contener una nueva transformación.
Según una forma de realización preferente, el
transformador de fuerza está configurado como transformador de
fuerza-resistencia, que a partir de una fuerza que
actúa en el transformador de fuerza genera una señal de resistencia
que puede evaluarse eléctrica o electrónicamente. Esta
transformación de fuerza-resistencia puede tener
lugar en una o diversas etapas. En el caso de una transformación de
diversas etapas, en una primera etapa mediante un transformador de
fuerza-presión, el transformador de
fuerza-resistencia puede convertir la señal de
fuerza en una señal de presión que, a continuación en una segunda
etapa, se transforma por un transformador de
presión-resistencia en una variación de una
resistencia eléctrica. El transformador de
presión-resistencia está fabricado, preferiblemente,
en una tecnología single-chip. En la medida en que
el transformador de fuerza realiza una transformación de
resistencia, la evaluación de la señal de fuerza sigue,
convenientemente, según el principio de un puente de Wheatstone.
El transformador de fuerza puede tener una cámara
llena de un medio fluido, que está cerrada por una membrana que
actúa conjuntamente con el mecanismo de transmisión de fuerza. En
una configuración de este tipo del transformador de fuerza, la
aplicación de una fuerza preferiblemente superficial en la membrana
produce un incremento de la presión del fluido dentro de la cámara.
En consecuencia, tiene lugar una transformación de
fuerza-presión. En una etapa siguiente, para
calcular la fuerza que actúa sobre la membrana puede medirse el
incremento de presión.
Como ya se ha explicado al principio, al menos un
transformador de fuerza está dispuesto en un primer trayecto de
transmisión de fuerza entre el mecanismo actuador y, al menos, una
de las zapatas de freno. Entre el mecanismo actuador y, al menos una
de las zapatas de freno puede existir un segundo trayecto de
transmisión de fuerza que evade el sensor de fuerza. El primer
trayecto de transmisión de fuerza y el segundo trayecto de
transmisión de fuerza discurren, preferiblemente, al menos,
parcialmente en paralelo entre sí, de forma que se reduce la fuerza
transmitida a lo largo del primer trayecto de transmisión de
fuerza.
El segundo trayecto de transmisión de fuerza se
activa, convenientemente, tras superar un valor umbral de fuerza,
para limitar de este modo la fuerza máxima que actúa en el
transformador de fuerza. Mediante el segundo trayecto de transmisión
de fuerza, que evade el transformador de fuerza, puede transmitirse
por tanto, al menos, aquel componente de fuerza, que supera el valor
umbral. Preferiblemente, el valor umbral de fuerza es inferior a la
mitad y, de forma ideal, inferior a un cuarto de la fuerza máxima
que puede aplicarse al mecanismo actuador.
El mecanismo de transmisión de fuerza ya
explicado puede estar dispuesto en el primer trayecto de transmisión
de fuerza o en el segundo trayecto de transmisión de fuerza o, al
menos parcialmente, tanto en el primer trayecto de transmisión de
fuerza como también en el segundo trayecto de transmisión de fuerza.
Según una configuración preferente de la invención, el mecanismo de
transmisión de fuerza está provisto de medios de control, por
ejemplo, en forma de un primer tope que permite activar de forma
definida el segundo trayecto de transmisión de fuerza. El mecanismo
de transmisión de fuerza comprende, por ejemplo, un émbolo que puede
moverse respecto al transformador de fuerza, así este primer tope
para activar el segundo trayecto de transmisión de fuerza puede
estar formado por una ampliación de diámetro del émbolo. Una
activación del segundo trayecto de transmisión de fuerza puede tener
lugar, en este caso, de forma que la ampliación de diámetro del
émbolo actúa conjuntamente con un segundo tope acoplado firmemente
con un componente del mecanismo actuador en el mecanismo de
transmisión de fuerza. El mecanismo de transmisión de fuerza está en
aquella dirección, en la que al accionar la zapata de freno se
aplica la fuerza de reacción resultante en el mecanismo
actuador.
Adicionalmente al émbolo o en lugar del émbolo,
el mecanismo de transmisión de fuerza puede comprender un elemento
de reacción elástico y que puede moverse respecto al transformador
de fuerza. Este elemento de reacción elástico está dispuesto,
preferiblemente, en un primer trayecto de transmisión de fuerza
entre el émbolo y el transformador de fuerza. El elemento de
reacción permite, debido a sus propiedades elásticas, una actuación
conjunta directa y sin desperfectos con el transformador de fuerza,
preferiblemente, con una membrana elástica del transformador de
fuerza.
El mecanismo actuador puede estar provisto de un
alojamiento para el transformador de fuerza. Este alojamiento está
dispuesto, preferiblemente, en una zona central del mecanismo
actuador, para permitir una aplicación de fuerza regular en el
transformador de fuerza. El alojamiento puede estar configurado de
una sola pieza con otro componente o formar un componente separado
del mecanismo actuador.
El mecanismo actuador puede tener una guía para
el mecanismo de transmisión de fuerza. Es posible, proveer el
alojamiento para el transformador de fuerza, que es parte del
mecanismo actuador, de una guía de este tipo. Convenientemente, el
alojamiento en este caso tiene una configuración básicamente
cilíndrica hueca, funcionando una parte del alojamiento cilíndrico
hueco girada hacia la zapata de freno como guía para el mecanismo de
transmisión de fuerza y estando dispuesto el transformador de fuerza
en una base del alojamiento cilíndrico hueco alejada de la zapata de
freno.
En la medida en que el mecanismo de transmisión
de fuerza comprende el elemento de reacción elástica explicado
anteriormente, la guía puede estar provista de, al menos, una
escotadura, en la que puede dilatarse el elemento de reacción en el
caso de su deformación elástica. Mediante la provisión de una o
diversas escotaduras de este tipo, se evita un daño del
transformador de fuerza, como consecuencia de fuerzas excesivamente
elevadas aplicadas en el elemento de reacción.
En lo que concierne a la configuración del
mecanismo actuador se dispone de distintos conceptos. El mecanismo
actuador puede accionarse de forma motriz o hidráulica. Además, es
posible, configurar uno o el mismo mecanismo actuador tanto de forma
hidráulica como motriz. En una configuración de este tipo del
mecanismo actuador puede realizarse una función de frenado de
aparcamiento mediante el accionamiento motor. Según una
configuración preferente de la invención, el freno de disco es parte
de un dispositivo de freno electromecánico.
Convenientemente, el mecanismo actuador del freno
de disco tiene un elemento actuador que puede moverse, al menos, de
forma traslatoria, que según la configuración del mecanismo actuador
puede desplazarse también en un movimiento de rotación. Un elemento
actuador de este tipo puede estar acoplado firmemente con el
alojamiento para el sensor de fuerza en un mecanismo de transmisión
de fuerza. Así es posible, configurar el alojamiento de una sola
pieza con el elemento actuador que puede moverse de forma
traslatoria o fijarlo mediante un soporte para el alojamiento en el
elemento actuador que puede moverse de forma traslatoria.
Según una configuración preferente de la
invención, el elemento actuador que puede moverse de forma
traslatoria tiene un espacio hueco, en el que se extiende el
alojamiento, al menos, parcialmente. En caso de que el elemento
actuador que puede moverse de forma traslatoria esté configurado,
por ejemplo, como émbolo cilíndrico hueco, el alojamiento puede
extenderse en la zona cilíndrica hueca del émbolo y estar fijado,
por ejemplo, mediante un soporte en el émbolo.
En la medida en que el mecanismo actuador
comprende una disposición de tuerca-husillo, el
elemento actuador que puede moverse de forma traslatoria puede estar
configurado o bien por la tuerca o por el husillo de la disposición
de tuerca-husillo. No obstante, el elemento actuador
que puede moverse de forma traslatoria, también, puede ser un
componente separado, que esté acoplado, preferiblemente, de manera
firme con la tuerca o con el husillo de la disposición de tuerca
husillo.
La invención tiene una pluralidad de ámbitos de
aplicación posibles. Las ventajas según la invención adquieren una
validez especialmente acentuada en el caso de un dispositivo de
freno electromotor equipada con un freno de disco según la
invención. Un ejemplo de realización de un freno de disco según la
invención se explica en detalle a continuación en referencia a los
dibujos adjuntos esquemáticos. Se muestra:
Figura 1 una vista en sección de una parte de un
primer ejemplo de realización de un freno de disco según la
invención;
Figura 2 una parte de un transformador de fuerza
del freno de disco según la fig. 1;
Figura 3 una representación de la dependencia de
una señal de salida del transformador de fuerza dependiendo de la
fuerza de reacción que actúa en un mecanismo actuador del freno de
disco según la fig. 1; y
Figura 4 una vista en sección según la fig. 1 de
una parte de un segundo ejemplo de realización de un freno de disco
según la invención.
En la fig. 1 se representan algunos componentes
de un freno de disco de pinza flotante 10 según un primer ejemplo de
realización de la invención. El freno de disco 10 comprende dos
zapatas de freno 12, 14 que pueden presionarse a ambos lados en un
disco de freno 16. Cada una de las zapatas de freno 12, 14 tiene una
placa portadora 18, 20 y un forro de fricción 22, 24 dispuesto sobre
la placa portadora 18, 20. Mediante el forro de fricción 22, 24
respectivo, las dos zapatas de freno 12, 14 actúan conjuntamente con
el disco de freno 16. Durante la actuación conjunta de las zapatas
de freno 12,1 4 con el disco de freno se genera una fuerza de
apriete que actúa a lo largo de las flechas A, A'.
Para generar la fuerza de apriete se prevé un
motor eléctrico no representado en la fig. 1, que actúa de forma
conocida conjuntamente con un engranaje multiplicador igualmente no
representado en la fig. 1. Un lado de salida del engranaje
multiplicador está unido con un mecanismo actuador 26. El mecanismo
actuador 26 convierte un movimiento de rotación del motor eléctrico
en un movimiento de traslación para el accionamiento traslatorio de
las zapatas de freno 12, 14.
En el ejemplo de realización según la fig. 1, el
mecanismo actuador 26 es una disposición de
tuerca-husillo, que comprende un husillo 28 en forma
de copa que puede moverse de forma rotatoria, así como una tuerca 30
cilíndrica hueca dispuesta de forma coaxial al husillo 28 y
radialmente hacia fuera respecto al husillo 28. La zapata de freno
12 está acoplada con el mecanismo actuador 26 mediante un mecanismo
de acoplamiento 32 habitual para el especialista de forma que la
zapata de freno puede desplazarse a lo largo de la flecha A dirigida
respecto al mecanismo actuador 26.
El mecanismo actuador 26 está configurado de
forma que un movimiento de rotación del husillo 28 alrededor de un
eje longitudinal B del mecanismo actuador 26 se convierte en un
movimiento de traslación de la tuerca 30 a lo largo de este eje
longitudinal B. Con este objeto, el husillo 28 en forma de copa está
provisto de una rosca exterior 34, que actúa conjuntamente con una
rosca interior 36 complementaria de la tuerca 30. La tuerca 30 está
alojada igualmente de forma fija frente giro dentro de una carcasa
no representada en la fig. 1 del freno de disco 10.
El husillo 28 puede estar acoplado de forma
distinta, por ejemplo, mediante un dentado en arco, con el engranaje
multiplicador no representado en la fig. 1. En el caso de un dentado
en arco existe no solo una unión fija frente a giro entre el husillo
28 y el engranaje multiplicador, sino que el husillo 28 puede
moverse alrededor del eje longitudinal B en una zona angular
determinada. Las fuerzas que aparecen durante el movimiento de
rotación del husillo 28 pueden compensarse de este modo de forma
fiable.
De forma coaxial al husillo 28 y a la tuerca 30 y
radialmente dentro respecto al husillo 28 y a la tuerca 30 está
dispuesto un alojamiento 40 para un transformador de fuerza 42. El
alojamiento 40 está fijado en la tuerca 30 mediante un soporte 44 en
forma de anillo circular. Un extremo 45 exterior radial del soporte
44 rodea un lado frontal de la tuerca 30 girado hacia las zapatas de
freno 12, 14. Una zona 46 del soporte 44 colocada radialmente dentro
y configurada en forma de pestaña está fijada en el alojamiento
40.
El alojamiento 40 tiene una configuración,
básicamente, cilíndrica hueca, funcionando una sección del
alojamiento 40 cilíndrica hueca y girada hacia las zapatas de freno
12, 14 como una guía 48 para un mecanismo de transmisión de fuerza
50. El mecanismo de transmisión de fuerza 50 se compone de un émbolo
52 y de un elemento de reacción 54 de caucho cilíndrico elástico. El
émbolo 52 tiene en una zona girada hacia las zapatas de freno 12, 14
una ampliación de diámetro exterior 56, para la que se prevé en el
alojamiento 40 un tope en forma de una reducción del diámetro
interior. Además, el alojamiento 40 cilíndrico hueco tiene
radialmente dentro en la zona del elemento de reacción 54 una ranura
58 que discurre en dirección perimetral, que funciona para el
alojamiento del elemento de reacción 54 en caso de su deformación
elástica.
El transformador de fuerza 42 se sujeta en el
alojamiento 40 cilíndrico hueco en una zona posterior alejada de las
zapatas de freno 12, 14. El transformador de fuerza 42 comprende un
elemento 60 en forma de cazoleta, que en sus lados girados hacia las
zapatas de freno 12, 14 está cerrado por una membrana 62 elástica.
El elemento 60 en forma de cazoleta y la membrana 62 definen
conjuntamente una cámara 64 llena de aceite o de otro medio fluido.
Dentro de la cámara 64 está dispuesto un transformador de
presión-resistencia 66, que se contacta
eléctricamente por una pluralidad de conducciones eléctricas 68. Las
conducciones eléctricas 68 discurren tanto a través del suelo del
elemento en forma de cazoleta 60 como, también, a través del suelo
del husillo 28 en forma de vaso y se dirigen a un circuito de
regulación no representado en la fig. 1.
El transformador de
presión-fuerza 66 según la fig. 1 se representa
ampliado en la fig. 2. El transformador de
presión-resistencia 66 fabricado en tecnología
single-chip comprende una carcasa de cerámica 69,
que rodea una cámara de vacío 70, así como una pluralidad de
elementos de resistencia 72, 74, 76. El transformador de
presión-resistencia 66 es parte de un puente de
Wheatstone, de forma que el cálculo de la presión puede tener lugar
en el trayecto de una medición de resistencia. El transformador de
presión-resistencia 66 está dispuesto en un sustrato
no representado en la fig. 2 según el aspecto
single-chip en el que, además, se encuentran
componentes de un circuito para la evaluación de variaciones de
resistencia de los elementos de resistencia 72, 74, 76. Este
circuito genera una tensión de salida U_{salida} que depende de la
presión.
A continuación, se explica en detalle el
funcionamiento del freno de disco 10 no representado en la fig. 1,
así como el cálculo de la fuerza de reacción que aparece al accionar
las zapatas de freno 12, 14 mediante el transformador de fuerza
42.
Si partiendo de la posición de reposo
representada en la fig. 1 del freno de disco 10 para generar una
fuerza de apriete se pone en funcionamiento el motor eléctrico no
representado en la fig. 1, el engranaje multiplicador igualmente no
representado en la fig. 1 transmite un movimiento de rotación del
motor eléctrico al husillo 28 del mecanismo actuador 26. La
dirección de rotación del husillo 28 se selecciona para la
generación de una fuerza de apriete de forma que la tuerca 30 que
actúa conjuntamente con el husillo 28 se mueve hacia la derecha en
la fig. 1.
Por este movimiento traslatorio de la tuerca 30
se recoge también el alojamiento 40 cilíndrico hueco acoplado
firmemente con la tuerca 30 mediante el soporte 40, el transformador
de fuerza 42 fijado en la base del alojamiento 40 cilíndrico hueco,
así como el mecanismo de transmisión de fuerza 50 que contacta la
membrana 62 del transformador de fuerza 42. El elemento de reacción
54 del mecanismo de transmisión de fuerza 50 se encuentra en
contacto tanto con la membrana 62 como, también, con el émbolo 52.
El émbolo 52, a su vez, sobresale con su superficie frontal 78
abombada alejada del transformador de fuerza 42 por encima del
mecanismo actuador 26 y se encuentra en contacto con una hendidura
formada de manera correspondiente en el lado posterior de la placa
portadora 18 alejado del forro de fricción 22.
De este modo, la zapata de freno 12 se recoge por
el movimiento de traslación del émbolo 52 y se presiona en la
dirección de la flecha A en el disco de freno 16. Debido a la
configuración constructiva del freno de disco 10 como freno de disco
de pinza flotante, como reacción a la presión de la zapata de freno
12 en el disco de freno 16, se presiona también la zapata de freno
14 opuesta en la dirección de la flecha A' hacia el disco de freno
16. De este modo, se genera una fuerza de apriete que actúa en la
dirección de la flecha A, A'.
Según el principio físico acción = reacción, en
la generación de la fuerza de apriete actúa una fuerza de reacción a
lo largo de un primer trayecto de transmisión de fuerza C desde la
zapata de freno 12 de regreso al mecanismo actuador 26. El primer
trayecto de transmisión de fuerza C comprende el mecanismo de
transmisión de fuerza 50 en forma del émbolo 52 y del elemento de
reacción 54, el transformador de fuerza 42, su alojamiento 40, el
soporte para el alojamiento 40 así como la tuerca 30. La fuerza de
reacción transmitida por el émbolo 52 al elemento de reacción 54 se
transmite por el elemento de reacción 54, que actúa conjuntamente de
forma superficial con la membrana 62 del transformador de fuerza 42,
al transformador de fuerza 42. La membrana 62 se desplaza, por
tanto, al igual que el mecanismo de transmisión de fuerza 50 hacia
la izquierda en la fig. 1. Puesto que la carcasa 60 en forma de
cazoleta del transformador de fuerza 42 está anclada firmemente en
el alojamiento 40, la carcasa 60 no puede seguir este desplazamiento
de la membrana 62. Como consecuencia de ello, aumenta la presión
dentro de la cámara 64 del transformador de fuerza 42. Por tanto,
tiene lugar una transformación de fuerza-presión. El
incremento de presión dentro de la cámara 64 se convierte por el
transformador de presión-resistencia 66 dispuesto en
la cámara 64 en una variación de resistencia. La variación de
resistencia permite, a su vez, un retroceso a la fuerza de reacción
transmitida a lo largo del primer trayecto de transmisión de fuerza
C y se evalúa por un circuito de regulación unido al transformador
de presión-resistencia 66 mediante las conducciones
eléctricas 68 y se usa para propósitos de regulación.
En la posición de reposo del freno de disco 10
representado en la fig. 1, existe un cierto juego axial entre la
ampliación de diámetro 56 del émbolo 52 y el tope previsto para la
ampliación de diámetro 56 en forma de la reducción de diámetro
interior 57 del alojamiento 40 para el transformador de fuerza 42.
En tanto no se consume este juego, un movimiento traslatorio de la
tuerca 30 hacia la derecha en la fig. 1 produce un desplazamiento
del émbolo 52 respecto al alojamiento 40 hacia la izquierda en la
fig.1, inducido por la fuerza de reacción transmitida a lo largo del
primer trayecto de transmisión de fuerza C.
Como ya se ha explicado, por este desplazamiento
del émbolo 52 hacia la derecha se recoge, también, el elemento de
reacción 54 y la membrana 62. Como consecuencia del desplazamiento
del émbolo 52 respecto al alojamiento 40 hacia la izquierda se
consume gradualmente el juego existente entre la ampliación de
diámetro 56 y el tope configurado en el alojamiento 40 en forma de
la reducción de diámetro interior 57. Al mismo tiempo, el elemento
de reacción 54 se deforma elásticamente hacia la ranura 58
configurada en la zona de la guía 48 para el mecanismo de
transmisión de fuerza 50, puesto que el aceite dispuesto en la
cámara 64 de un desplazamiento de la membrana 62 en la fig. 1 hacia
la izquierda contrarresta una resistencia creciente. La deformación
elástica del elemento de reacción 54 hacia la ranura 58 dificulta el
desplazamiento posterior del elemento de reacción 54 en la fig. 1
hacia la izquierda. De este modo, se evita que actúe una fuerza de
reacción excesivamente elevada en la membrana 62 y la dañe.
Como se ha mencionado, un crecimiento de la
fuerza de reacción conduce a un desplazamiento del émbolo 52
respecto al alojamiento 40 hacia la izquierda. Si se consume el
juego entre la ampliación de diámetro 56 del émbolo 52 y la
reducción del diámetro interior 57 del alojamiento 40 configurado
como tope, el émbolo 52 se apoya mediante su ampliación de diámetro
56 en el alojamiento 40, de forma que se activa un segundo trayecto
de transmisión de fuerza D. El segundo trayecto de transmisión de
fuerza D discurre parcialmente en paralelo al primer trayecto de
transmisión de fuerza C y evade el transformador de fuerza 42. El
segundo trayecto de transmisión de fuerza D comprende el émbolo 52,
el alojamiento 40 para el transformador de fuerza 42, el soporte 44
para el alojamiento 40, así como la tuerca 30.
Tan pronto como la ampliación de diámetro 56 del
émbolo 52, en caso de un determinado valor umbral de la fuerza de
reacción, entra en contacto con el tope en forma de reducción del
diámetro interior 57 del alojamiento 40, el componente de reacción
que supera el valor umbral se transmite a lo largo del segundo valor
de transmisión de fuerza D. Por el contrario, el componente de la
fuerza de reacción que actúa sobre el transformador de fuerza 42
permanece constante. Dicho de forma más precisa, en caso de otro
aumento de la fuerza de reacción, el componente de la fuerza de
reacción transmitido a lo largo del primer trayecto de transmisión
de fuerza C, corresponde de forma exacta al valor umbral, que es
necesario para poner en contacto la ampliación de diámetro 56 del
émbolo 52 con la reducción de diámetro interior 57 del alojamiento
40 configurada como tope.
La "conexión" del segundo trayecto de
transmisión de fuerza D tras superar un valor umbral de la fuerza de
reacción se hace notable también en la señal de partida del
transformador de presión-reacción 66. Este tema se
representa en la fig. 3. La fig. 3 muestra la dependencia de una
tensión de salida U_{salida} del transformador de
presión-resistencia 66 dependiendo de la fuerza de
reacción F_{R} aplicada en la tuerca 30.
Como se desprende de la fig. 3, la tensión de
salida U_{salida} aumenta en principio de forma lineal con la
fuerza de reacción creciente F_{R}. Esto corresponde al caso en
que la fuerza de reacción F_{R} se transmite exclusivamente a
través del primer trayecto de transmisión de fuerza C. En caso de un
valor umbral de F_{R}= 5 kN, la ampliación de diámetro 56 del
émbolo 52 entra finalmente en contacto con la reducción del diámetro
interior 57 del alojamiento 40. Esto corresponde a una activación
del segundo trayecto de transmisión de fuerza D que evade el
transformador de fuerza 42. El componente de la fuerza de reacción
F_{R} que supera el valor umbral de 5 kN se aplica completamente
en la tuerca 30 a lo largo del segundo trayecto de transmisión de
fuerza D. A pesar de que la fuerza de reacción F_{R} aumenta, el
componente de la fuerza de reacción transmitido a lo largo del
primer trayecto de transmisión de fuerza C permanece constante. Como
se desprende de la fig. 3, por este motivo, la tensión de salida del
transformador de presión-reacción 66 se encuentra
constante por encima del valor umbral de 5 kN. Por tanto, de este
modo, se evita una avería del transformador de fuerza 42 debido a
una fuerza de reacción que supera el valor umbral.
En la práctica se ha comprobado que es suficiente
una franja de medición en la magnitud de 2-5 kN para
los propósitos de regulación necesarios. Para la medición de fuerzas
de reacción superiores a 5 kN pueden utilizarse otros
procedimientos. Así, puede pensarse por ejemplo en derivar fuerzas
de reacción superiores del ángulo de giro del ancla de un motor
eléctrico usado para el accionamiento de la unidad de actuador
26.
En el marco de la explicación actual se ha
descrito la generación de la fuerza de apriete y el cálculo de la
fuerza de apriete generada a partir de la fuerza de reacción que
aparece. Para desconectar o reducir la fuerza de apriete, el motor
eléctrico se controla para el accionamiento de la unidad de actuador
26, de forma que el husillo 28 varía su dirección de rotación. Como
consecuencia del cambio de giro de la dirección de rotación, la
tuerca 30 se mueve hacia la izquierda en la fig. 1, reduciéndose la
fuerza de apriete generada por la zapatas de freno 12, 14.
En la fig. 4 se representan algunos componentes
de un freno de disco de pinza flotante 10 según un segundo ejemplo
de realización de la invención. El freno de disco 10 según el
segundo ejemplo de realización corresponde en estructura y función,
básicamente, al freno de disco de pinza flotante según el primer
ejemplo de realización explicado en referencia a la fig. 1. Por este
motivo, a continuación, se explican en detalle sencillamente las
diferencias constructivas y funcionales entre el freno de disco 10
representado en la fig. 1, según el segundo ejemplo de realización,
y el freno de disco mostrado en la fig. 1, según el primer ejemplo
de realización.
La diferencia de base entre el freno de disco 10
según la fig. 4 y el freno de disco según la fig. 1 consiste en que
el juego axial entre la reducción de diámetro interior 57 del
alojamiento 40 y el lado frontal de la ampliación de diámetro 56 del
émbolo 52 girado hacia esta reducción de diámetro interior 57 es
superior al exceso de la superficie frontal 78 del émbolo 52 por
encima del mecanismo actuador 26. Esto significa que la reducción de
diámetro interior 57 ya no puede funcionar como tope para la
ampliación de diámetro 56 del émbolo 52. Una limitación de la fuerza
máxima que actúa sobre el transformador de fuerza 42 a lo largo del
primer trayecto de transmisión de fuerza C tiene lugar en el freno
de disco 10 según la fig. 4 de forma que la placa portadora 18 de la
zapata de freno 12 con su lado frontal girado hacia el mecanismo
actuador 26 actúa conjuntamente de forma superficial con los lados
frontales girados hacia la placa de portadora 18 del soporte 44
anular, así como del alojamiento 40. Una actuación conjunta plana de
este tipo entre la placa portadora 18, por un lado, y el soporte 44,
así como con el alojamiento 40, por otro lado, tiene lugar, tan
pronto como el émbolo 42 está desplazado hacia la izquierda en la
fig. 4 en dirección al transformador de fuerza 42 en la medida en
que el exceso de la superficie frontal 78 del émbolo 52 está
consumido completamente por los lados frontales del alojamiento 40
girados hacia la placa portadora 18 y el soporte 44.
Una ventaja de la actuación conjunta superficial
entre la placa portadora 18 y el mecanismo actuador 26, dicho de
forma más precisa, del soporte 44 y del alojamiento 40 del mecanismo
actuador, es el hecho que evita un volcado de la zapata de freno 12
respecto al mecanismo actuador 26 y mejora la aplicación de fuerza
por la zapata de freno 12 en el mecanismo actuador 26. En la fig. 4
se desprende claramente el segundo trayecto de transmisión de fuerza
D, que se activa tras superar un determinado valor umbral de fuerza.
En la zona a trazos del trayecto de transmisión de fuerza D tiene
lugar la transmisión de fuerza superficial ventajosa entre la placa
portadora 18 y el mecanismo actuador 26 evadiendo el émbolo 52 y, de
este modo, el mecanismo de transmisión de fuerza 50. Como se
desprende de la fig. 4, la disposición de transmisión de fuerza 50
y, especialmente, su émbolo 52 ya no es parte integrante del segundo
trayecto de transmisión de fuerza D. Con esta medida se garantiza
que las fuerzas de reacción excesivamente elevadas no produzcan
ningún daño de la disposición de transmisión de fuerza 50.
Aunque la invención se ha descrito mediante los
dos ejemplos de realización en el contexto de un freno de disco que
puede accionarse por motor, la disposición del transformador de
fuerza 42 según la invención respecto al mecanismo actuador 26 y las
zapatas de freno 12, 14, también, puede usarse en el caso de frenos
de disco con un mecanismo actuador que puede accionarse
hidráulicamente. El ámbito de aplicación preferente de la invención
son, no obstante, los frenos electromecánicos que comprenden
transformadores de fuerza para propósitos de control o regulación.
La invención, también, puede usarse en el caso de frenos de disco
para la realización de una función de frenado de aparcamiento que
puede controlarse o regularse.
Claims (25)
1. Freno de disco (10), con dos zapatas de freno
(12, 14) que pueden presionarse a ambos lados en un disco de freno
(16) para generar una fuerza de apriete (A, A') y un mecanismo
actuador (26) para el accionamiento de, al menos, una de las zapatas
de freno (12, 14), estando dispuesto, al menos, un transformador de
fuerza (42) en un primer trayecto de transmisión de fuerza (C) entre
el mecanismo actuador (26) y, al menos, una de las zapatas de freno
(12, 14), caracterizado porque al generar la fuerza de
apriete (A, A') la proporción de fuerza máxima que actúa sobre el
transformador de fuerza (42) está limitada.
2. Freno de disco según la reivindicación 1,
caracterizado porque entre el transformador de fuerza (42) y
la al menos una zapata de freno (12, 14) esta dispuesto un mecanismo
de transmisión de fuerza (50).
3. Freno de disco según la reivindicación 2,
caracterizado porque el mecanismo de transmisión de fuerza
(50) actúa conjuntamente de forma superficial con el transformador
de fuerza (42).
4. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el transformador
de fuerza (42) está configurado como transformador de
fuerza-resistencia.
5. Freno de disco según la reivindicación 4,
caracterizado porque el transformador de fuerza (42)
comprende un transformador de fuerza-presión (60,
62, 64) y un transformador de presión-resistencia
(66) que sigue funcionalmente al transformador de
fuerza-presión (60, 62, 64).
6. Freno de disco según la reivindicación 5,
caracterizado porque el transformador de
presión-resistencia (66) está fabricado en
tecnología single-chip.
7. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque el transformador
de fuerza (42) tiene una cámara (64) llena de un fluido, que está
cerrada por una membrana (62) que actúa conjuntamente con el
mecanismo de transmisión de fuerza (50).
8. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque entre el
mecanismo actuador (26) y, al menos, una de las zapatas de freno
(12, 14) existe un segundo trayecto de transmisión de fuerza (D) que
evade el transformador de fuerza (42).
9. Freno de disco según la reivindicación 8,
caracterizado porque el segundo trayecto de transmisión de
fuerza (D) puede activarse en caso de superar un valor umbral de
fuerza.
10. Freno de disco según la reivindicación 9,
caracterizado porque a través del segundo trayecto de
transmisión de fuerza (D) pueden transmitirse, al menos, aquellas
fuerzas que superan el valor umbral de fuerza.
11. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el mecanismo de
transmisión de fuerza (50) está dispuesto, al menos, parcialmente,
tanto en el primer trayecto de transmisión de fuerza (C) como,
también, en el segundo trayecto de transmisión de fuerza (D).
12. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el mecanismo de
transmisión de fuerza (50) tiene medios de control (56) para la
activación del segundo trayecto de transmisión de fuerza (D).
13. Freno de disco según la reivindicación 12,
caracterizado porque los medios de control para la activación
del segundo trayecto de transmisión de fuerza (D) están formados por
un primer tope (56) del mecanismo de transmisión de fuerza (50), que
actúa conjuntamente con un segundo tope (57) acoplado firmemente con
un componente (40) del mecanismo actuador (26) en la dirección de
transmisión de fuerza.
14. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 2 a 13, caracterizado porque el mecanismo de
transmisión de fuerza (50) comprende un émbolo (52) que puede
moverse respecto al transformador de fuerza (42).
15. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque el mecanismo de
transmisión de fuerza (50) comprende un elemento de reacción (54)
elástico que puede moverse respecto al transformador de fuerza
(42).
16. Freno de disco según la reivindicación 15,
caracterizado porque el elemento de reacción (54) en el
primer trayecto de transmisión de fuerza (C) está dispuesto entre el
émbolo (52) y el transformador de fuerza (42).
17. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el mecanismo
actuador (26) tiene un alojamiento (40) para el transformador de
fuerza (42).
18. Freno de disco según la reivindicación 17,
caracterizado porque el alojamiento (40) para el
transformador de fuerza (42) tiene una guía (48) para el mecanismo
de transmisión de fuerza (50).
19. Freno de disco según la reivindicación 18,
caracterizado porque la guía (48) para el mecanismo de
transmisión de fuerza (50) tiene, al menos, una ranura (58) para el
alojamiento parcial de un elemento de reacción (54) en el caso de su
deformación elástica.
20. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque el mecanismo
actuador (26) comprende un elemento actuador (30) que puede moverse,
al menos, de forma traslatoria, que está acoplado firmemente con el
alojamiento (40) en una dirección de transmisión de fuerza.
21. Freno de disco según la reivindicación 20,
caracterizado el elemento actuador (30) que puede moverse de
forma traslatoria tiene un espacio hueco, en el que se extiende el
alojamiento (40), al menos, parcialmente.
22. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque el mecanismo
actuador (26) tiene una disposición de
tuerca-husillo (28, 30).
23. Freno de disco según la reivindicación 22,
caracterizado porque el elemento actuador (30) que puede
moverse de forma traslatoria es un componente de la disposición
tuerca-husillo (28, 30) o está acoplado firmemente
con un componente de la disposición tuerca-husillo
(28, 30).
24. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque el mecanismo
actuador (26) convierte un movimiento de accionamiento de un motor
en un movimiento de accionamiento para el accionamiento de, al
menos, una de las zapatas de freno (12, 14).
25. Freno de disco según una de las
reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque el mecanismo
actuador puede accionarse de forma hidráulica.
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