ES2255636T3 - Cilindro de freno con accionamiento mecanico e hidraulico que comprende un sistema de bola y rampa. - Google Patents
Cilindro de freno con accionamiento mecanico e hidraulico que comprende un sistema de bola y rampa.Info
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Abstract
Cilindro de freno de accionamiento mecánico e hidráulico para vehículo automóvil, que comprende un pistón (4) de desplazamiento axial, un árbol (11) pivotante del cual una parte, accesible desde el exterior del cilindro, está destinada a ser sometida a un par de rotación resultante de un accionamiento mecánico del freno, un mecanismo de rampas de bolas que transforma los movimientos de rotación del árbol pivotante en movimientos de traslación del pistón y que comprende un plato giratorio (28) solidario en rotación del árbol pivotante, un plato móvil y bolas (33) alojadas en nervios con rampas dispuestas en las caras enfrentadas de los dos platos, estando constituido el citado plato móvil por el pistón (4), que comprende un conjunto tornillo-tuerca (22-15) en el cual el tornillo (22) es solidario del plato giratorio (28) de la rampa de bolas, y comprendiendo la tuerca (15) un medio desembragable (18, 19) de inmovilización en rotación, que bloquea la citada tuerca durante un mando hidráulicoa presión elevada del freno, caracterizado porque el medio de inmovilización está constituido por un embrague cónico (18, 19), formado, por ejemplo, por un collarín previsto en la tuerca, del cual una arista achaflanada se apoya, bajo la acción de un medio de solicitación, en un asiento troncocónico fijo.
Description
Cilindro de freno con accionamiento mecánico e
hidráulico que comprende un sistema de bola y rampa.
La presente invención se refiere a un cilindro de
freno de accionamiento mecánico e hidráulico de dimensiones
reducidas y a un freno de vehículo automóvil que comprende un
cilindro de este tipo.
Los cilindro de frenos de accionamiento
hidráulico y mecánico comprenden, generalmente, un pistón de
desplazamiento axial que empuja una placa-soporte
de guarnición de fricción en dirección a un disco de frenado, siendo
provocado este desplazamiento por un aumento de la presión de un
fluido inyectado en el cilindro, o bajo la acción mecánica de
piezas móviles internas al cilindro.
Tales piezas móviles comprenden, casi siempre,
por una parte, un mecanismo de rampas de bolas cuya función es
transformar un movimiento de rotación en un movimiento de traslación
y, por otra, un conjunto de tornillo-tuerca que
cumple una función de regulación y previsto para compensar el
desgaste de las guarniciones de fricción.
Estas piezas móviles internas son relativamente
numerosas, lo que implica, al menos, dos consecuencias: por una
parte, ocupan un cierto espacio, lo que limita las posibilidades de
compactado del cilindro y, por otra, su montaje, relativamente
complejo debido a su disposición, necesita medios manuales o
automáticos relativamente costosos.
La presente invención pretende proponer un
cilindro de freno que comprenda un número reducido de piezas,
permitiendo esta reducción del número de piezas, por una parte, una
disminución del tamaño del cilindro y, por otra, una simplificación
sensible de su fabricación.
La presente invención tiene por objeto un
cilindro de freno de accionamiento mecánico e hidráulico para
vehículo automóvil, que comprende un pistón de desplazamiento axial,
un árbol pivotante del cual una parte, accesible desde el exterior
del cilindro, está destinada a ser sometida a un par de rotación
resultante de un accionamiento mecánico del freno, un mecanismo de
rampas de bolas que transforma los movimientos de rotación del árbol
pivotante en movimientos de traslación del pistón y que comprende
un plato giratorio solidario en rotación del árbol pivotante, un
plato móvil y bolas alojadas en nervios con rampas dispuestas en las
caras enfrentadas de los dos platos, estando constituido el citado
plato móvil por el pistón, que comprende un conjunto
tornillo-tuerca en el cual el tornillo es solidario
del plato giratorio de la rampa de bolas, y comprendiendo la tuerca
un medio desembragable de inmovilización en rotación, que bloquea
la citada tuerca durante un mando hidráulico a presión elevada del
freno, caracterizado porque el medio de inmovilización está
constituido por un embrague cónico, formado, por ejemplo, por un
collarín previsto en la tuerca, del cual una arista achaflanada se
apoya, bajo la acción de un medio de solicitación, en un asiento
troncocónico fijo.
El cilindro de freno de acuerdo con la invención
es ventajoso porque comprende un mecanismo de rampas de bolas
constituido parcialmente por el pistón, de modo que la
transformación del movimiento de rotación del árbol pivotante en un
movimiento de traslación del pistón es directamente efectiva sobre
el pistón sin interposición de ninguna pieza
suplemen-
taria.
taria.
La ganancia relativa al número total de piezas
del cilindro resulta de la supresión de uno de los platos del
mecanismo de rampas de bolas, así como de la supresión de las piezas
intermedias entre el plato móvil del sistema de rampas de bolas y el
pistón.
Además, la utilización del pistón como plato
móvil permite beneficiarse del hecho de que el pistón es móvil en
traslación, pero fijo en rotación en razón de su solidarización con
la placa soporte de la zapata de fricción. Esta característica de
movilidad del pistón, que preexiste en cualquier cilindro de freno
de configuración clásica, hace la utilización del pistón como plato
móvil particularmente ventajosa, porque no se requiere ningún medio
suplementario para hacer el pistón, como plato móvil, libre en
traslación pero fijo en rotación.
De este modo, el cilindro de freno de acuerdo con
la invención ahorra, no solamente el plato móvil, sino, igualmente,
medios estructurales, tales como tornillo de bloqueo, habitualmente
indispensables para el bloqueo en rotación del plato móvil.
En un modo de realización particular de la
invención, el cilindro de freno comprende un conjunto
tornillo-tuerca en el cual el tornillo es solidario
del plato giratorio de la rampa de bolas.
Ventajosamente, la tuerca de este conjunto
comprende un medio desembragable de inmovilización, que bloquea la
citada tuerca durante un mando hidráulico a presión elevada del
freno.
Un medio de inmovilización de este tipo puede
estar constituido por un embrague cónico, formado, por ejemplo, por
un collarín previsto en la tuerca, del cual una arista achaflanada
se apoya, bajo la acción de un medio de solicitación, en un asiento
troncocónico fijo.
De acuerdo con una característica particular, el
tornillo solidario del plato móvil está unido al pistón por un
medio elástico.
En caso de traslación del pistón durante un
frenado, este medio elástico, que puede ser un muelle helicoidal,
se deforma elásticamente y ejerce sobre el tornillo una fuerza que
tiende a hacerle seguir al pistón.
La presente invención tiene, igualmente, por
objeto un freno para vehículo automóvil que comprende un cilindro
de freno tal como el descrito anteriormente.
Con el fin de facilitar la comprensión de la
invención, se va a describir ahora un modo de realización,
facilitado a título de ejemplo no limitativo, con la ayuda de los
dibujos anejos, que comprenden:
- una figura 1, que es una vista en corte axial
de un cilindro de freno,
- una figura 2, que es una vista en corte axial
del pistón del cilindro de la figura 1.
La figura 1 representa, en corte, un cilindro de
freno de acuerdo con la invención.
Este cilindro comprende un cuerpo 1 de forma
sensiblemente cilíndrica, provisto de un primer extremo parcialmente
obturado por una pared 2 que deja únicamente un paso axial 3 y de un
segundo extremo abierto en toda su sección interior. Esta sección
interior permanece constante desde el citado segundo extremo del
cuerpo hasta, aproximadamente, la mitad de su longitud, delimitando
una cámara cilíndrica en la cual desliza un pistón 4 de forma
exterior correspondiente.
El pistón 4 comprende, en el lado opuesto a su
cara exterior 5 de apoyo contra una placa soporte de pastilla, por
una parte, una pared interior constituida por un fondo 6 globalmente
plano y, por otra, un faldón periférico 7 que define la forma
exterior cilíndrica del pistón y delimita un espacio interior al
citado pistón, abierto en dirección al primer extremo del cuerpo.
Una junta de estanqueidad 8, alojada en una garganta anular interior
de la cámara cilíndrica del cuerpo que recibe el pistón, asegura la
estanqueidad entre el pistón y la citada cámara cilíndrica.
El pistón 4, una vez solidarizado a la
placa-soporte, no puede girar alrededor de su eje
longitudinal (que es también el del cuerpo 1) debido a que la
citada placa-soporte está inmovilizada en
rotación.
En el pistón está realizada un ánima axial 9, a
partir de su fondo 6 en dirección a la
placa-soporte. Este ánima 9 libera el espacio
necesario para la evolución del extremo acanalado 10 de un árbol 11
que se extiende axialmente dentro del cuerpo hasta su primer
extremo en el que atraviesa el paso axial 3. El extremo 13 del
árbol 11 que sobresale del cuerpo está directamente solidarizado a
una palanca 14 de accionamiento de freno de estacionamiento.
El árbol 11 comprende un collarín 12, situado en
la proximidad de la pared 2 y que constituye un resalto que limita
el desplazamiento axial del árbol en dirección al paso 3.
El collarín 12 está alojado en una tuerca 15 de
la cual una parte terminal 15a ocupa, salvo las holguras, el
espacio anular que separa el citado collarín 12 de la parte del
cuerpo 1 que se encuentra frente a éste.
Fuera de esta parte terminal, la tuerca comprende
un roscado interior cuyos filetes 15b son visibles en la figura
1.
La tuerca 15 es retenida axialmente contra la
pared 2 del cuerpo por un muelle de platillo 16 encastrado en el
cuerpo. Este muelle de platillo 16 permite la rotación de la tuerca
15, a reserva del vencimiento de los rozamientos generados por este
movimiento de rotación.
En saliente sobre su pared lateral externa, la
tuerca 15 comprende un collarín 17 cuya arista 18 opuesta al pistón
4 está achaflanada en tronco de cono, mientras que la parte 19 de la
pared lateral interior del cuerpo situada frente a esta arista 18
forma un asiento troncocónico, sensiblemente del mismo ángulo. La
arista achaflanada 18 y el asiento troncocónico 19 forman un
embrague cónico. El extremo de la tuerca próximo a la pared 2 del
cuerpo permanece retirado de ésta cuando la arista achaflanada 18
del collarín se apoya contra el asiento troncocónico 19 del cuerpo,
de modo que la tuerca 15 es susceptible de acoplarse al cuerpo 1
para solidarizarse en rotación cuando ésta es sometida a una fuerza
dirigida hacia la pared 2.
La tuerca 15, el árbol 11 y el cuerpo 1 son los
tres coaxiales, por lo cual es preferible disponer una holgura
suficiente entre dos de estos, por ejemplo, entre el collarín 12 del
árbol y la tuerca 15.
Juntas de estanqueidad 20, 21 están alojadas en
gargantas anulares, por una parte, entre el collarín 12 y la tuerca
15 y, por otra, entre la tuerca 15 y el cuerpo 1, de modo que la
cavidad interior del cuerpo se hace estanca, estando delimitada por
el fondo 6 y el faldón 7 del pistón, la pared lateral interior del
cuerpo, la tuerca 15 y el collarín 12 del árbol 10.
Un casquillo fileteado 22 o tornillo, cuyos
filetes 22a coinciden con los 15b del roscado de la tuerca 15, está
atornillado en esta última permaneciendo alrededor del árbol 11. El
citado casquillo se prolonga en dirección al pistón más allá de la
tuerca, por una base anular plana 23 cuya periferia se encuentra en
la proximidad del faldón 7 del pistón, el cual está provisto de
acanaladuras internas 24 que se insertan en entalladuras axiales 25
de la base 23, asegurando, así, la solicitación en rotación del
casquillo fileteado con el pistón, es decir, su inmovilización en
rotación.
La base 23 está, además, sometida a la presión de
un muelle helicoidal 26, comprimido entre la citada base 23 y un
anillo elástico 27 que constituye un tope solidario del faldón.
Finalmente, entre la base 23 y el fondo 6 del
pistón, se encuentra un plato circular 28 separado de la base 23
por una arandela antifricción 29. El plato 28 es solidario en
rotación del árbol 11 gracias a un manguito ranurado 30, que forma
una sola pieza con el citado plato, insertado alrededor del extremo
acanalado 10 del citado árbol.
La cara del plato dirigida hacia el pistón está
provista de tres rampas de bolas 31, bien conocidas en el ámbito de
la invención, pero habitualmente, en otro emplazamiento del
mecanismo de freno.
Frente a estas rampas 31, el fondo 6 del pistón
comprende, igualmente, tres rampas de bolas 32 de pendiente
invertida, quedando aprisionada una bola 33 en cada par de rampas a
causa del enfrentamiento de una rampa del pistón con una rampa del
plato.
El conjunto formado por el fondo 6 del pistón,
las bolas 33 y el plato 28 constituye un sistema de rampas de bolas
cuya función es separar el plato respecto del pistón cuando estos
últimos pivotan uno respecto del otro, debido a que las bolas
ascienden sobre sus rampas.
En el ejemplo representado, el pistón es
realizado de acero, material suficientemente duro para soportar la
rodadura de las bolas en sus rampas. Con un pistón de una aleación
menos dura, tal como una aleación de aluminio, o también de resina
fenólica, se preverá, ventajosamente, una pieza dura añadida al
pistón para constituir su cara enfrentada al plato o, al menos,
para formar las rampas que reciben las bolas. Puede preverse,
igualmente, un tratamiento de superficie del pistón.
Se va a describir ahora el funcionamiento del
mecanismo de freno.
Este mecanismo puede ser accionado, por una
parte, hidráulicamente, lo que corresponde al mando de rodamiento
accionado por el pedal de freno del vehículo y, por otra,
mecánicamente, lo que corresponde al mando de estacionamiento
accionado por la palanca o el pedal de freno de estacionamiento.
En accionamiento hidráulico, un fluido hidráulico
a presión es inyectado en el interior de la cavidad interior del
cuerpo, cuya delimitación ha sido detallada anteriormente.
La presión que reina en el interior de esta
cavidad tiene por efecto, especialmente, empujar el pistón 4 hacia
el exterior del cuerpo, lo que asegura el frenado por desplazamiento
de la placa-soporte 5 en dirección al disco de
freno.
La presión tiene por efecto, igualmente, pegar el
collarín 12 del árbol contra la pared 2 opuesta al pistón.
El desplazamiento del pistón tiende a comprimir
más el muelle helicoidal 26 y, por consiguiente, a aumentar el
esfuerzo axial ejercido por este muelle sobre el casquillo fileteado
22. En consecuencia, éste ejerce a su vez, sobre la tuerca 15 y por
intermedio de los filetes 22a y 15b, una fuerza axial dirigida hacia
el pistón y un par de rotación que tiende a hacer girar la tuerca
para desatornillar el citado casquillo de la tuerca.
Ésta última está sometida, además, por el fluido
a presión, a una fuerza que tiende a pegar su arista achaflanada 18
contra el asiento troncocónico 19 del cuerpo. Esta fuerza es el
producto matemático de la presión del fluido por la sección
cilíndrica de estanqueidad de la tuerca, es decir, su sección
transversal en su parte no sometida a la presión, que está situada
frente al collarín 12.
La tuerca está, por tanto, sometida a dos fuerzas
antagonistas, una dirigida hacia el pistón 4 y transmitida por el
muelle 26 y la otra dirigida hacia la pared 2 y resultante
directamente de la acción del fluido a presión sobre el pistón.
Para presiones de fluido inferiores a una presión
umbral definida como la presión que compensa exactamente la acción
del muelle 26, el embrague cónico libera la tuerca. Esta última
puede girar, entonces, para permitir que el casquillo siga al
pistón. El freno es regulado.
Para presiones de fluido superiores a esta
presión umbral, la acción del muelle permanece demasiado baja para
vencer la acción del fluido sobre la tuerca y el embrague cónico
permanece pegado. La tuerca no puede girar y la regulación del
freno queda inhibida.
De esta manera, la regulación se interrumpe antes
de que el freno esté completamente apretado, lo que evita bloquear
el freno en esta posición después del relajamiento de la presión del
fluido hidráulico.
En accionamiento mecánico, la palanca de mando 14
imprime una rotación al árbol 11, el cual transmite el par al plato
28 por intermedio del manguito rasurado 30.
El plato se pone a girar con respecto al pistón,
que está inmovilizado en rotación.
Las rampas de bolas cumplen, entonces, su función
de separación del plato con respecto al pistón.
El plato se apoya, por intermedio de la arandela
antifricción 29, sobre el casquillo fileteado 22 que está
inmovilizado en rotación con respecto al pistón gracias a las
acanaladuras 24.
La fuerza axial transmitida por el casquillo a la
tuerca pega la arista achaflanada 18 contra el asiento 19 e impide
la rotación de la tuerca. El casquillo, por tanto, no puede
atornillarse en la tuerca y facilita la reacción que permite al
plato empujar el pistón hacia el exterior del cuerpo.
Se ve que el funcionamiento del cilindro de freno
descrito anteriormente es funcionalmente idéntico al de un cilindro
de freno convencional.
Por el contrario, en su realización concreta,
éste solamente comprende diecisiete piezas, en comparación con las
veintiuna piezas necesarias para constituir un cilindro de freno
equivalente de estructura convencional.
Otra ventaja, medible concretamente, del cilindro
de freno de acuerdo con la invención, es su reducción de longitud,
reducción que puede llegar a ser de diecisiete milímetros.
Claims (3)
1. Cilindro de freno de accionamiento mecánico e
hidráulico para vehículo automóvil, que comprende un pistón (4) de
desplazamiento axial, un árbol (11) pivotante del cual una parte,
accesible desde el exterior del cilindro, está destinada a ser
sometida a un par de rotación resultante de un accionamiento
mecánico del freno, un mecanismo de rampas de bolas que transforma
los movimientos de rotación del árbol pivotante en movimientos de
traslación del pistón y que comprende un plato giratorio (28)
solidario en rotación del árbol pivotante, un plato móvil y bolas
(33) alojadas en nervios con rampas dispuestas en las caras
enfrentadas de los dos platos, estando constituido el citado plato
móvil por el pistón (4), que comprende un conjunto
tornillo-tuerca (22-15) en el cual
el tornillo (22) es solidario del plato giratorio (28) de la rampa
de bolas, y comprendiendo la tuerca (15) un medio desembragable
(18, 19) de inmovilización en rotación, que bloquea la citada tuerca
durante un mando hidráulico a presión elevada del freno,
caracterizado porque el medio de inmovilización está
constituido por un embrague cónico (18, 19), formado, por ejemplo,
por un collarín previsto en la tuerca, del cual una arista
achaflanada se apoya, bajo la acción de un medio de solicitación, en
un asiento troncocónico fijo.
2. Cilindro de freno de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el tornillo (22)
solidario del plato móvil (4) está unido al pistón por un medio
elástico (26).
3. Freno para vehículo automóvil
caracterizado porque comprende un cilindro de freno de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2.
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