ES2255636T3 - Cilindro de freno con accionamiento mecanico e hidraulico que comprende un sistema de bola y rampa. - Google Patents

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.

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.