ES2256646T3 - Disco de freno ventilado interiormente con canales de refrigeracion curvados. - Google Patents
Disco de freno ventilado interiormente con canales de refrigeracion curvados.Info
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Abstract
Disco (1) de freno ventilado interiormente compuesto de dos anillos (2, 3) de fricción conectados entre sí mediante aletas (4a, 4b), formándose entre las aletas canales (5) para la conducción de aire de refrigeración y adoptando dichas aletas una forma curvada entre sus extremos (6, 7), donde el extremo (7) de las aletas (4a, 4b) presentado en la zona del contorno exterior del disco (1) de freno está orientado básicamente en la dirección radial del citado disco de freno y el extremo (6) de las aletas presentado en la zona del contorno interior del disco (1) de freno está dispuesto en un ángulo de 20º a 70º, preferiblemente 30º a 60º, respecto a la proyección (9) sobre ese punto del disco de freno de la tangente en sentido contrario a la dirección (D) de giro de dicho disco (1) de freno, y donde además de aletas primarias (4a) se disponen adicionalmente aletas secundarias (4b), caracterizado porque se prevén más aletas adicionales (4c) y los extremos (6) interiores de las aletas adicionales(4b, 4c) están desplazados respectivamente con relación al extremo (6) de la aleta precedente y los extremos (7) exteriores de todas las aletas (4) están dispuestos sustancialmente a la misma distancia sobre el diámetro exterior (d2).
Description
Disco de freno ventilado interiormente con
canales de refrigeración curvados.
La invención concierne a un disco de freno
ventilado interiormente conforme al preámbulo de la reivindicación
1.
Ya se conocen los discos de freno ventilados
interiormente con canales de refrigeración curvados. Así en el
documento FR-PS 11 80 373 se muestra un disco de
freno ventilado interiormente para un freno retardador con canales
de refrigeración alabeados curvados. En el documento DE 22 57 176 C3
se describe un disco de freno de fricción que asimismo presenta
canales de refrigeración curvados. Adicionalmente, en los discos de
fricción se prevén perforaciones para aumentar la eficacia de los
frenos en mojado y para una mejor acción refrigerante.
El documento US 5.427.212 A revela un disco de
freno ventilado interiormente cuyos canales de refrigeración están
formados por nervios curvados cortos y largos situados
alternativamente. Las superficies frontales delanteras de los
nervios vistos en la dirección de flujo están inclinadas 45º
aproximadamente contra la dirección de giro para conseguir una
entrada del aire afluente lo más irrotacional posible. En cambio,
las superficies frontales posteriores están orientadas básicamente
de forma radial o pueden estar inclinadas un pequeño ángulo
positivo o negativo respecto a la extensión radial del disco de
freno.
El documento US 3.295.476 A muestra en cambio un
disco de freno en el cual mediante diferentes separaciones de los
nervios (es decir, mediante diferentes distancias angulares entre
los nervios) se puede evitar el chirrido del disco de freno. La
configuración de los nervios, en concreto de los ángulos de
incidencia y de salida, no es considerada.
Partiendo de este estado de la técnica, el
objetivo de esta invención es la creación de un disco de freno
ventilado interiormente mejorado en cuanto al caudal de aire para la
refrigeración del disco de freno y su resistencia.
Esta tarea se resuelve por medio de las
características de la reivindicación 1. Conforme a la invención se
propone, en un disco de freno compuesto por dos anillos de fricción
unidos entre sí mediante aletas, ejecutar de tal forma las aletas
curvadas que en el contorno exterior del disco de freno básicamente
dichas aletas estén orientadas radialmente, mientras que en el
contorno interior del disco de freno, es decir en la zona de
entrada del aire de refrigeración, estén inclinadas en un ángulo
comprendido entre 20º y 70º respecto a la proyección de la tangente
en ese punto del contorno interior en dirección contraria a la de
giro del disco de freno. Un sector recomendable para el ángulo en
el lado de entrada se sitúa entre 30º y 60º respecto a la
tangente.
La invención parte de la premisa de que una aleta
orientada radialmente presenta frente a otras disposiciones de
dicha aleta la mayor resistencia mecánica. Dado que tal disposición
se aplica en el contorno exterior del disco de freno, cuya rotación
sobrecarga dicho contorno en cierta medida, el efecto de esta
disposición, encaminada a incrementar la resistencia mecánica, es
especialmente considerable.
Además con una aleta orientada radialmente es
posible alcanzar de manera ventajosa el mayor incremento de presión
estática merced al canal de refrigeración formado entre las aletas.
Un gran incremento de la presión estática constituye una premisa
para conseguir el mayor caudal de aire posible para la refrigeración
del disco de freno.
El ángulo de incidencia, es decir, el ángulo del
extremo final de la aleta orientado hacia el contorno interior del
disco de freno, se escoge de tal manera que la dirección inicial de
la aleta concuerde lo mejor posible con la dirección del aire
circulante de refrigeración para obtener un caudal de aire lo más
grande posible.
Otras ejecuciones recomendables de la invención
se describen en las reivindicaciones subordinadas.
Así se propone la configuración de parte de las
aletas como aletas denominadas primarias, de forma que dichas
aletas primarias en su extremo próximo al contorno interior del
disco de freno conforman unas orejetas de sujeción. Estas orejetas
de sujeción sirven de alojamiento para medios de sujeción como por
ejemplo uniones roscadas para conexión del disco de freno con un
núcleo de freno, con un buje de rueda u otros. Las aletas
secundarias se sitúan entre las primarias y su propósito fundamental
es la conducción del aire y el apoyo bilateral de ambos anillos de
fricción. Sus extremos cercanos al contorno interior del disco de
freno se encuentran desplazados respecto al extremo de las aletas
primarias de manera que el área de la sección transversal disponible
en el contorno interior del disco de freno para la entrada de aire
de refrigeración sea lo más grande posible.
Asimismo se propone garantizar el solapamiento de
las aletas en la dirección radial del disco de freno mediante la
elección de los parámetros:
- Número de aletas (sobre todo primarias y
secundarias).
- Elección del ángulo de incidencia de las aletas
y
- Elección del espesor de las aletas.
Además pueden preverse aletas terciarias situadas
especialmente en la zona existente en el contorno exterior del
disco de freno. Su extremo cercano al contorno interior del disco de
freno se encuentra desplazado respecto al extremo de las aletas
secundarias para no mermar el área de la sección transversal
disponible en los canales de ventilación. Mediante las aletas
terciarias se mejora aún más el apoyo de los anillos de fricción y
de esta forma se reduce la deformación de los anillos de fricción
bajo las fuerzas ejercidas axialmente sobre los discos de freno
mediante las pinzas de freno durante el proceso de frenado.
Igualmente se pueden prever aún más aletas en
función de las necesidades. Tal necesidad surge especialmente
cuando ha de mejorarse el apoyo axial de los anillos de fricción.
Por medio de más aletas también se puede aumentar la superficie
efectiva de refrigeración en los canales de ventilación; en este
caso en lugar de más aletas se pueden prever también nervios que se
extienden desde la parte interior de los anillos de fricción hasta
los canales de ventilación.
Dado que se prevé el taladrado de orificios en
los anillos de fricción, éstos se disponen dentro de los canales de
ventilación en una o dos filas aproximadamente paralelas a las
aletas. En este caso, los orificios taladrados se disponen
preferiblemente separados del flanco de aleta situado en la
dirección de giro del disco de freno, dado que en dicho flanco en
la dirección circunferencial tiene lugar el mayor incremento de
presión dentro del canal de ventilación que no debe verse mermado
por la existencia de orificios. Además, en la zona de mayores
cargas estáticas de los anillos de fricción, es decir cerca del
contorno interior del disco de freno, en el canal de ventilación es
preferible no practicar ningún orificio más. Mediante esta
disposición puede reducirse el peligro de agrietamiento en esa zona
especialmente solicitada.
Especialmente para el caso de discos de freno de
material compuesto reforzado por fibras, por ejemplo de carbono con
infiltraciones de silicio reforzado con fibras de carbono C/CsiC
(véase documento DE
44 38 455), se propone, por motivos de resistencia, escoger un espesor para la pared de la aleta de, como mínimo, 10 mm. y conformar las orejetas de sujeción de la aleta de manera que el diámetro exterior de dichas orejetas sea al menos el doble de su diámetro interior. Esto conlleva una mejor resistencia del disco de freno y de su unión.
44 38 455), se propone, por motivos de resistencia, escoger un espesor para la pared de la aleta de, como mínimo, 10 mm. y conformar las orejetas de sujeción de la aleta de manera que el diámetro exterior de dichas orejetas sea al menos el doble de su diámetro interior. Esto conlleva una mejor resistencia del disco de freno y de su unión.
Los principios constructivos descritos con
anterioridad son aplicables en general a los discos de freno con
ventilación interna independientemente de su diseño. Con ello, son
válidos especialmente para discos de freno de uno y dos componentes
y (a excepción de la reivindicación 6) para todos los materiales, en
especial fundición gris y materiales cerámicos compuestos como por
ejemplo C/CSiC.
La invención es descrita con más detalle a
continuación por medio de un ejemplo constructivo representado en
las figuras.
Muestran:
Figura 1 una vista en perspectiva de un disco de
freno ventilado interiormente con representación parcialmente
rota,
Figura 2 una vista parcial del disco de freno con
representación parcialmente rota,
Figura 3 una sección por la línea III - III de la
figura 2,
Figura 4 la vista parcial de la figura 2 con
indicación de los ángulos, y
Figura 5 la vista parcial de la figura 2 con
indicaciones para el solapamiento.
La figura 1 muestra en una vista en perspectiva
un disco 1 de freno ventilado interiormente que en un sector se
representa en forma rota. Entre dos anillos 2, 3 de fricción con
superficies exteriores planoparalelas se sitúan unas aletas 4,
denominadas a partir de ahora álabes, entre los cuales se forman
canales 5 de ventilación para conducción del aire de refrigeración.
Además de álabes primarios 4a se prevén álabes secundarios 4b y
terciarios 4c. Las álabes primarios 4a adoptan una disposición
curvada en forma de S entre el extremo inicial 6 del álabe, situado
sobre el diámetro d1 interior del disco 1 de freno, y el extremo
final 7 del mismo situado sobre el diámetro d2 exterior del disco 1
de freno. En la vista parcial de la figura 2 se muestra de nuevo en
representación parcialmente rota de un sector del disco 1 de
freno.
La figura 3 muestra una sección por la
línea
III - III de la figura 2. En la misma se aprecia que los anillos 2, 3 de fricción presentan diferentes diámetros interiores d11 y d12, lo que en el ejemplo constructivo conduce a un aumento de la superficie de los canales 5 de ventilación en la zona de la entrada del caudal de aire.
III - III de la figura 2. En la misma se aprecia que los anillos 2, 3 de fricción presentan diferentes diámetros interiores d11 y d12, lo que en el ejemplo constructivo conduce a un aumento de la superficie de los canales 5 de ventilación en la zona de la entrada del caudal de aire.
La figura 4 muestra en la representación según la
figura 2 los diferentes ángulos relevantes para la disposición de
las álabes 4. D indica en este caso la dirección de giro del disco 1
de freno. Todos los ángulos indicados se refieren respectivamente a
una tangente (por ejemplo proyección de tangente 9) respecto a la
dirección de giro D. El ángulo final 10 del álabe, para todos los
álabes 4, es siempre 90º, es decir, los extremos 7 de los álabes
están todos orientados radialmente. Los ángulos de incidencia 8 de
los álabes se eligen como se indica a continuación:
- Para los álabes primarios 4a: ángulo de
incidencia 8a del álabe 50º a 70º, preferiblemente 55º.
- Para los álabes secundarios 4b: ángulo de
incidencia 8b del álabe 40º a 60º, preferiblemente 50º.
- Para los álabes terciarios 4c: ángulo de
incidencia 8c del álabe 50º a 70º, preferiblemente 60º.
El comienzo 6 de los álabes primarios 4b y de los
álabes terciarios 4c se encuentra respectivamente desplazado
respecto al flujo dentro del canal 5 de ventilación frente al
comienzo 6 de los álabes primarios 4a, para establecer una sección
de corte transversal lo más grande posible en la zona de la entrada
del aire de refrigeración en el canal 5 de ventilación. Los álabes
primarios 4a están curvados en forma de S para dividir en dos
secciones el canal 5 de ventilación así como el flujo de aire
esperado en la zona de inicio 6 de los álabes secundarios 4b, con
el mayor caudal de ventilación posible. En el ejemplo constructivo
la forma de los álabes secundarios 4b y terciarios 4c consiste en
una curva simple.
En los álabes secundarios 4b y terciarios 4c se
elige respectivamente un ancho 11 de álabe constante o ligeramente
creciente a partir del inicio 6 del álabe hasta su extremo final 7.
Sin embargo en los álabes primarios 4a una orejeta 12 de fijación
situada respectivamente sobre el inicio 6 del álabe presenta el
mayor ancho 11 de álabe, que partiendo de dicha orejeta 12 decrece
seguidamente. Hacia el final 7 del álabe el ancho 11 del mismo
puede crecer de nuevo. La orejeta 12 de fijación permite la unión
del disco 1 de freno con un núcleo 18 de freno (veáse figura 1), un
soporte de rueda u otros. Habitualmente a través de la orejeta 12 de
sujeción se introduce un tornillo 19 o un casquillo.
En total, para favorecer la resistencia mecánica
del disco 1 de freno es esencial que con los álabes 4 se consiga un
solapamiento en la dirección radial del disco 1 de freno. La
disposición de los álabes 4 para conseguir el solapamiento se
representa detalladamente en la figura 5. En el ejemplo constructivo
se prevén diez álabes primarios 4a, de manera que entre dos álabes
primarios 4a se forma un paso angular 13 de 36º. Los álabes
primarios 4a se solapan en aproximadamente 2/3 del paso angular 13;
en el presente ejemplo constructivo mediante los álabes primarios
4a se solapa un primer paso angular 14 de 23º. Los álabes
secundarios 4b se disponen de tal forma que en contra de la
dirección D de giro y respecto del ángulo de inicio del disco 1 de
freno, su inicio 6 de álabe se acopla en el extremo final 7 de los
álabes primarios 4a. Los álabes secundarios 4b solapan el paso
angular 15 restante de 13º.
En el ejemplo constructivo los álabes terciarios
4c no tienen ninguna contribución directa al solapamiento en la
dirección radial. El propósito de los álabes terciarios 4c consiste
más bien en servir de apoyo mutuo a ambos anillos de fricción 2, 3
entre los álabes secundarios 4b y los primarios 4a, para evitar la
deformación de los anillos de fricción 2, 3 bajo la acción de las
fuerzas aplicadas axialmente sobre el disco 1 de freno mediante los
forros del freno, no representados, durante el proceso de frenado.
Para ello los extremos finales 7 de todos los álabes 4 en el
diámetro exterior d2 básicamente se sitúan a la misma distancia.
En los anillos de fricción 2 y 3, en la zona de
los canales 5 de ventilación, se sitúan unos orificios taladrados
16 en posiciones opuestas entre sí. Los orificios taladrados 16 se
disponen en el interior de los canales 5 de ventilación casi
paralelamente a los álabes 4 de forma que presentan una separación
mínima respecto del flanco 17 de los álabes 4 orientado en la
dirección D de giro. En la proximidad del diámetro interior d1 del
disco 1 de freno no se prevé el taladrado de más orificios 16.
Claims (6)
1. Disco (1) de freno ventilado interiormente
compuesto de dos anillos (2, 3) de fricción conectados entre sí
mediante aletas (4a, 4b), formándose entre las aletas canales (5)
para la conducción de aire de refrigeración y adoptando dichas
aletas una forma curvada entre sus extremos (6, 7), donde el extremo
(7) de las aletas (4a, 4b) presentado en la zona del contorno
exterior del disco (1) de freno está orientado básicamente en la
dirección radial del citado disco de freno y el extremo (6) de las
aletas presentado en la zona del contorno interior del disco (1) de
freno está dispuesto en un ángulo de 20º a 70º, preferiblemente 30º
a 60º, respecto a la proyección (9) sobre ese punto del disco de
freno de la tangente en sentido contrario a la dirección (D) de
giro de dicho disco (1) de freno, y donde además de aletas primarias
(4a) se disponen adicionalmente aletas secundarias (4b),
caracterizado porque se prevén más aletas adicionales (4c) y
los extremos (6) interiores de las aletas adicionales (4b, 4c)
están desplazados respectivamente con relación al extremo (6) de la
aleta precedente y los extremos (7) exteriores de todas las aletas
(4) están dispuestos sustancialmente a la misma distancia sobre el
diámetro exterior (d2).
2. Disco (1) de freno ventilado interiormente
conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque se
prevén aletas primarias (4a) y secundarias (4b), donde las aletas
primarias (4a) presentan orejetas (12) de fijación en su extremo
interior (6).
3. Disco de freno ventilado interiormente
conforme a las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque
el ancho de las aletas (4a, 4b), el número de aletas (4a, 4b) y el
ángulo (8) de incidencia son seleccionados de forma que las citadas
aletas (4a, 4b) se solapan entre sí visto en la dirección radial del
disco (1) de freno.
4. Disco de freno ventilado interiormente
conforme a una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque se prevén nervios que penetran en los
canales (5) situados en la parte interior de los anillos de
fricción.
5. Disco de freno ventilado interiormente
conforme a una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque se prevén orificios (16) taladrados en
los anillos (2, 3) de fricción, mientras que en la zona de mayor
incremento de presión estática en el canal (5) no se taladra
orificio alguno.
6. Disco de freno ventilado interiormente
conforme a una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el disco (1) de freno está hecho de un
material compuesto reforzado por fibras, preferiblemente carbono
infiltrado de silicio reforzado por fibra de carbono, donde el ancho
(16) de las aletas (4a, 4b) alcanza al menos 10 mm, y el diámetro
exterior de las orejetas (12) de sujeción es, como mínimo, el doble
de su diámetro interior.
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