ES2273913T3 - Cuerpo elastico de freno. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo de freno, específicamente bloque o pastilla de freno o zapata o calza de disco de freno que comprende: 1.1 un cuerpo de soporte (2) que incluye por lo menos una hendidura (6); 1.2 por lo menos un elemento (3) hecho de un material de fricción y ubicado en dicha hendidura; 1.3 con dicho elemento (3) hecho de un material de fricción que está dispuesto para moverse en una dirección a lo largo de dicha hendidura (6) y que contribuye con dicho cuerpo de soporte (2) a formar una superficie de fricción (9, 10) caracterizado porque 1.4 se inserta una capa (5) elástica al corte en el espacio a lo largo de dicha hendidura (6) entre dicho elemento (3) hecho de un material de fricción y dicho cuerpo de soporte (2).
Description
Cuerpo elástico de freno.
La presente invención se refiere a un cuerpo de
frenos, particularmente a un bloque de freno o un revestimiento de
frenos de disco que comprende un cuerpo de soporte con por lo menos
una hendidura así como por lo menos un elemento de material de
fricción dispuesto en la hendidura y almacenado de manera movible a
lo largo de la hendidura, en donde el cuerpo de soporte y el
elemento de material de fricción forman juntos una superficie de
fricción de acuerdo con el concepto general de la reivindicación
1.
Particularmente en el caso de vehículos sobre
carriles existen dos grandes clases de frenos de fricción. A una
clase pertenece los así llamados frenos de pastilla o calza y a la
otra los frenos de disco.
El freno de pastilla o calza es un freno de
fricción, estructurado de una manera económica, para vehículos sobre
carriles, ya que en este equipo de freno sólo es necesario un
dispositivo de aplicación con la ayuda del cual se presiona una
pastilla sobre la superficie que se mueve de la rueda de carril. Con
respecto a la formación de frenos de pastilla o calza se hace
referencia a "Frenos para vehículos de carril, Manual - Conceptos
de la tecnología de frenos, Frenos Knorr AG, Munich, 1990",
páginas 23-23 así como página 41.
La desventaja de los frenos de pastilla del
estado de la técnica es la alta exigencia a la superficie de la
rueda que recorta la vida útil de la rueda así como la aspereza y el
corrugado que se forma en la misma. Particularmente los efectos
mencionados llevan a un ruido fuerte de corrimiento en los giros de
la rueda. Estas desventajas del freno de pastilla han favorecido el
desarrollo y el empleo de frenos de disco en los vagones de trenes
modernos.
En un freno de disco los discos de frenos se
montan a ambos lados del cuerpo de la rueda. Los recubrimientos de
frenos actúan sobre los discos de freno. Debido a la fuerza de
fricción se frena la rueda correspondiente.
En relación con la formación de frenos de discos
según el estado de la técnica se hace referencia a "Frenos para
vehículos sobre rieles, manual - conceptos de la tecnología de
frenos y valores, Frenos Knorr AG Munich", página 50.
Las pastillas de freno con hendiduras se conocen
a partir de una cantidad de publicaciones. Así, la patente
DE-C-277902 muestra un bloque de
freno con hendiduras en la que se ha montado un material de fieltro.
El material de fieltro sobresale más allá del cuerpo de soporte
para que no se forme una superficie conjunta de fricción con el
cuerpo de soporte.
La pastilla de freno conocida a partir de
DE-U-29500977 comprende
perforaciones que reciben tapas de material de fricción. Las tapas
se fijan con un tornillo al cuerpo de soporte, es decir están
dispuestas de una manera rígida. Una disposición elástica u
oscilante de los bloques de material de fricción individuales no se
conoce a partir de
DE-U-29500977.
Los revestimientos conocidos a partir de
DE-A-4301006,
DE-A-4436457 y
DE-U-9307017 comprenden bloques de
material de fricción dispuestos de una manera elástica u oscilante,
estos están montados directamente en cuerpos de soporte y no forman
en particular una superficie de material de fricción cohesiva con el
cuerpo de soporte.
Así como en el caso de frenos de bloque como
también de frenos de disco existe un problema general en la presión
de contacto entre los cuerpos de freno, es decir, el bloque de freno
y la rueda, o bien entre el revestimiento de freno y el disco de
freno.
Debido a las expansiones térmicas del cuerpo de
freno o de la rueda o del disco, así como el desgaste de los mismos
el valor de freno verdadero de los frenos de fricción mencionados
arriba siempre está más abajo substancialmente que aquel posible
teóricamente según las constantes de los materiales.
En el caso de los frenos de bloque se añade el
hecho de que la superficie de corrida de la rueda forma una
superficie no desarrollable por causas técnicas de corrida. El
bloque de freno yace por esto con frecuencia sobre la superficie de
la rueda de manera puntual o bien forma un contacto de forma lineal.
El freno de bloque se sobrecarga fuertemente a causa de este
contacto.
Otro problema del sistema de frenos descrito
anteriormente es el modelo de contacto que, debido a las expansiones
térmicas y a los desplazamientos axiales, no es suficiente. En
general se acepta que el modelo de contacto es más malo cuanto más
duro sea el material. El mal modelo de contacto conduce a la
formación de corrugado o al rompimiento en las superficies de
corrida de las ruedas y, a causa de esto, a un alto desarrollo de
ruido al frenar.
A partir de DE 198 40 065 se conoce un cuerpo de
frenos con elementos de material de fricción. Los elementos de
material de fricción están insertados en hendiduras en un cuerpo de
soporte y dispuestos de manera movible en una dirección longitudinal
de las hendiduras. Con esta construcción es posible que el cuerpo de
soporte y los elementos de material de fricción forman una
superficie de fricción conjunta. Los elementos de material de
fricción descritos tienen una construcción cilíndrica y se conectan
medios para la disminución de la fricción entre la pared receptora
del cuerpo de soporte y los elementos de material de fricción. Estos
medios pueden ser preferiblemente manguitos o tubitos de lámina
metálica.
La realización representada tiene sin embargo
unas desventajas. A pesar de los medios insertados para disminuir la
fricción, estos se someten a desgaste puesto que en cada movimiento
del elemento de material de fricción con relación al cuerpo de
soporte, el elemento de material de fricción se desliza con relación
con el manguito circundante a lo largo de la pared de la hendidura
en el cuerpo de soporte. Puesto que al frenar surgen fuerzas
considerables transversales a la dirección de deslizamiento de los
elementos de material de fricción, los elementos de material de
fricción volcados se presionan relativamente contra la pared interna
de la hendidura en el cuerpo de soporte para que en un movimiento
del elemento de material de fricción relativo al cuerpo de soporte
aparezca una fuerza de fricción considerable que ocasione un rápido
desgaste. Esto puede conducir particularmente a una ampliación de la
hendidura en el cuerpo de soporte, lo cual entraña el riesgo de que
el elemento de material de fricción se despegue o se caiga de la
hendidura. De allí que se vuelvan obligatorios tiempos cortos de
revisión y una reposición frecuente de los elementos de material de
fricción y las hendiduras expandidas deben reelaborarse
regularmente.
La tarea de la invención es presentar un cuerpo
de freno particularmente para frenos de pastilla o almohadilla y
frenos de discos, con lo cual las desventajas mencionadas antes se
superan. Particularmente debe evitarse la fricción entre el elemento
de material de fricción y el cuerpo de soporte y se previene
efectivamente la caída del elemento del material de fricción. La
construcción debe hacer posible una producción, montaje y
mantenimiento económicos.
De acuerdo con la invención se logra esto
mediante el hecho de que el desplazamiento de los elementos de
material de fricción en dirección longitudinal de las hendiduras en
el cuerpo de soporte ya no se realiza mediante deslizamiento sino
por compresión o deflexión. En el espacio intermedio a lo largo de
la hendidura entre el elemento de material de fricción y el cuerpo
de soporte se encuentra insertada una capa intermedia elástica al
corte de acuerdo con la invención. Al frenar, esta capa permite una
compresión o deflexión del elemento de material de fricción a la
hendidura en el cuerpo de soporte, en la cual se encuentra
insertada, para que el cuerpo de soporte y el elemento de material
de fricción formen juntos una superficie de fricción.
Se puede aplicar una fuerza de resorte que
contrarreste la presión del elemento de material de fricción hacia
el nicho, sola a través de la capa elástica al corte o mediante un
cojinete convencionalmente elástico o de resorte entre el extremo
del elemento de material de fricción enfrentado a las superficie de
freno y la base del nicho. Si el elemento de material de fricción
está dispuesto en su dirección longitudinal en un elemento elástico,
la capa intermedia elástica al corte y el elemento elástico pueden
comprender de manera particularmente ventajosa el mismo material. El
prerrequisito para esto es que el material tenga tanto
características elásticas a la presión como elásticas al corte. De
esta manera se pueden reducir los costos de producción y limitar la
cantidad de material empleado. El elemento elástico a la presión y
la capa intermedia elástica al corte pueden realizarse de manera
ventajosa como un solo componente.
La capa elástica al corte de la invención
comprende diferentes formas de realización. Por ejemplo se
mencionaría un relleno entre el elemento de material de fricción y
el cuerpo de soporte. Además es concebible una capa intermedia
elástica al corte que se inserte como una manguera en el elemento de
material de fricción. De manera ventajosa, el elemento de material
de fricción también se puede revestir con un material elástico al
corte. Las realizaciones acabadas de mencionar permiten, además de
una producción simple, también un montaje fácil o una substitución o
reposición sencilla.
Obviamente la capa elástica al corte también
puede insertarse en el cuerpo de soporte, es decir en el nicho del
mismo.
Para prevenir la caída del elemento de material
de fricción, se pueden fijar uno al otro y particularmente pegar el
elemento de material de fricción, la capa elástica al corte y el
cuerpo de soporte. También son concebibles realizaciones en las que
la capa elástica al corte sólo se inserte en el elemento de material
de fricción o solo en el cuerpo de soporte adhiriéndose solamente al
otro elemento correspondiente. Obviamente, la capa elástica al corte
también puede conectarse como un componente autónomo entre el
elemento de material de fricción y el cuerpo de soporte.
Otra seguridad efectiva adicional frente a la
caída se puede lograr mediante la realización del elemento de
material de fricción en forma de cono. Al converger el cono en
dirección de la superficie del cono una caída es imposible.
Si se amplía el cono, en cambio, en la dirección
de la superficie de freno, se disminuye la presión de superficie
entre el elemento de material de fricción y el cuerpo de soporte,
particularmente si la capa elástica al corte también tiene
características elásticas a la presión, puesto que la presión en la
dirección longitudinal de la hendidura se distribuye en una
superficie mayor. Ambas formas cónicas se pueden combinar una con la
otra para poder obtener simultáneamente los efectos positivos
mencionados.
El elemento de material de fricción puede
encerrarse, por lo menos indirectamente, por el cuerpo de soporte
por todos los lados menos en el lado de la superficie de frenado.
Sin embargo, una realización particularmente ventajosa prevé al
cojinete del elemento de material de fricción con su lado opuesto a
la superficie de freno directamente sobre una platina de soporte.
Esto es particularmente ventajoso si el elemento de material de
fricción tiene una construcción cónica convergente en dirección de
su superficie de freno, puesto que así es posible insertarlo del
lado de la platina de soporte al nicho eventualmente cónico del
cuerpo de soporte. En el caso de una construcción con una platina de
soporte son concebibles dos posibilidades del cojinete. Por una
parte, se puede conectar un elemento, elástico a la presión, entre
el elemento de material de fricción y la platina de soporte. Por
otra parte, la platina de soporte puede ser construida elástica ella
misma por lo menos en el área del cojinete del elemento de material
de fricción y de esa manera efectuar la fuerza requerida sobre el
elemento de material de fricción.
Los elementos esenciales de la invención se
describirán de aquí en adelante por medio de los ejemplos de
realización representados en las figuras.
En ellas se muestra:
Figura 1: un corte a través de un cuerpo de
freno según la invención con elemento de material de fricción
cilíndrico;
La figura 2a: un corte a través de un cuerpo de
freno según la invención con un elemento de material de fricción que
es divergente (se amplía) en forma de cono en dirección de la
superficie de freno;
La figura 2b: un corte a través de un cuerpo de
freno según la invención con un elemento de material de fricción que
converge en forma de cono en dirección de la superficie de
freno;
La figura 3a: un cuerpo de freno según la
invención colocado sobre una superficie llana rodante de rueda,
dispuesto por medio de un elemento de resorte;
La figura 3b: un cuerpo de freno según la
invención colocada sobre una rueda no llana, dispuesto por medio de
un elemento de resorte;
La figura 1 muestra en un corte un cuerpo de
freno elástico de acuerdo con la invención. El cuerpo de freno
comprende una platina de soporte 1, un cuerpo de soporte 2 y un
elemento de material de fricción 3. El cuerpo de soporte 2 tiene una
hendidura 6. En la hendidura 6 está insertado de manera móvil el
elemento de material de fricción en dirección longitudinal de la
hendidura. El elemento de material de fricción 3 está ubicado en un
elemento de resorte 4. El elemento de resorte 4 se apoya en la
platina de soporte 1. En el espacio intermedio a lo largo de la
hendidura 6 entre el elemento de material de fricción 3 y el cuerpo
de soporte 2 está insertada una capa intermedia elástica al corte.
El elemento de material de fricción 3 sobresale en estado de reposo
por la superficie de fricción 9 del cuerpo de soporte. Al frenar, el
elemento de material de fricción 3 se presiona sobre el elemento de
resorte 4, donde el relleno elástico al corte 5 garantiza una
compresión sin desgaste por fricción entre el elemento de material
de fricción 3 y el cuerpo de apoyo 2. Al frenar, a través de la
compresión el cuerpo de apoyo 2 y el elemento de material de
fricción 3 forman el cuerpo de soporte 2 y el elemento de material
de fricción 3, compuestos de la superficie de fricción 9 del cuerpo
de soporte 2 y de la superficie de fricción 10 del elemento de
material de fricción 3.
En la figura 2a se representa un cuerpo elástico
de la invención con un elemento de fricción cónico 3. La realización
representada en la figura 2a muestra un elemento de material de
fricción cónico 3, que tiene un corte transversal divergente en
dirección de la superficie de freno. Por medio de la estructura de
la invención con una capa intermedia elástica al corte 5, que tiene
también propiedades elásticas de presión, se disminuye la presión de
superficie entre el elemento de material de fricción 3 y el cuerpo
de soporte 2 durante la operación del freno a través de una
superficie de contacto activa más grande. Se puede prevenir una
caída del elemento de material de fricción de acuerdo con la
invención mediante el hecho de que el elemento de material de
fricción 3, la capa intermedia 5 y el cuerpo de soporte 2 están
unidos fijamente, particularmente están pegados.
La figura 2b muestra un cuerpo de freno según la
invención con un elemento de material de fricción 3 construido en
forma de cono, que converge transversalmente en dirección de la
superficie de freno. Está dispuesto tal como se ve en la figura 2a
por medio de un elemento de resorte 4 sobre una platina de soporte.
Según la invención en el espacio intermedio entre el elemento de
material de fricción 3 y el cuerpo de soporte 2 está insertada una
capa intermedia elástica al corte 5 en dirección longitudinal de la
hendidura.
Por medio de esta construcción cónica aquí
representada es imposible una caída del elemento de material de
fricción. Cuando la platina de soporte 1 se desmonta, la
construcción con la platina de soporte 1 permite un montaje sencillo
del elemento de material de fricción 3 en el cuerpo de soporte
2.
Obviamente es posible una combinación de la
característica mostrada en las figuras 2a y b. Para el montaje de un
elemento de material de fricción así, construido de manera
doblemente cónica, se debe proveer a la platina de soporte de una
hendidura cónica correspondiente al contorno del extremo del
elemento de material de fricción opuesto a la superficie de
freno.
La figura 3a muestra un cuerpo de freno ubicado
en una superficie llana rodante de rueda 8. En la construcción
representada están alojados los elementos de material de fricción 3
por medio de un elemento de resorte 4 encima de la base 7 de las
hendiduras 6 en el cuerpo de soporte 2. La capa intermedia 5
previene la fricción entre los elementos de material de fricción 3 y
el cuerpo de soporte 2.
La figura 3b muestra un cuerpo de freno según la
invención ubicado en una superficie no llana de rueda rodante 8. Los
elementos de material de fricción 3 se comprimen o se expanden
correspondiendo al contorno de la superficie rodante de la rueda 8.
La capa elástica al corte 5 previene la aparición de fricción entre
los elementos de material de fricción 3 y el cuerpo de soporte 2. la
fuerza de resorte se compone de la fuerza de resorte elástica al
corte 5 y de la fuerza de resorte de presión de los elementos de
resorte 4.
Con el cuerpo de freno según la invención se
proporciona por primera vez un bloque de freno o una zapata de freno
de disco que se distingue por una construcción sencilla y económica
y en la que por primera vez es posible evitar completamente la
aparición de fricción de desgaste entre el elemento de material de
fricción y el cuerpo de soporte. El montaje es económico y el
elemento de material de fricción está asegurado de manera óptima
contra una caída. De esta manera se garantiza una operación más
duradera y segura.
- 1.
- Platina de soporte
- 2.
- Cuerpo de soporte
- 3.
- Elemento de material de fricción
- 4.
- Elemento de resorte
- 5.
- Relleno elástico al corte
- 6.
- Hendidura
- 7.
- Base de la hendidura
- 8.
- Superficie rodante de rueda
- 9.
- Superficie de fricción del cuerpo de soporte
- 10.
- Superficie de fricción del elemento de material de fricción.
Claims (13)
1. Cuerpo de freno, específicamente bloque o
pastilla de freno o zapata o calza de disco de freno que
comprende:
1.1 un cuerpo de soporte (2) que incluye por lo
menos una hendidura (6);
1.2 por lo menos un elemento (3) hecho de un
material de fricción y ubicado en dicha hendidura;
1.3 con dicho elemento (3) hecho de un material
de fricción que está dispuesto para moverse en una dirección a lo
largo de dicha hendidura (6) y que contribuye con dicho cuerpo de
soporte (2) a formar una superficie de fricción (9, 10).
caracterizado porque
1.4 se inserta una capa (5) elástica al corte
en el espacio a lo largo de dicha hendidura (6) entre dicho elemento
(3) hecho de un material de fricción y dicho cuerpo de soporte
(2).
2. Cuerpo de freno de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho elemento (3)
hecho de un material de fricción se soporta sobre un elemento
elástico a lo largo de su extensión longitudinal.
3. Cuerpo de freno de acuerdo con la
reivindicación 2 caracterizado porque dicho elemento
elástico incluye un elemento de resorte (4).
4. Cuerpo de freno de acuerdo con reivindicación
2, caracterizado porque dicha capa intermedia (5) elástica al
corte y dicho elemento elástico incluyen el mismo material.
5. Cuerpo de freno de acuerdo con reivindicación
4, caracterizado porque dicha capa intermedia (5) elástica al
corte y dicho elemento elástico se realizan como un solo
componente.
6. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha capa
intermedia (5) elástica al corte se inserta como relleno entre dicho
elemento (3) hecho de material de fricción y dicho cuerpo de soporte
(2).
7. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha capa
intermedia (5) elástica al corte se aplica en forma de tubo a dicho
elemento (3) hecho de material de fricción.
8. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha capa
intermedia (5) elástica al corte se aplica en forma de un
revestimiento a dicho elemento (39 hecho de material de
fricción.
9. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho
elemento (3) hecho de material de fricción y dicha capa intermedia
(5) elástica al corte y dicho cuerpo de soporte (2) están conectados
fijamente la una al otro, específicamente por medio de un pegante
adhesivo.
10. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicho
elemento (3) hecho de material de fricción está configurado de forma
cónica a lo largo de su extensión longitudinal.
11. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicha
hendidura (6) está configurada como un agujero ciego.
12. Cuerpo de freno de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el cuerpo
de freno incluye un plato de soporte (1).
13. Cuerpo de freno de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizado porque dicho elemento (3)
hecho de material de fricción se soporta, por lo menos
indirectamente, sobre dicho plato de soporte (1).
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