ES2283549T3 - Una banda de frenado, un disco ventilado de freno de disco y una caja de muestras para la produccion de un nucleo de disco de freno de disco. - Google Patents
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Abstract
Una banda (14) de frenado para un disco (10) de freno de disco, que comprende dos placas (16, 18) coaxiales con un eje (Z-Z), enfrentadas cada una con la otra, y separadas para formar un espacio (20) para un flujo de aire desde el eje (Z-Z) hacia el lado exterior de la banda (14), teniendo las placas (16, 18) superficies (22) enfrentadas desde las que se extienden, transversalmente, los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, para conectar las placas (16, 18), estando los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares distribuidos en anillos circulares o filas concéntricas con las placas (16, 18) de modo que están distribuidos uniformemente por el espacio (20), teniendo estos elementos (24, 26) a modo de pilares que están dispuestos en filas interiores de la banda secciones transversales rómbicas, siendo las secciones transversales consideradas en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio (20), en la que una primera placa (16) de las citadas placas ha sido formada de manera continua con la campana (12) de soporte, y la segunda placa (18) está conectada a la primera por medio de los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, y las secciones transversales rómbicas de los elementos (24, 26) a modo de pilares que están en filas interiores de la banda (14) son simétricas con respecto a un eje transversal a la dirección del flujo, y cada uno de dichos elemento (24, 26, 28) a modo de pilares de cada fila tiene sustancialmente la misma extensión radial D en la citada sección transversal, extendiéndose cada elemento (24, 26, 28) adecuado para la conexión entre las placas (16, 18) desde una placa hasta la otra (16, 18) mientras permanece en el interior del espacio (20).
Description
Una banda de frenado, un disco ventilado de
freno de disco y una caja de muestras para la producción de un
núcleo de disco de freno de disco.
La presente invención se refiere a una banda de
frenado y a un disco ventilado para freno de disco, en particular
aunque no exclusivamente para aplicaciones en el campo de la
automoción.
Un aspecto adicional de la presente invención se
refiere a una caja de muestras para la producción de un núcleo de
disco para freno de disco.
Como es conocido, un disco del tipo especificado
anteriormente está constituido por dos porciones coaxiales. Una
primera porción, la campana de soporte, se destina a la conexión con
el cubo de rueda de un vehículo, y el resto, la porción periférica,
conocida como banda de frenado, se destina a cooperar con los
calibradores de freno de disco con el fin de ejercer la fuerza de
frenado sobre el vehículo.
Más en particular, la presente invención se
refiere a un llamado disco ventilado, es decir, un disco en el que
la banda de frenado está constituida por dos placas coaxiales,
enfrentadas, separadas de modo que forman un espacio. Las dos
placas están conectadas por elementos a modo de pilares que se
extienden a través del espacio entre las dos placas. De ese modo,
se crean conductos de ventilación entre las placas y el aire circula
a través de los conductos en una dirección desde el lado interno de
la banda de frenado hacia el lado externo, ayudando con ello a
disipar al ambiente el calor generado en la banda durante cada
operación de frenado.
Se conocen elementos a modo de pilares de
diversas formas, de varios tamaños, y distribuidos de varias maneras
alrededor del espacio de la banda de frenado. Se conocen discos
para freno de disco en los que los elementos a modo de pilares se
encuentran distribuidos en una disposición quincuncial y en tres
filas. Además, la forma de la sección transversal de cada elemento
a modo de pilar0, tomada según un área sustancialmente paralela a
la dirección del flujo de aire a través del espacio, varía de fila
en fila. En particular, los elementos de la fila interior tienen
una sección transversal que es ahusada hacia el lado exterior de la
banda de frenado.
Un disco de ese tipo se encuentra descrito, por
ejemplo, en el documento US-4.865.167.
También son conocidos discos con elementos a
modo de pilares de diferentes magnitudes radiales, que están
redondeados hacia el interior de la banda de frenado. Un disco de
ese tipo se encuentra descrito, por ejemplo, en los documentos
US-5.542.503 y US-6.152.270. La
solución descrita en el documento US-5.542.503
presenta una banda de frenado que tiene el anillo de fricción
lateral de la rueda formado de manera integral con la campana de
soporte. Esta solución, aunque resulta satisfactoria bajo muchos
puntos de vista, no garantiza un flujo de aire eficiente deseado
por los conductos de ventilación.
Se conocen otros discos provistos de elementos a
modo de pilares a partir de los documentos
EP-A-0318687,
EP-A-0989321 y
DE-A-4210449.
Aunque estos discos conocidos son satisfactorios
desde muchos puntos de vista, tienen desventajas considerables.
En primer lugar, se ha observado una pobre
eficacia de ventilación o, en otras palabras, una pobre capacidad
de enfriamiento, debido a la resistencia ofrecida al flujo de aire
en el interior del espacio presente en la banda de frenado, cuya
resistencia está causada por la forma conocida de los elementos que
conectan las placas.
Además, se ha observado una pobre resistencia de
la banda de frenado a los esfuerzos térmicos y, en algunos casos
extremos, a los esfuerzos mecánicos, estando esta pobre resistencia
causada principalmente por la disposición geométrica conocida de
los elementos que conectan las placas.
También se conoce el hecho de que se producen
discos para frenos de disco mediante fundición, y los conductos de
ventilación entre las dos placas se forman durante la fundición, con
el uso de un núcleo. El núcleo, a su vez, se forma mediante la
inyección de arena para núcleos, es decir, un aglomerado de arena y
de resinas, en una caja de muestras.
Esta última está constituida por dos
semi-carcasas que, cuando se acoplan, definen en el
interior de las mismas una cavidad que reproduce, entre otras
cosas, la estructura interna del disco y, en particular, el espacio
entre las dos placas. Las dos semi-carcasas tienen
por consiguiente elementos sobresalientes para definir cavidades en
el núcleo que, cuando se funde el disco, formarán los elementos a
modo de pilares que conectan las dos placas.
Durante la producción del núcleo, la arena para
núcleos se inyecta en las dos semi-carcasas
acopladas haciéndola fluir desde el diámetro más interno hasta el
diámetro más externo. Cuando la arena empieza a fluir a través de
la cavidad que definirá el espacio entre las dos placas, los
elementos sobresalientes y, en particular, la fila interna,
provocan en consecuencia una obstrucción para el flujo de arena.
La etapa de moldeo de núcleo resulta así
crítica, debido a las obstrucciones mencionadas en lo que antecede.
De hecho, la arena que se encuentra en las proximidades de los
elementos a modo de pilares de la fila más externa y, en
particular, en la zona que se enfrenta hacia el exterior en relación
con el disco, no tiene la compacidad necesaria para resistir la
fundición del metal derretido. Durante la fundición, el flujo de
metal derretido puede, de hecho, socavar las zonas menos compactas
del núcleo y sustituirlas, dando lugar a protuberancias indeseadas
que afectan negativamente a las posteriores etapas de procesamiento
y al funcionamiento del disco.
Las protuberancias pueden ocasionar
obstrucciones en la primera etapa de procesamiento posterior, en la
que el disco es agarrado y posicionado mediante elementos
contenedores que están insertados en el espacio entre las placas.
Además, las protuberancias pueden conducir, por ejemplo, a un
desequilibrio en las masas del disco de modo que se debe eliminar
una cantidad mayor de material en la etapa de equilibrado al final
del ciclo de procesamiento. Finalmente, cuando el disco está en
uso, la presencia de estas protuberancias puede constituir una
obstrucción para el flujo de aire a través de los conductos de
ventilación dando lugar a perturbaciones del flujo con la
consiguiente reducción de la eficacia de enfriamiento.
Queda claro a partir de lo que antecede que,
para impedir las desventajas mencionadas anteriormente, existe la
necesidad particular en este campo de conseguir un correcto grado de
compacidad en cada porción del núcleo que será utilizado
posteriormente durante la fundición de un disco para freno de
disco.
El objeto de la presente invención consiste en
diseñar y proporcionar una banda de frenado, un disco ventilado
para freno de disco, y una caja de muestras para la producción del
núcleo de disco para freno de disco, que satisfagan los requisitos
mencionados en lo que antecede y que, al mismo tiempo, eviten los
problemas mencionados con referencia a la técnica anterior.
Este objeto se ha conseguido por medio de una
banda de frenado para un disco de freno de disco de acuerdo con la
reivindicación 1, por medio de un disco ventilado para freno de
disco de acuerdo con la reivindicación 19, y por medio de una caja
de muestras para la producción de un núcleo de disco para freno de
disco de acuerdo con la reivindicación 22.
Características y ventajas adicionales de la
banda, del disco y de la caja de muestras de acuerdo con la
invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción de
una realización preferida de los mismos, dada a título de ejemplo
no limitativo con referencia a los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva,
parcialmente en corte, de un disco para freno de disco de acuerdo
con la presente invención;
La figura 2 es una vista frontal, parcialmente
en corte, del disco de la figura 1;
La figura 3 es un corte a través del disco,
tomado por la línea III-III de la figura 2;
La figura 4 es un corte a través de una posible
variante del disco de la figura 3;
La figura 5 es un corte diametral a través de
una caja de muestras de acuerdo con la presente invención;
La figura 6 muestra la caja de muestras de la
figura 5 en una condición operativa diferente;
La figura 7 es un corte diametral a través de un
núcleo producido mediante la caja de muestras de las figuras 5 y
6;
La figura 8 muestra, en corte diametral, un
disco para freno de disco en la etapa de su producción por
fundición;
La figura 9 es una vista en perspectiva,
parcialmente en corte, de un detalle de la caja de muestras;
La figura 10 es una vista lateral, parcialmente
en corte, del detalle de la figura 9; y
La figura 11 es una vista en perspectiva,
parcialmente en corte, de un segundo detalle de la caja de
muestras.
Con referencia a los dibujos mencionados
anteriormente, un disco para freno de disco de acuerdo con la
presente invención, en particular un llamado disco ventilado, para
uso en un freno de disco (no representado) de un vehículo tal como
un coche, ha sido indicado con 10 en general. El disco 10 es
sustancialmente circular y se extiende alrededor de su eje indicado
como Z-Z en los dibujos.
El disco 10 comprende una campana 12 de soporte
y una banda 14 de frenado coaxial con la campana 12.
La banda 14 de frenado, la cual está destinada a
cooperar con los calibradores de freno de disco con el fin de
ejercer la fuerza de frenado sobre el vehículo, comprende una
primera placa 16 y una segunda placa 18 dispuestas coaxialmente en
el eje Z-Z. La primera placa 16 está en el mismo
lado que el soporte 12 de campana, y la segunda placa 18 está en el
lado opuesto.
Las dos placas se enfrentan una a la otra y
están separadas para formar un espacio 20 en el que tiene lugar el
flujo de aire desde el eje Z-Z hacia el lado externo
de la banda 14 de frenado durante la rotación del disco.
Las dos placas tienen superficies 22 enfrentadas
desde las que se extienden transversalmente los elementos 24, 26 y
28 a modo de pilares, conocidos también como pernos.
Los elementos a modo de pilares se extienden de
modo que conectan las dos placas. En particular, la primera placa
está formada de manera continua con la campana 12 de soporte y la
segunda placa 18 está conectada a la primera por medio de los
elementos a modo de placa.
Los elementos a modo de placa están distribuidos
uniformemente alrededor de las superficies 22 enfrentadas de las
placas y, en la realización que se muestra, están divididas en tres
anillos circulares concéntricos o filas que corresponden con una
fila interna, es decir, la fila más cercana al eje
Z-Z, una fila intermedia, y una fila externa, es
decir, la fila más alejada del eje Z-Z. Por motivos
de simplicidad de la descripción, los elementos a modo de pilares
de la fila interna se han indicado con 24, los elementos a modo de
pilares de la fila intermedia se han indicado con 26 y, finalmente,
los elementos a modo de pilares de la fila externa se han indicado
con 28.
De acuerdo con una realización, los elementos a
modo de pilares comprenden más de una fila intermedia (elementos 26
a modo de pilares intermedios), por ejemplo dos filas intermedias
dispuestas entre la fila interna (los elementos 24 a modo de
pilares internos) y la fila externa (los elementos 28 a modo de
pilares externos).
Los elementos 24 a modo de pilares de la fila
interna constituyen los elementos a modo de pilares que están
dispuestos en las proximidades del borde de la banda 14 de frenado
que se enfrenta al eje Z-Z. La sección transversal
de cada uno de estos elementos a modo de pilares que están en un
área sustancialmente paralela con la dirección del flujo de aire en
el espacio, es ahusada hacia el eje Z-Z. Con mayor
detalle, los elementos a modo de pilares tienen una sección
transversal que es ahusada tanto hacia el eje Z-Z de
las placas como hacia el lado externo de la banda 14 de frenado,
formando una sección transversal sustancialmente rómbica.
De acuerdo con una realización, los elementos
24, 26 a modo de pilar dispuestos en filas interiores de la banda,
lo que significa la fila interna y al menos una fila intermedia,
tienen secciones transversales rómbicas, lo que significa una
sección considerada en un área sustancialmente paralela con la
dirección del flujo de aire a través del espacio 20, como se
describirá mejor en lo que sigue.
La sección transversal rómbica es una sección
transversal que tiene cuatro lados al menos parcialmente planos. Un
elemento a modo de pilar, que tiene una sección transversal rómbica,
es un elemento que posee una superficie o pared lateral que
comprende cuatro caras al menos parcialmente planas, adecuadas para
definir un conducto de ventilación de la banda de frenado y
adecuado para dirigir el flujo de aire desde el interior hacia el
exterior del disco de la manera que se va a describir con mayor
detalle en lo que sigue.
De acuerdo con una realización, los elementos
24, 26 a modo de pilares tienen superficies planas enlazadas que
definen la sección transversal rómbica.
En particular, de acuerdo con una realización,
los elementos 24, 26 a modo de pilares de las filas interior e
intermedia tienen, en dirección radial, extremos con radios R1 de
enlace variables desde 1,5 mm hasta 2,5 mm, y con preferencia son
de 2 mm. Los elementos 28 a modo de pilares de la fila externa
tienen, en dirección radial, un primer extremo con un radio R1 de
enlace variable desde 1,5 mm hasta 2,5 mm y con preferencia es de 2
mm, y un segundo extremo, con preferencia el extremo externo, con un
radio R4 de enlace variable desde 4 mm hasta 5 mm y con preferencia
es de 4,5 mm. Los elementos 24 a modo de pilares de la fila interior
tienen, en dirección transversal a la dirección de flujo, radios R2
de enlace variables desde 3 mm hasta 3,5 mm entre las superficies
planas. Los elementos 26 a modo de pilares de dicha al menos una
fila intermedia tienen, en una dirección transversal a la dirección
de flujo, radios R3 de enlace variables desde 3,5 hasta 4 mm entre
las superficies planas.
Con preferencia, todos los elementos 24, 26, 28
a modo de pilares están conectados a las placas 16, 18 con radios
R5 de enlace variables desde 3 mm hasta 4 mm, siendo con preferencia
de 3,5 mm (figuras 3 y 4).
Ventajosamente, las secciones transversales
rómbicas de los elementos 24, 26 a modo de pilares que están en
filas interiores de la banda 14, son simétricas con respecto a un
eje transversal a la dirección de flujo de cada elemento 24, 26,
28, son adecuados para la conexión entre las placas 16, 18 por
extenderse desde una placa 16, 18 hasta la otra, mientras que
permanecen en el interior del espacio 20. En otras palabras,
partiendo desde una porción central de máxima extensión tangencial
o de dimensión más grande, un elemento a modo de pilar de las filas
interiores de la banda (la fila interior, o fila más cercana al eje
Z-Z y la al menos una fila intermedia) es ahusado
hacia el interior y hacia el exterior del disco con porciones de
igual extensión y que forman juntas ventajosamente pares de caras
paralelas dispuestas para dirigir aire de una manera controlada a
través de los conductos o canales definidos en el espacio. Además,
cada elemento que sirve para la conexión de las placas no se
proyecta o sobresale por fuera del espacio 20, evitando la formación
de elementos que desvíen el flujo de aire que se proyecta desde el
espacio hasta el exterior de las placas. En otras palabras, la
abertura interior y la abertura exterior del espacio 20 están libres
de obstáculos respecto a la libre circulación del flujo de
aire.
Para mayor ventaja, los extremos radiales de las
secciones transversales de filas adyacentes están sustancialmente
alineados sobre el mismo círculo (figura 2). En otras palabras,
entre filas adyacentes, por ejemplo la fila interna y la fila
intermedia, o la fila intermedia y la fila externa, no existe
superposición en dirección tangencial entre los elementos 24 y 26 ó
26 y 28 a modo de pilares (ningún círculo concéntrico con el eje
Z-Z de las placas 16, 18 y que se extiende a través
de elementos a modo de pilares de una fila se extiende a través de
elementos a modo de pilares de otra fila).
Ventajosamente, cada uno de los elementos 24,
26, 28 a modo de pilares de cada fila, tiene sustancialmente la
misma extensión radial D en la citada dirección transversal. En
otras palabras, los elementos de conexión de las placas son áreas
de conexión para las placas, y con ello son también áreas de
rigidización, que están distribuidas uniformemente sobre la
extensión de las placas como conjunto.
Ventajosamente, los elementos 24, 26, 28 a modo
de pilares interconectan las placas 16, 18 sobre un área no mayor
del 15%-25%, con preferencia el 20% del área superficial enfrentada
total de cada placa. En otras palabras, las placas enfrentadas, que
tienen un área superficial lateral interna global (sustancialmente
igual a un área superficial externa adecuada para interactuar con
los patines de un sistema de freno o con una superficie de
frenado), están cubiertas por los elementos de conexión sobre un
área variable desde el 15% hasta el 25%, y con preferencia es el
20% del área global de la superficie de enfrentamiento.
De acuerdo con una realización, las dos placas
16, 18 están conectadas por medio de elementos 24, 28 a modo de
pilares, dispuestos a lo largo de al menos una fila interna y una
fila externa, las cuales son concéntricas una con la otra.
De acuerdo con una realización adicional, se
proporcionan una o dos filas adicionales intermedias de elementos
26 a modo de pilares.
Con preferencia, los elementos 26 a modo de
pilares de la al menos una fila intermedia están desviados con
relación a los 24, 28 de las filas interna y externa.
Para mayor ventaja, los elementos 24, 26, 28 a
modo de pilares están distribuidos entre las dos placas 16, 18
según una disposición en quincuncial.
Las dimensiones de los elementos a modo de
pilares pueden variar en base al vehículo al que está destinado el
disco. Por ejemplo, la dimensión en la dirección circunferencial, es
decir, la diagonal d más corta del rombo, tiene un valor que es
variable dependiendo del tipo de vehículo, por ejemplo, 6 mm para un
coche o 10-12 mm para un vehículo comercial,
mientras que la dimensión en dirección radial, es decir, la diagonal
D más larga, tiene un valor que depende de la anchura h de la banda
de frenado, es decir de la diferencia entre el radio exterior y el
radio interior de la banda de frenado. Los lados de la sección
transversal rómbica están unidos entre sí.
De acuerdo con una realización, los elementos 24
a modo de pilares de la fila interna tienen, en una zona
sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través
del espacio 20, una diagonal de la sección transversal rómbica que
es transversal a la dirección del flujo, que tiene dimensiones de
entre 6 mm y 7 mm.
De acuerdo con una realización adicional, los
elementos 26 a modo de pilares de la al menos una fila intermedia
tienen, en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo
de aire a través del espacio 20, una diagonal de la sección
transversal que es transversal a la dirección del flujo, que tiene
dimensiones de entre 7 mm y 8 mm.
Esta sección transversal se muestra, a título de
ejemplo, en la figura 2, la cual es una vista frontal del disco y
de la banda de frenado, en la que la segunda placa 18 ha sido
parcialmente seccionada para mostrar las formas de los elementos a
modo de pilares de al menos tres filas. Esta sección transversal
corresponde por lo tanto con el área mencionada anteriormente,
sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través
del espacio, y puede corresponder con un plano transversal al eje
Z-Z del disco, o con un área arqueada, dependiendo
de las formas adoptadas por las dos placas y por el espacio.
La sección transversal de cada uno de los
elementos 28 a modo de pilares de la fila más externa en un área
sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través
del espacio, tiene forma de gota. En particular, esta sección
transversal es ahusada hacia el eje Z-Z de las
placas y posee una porción de enlace externa, por ejemplo, con un
radio de 5 mm.
Además, la sección transversal de cada uno de
los elementos 26 a modo de pilares de la fila intermedia en un área
sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través
del espacio, es ahusada tanto hacia el eje Z-Z de
las placas como hacia el lado externo de la banda de frenado. Los
elementos en forma de pilares de la fila intermedia tienen también
de ese modo una sección transversal sustancialmente rómbica similar
a la de los elementos a modo de pilares de la fila interna.
Lo que sigue son algunas definiciones posibles
del área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire
a través del espacio.
La realización de la figura 3 tiene, de hecho,
un disco en el que las dos placas que constituyen la banda de
frenado son sustancialmente paralelas con los planos perpendiculares
al eje Z-Z, y el espacio 20 se extiende
correspondientemente según un anillo coaxial con el eje
Z-Z. La conexión entre la primera placa 16 y la
campana 12 se forma entre paredes que son sustancialmente
perpendiculares una con otra, aunque están unidas adecuadamente.
Con esta configuración, las superficies 22 enfrentadas de las dos
placas se extienden en dos planos desde los que se proyectan los
elementos 24-28 a modo de pilares
perpendicularmente. De acuerdo con esta realización, el flujo de
aire entra en el espacio 20 en las proximidades de la zona más
cercana al eje Z-Z y pasa a través de la misma
hacia el lado externo de la banda de frenado. Como resultado, un
área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a
través del espacio 20, podría estar constituida por el plano medio
del espacio, indicado mediante una línea 30 en la figura 3.
El ejemplo de la figura 4 muestra una
realización adicional del disco en el que, con respecto al eje
Z-Z, una porción externa de la primera placa 16 es
sustancialmente paralela con planos perpendiculares al eje
Z-Z, mientras que una porción interna de la primera
placa 16 se desvía, curvando hacia la segunda placa 18. El espacio
20 se extiende correspondientemente según un anillo coaxial con el
eje Z-Z al menos en la porción externa de la banda
mientras que, en la zona de la desviación de la primera placa 16, el
espacio se desvía hacia fuera desde la campana. De hecho, la
conexión entre la primera placa 16 y la campana se ha formado entre
paredes que están sustancialmente inclinadas, una en relación con la
otra, y unidas adecuadamente. Con esta configuración, la superficie
22 de la segunda placa 18 se extiende en un plano perpendicular al
eje Z-Z, mientras que la superficie 22 de la
primera placa tiene forma curva. Las tres filas de elementos a modo
de pilares están distribuidas sobre la extensión completa de la
banda de frenado. En particular, la fila más interna, indicada
mediante los elementos 24 a modo de pilares, sigue también la forma
de la porción arqueada del espacio, en virtud de su configuración,
ahusada hacia el lado interno de la banda de frenado. En una
realización de este tipo, el flujo de aire entra en el espacio de
las proximidades de la región más cercana al eje
Z-Z, la cual está dispuesta casi enfrentada a la
parte delantera del disco, y pasa a través del espacio hacia el lado
externo de la banda. Como resultado, un área sustancialmente
paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio
podría estar constituida, por ejemplo, por el área central del
espacio, la cual se ha indicado mediante una línea 32 en la figura
4.
En la realización mostrada, con referencia por
ejemplo a la figura 2, los elementos en forma de pilares de la fila
intermedia están desviados en relación a los de la fila interna y a
los de la fila externa. En particular, los elementos 24, 26 y 28 a
modo de pilares, están distribuidos entre las dos placas según una
disposición quincuncial.
Además, según se muestra en las figuras 1 a 4,
la campana 12 y la banda 14 de frenado se han formado como elemento
único, producido mediante fundición, en el que la banda de frenado
se extiende continuamente desde la campana de soporte.
La porción de conexión entre la campana y la
banda de frenado puede adoptar diferentes configuraciones, de las
que se han mostrado dos, por ejemplo, en las figuras 3 y 4, tal y
como se ha descrito anteriormente.
Como se apreciará a partir de la descripción que
antecede, en virtud de la provisión de una banda de frenado
equipada con placas conectadas por medio de elementos de conexión a
modo de pilares que se encuentran dispuestos completamente en el
interior del espacio y que, en el caso de los elementos a modo de
pilares de las filas interiores, son de configuración rómbica
simétrica, es posible superar las desventajas de los discos de la
técnica anterior y, en particular, se ha encontrado una mejora
significativa en el flujo de aire a través de los conductos de
ventilación o canales del espacio.
Además, como se apreciará a partir de la
descripción que antecede, en virtud de la provisión de una banda de
frenado que posee placas conectadas por medio de elementos de
conexión a modo de pilares dispuestos en filas adyacentes en las
que los extremos radiales de las secciones transversales están
sustancialmente alineados sobre el mismo círculo, y en las que cada
uno de los elementos 24, 26, 28 a modo de pilar de cada fila tiene
sustancialmente la misma extensión radial en sección transversal, es
posible superar las desventajas de los discos de la técnica
anterior y, en particular, se ha encontrado una mejora significativa
en la resistencia de la banda de frenado, por ejemplo, respecto a
los grandes esfuerzos causados por gradientes térmicos
considerables, así como también una baja incidencia de escisión o
rotura en las placas incluso cuando son forzadas mediante
operaciones de frenado severas y repetidas.
Una comparación de las pruebas sobre el
comportamiento del flujo de aire en el conducto o canal de
ventilación proporcionado en el espacio entre dos placas de un
disco que tiene una disposición geométrica de acuerdo con la
técnica anterior y un disco que tiene una disposición geométrica de
acuerdo con la presente invención, demuestra la mejora
significativa en la ventilación conseguida mediante la disposición
geométrica de la solución que aquí se propone. En particular, es
posible evaluar el campo vector de la velocidad del flujo de aire
que pasa a través de una porción de espacio de un disco conocido y
del disco que tiene la configuración geométrica resultante de la
solución aquí propuesta, cuyo campo se repite circunferencialmente a
través del espacio. La prueba comparativa entre la disposición
geométrica conocida y la de la solución aquí propuesta se realizó
mediante un programa computacional de dinámica de fluidos,
estableciendo como condiciones la rotación del disco a una
velocidad de 1500 rpm (revoluciones por minuto), una presión
ambiental a la entrada y la salida del espacio, y una temperatura
de 20ºC. Mediante esta prueba fue posible comparar los campos
vectores y concluir que el flujo de aire en la solución aquí
propuesta era más uniforme, tanto a la entrada al espacio como a la
salida del mismo, y que pasó alrededor de los elementos a modo de
pilares mucho mejor o, en otras palabras, fue menos desviado por el
impacto contra los elementos a modo de pilares. Desde una
comparación cuantitativa, se encontró que la velocidad máxima
alcanzada por el aire en la solución aquí propuesta se redujo
ligeramente en comparación con la velocidad máxima de la solución
conocida, a favor de un incremento considerable de la velocidad
mínima del aire, conduciendo en consecuencia a una mejora o
incremento del flujo en volumen (en litros de aire por segundo) de
más del 5% en comparación con la velocidad de flujo del disco
conocido.
Ventajas adicionales de la solución propuesta
son:
- la extensión transversal propuesta de los
elementos de las filas interna e intermedia (las filas interiores
de la banda) permite que se alcance un control mejorado del flujo de
aire en el espacio;
- la falta de solapamiento o el espacio entre
las filas adyacentes, hace que la rigidez local del disco completo
sea más homogénea, evitando la desventaja que se presenta en el caso
de solapamiento (aunque sea pequeño) de elementos de conexión de
filas adyacentes o, en otras palabras, evitando porciones circulares
que tengan el doble de elementos de conexión que otras porciones, y
evitando así regiones de la banda que tengan una rigidez no
uniforme;
- la provisión de elementos de conexión que
tienen secciones transversales simétricas rómbicas permite una
mejora en la eficiencia de ventilación y, en particular, un
incremento en el flujo de aire que pasa a través del espacio por
unidad de tiempo;
- en virtud de los radios de enlace propuestos
entre las superficies planas de los elementos de conexión, la
consecución de un compromiso significativo entre la provisión de
esquinas aguzadas y de elementos excesivamente redondeados que, en
ambos casos, podrían afectar negativamente al transporte controlado
de aire; en particular, los radios propuestos que unen los
elementos a modo de pilares y las placas, evitan ángulos que sean
difíciles de conseguir y una sección transversal que sea inadecuada
para el flujo de aire deseado;
- en virtud del porcentaje que se propone de
superficies totales enfrentadas de las placas que se cubren mediante
los elementos de conexión, es posible conseguir una resistencia
considerable al fraccionamiento de la superficie de frenado,
permitiendo una resistencia controlada a la expansión térmica de las
placas que son forzadas por la acción de frenado; y
- un bajo peso del disco.
Las etapas principales de la producción de un
disco de acuerdo con la presente invención mediante fundición, han
sido ilustradas en las figuras 5 a 8. Las figuras 5 y 6 muestran una
caja de muestras 34 que comprende una semi-carcasa
36 para ser dispuesta en la parte superior, y una
semi-carcasa 38 para ser dispuesta en la parte
inferior. En la figura 5, las dos semi-carcasas
están separadas, mientras que en la figura 6 están acopladas y se
define una cavidad 40 en el interior de las mismas.
La semi-carcasa 36 superior
posee una estructura sustancialmente circular que se extiende
alrededor de un eje X-X. En posición central
concéntrica con el eje X-X, existe un conducto 42
para la arena para núcleos la cual, al ocupar la cavidad 40, dará
lugar a un núcleo 44, por ejemplo, mostrado en la figura 7.
Al menos una porción de una superficie 37
interna de la semi-carcasa mencionada anteriormente
sigue sustancialmente la forma de la superficie interior de la
primera placa 16 y de la campana 12. En particular, se puede ver
que el perfil afectado es del tipo que se muestra en la figura 4, es
decir, un perfil en el que la primera placa 16 posee una porción
plana y una porción arqueada dispuestas en las proximidades de la
campana.
La semi-carcasa 38 inferior
también tiene una estructura sustancialmente circular que se
extiende alrededor del eje X-X. En posición
central, concéntrica con el eje X-X, existe una
protuberancia 46 cilíndrica que se enfrenta al conducto 42 de la
semi-carcasa 36 superior.
También en la semi-carcasa 38
inferior, al menos una porción de una superficie 38 interna sigue
sustancialmente la forma de una porción del disco y, en particular,
de la superficie interna de la segunda placa 18.
Cuando las dos semi-carcasas
están acopladas, como se muestra en la figura 6, la porción
periférica de la cavidad 40 tiene la estructura de un anillo 48 que
tiene un espesor mayor que el de la porción adyacente de la cavidad
y que puede dar lugar a una porción 50 de núcleo que se extiende
periféricamente en relación con el núcleo.
Con referencia a la figura 6, una región de la
cavidad 40 que, en las etapas posteriores del proceso dará lugar a
al espacio de la banda de frenado, es decir, la región
sustancialmente intercalada entre el anuillo 48 anular y la
protuberancia 46, ha sido indicada con 51. Los elementos 52, 54, 56
sobresalientes, cuya forma y distribución depende de la forma y de
la distribución de los elementos 24-28 a modo de
pilares del disco, se extienden a través de esta región.
En particular, los elementos 52 sobresalientes
proyectados, son tales que forman en el núcleo 44 correspondiente,
cavidades que a su vez pueden dar lugar a los elementos 24 a modo de
pilares de la fila interior del disco 10. De manera similar, los
elementos 54 proyectados son tales que forman en el núcleo 44
cavidades correspondientes, las cuales, a su vez, pueden dar lugar
a los elementos 26 a modo de pilares de la fila intermedia y,
finalmente, los elementos 56 sobresalientes son tales que forman en
el núcleo 44 cavidades correspondientes que, a su vez, pueden dar
lugar a los elementos 28 a modo de pilares de la fila externa.
Por consiguiente, en un área paralela a la
dirección de flujo de la arena a través de la cavidad 40, los
elementos 52-56 proyectados tienen secciones
transversales similares a las secciones transversales de los
respectivos elementos 24-28 de modo de pilares.
Según se muestra en las figuras 5, 6, 10 y 11, los elementos 54 y 56
proyectados se extienden a través de una porción del espesor de la
cavidad 40 entre las dos semi-carcasas, igual a
aproximadamente la mitad de este espesor. De hecho, los elementos
54 y 56 sobresalientes de una semi-carcasa tienen
una superficie 58 para contactar con los elementos 54 y 56
sobresalientes respectivos de la otra
semi-carcasa.
Está claro a partir de las figuras 5, 6, 10 y 11
que los elementos 52 sobresalientes correspondientes a la fila
interior de elementos 24 a modo de pilares, están asociados
solamente a una de las dos semi-carcasas, es decir,
en la realización en cuestión, a la semi-carcasa 36
superior, y se extienden a través de la profundidad completa de la
cavidad 40 entre las dos semi-carcasas, contactando
con la superficie 39 interna de la semi-carcasa 38
inferior directamente. En particular, queda claro a partir de la
figura 10 que la altura de los elementos 52 sobresalientes es mayor
que la de los elementos 54 y 56 sobresalientes que de hecho es
aproximadamente la mitad que la de los elementos 52
proyectados.
Esta configuración permite que las dos
semi-carcasas 36 y 38 sean abiertas a lo largo del
eje X-X con el fin de que se pueda extraer el
núcleo 44 desde el molde, incluso cuando la porción de conexión
entre la banda 14 de frenado y la campana 12 es arqueada, como se
muestra, por ejemplo, en la figura 4. De hecho, la configuración
del disco 10 se ha reproducido de manera similar a las superficies
37 y 39 internas de la caja 34 de muestras, y la presencia de
elementos 52 sobresalientes integrales con la
semi-carcasa 36 superior evita la presencia de
entalladuras.
El método para la producción de un disco según
se ha descrito anteriormente, y en consecuencia las formas en las
que se utilizan la caja de muestras y un núcleo según se ha descrito
anteriormente, van a ser descritos en lo que sigue.
La figura 5 muestra las dos
semi-carcasas en la fase en que son llevadas a una
unión entre ambas a lo largo del eje X-X. Cuando
las dos semi-carcasas son acopladas como se muestra
en la figura 6, la arena para núcleos es enviada hacia la cavidad
40 definida por las dos semi-carcasas, a través del
conducto 42. La arena para núcleos consiste en un aglomerado de
arena y de resinas que polimerizan como resultado del calentamiento
de las paredes de la caja para muestras.
La forma particular de los elementos 52
sobresalientes, cuya configuración depende de la forma de los
elementos 24 a modo de pilares, favorece el flujo de arena hacia la
caja de muestras y asegura la compacidad necesaria para que se
consiga posteriormente el éxito de la fundición, incluso en regiones
periféricas de la banda de frenado.
La arena mantiene, de hecho, una alta velocidad
hasta la periferia del núcleo, y ésta se ve influenciada
positivamente por el ahusamiento de los elementos 52 sobresalientes
(correspondientes a los elementos 24 a modo de pilares) que limitan
perturbaciones en el flujo de arena.
Cuando la arena ha sido compactada, las dos
semi-carcasas son separadas en las direcciones
definidas por el eje X-X, y el núcleo 44 es
extraído del molde tal y como se muestra en la figura 7.
El núcleo 44 se inserta a continuación en un
molde formado con arena para la fundición del disco 10.
Se puede apreciar, a partir de cuanto antecede,
que la provisión de que los elementos 24 a modo de pilares
dispuestos en las proximidades del borde de la banda de frenado que
se enfrenta hacia el eje Z-Z tengan una sección
transversal ahusada hacia el eje Z-Z y, en
particular, ahusada en ambas direcciones para formar una sección
transversal rómbica en un área sustancialmente paralela con la
dirección del flujo de aire a través del espacio, resulta
particularmente ventajosa.
Una configuración de este tipo se ha reflejado
de hecho en una configuración similar de los elementos 52
sobresalientes, y con ello, en un grado óptimo de compacidad del
núcleo utilizado para la fundición del disco.
El hecho de que sea posible utilizar un núcleo
que tenga características óptimas de compacidad afecta por
consiguiente a la calidad del disco producido y reduce el posterior
procesamiento. En particular, las masas del disco se distribuyen
uniformemente, y la etapa de equilibrado de las masas del disco
resulta menos onerosa, especialmente con relación a la cantidad de
masa retirada.
Además, la configuración ventajosa de la caja de
muestras, y por consiguiente del núcleo, permite la producción de
un disco que, a través del espacio 20, está sustancialmente libre de
imperfecciones o bloqueos que pudieran afectar negativamente al
flujo de aire a través del mismo.
La presencia de una fila interna de elementos 24
a modo de pilares tales como los que se han descrito anteriormente,
permite que la presencia de los elementos a modo de pilares también
se extienda hasta las proximidades de la campana, en particular en
realizaciones que proporcionan una desviación de la primera placa 16
y del espacio 20 como se muestra, por ejemplo, en la figura 4.
En estas condiciones, la presencia de los
elementos 52 sobresalientes permite que el núcleo sea retirado
fácilmente de la caja de muestras, evitando entalladuras.
Además, la disposición descrita anteriormente
resulta particularmente ventajosa, por ejemplo, para discos en los
que la campana y la banda definen un único elemento. En este caso,
debido a la forma que el disco tendrá que adoptar, el paso para la
arena para núcleos a través de la cavidad puede ser, de hecho,
particularmente tortuoso debido a la presencia de una pared
continua entre la campana y la banda de frenado. La disposición
descrita anteriormente puede ser también ventajosa para discos en
los que la banda de frenado esté conectada a la campana por medio
de elementos de conexión que tienen un primer extremo fijado a la
banda de frenado, y un segundo extremo asociado deslizantemente a
la campana. En este caso, de hecho, el flujo de arena a lo largo de
la caja de muestras puede ser también tortuoso y estar sometido a
una turbulencia que podría limitar la compacidad del núcleo, en
especial en las regiones que se enfrentan al lado externo de la
banda en la región de la fila externa de elementos 56
sobresalientes que se corresponden con los elementos 28 a modo de
pilares.
Naturalmente, se pueden proporcionar variantes
y/o adiciones respecto a las realizaciones que se han descrito e
ilustrado en lo que antecede. La disposición de los elementos a modo
de pilares y de los correspondientes elementos sobresalientes,
puede variar. En este caso, la configuración ventajosa de los
elementos a modo de pilares de la fila interna, según se ha
descrito anteriormente, se aplica a cualquiera de los elementos a
modo de pilares que están dispuestos en las proximidades del borde
de la banda de frenado que se enfrenta al eje Z-Z.
Estos elementos a modo de pilares corresponden a los elementos
sobresalientes que son alcanzados en primer lugar por el flujo de
arena para núcleos durante la formación del núcleo 44.
Naturalmente, el número de elementos a modo de
pilares y la configuración de las secciones transversales de los
elementos de la fila externa y de la fila intermedia o, en algunos
casos, de los elementos a modo de pilares que no se encuentran
situados en las proximidades de la banda de frenado que se enfrenta
al eje Z-Z, puede variar.
Con el fin de satisfacer exigencias y
necesidades específicas, un experto en la materia puede aplicar a la
realización preferida descrita anteriormente de la banda de
frenado, del disco y de la caja de muestras muchas modificaciones,
adaptaciones y sustituciones de los elementos por otros elementos
funcionalmente equivalentes sin salir por ello, no obstante, del
alcance de las reivindicaciones anexas.
Claims (26)
1. Una banda (14) de frenado para un disco (10)
de freno de disco, que comprende dos placas (16, 18) coaxiales con
un eje (Z-Z), enfrentadas cada una con la otra, y
separadas para formar un espacio (20) para un flujo de aire desde
el eje (Z-Z) hacia el lado exterior de la banda
(14), teniendo las placas (16, 18) superficies (22) enfrentadas
desde las que se extienden, transversalmente, los elementos (24, 26,
28) a modo de pilares, para conectar las placas (16, 18), estando
los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares distribuidos en anillos
circulares o filas concéntricas con las placas (16, 18) de modo que
están distribuidos uniformemente por el espacio (20), teniendo
estos elementos (24, 26) a modo de pilares que están dispuestos en
filas interiores de la banda secciones transversales rómbicas,
siendo las secciones transversales consideradas en un área
sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través
del espacio (20), en la que una primera placa (16) de las citadas
placas ha sido formada de manera continua con la campana (12) de
soporte, y la segunda placa (18) está conectada a la primera por
medio de los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, y las
secciones transversales rómbicas de los elementos (24, 26) a modo
de pilares que están en filas interiores de la banda (14) son
simétricas con respecto a un eje transversal a la dirección del
flujo, y cada uno de dichos elemento (24, 26, 28) a modo de pilares
de cada fila tiene sustancialmente la misma extensión radial D en la
citada sección transversal, extendiéndose cada elemento (24, 26,
28) adecuado para la conexión entre las placas (16, 18) desde una
placa hasta la otra (16, 18) mientras permanece en el interior del
espacio
(20).
(20).
2. Una banda de frenado de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que los extremos radiales de las secciones
transversales de filas adyacentes, consideradas en un área
sustancialmente paralela con la dirección del flujo de aire a
través del espacio (20), están sustancialmente alineados sobre un
círculo común.
3. Una banda de frenado de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que cada uno de los
elementos (24, 26, 28) a modo de pilares de cada fila tiene
sustancialmente la misma extensión radial en la citada sección
transversal.
4. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24, 26, 28) a modo de pilares interconectan las placas (16, 18)
sobre un área no mayor del 15%-25%, con preferencia el 20% del
total del área superficial enfrentada de cada placa.
5. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24, 26) a modo de pilares tienen superficies planas enlazadas que
delimitan las secciones transversales rómbicas.
6. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que las dos placas
(16, 18) están conectadas por medio de elementos (24, 28) a modo de
pilares, dispuestos a lo largo de al menos una fila interna y una
fila externa que son concéntricas cada una con la otra.
7. Una banda de frenado de acuerdo con la
reivindicación 6, en la que los elementos (28) a modo de pilares de
la fila externa tienen una sección transversal sustancialmente en
forma de gota en un área sustancialmente paralela a la dirección
del flujo de aire a través del espacio (20).
8. Una banda de frenado de acuerdo con la
reivindicación 7, en la que la sección transversal sustancialmente
en forma de gota de los elementos (28) a modo de pilares de la fila
externa, es ahusada hacia el eje (Z-Z) de las
placas (16, 18).
9. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones 6 a 8, en la que se proporciona una o
dos filas intermedias adicionales de elementos (26) a modo de
pilares.
10. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24) a modo de pilares de la fila interna tienen, en un área
sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través
del espacio (20), una diagonal de la sección transversal rómbica,
transversal a la dirección del flujo, que tiene unas dimensiones
comprendidas entre 6 mm y 7 mm.
11. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(26) a modo de pilares de la citada al menos una fila intermedia
tienen, en un área sustancialmente paralela a la dirección del
flujo de aire a través del espacio (20), una diagonal de la sección
transversal rómbica que es transversal a la dirección del flujo,
que tiene unas dimensiones de entre 7 mm y 8 mm.
12. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(26) a modo de pilares de la al menos una fila intermedia, están
desviados en relación a los (24, 28) de la fila interna y de la
fila externa.
13. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24, 26, 28) a modo de pilares están distribuidos según una
disposición quincuncial entre las dos placas (16, 18).
14. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24, 26) a modo de pilares de las filas interior e intermedia
tienen, en dirección radial, extremos con radios de enlace
variables desde 1,5 mm hasta 2,5 mm, con preferencia 2 mm.
15. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(28) a modo de pilares de la fila exterior tienen, en dirección
radial, un primer extremo con un radio de enlace variable desde 1,5
hasta 2,5 mm, con preferencia 2 mm, y un segundo extremo con un
radio de enlace variable desde 4 mm hasta 5 mm, con preferencia 4,5
mm.
16. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24) a modo de pilares de la fila interna tienen, en dirección
transversal a la dirección de flujo, radios de enlace variables
desde 3 mm hasta 3,5 mm entre las superficies planas.
17. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(26) a modo de pilares de la al menos una fila intermedia tienen, en
dirección transversal a la dirección de flujo, radios de enlace
variables desde 3,5 mm hasta 4 mm entre las superficies planas.
18. Una banda de frenado de acuerdo con al menos
una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos
(24, 26, 28) a modo de pilares están conectados a las placas (16,
18) con radios de enlace variables desde 3 mm hasta 4 mm, con
preferencia 3,5 mm.
19. Un disco (10) para freno de disco, que
comprende una banda (14) de frenado de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores.
20. Un disco para freno de disco de acuerdo con
la reivindicación 19, en el que la banda (14) de frenado no posee
elementos para su conexión a una campana (12) que tengan un primer
extremo fijado a la banda (14) de frenado y un segundo extremo
asociado deslizantemente a la campana (12).
21. Un disco para freno de disco de acuerdo con
la reivindicación 19, en el que una placa (16) de la banda (14) de
frenado se encuentra conectado a una campana (12).
22. Una caja (34) de muestras para la producción
de un núcleo (44) para un disco (10) de un freno de disco, que
comprende dos semi-carcasas (36, 38) que, cuando se
han acoplado, definen una cavidad (40), y de las que al menos una
tiene elementos (52) que se proyectan hacia la otra a través de la
cavidad (40) para producir en el núcleo (44) cavidades para la
formación de elementos (24) a modo de pilares que se extienden para
conectar placas (16, 18) que constituyen una banda (14) de frenado
del disco, tal y como se define en una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18.
23. Una caja de muestras de acuerdo con la
reivindicación 22, en la que los elementos (52) sobresalientes
están distribuidos alrededor de un anillo circular o fila
concéntrica con la semi-carcasa (36) respectiva.
24. Una caja de muestras de acuerdo con la
reivindicación 23, en la que cada una de las dos
semi-carcasas (36, 38) comprende además elementos
(54, 56) sobresalientes, que se extienden a través de una porción de
la profundidad de la cavidad (40), entre las dos
semi-carcasas.
25. Una caja de muestras de acuerdo con la
reivindicación 24, en la que los elementos (54, 56) sobresalientes
adicionales de una semi-carcasa tienen una
superficie (58) para contactar con respectivos elementos (54, 56)
sobresalientes adicionales de la otra
semi-carcasa.
26. Una caja de muestras de acuerdo con la
reivindicación 24 o la reivindicación 25, en la que los elementos
(54, 56) sobresalientes adicionales están distribuidos alrededor de
al menos un anillo circular o una fila concéntrica con la
semi-carcasa respectiva.
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