ES2285811T3 - Conjunto de zapata de freno con sensor de desgaste de guarnicion de freno y de temperatura. - Google Patents
Conjunto de zapata de freno con sensor de desgaste de guarnicion de freno y de temperatura. Download PDFInfo
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Abstract
Un conjunto de zapata de freno (14) comprende una guarnición de freno (20) y un alojamiento (40) de un detector de desgaste de guarnición de freno y de temperatura (36). La guarnición (26) tiene un espesor predeterminado que se desgasta gradualmente y se incrementa en temperatura durante la aplicación delde frenado de vehículo. El alojamiento (40) está posicionado para desgastarse e incrementar en temperatura concurrentemente con la guarnición de freno (26). Un circuito de bucle d desgaste eléctrico (48) está encapsulado en el alojamiento para dirigir la potencia de una fuente de alimentación (56) a un indicador remoto (54) en respuesta a una abertura de desgaste en el circuito de bucle (48). Un elemento de conmutación termosensible (50) es encapsulado en el alojamiento (40) y se conecta eléctricamente en serie con el circuito de bucle de desgaste (48) para dirigir la energía de la fuente de alimentación 856) al indicador remoto (40) que sobrepasa una temperatura predeterminada. En una realización preferente, el elemento de conmutación (50) tiene una primera resistencia cuando al temperatura del alojamiento (40) está por debajo del umbral de temperatura predeterminado y una segunda resistencia que se aproxima a un circuito abierto cuando la temperatura del alojamiento (40) está por encima del umbral de temperatura predeterminado. Así, cuando la temperatura del alojamiento (40) está por encima del umbral de temperatura predeterminado, la segunda resistencia del elemento de conmutación (50) dirige la energía de la fuente de alimentación (56)( al indicador remoto (54).
Description
Conjunto de zapata de freno con sensor de
desgaste de guarnición de freno y de temperatura.
La presente invención se refiere a un conjunto
de zapata de freno según el preámbulo de la reivindicación 1.
La mayoría de los automóviles incluyen un
sistema de freno con un grupo de conjuntos de zapata de freno para
retardar la rotación de las ruedas del vehículo cuando se accionan
los frenos. Normalmente, cada conjunto de zapata de freno incluye
una guarnición de freno hecha con un material de rozamiento que se
desgasta gradualmente durante los accionamientos del freno. Después
de muchos accionamientos, la guarnición de freno se desgasta por
debajo de un grosor de material crítico y, por tanto, tiene que
sustituirse. Como resultado de ello, hay que revisar periódicamente
la guarnición del freno para detectar un desgaste excesivo. Para
suprimir estas inspecciones visuales de la guarnición de freno que
suponen una pérdida de tiempo y resultan costosas, el estado de la
técnica nos enseña varios tipos de sensores de desgaste de
guarnición de freno para indicar cuándo tiene que sustituirse la
guarnición de freno.
Un tipo de sensor de desgaste de guarnición de
freno, algunas veces denominado sensor de bucle de alambre, indica
cuándo la guarnición de freno se ha desgastado por debajo de un
grosor crítico. Aunque los sensores de bucle de alambre del estado
de la técnica son relativamente económicos y simples, no indican la
temperatura de la guarnición de freno.
En la GB 1 603 741 genérica, se usa un circuito
de detección para controlar la temperatura de una guarnición de
freno. Un diodo empotrado en un bloque de resina epoxídica es
recibido en la abertura de la guarnición de freno.
La US 419 415, muestra un aparato para controlar
el desgaste y la temperatura elevada de frenos elevadores. Un
circuito sensor está empotrado en un sustrato de resina y colocado
dentro de la guarnición de freno retirada de la superficie de la
guarnición de freno.
También para controlar el desgaste y la
temperatura de una guarnición de freno, la US 2 494 269 A utiliza
varios elementos termosensibles empotrados directamente en la
guarnición de freno a diferentes alturas.
Por tanto, sería deseable proporcionar un sensor
económico y simple para detectar cuándo una guarnición de freno se
ha desgastado por debajo de un grosor crítico y cuándo la
temperatura de la guarnición de freno ha sobrepasado un valor
umbral de temperatura predeterminado.
En una realización que se describe de esta
invención, un conjunto de zapata de freno para un vehículo comprende
las características de la reivindicación 1.
Un circuito de bucle de desgaste eléctrico está
encapsulado en la caja para conducir corriente desde un generador
de corriente a un teleindicador en respuesta a una abertura de
desgaste en el circuito de bucle. Un elemento de conmutación
termosensible está encapsulado en la caja y conectado eléctricamente
en serie con el circuito de bucle de desgaste para conducir
corriente desde el generador de corriente al teleindicador en
respuesta a la temperatura de la caja que sobrepasa un valor umbral
de temperatura
predeterminado.
predeterminado.
El elemento de conmutación tiene preferiblemente
una primera resistencia cuando la temperatura de la caja está por
debajo del valor umbral de temperatura predeterminado y una segunda
resistencia que corresponde más o menos a un circuito abierto
cuando la temperatura de la caja está por encima del valor umbral de
temperatura predeterminado. De ese modo, cuando la temperatura de
la caja está por encima del valor umbral de temperatura
predeterminado, la segunda resistencia del elemento de conmutación
conduce corriente desde el generador de corriente al
teleindicador.
En una realización preferida de esta invención,
el elemento de conmutación es un polímero con un coeficiente de
temperatura positivo y el conjunto incluye un resistor de
polarización conectado eléctricamente en serie con el elemento de
conmutación para polarizar el valor umbral de temperatura
predeterminado.
Estas y otras características de la presente
invención se entienden mejor en la siguiente memoria y dibujos que
se describen a continuación.
La figura 1 es una vista lateral de un sistema
de freno de tambor que incluye un conjunto de zapata de freno con
un sensor de desgaste de guarnición de freno y de temperatura según
la presente invención.
Las figuras 2A y 2B son vistas en corte de
realizaciones alternativas del sensor de desgaste de guarnición de
freno y de temperatura según la presente invención.
La figura 3 es un diagrama eléctrico esquemático
del sensor de desgaste de guarnición de freno y de temperatura
instalado en el vehículo.
Refiriéndonos a la figura 1, se muestra un
conjunto de zapata de freno con sensor de desgaste de guarnición de
freno y de temperatura según la presente invención, instalado en un
sistema de freno para vehículos. El conjunto de zapata de freno de
la invención, según se describe después, puede incorporarse en
diferentes tipos de sistemas de freno convencionales entre los que
se incluyen, aunque no se limitan a los mismos, sistemas de freno
de tambor y sistemas de freno de disco. Así, el conjunto de zapata
de freno se ilustra en un sistema de freno de tambor en la figura 1
únicamente con fines descriptivos y no para limitar el objetivo de
la presente invención.
La figura 1 es una vista lateral de un sistema
de freno de tambor 10. El sistema de freno de tambor 10 incluye un
tambor de freno cilíndrico 12, un primer conjunto de zapata de freno
que se muestra normalmente con el número 14, un segundo conjunto de
zapata de freno que se muestra normalmente con el número 16 y un
accionador 18. El funcionamiento normal del conjunto de tambor de
freno 10 se conoce. Los conjuntos de zapata de freno primero y
segundo 14 y 16 son de preferencia idénticos de manera que la
descripción del primer conjunto de zapata de freno 14 o sus
componentes también se pueden aplicar al segundo conjunto de zapata
de freno 16. El sistema de freno de tambor 10 puede ser de varios
tipos tales como un freno s-cam, un freno de cuña o
un freno de tambor accionado con un cilindro hidráulico. El
accionador 18, que se muestra esquemáticamente en la figura 1,
representa cualquier mecanismo de accionamiento conocido para
sistemas de freno de tambor tales como un mecanismo
s-cam, un mecanismo de cuña o un cilindro
hidráulico. El accionador 18 mueve el primer y el segundo conjuntos
de zapata de freno 14 y 16 al entrar en contacto con el tambor de
freno giratorio 12 y puede controlarse hidráulica o neumáticamente.
Además, un solo accionador puede mover tanto el primer como el
segundo conjuntos de zapata de freno 14 y 16 para ponerlos en
contacto con el tambor de freno giratorio 12.
El tambor de freno 12, que gira alrededor de un
eje de rotación 20, tiene una superficie interna 22 y una
superficie externa 24. Los conjuntos de zapata de freno primero y
segundo 14 y 16, que están al lado de la superficie interna 22 del
tambor de freno 12, incluyen una guarnición de freno 26 con un
grosor determinado. Las guarniciones de freno 26 comprenden un
material de rozamiento conocido unido a una placa de soporte 28.
Cada guarnición de freno 26 presenta una superficie de desgaste 32
que se pone en contacto con la superficie interna 22 del tambor de
freno giratorio 12 cuando el accionador 18 mueve los conjuntos de
zapata de freno primero y segundo 14 y 16 contra el tambor de freno
12. El contacto por rozamiento entre las superficies de desgaste 32
y el tambor de freno giratorio 12 aumenta la temperatura de cada
guarnición de freno 26 y desgasta el grosor de cada guarnición de
freno 26. Durante los repetidos accionamientos del freno, puede
aumentar la temperatura de las guarniciones de freno 26 por encima
de una temperatura crítica lo que da como resultado una condición
de pérdida de eficacia del frenado. Después de varios accionamientos
del freno, las guarniciones de freno 26 se terminan desgastando por
debajo de un grosor crítico y, por tanto, tienen que sustituirse.
Cada guarnición de freno 26 también incluye una superficie de
contacto 34 que se pone en contacto con la placa de soporte 28.
Un sensor de desgaste de guarnición de freno y
de temperatura 36, mostrado esquemáticamente en la figura 1, está
unido a la placa de soporte 28 del primer conjunto de zapata de
freno 14. El sensor 36 está dispuesto para desgastarse a medida que
la guarnición de freno 26 se desgasta gradualmente durante los
accionamientos del freno. El contacto por rozamiento con la
superficie interna 22 del tambor de freno giratorio 12 durante los
accionamientos del freno aumenta la temperatura del sensor 36 al
mismo tiempo que la de la guarnición de freno 26. En la figura 1,
el sensor 36 está situado al lado de la guarnición de freno 26. Por
otro lado, el sensor 36 puede embeberse o encapsularse en la
guarnición de freno 26. El sensor 36 puede incorporarse en el
primer conjunto de zapata de freno 14 o en el segundo 16, aunque
normalmente sólo es necesario incorporarlo en el conjunto de zapata
de freno principal que sufra el mayor desgaste de guarnición de
freno.
La figura 2A es una vista en sección del sensor
de desgaste de guarnición de freno y de temperatura 36 según la
presente invención. El sensor 36 incluye un extremo roscado 38, para
unirlo a la placa de soporte 28 del primer conjunto de zapata de
freno 14, y una caja 40 para desgastarse y elevar su temperatura a
la vez que la temperatura de la guarnición de freno 26 del primer
conjunto de zapata de freno 14 durante los accionamientos del
freno. La caja 40 consiste en un cuerpo de material 42 con un
extremo proximal 44, colocado al lado del extremo roscado 38 del
sensor 36 y un extremo distal 46, para ponerse en contacto con el
vehículo a la vez que la superficie de desgaste 32 de la guarnición
de freno 26. El cuerpo de material 42 tiene una conductividad
térmica más o menos igual que la de la guarnición de freno 26. Un
bucle de desgaste eléctrico 48 y un elemento de conmutación
termosensible 50 están conectados eléctricamente en serie y
encapsulados en el cuerpo de material 42.
En esta realización, el bucle de desgaste 48,
conocido bien en el estado de la técnica, forma un punto de
desgaste que se indica normalmente con el número 52. Después de
muchos accionamientos del freno, el extremo distal 46 del sensor 36
al final se desgasta sobrepasando el punto de desgaste 52, creando
así una abertura de desgaste en el bucle de desgaste 48. Es decir,
el bucle de desgaste 48 se rompe al ponerse en contacto con el
tambor de freno 12.
Como alternativa,, el elemento de conmutación 50
puede colocarse en el punto de desgaste 52 como se ilustra en la
figura 2B. En esta realización alternativa, el elemento de
conmutación 50 está colocado más cerca del extremo distal 46 del
sensor 36 y, por tanto, la temperatura del elemento de conmutación
50 puede mostrar de manera más precisa la temperatura de la
superficie de desgaste 32 de la guarnición de freno 26.
La figura 3 es un diagrama eléctrico esquemático
del sensor de desgaste de guarnición de freno y de temperatura 36
que está instalado en un vehículo. El bucle de desgaste eléctrico 48
y el elemento de conmutación termosensible 50 se combinan para
formar un circuito de conmutación 53. El circuito de conmutación 53
está conectado eléctricamente en paralelo con un indicador 54. Un
generador de corriente 56 proporciona una señal de accionamiento al
indicador 54.
Normalmente, el circuito de conmutación 53
proporciona a la señal de accionamiento un cortocircuito o una
trayectoria a tierra de baja resistencia. De este modo, el indicador
54 está normalmente apagado. Sin embargo, cuando el bucle de
desgaste 48 está completamente gastado o el elemento de conmutación
50 está abierto, la señal de accionamiento se envía desde el
generador de corriente 56 al indicador 54. Así, cuando el circuito
de conmutación 53 está abierto, se acciona el indicador.
En una realización preferida de la presente
invención, el elemento de conmutación 50 es un componente de un
polímero con un coeficiente de temperatura positivo que tiene una
primera resistencia que corresponde más o menos a un circuito
cerrado o un cortocircuito cuando la temperatura de la caja 40 está
por debajo de un valor umbral de temperatura predeterminado y una
segunda resistencia que corresponde más o menos a un circuito
abierto cuando la temperatura de la caja 40 está por encima de un
valor umbral de temperatura predeterminado. De ese modo, cuando la
temperatura de la caja 40 está por encima de un valor umbral de
temperatura predeterminado, la segunda resistencia del elemento de
conmutación envía la señal de accionamiento desde el generador de
corriente 56 al indicador 54.
A diferencia de los sensores de desgaste de
guarnición de freno y de temperatura convencionales, la presente
invención no necesita componentes electrónicos adicionales para
medir la resistencia de un dispositivo, tales como un sensor de
temperatura, un termistor, un detector de temperatura resistivo u
otros tipos de componentes similares, para determinar la
temperatura de una guarnición de freno. Así, la presente invención
proporciona un sensor preciso, aunque económico, para detectar
cuándo se ha desgastado una guarnición de freno por debajo de un
grosor crítico y cuándo la temperatura de la guarnición de freno ha
sobrepasado un valor umbral de temperatura predeterminado.
Un dispositivo que cumple las normas funcionales
y de embalaje del elemento de conmutación 50 lo fabrica Raychem
Corporation ubicada en Menlo Park, California y se conoce
comercialmente como "Polyswitch"®. Una pieza determinada de
Raychem, la pieza SMD030-2, está particularmente
adaptada para integrarla en la presente invención. Este Polyswitch
muestra un aumento acentuado de resistencia cuando su temperatura se
eleva por encima del punto de desfasamiento para el material de
base del Polyswitch®. El punto de desfasamiento para este
Polyswitch® es de aproximadamente 220ºC. Por tanto, el punto de
desfasamiento representa el valor umbral de temperatura
predeterminado en la presente invención.
En una realización preferida de la presente
invención, un resistor de polarización 58 está conectado
eléctricamente en serie con el elemento de conmutación 50 para
polarizar el valor umbral de temperatura predeterminado. Así, la
resistencia del resistor de polarización 58 se elige para disminuir
como corresponda el valor umbral de temperatura predeterminado.
Según se ilustra en la figura 3, el indicador 54
es una fuente luminosa que proporciona una señal de alarma óptica
cuando se acciona. Como alternativa, el indicador 54 puede ser una
alarma que envía una señal acústica cuando se acciona.
Se han descrito las realizaciones preferidas de
la invención. Sin embargo, cualquiera versado en el estado de la
técnica puede reconocer que se pueden hacer algunas modificaciones
siempre que no se alejen del objeto de la invención. Por esa razón,
hay que estudiar las siguientes reivindicaciones para determinar el
verdadero objeto de esta invención y su contenido.
Claims (11)
1. Conjunto de zapata de freno para un vehículo,
que comprende:
una guarnición de freno (26) con un grosor
determinado que se desgasta gradualmente y aumenta de temperatura
durante un accionamiento del freno del vehículo;
una caja (40) dispuesta para desgastarse y
aumentar su temperatura al mismo tiempo que dicha guarnición de
freno (26), teniendo dicha caja (40) un cuerpo de material
desgastable y
un circuito de conmutación (53) encapsulado en
dicha caja (40) para conducir corriente desde un generador de
corriente (56) a un teleindicador (54) en respuesta a la temperatura
de dicha caja (40) que sobrepase un valor umbral de temperatura
predeterminado y para detectar cuándo la guarnición de freno se ha
desgastado por debajo de un grosor crítico,
caracterizado porque el cuerpo de
material desgastable presenta una conductividad térmica
aproximadamente igual que la de dicha guarnición de freno (26).
2. Conjunto de zapata de freno según la
reivindicación 1, en donde dicho circuito de conmutación (53)
incluye un elemento de conmutación termosensible (50) que tiene una
primera resistencia cuando la temperatura de dicha caja (40) está
por debajo de un valor umbral de temperatura predeterminado y una
segunda resistencia que corresponde más o menos a un circuito
abierto cuando la temperatura de dicha caja (40) está por encima del
valor umbral de temperatura predeterminado.
3. Conjunto de zapata de freno según la
reivindicación 2, en donde dicha segunda resistencia de dicho
elemento de conmutación termosensible (50) conduce corriente desde
el generador de corriente (56) al teleindicador (54).
4. Conjunto de zapata de freno según una de las
reivindicaciones 2 y 3, en donde dicha primera resistencia de dicho
elemento de conmutación termosensible (50) corresponde más o menos a
un cortocircuito cuando la temperatura de dicha caja (40) está por
debajo del valor umbral de temperatura predeterminado.
5. Conjunto de zapata de freno según una de las
reivindicaciones 2 a 4, en donde dicho elemento de conmutación
termosensible (50) es un componente de un polímero con un
coeficiente de temperatura positivo.
6. Conjunto de zapata de freno según una de las
reivindicaciones 2 a 5, que incluye un resistor de polarización
(58) conectado eléctricamente en serie con el elemento de
conmutación termosensible (50) para polarizar el valor umbral de
temperatura predeterminado.
7. Conjunto de zapata de freno según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores que incluye un resistor de
polarización (58) conectado eléctricamente en serie con dicho
circuito de conmutación (53) para polarizar el valor umbral de
temperatura predeterminado.
8. Conjunto de zapata de freno según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho circuito de
conmutación (53) incluye un circuito de bucle de desgaste eléctrico
(48) y un elemento de conmutación termosensible (50) encapsulados
en dicha caja (40) para conducir corriente desde el generador de
corriente (56) al teleindicador (54) en respuesta a una abertura de
desgaste de dicho circuito de bucle de desgaste eléctrico (48), y el
elemento de conmutación termosensible (50) está conectado
eléctricamente en serie con dicho circuito de bucle de desgaste
eléctrico (48).
9. Conjunto de zapata de freno según la
reivindicación 8, en donde dicho circuito de conmutación (53) está
conectado eléctricamente en paralelo con el teleindicador (54) y
envía una señal de accionamiento desde el generador de corriente
(56) al teleindicador (54) cuando dicho circuito de bucle de
desgaste eléctrico (48) está abierto o la temperatura de dicha caja
(40) sobrepasa el valor umbral de temperatura predeterminado.
10. Conjunto de zapata de freno según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde el teleindicador (54)
envía una señal de alarma óptica cuando se acciona.
11. Conjunto de zapata de freno según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde el teleindicador (54)
envía una señal de alarma acústica cuando se acciona.
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1999
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