ES2330846T3 - Servomotor neumatico de ayuda al frenado con tapa reforzada. - Google Patents
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Abstract
Servomotor neumático de ayuda al frenado para un vehículo automóvil, que comprende una tapa (100) que tiene una zona de fijación (115, 117) y al menos un órgano de fijación (200) de la tapa a un soporte, caracterizado porque la zona de fijación (115, 117) tiene una forma no plana y es deformable elásticamente para adoptar una forma plana.
Description
Servomotor neumático de ayuda al frenado con
tapa reforzada.
El presente invento se refiere a los
servomotores neumáticos de ayuda al frenado.
Se conoce el funcionamiento básico de estos
servomotores, basado en la presencia de dos cámaras separadas por
una pared móvil estanca, siendo esta pared desplazable por una
diferencia de presión entre las dos cámaras. Un ejemplo de tal
servomotor provisto de una estructura de refuerzo se describe en el
documento US 5.537.821.
Cuando el conductor del vehículo ejerce una
acción sobre el pedal del freno, la tracción del cable unido al
pedal, desde su inicio pone en marcha la activación del servofreno
neumático (o servomotor neumático de ayuda al frenado) que
amplifica la solicitación sobre el cable con destino al cilindro de
mando que dirige los órganos de frenado asociados a las ruedas.
Tal servomotor tiene típicamente la forma de un
disco grueso, siendo su espesor igual a la suma de los espesores de
las dos cámaras.
Debido sobre todo a esa forma, las paredes del
servomotor están sometidas a fuerzas de presión en superficies
importantes, aunque los espesores de las paredes sean pequeños por
razones de ligereza del sistema.
Se comprueban por tanto deformaciones alternadas
debidas al llenado y al vaciado neumático del servomotor (más
precisamente de la cámara detrás de este último).
Para la fijación del servomotor sobre el
salpicadero de un vehículo se utilizan normalmente tirantes unidos
a la tapa del servomotor, es decir a su parte que está frente al
salpicadero (lado de la cámara trasera). Estos mismos tirantes van
a fijarse al salpicadero igualmente el cilindro del servomotor, es
decir la pared de este último que está frente a la tapa.
Las deformaciones alternadas del servomotor
producen normalmente concentraciones de tensiones en el contacto de
los tirantes en la zona que rodea un cuello del tirante que forma el
anclaje de este último en la tapa. Estas concentraciones de
tensiones también se producen en el borde de una pared troncocónica
que típicamente rodea el servomotor.
Para evitar un modo de deformación que genere
tales tensiones se ha propuesto ciertamente disponer refuerzos en
el cilindro, ya que la rigidez del cilindro tiene un cierto efecto
sobre las deformaciones de la tapa.
También se ha propuesto sustituir los tirantes
por otros modos de fijación.
Finalmente se ha propuesto añadir fijaciones
suplementarias a fin de distribuir los puntos de anclaje.
Estas soluciones se muestran relativamente
costosas y muy complicadas de aplicar.
Los resultados en cuanto a mejora de la
fiabilidad del sistema de frenado se muestran además poco
satisfactorias.
El invento pretende paliar estos inconvenientes
gracias a un servomotor neumático de ayuda al frenado para un
vehículo automóvil que comprende una tapa que tiene una zona de
fijación y al menos un órgano de fijación de la tapa a un soporte,
caracterizado porque la zona de fijación tiene una forma no plana y
es deformable elásticamente para adoptar una forma plana.
Se propone igualmente de acuerdo con el invento
un procedimiento de montaje de un servomotor neumático de ayuda al
frenado sobre un soporte de un vehículo automóvil, comprendiendo el
procedimiento las siguientes etapas:
- suministrar un servomotor que comprende una
tapa que tiene una primera forma;
- fijar la tapa al soporte de modo que se le dé
una segunda forma diferente de la primera forma a fin de generar una
tensión previa en la tapa.
\vskip1.000000\baselineskip
También se propone un conjunto para un vehículo
automóvil que comprende un soporte y un servomotor neumático de
ayuda al frenado que tiene una tapa, caracterizado porque el soporte
y la tapa están dispuestos de forma que una fijación de la tapa al
soporte dé a la tapa una forma final después de la fijación
diferente de una forma inicial de la tapa antes de la fijación.
Se propone igualmente de acuerdo con el invento
un vehículo automóvil que comprende un soporte y un sistema de
frenado que incluye un servomotor neumático de ayuda al frenado,
teniendo el servomotor una tapa fijada al soporte, caracterizado
porque la tapa tiene una tensión previa de modo que tiene una
primera forma cuando está fijada al soporte y que adopta por sí
misma una segunda forma diferente de la forma primera cuando se
desmonta del soporte.
Otras características, fines y ventajas del
invento aparecerán en la lectura de la descripción detallada que
sigue, realizada con referencia a las figuras anejas, en las
que:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un
servomotor de acuerdo con el invento;
- la figura 2 es una vista desde arriba de este
mismo servomotor;
- la figura 3 es una vista en sección
longitudinal de este mismo servomotor, en el semiplano EE en su
parte superior, en el semiplano AA en su parte inferior y en
posición montado sobre un salpicadero, estando los planos AA y EE
indicados en la figura 2.
Tal como se ha representado en la parte inferior
de esta figura 3, la tapa 100 del servomotor neumático de ayuda al
frenado (servofreno) tiene una forma general similar a las
conocidas. En efecto, se presenta, según esta sección, con la forma
típica de una placa central 110 bordeada por una pared troncocónica
120. La placa central 110 forma un orificio atravesado por un
tirante 200, tirante unido a la tapa 100 por los bordes de este
orificio.
Para esto el tirante tiene un cuello 210 que
recubre los bordes del orificio en el interior del servomotor.
Con una tapa clásica, es decir que tenga esta
misma sección en el conjunto de su contorno, se observa una
concentración de tensiones a nivel de este cuello 210 e igualmente
al comienzo de la pared troncocónica que es contigua a él.
En efecto, ahí donde se encuentra el tirante
200, la aspiración interna aplicada sobre la pared considerada no
puede aquí distribuirse más que entre el emplazamiento del tirante y
el borde periférico del servomotor. Por el contrario, en las zonas
desprovistas de tirantes la presión se distribuye sobre el conjunto
de la pared interna considerada.
En el plano de los tirantes la parte central de
la pared está adherida contra el salpicadero de forma rígida. Por
el contrario, la pared del servomotor en una distancia L1 sufre las
tensiones de llenado y de vaciado de la cámara trasera, el manguito
de empalme entre la placa central 110 y la pared cónica 120
experimenta una concentración de tensiones y desempeña el papel de
una bisagra.
En la zona del servofreno situada hacia su
centro, más allá del tirante 200, la pared está adherida contra el
salpicadero del vehículo, no permitiendo prácticamente ninguna
deformación.
Por lo tanto las tensiones son tanto más fuertes
a medida que se acerca a un plano que contiene un tirante, las
tensiones se reparten sobre una zona exterior de anchura L1
particularmente pequeña.
Al contrario, en el resto de la tapa se
distribuyen sobre una longitud L2 claramente más importante.
Para aligerar las tensiones concentradas
alrededor del tirante 200 se propone, en el marco del presente modo
de realización, una forma particular de la placa central 110,
representada especialmente en la parte superior de la
\hbox{figura 3.}
Esta parte superior corresponde a una sección de
la tapa según un plano perpendicular al que pasa por los tirantes
(dos tirantes 200 diametralmente opuestos aquí).
En las zonas situadas a una parte y a otra del
plano de los tirantes se ha dispuesto cada vez una pendiente que se
eleva progresivamente alejándose de este plano.
En la figura 3 esta pendiente 115 está
representada en línea continua, mientras que las líneas de puntos
representan la forma clásica horizontal en esta misma zona.
Aquí, y tal como se ha representado en la figura
1, se disponen por tanto en dos lados opuestos y simétricos en la
placa central 110 dos planos inclinados oblicuos 115 que bordean un
fondo plano. La placa central 110 se reparte por tanto aquí en tres
zonas constituidas respectivamente por una banda central plana 117 y
paralela al plano principal del servomotor y dos planos inclinados
115 con pendiente elevada a una parte y a otra de la banda central
117. El conjunto forma por tanto una garganta transversal con fondo
plano.
Estos planos inclinados 115 se unen a la parte
troncocónica 110 en su contorno, cada una delimitada así por
aristas en arcos de círculo.
Los dos tirantes 200 están fijados a la banda
central 117 que forman el fondo de la garganta, en posiciones
diametralmente opuestas con respecto a un eje central del
servomotor.
Así posicionados, los tirantes 200 van a
producir en esta banda central 117 una tracción hacia el exterior
(a saber, hacia la derecha en la figura 3), justo para adherirla
contra el salpicadero del vehículo. Una fuerza de apriete solamente
por atornillado de los tirantes sobre el salpicadero (con referencia
300 en la figura 3) es suficiente para este fin teniendo en cuenta
el poco espesor de las paredes de la tapa. Teniendo en cuenta la
muy pequeña pendiente de los planos inclinados, éstos muestran una
aptitud para tal deformación.
De este modo, durante el apriete el fondo de la
garganta avanza hacia el salpicadero mientras que los dos planos
inclinados se alinean contra el salpicadero.
Al final los dos planos inclinados y la banda
central se encuentran en un mismo plano, todos adheridos contra el
salpicadero. En esta posición final la ligera pendiente de los
planos inclinados en la dirección del salpicadero (representada por
la cota L, en la figura 3) ha desaparecido, dando origen a tensiones
permanentes en la tapa.
Estas tensiones permanentes mantienen un empuje
permanente de los planos inclinados o aletas contra el salpicadero,
es decir un sostenimiento por tensión previa de la placa central 110
en las zonas alejadas lateralmente del plano de los tirantes.
Existe por tanto una tensión permanente (tensión
previa) a la que vienen a añadirse las tensiones alternadas de
funcionamiento.
Con una subida L sensiblemente igual al espesor
de la pared de la tapa se comprueba que la tensión previa así
generada suministra una fuerza resultante que equivale a las
resultantes alternadas de las fuerzas generadas por el
funcionamiento del servomotor. Las fuerzas de funcionamiento son,
debido a esto, insuficientes para despegar una parte cualquiera de
la placa central de apoyo 110 enfrente del salpicadero. No se
produce deformación molesta alguna por tanto en la placa central
110, ni a distancia de los tirantes 200, ni en la proximidad de los
tirantes.
Las deformaciones alternadas y las tensiones
concentradas por tanto no pueden volver a aparecer.
Aunque sea posible una tensión previa suficiente
para generar tal resultante en múltiples configuraciones, se
prefiere aquí una tensión previa que sea máxima según una dirección
perpendicular al plano de los tirantes, tensión previa que se hace
cada vez más débil cuando se consideran direcciones que se aproximan
progresivamente al plano de los tirantes.
De este modo la tensión generada está
principalmente orientada perpendicularmente a las tensiones
alternadas más molestas, es decir las situadas en el plano de los
tirantes, de forma que en funcionamiento la suma de las tensiones
se distribuye regularmente en el conjunto de la tapa según
direcciones regularmente repartidas en los 360º alrededor de un eje
central.
En otros términos, se eligen ventajosamente
pendientes progresivas que aumentan a medida que se alejan a 90º
del plano de los dos tirantes.
El valor del aumento de la pendiente disminuye
por tanto al contrario, progresivamente desde el exterior de la
placa de apoyo en la dirección de los tirantes.
En otros términos, se comprueba que una tensión
previa por planos inclinados 115 que bordean el plano que contiene
los tirantes favorece un reparto de las tensiones a 360º alrededor
del eje central del servomotor, evitando las concentraciones de
tensiones.
Para un aplanamiento eficaz de los dos planos
inclinados 115 en la fijación se prefiere una garganta que atraviese
totalmente la parte central de apoyo 110 de la tapa. Tal
disposición permite un trabajo de la garganta al igual que la
apertura de un libro.
Con respecto a las cabezas de la pendiente y
sobre todo el valor de la altura L en el vértice de los planos
inclinados, una configuración óptima consiste en elegir L para que
el esfuerzo resultante de la deformación, es decir el esfuerzo
aplicado en los tirantes, sea superior al esfuerzo provocado por la
diferencia de presión a una parte y a otra de la tapa en
funcionamiento.
En este caso la tapa se muestra inmóvil al menos
en la longitud L1 anteriormente citada. La elección de tal
resultante elimina por tanto las sobretensiones y fisuras en esta
zona de concentración de tensiones.
Para un servomotor de 250 mm de diámetro y un
espesor de chapa de acero de 0,7 mm, se adopta preferiblemente una
altura inicial L a lo sumo de 1 mm. Esta deformación se lleva a cabo
por embutición de la chapa de la misma forma que para la
conformación clásica de la tapa.
Aumentando el valor de L más allá de este
objetivo se garantiza todavía mejor el resultado obtenido al
liberarse de los eventuales defectos de planidad del
salpicadero.
El conjunto es especialmente eficaz para evitar
la aparición de fisuras en zonas de sobretensiones, aquí eliminadas.
Evitando estas deformaciones los esfuerzos alternados desaparecen y
por tanto la aparición de fisuras por tensiones alternadas en las
zonas de sobretensión.
Además de un aumento de la fiabilidad y de la
vida de servicio del servomotor tal disposición permite una
reducción del peso del conjunto impidiendo tener que añadir
refuerzos.
Claims (9)
1. Servomotor neumático de ayuda al frenado para
un vehículo automóvil, que comprende una tapa (100) que tiene una
zona de fijación (115, 117) y al menos un órgano de fijación (200)
de la tapa a un soporte, caracterizado porque la zona de
fijación (115, 117) tiene una forma no plana y es deformable
elásticamente para adoptar una forma plana.
2. Servomotor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el o los órganos de fijación están
constituidos por uno o varios tirantes (200) unidos a esta tapa
(100), y la tapa (100) tiene una placa central (110) que lleva una
banda central plana (117) de donde sale al menos un tirante (200),
unos planos inclinados primero y segundo (115) con pendiente
elevada a una parte y a otra de la banda central (117), de forma que
una tracción de fijación sobre el tirante (200) produce un
aplanamiento de esta placa (110), produciendo de este modo una
tensión previa en la tapa (100).
3. Servomotor según la reivindicación 2,
caracterizado porque tiene al menos dos tirantes (200) y
porque las pendientes laterales opuestas (115) se elevan
progresivamente en una dirección perpendicular a la que pasa por
los dos tirantes (200).
4. Servomotor según la reivindicación 3,
caracterizado porque la tapa tiene una forma compuesta
principalmente por una placa central (110) rodeada por una pared
troncocónica (120), y porque los planos inclinados (115) y la banda
central (117) forman una garganta (115, 117) transversal con fondo
plano.
5. Servomotor según la reivindicación 4,
caracterizado porque la garganta (115, 117) tiene un fondo
plano (117).
6. Procedimiento de montaje de un servomotor
neumático de ayuda al frenado sobre un soporte de un vehículo
automóvil, comprendiendo el procedimiento las etapas que consisten
en:
- suministrar un servomotor que comprende una
tapa (100) que tiene una primera forma;
- fijar la tapa (100) al soporte de forma para
darla una segunda forma diferente de la primera forma con el fin de
generar una tensión previa en la tapa (100).
7. Procedimiento de montaje según la
reivindicación 6, caracterizado porque incluye las etapas que
consisten en:
a) suministrar una tapa (100) que tiene en la
cara exterior una placa central (110) provista de unos planos
inclinados primero y segundo con pendiente elevada a una parte y a
otra de una banda central (117);
b) fijar este tirante (200) sobre el soporte
generando, por tracción de fijación sobre este tirante (200), un
aplanamiento de la pared de la cavidad (115, 117) en la dirección
del soporte, de forma que se produzca la tensión previa en la tapa
fijada.
8. Servomotor neumático de ayuda al frenado
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende un
soporte y una tapa (100), caracterizado porque el soporte y
la tapa están dispuestos de forma que una fijación de la tapa (100)
al soporte dé a la tapa (100) después de la fijación una forma final
diferente de una forma inicial de la tapa (100) antes de la
fijación.
9. Servomotor neumático de ayuda al frenado
según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 8 que
comprende un soporte y una tapa (100) fijada al soporte,
caracterizado porque la tapa (100) tiene una tensión previa,
de forma que tiene una primera forma cuando está fijada al soporte y
que adopta por sí misma una segunda forma secundaria diferente de
la forma primitiva cuando se desmonta del soporte.
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