ES2346112T3 - Disco para freno de disco autoventilado. - Google Patents

Abstract

Disco (1) para freno de disco autoventilado del tipo que incluye dos bandas (3'', 3'''') de frenado, al menos una (3'') de las cuales está conectada a una campana o cubo (4) central con eje de rotación (X), en el que dichas bandas (3'', 3'''') de frenado son paralelas cada una con la otra, conectadas y espaciadas recíprocamente por medio de aletas (2), en el que dichas aletas se extienden en dirección radial con relación al eje de rotación (X) entre un extremo (2'''') interno y un extremo (2'') externo, en el que cada aleta (2) comprende, a partir del extremo (2'''') interno, una primera porción (7) radial y una segunda porción (8) inclinada con relación a dicha primera porción; estando dicho disco (1) caracterizado porque la superficie de contacto de las aletas (2) con la banda (3'') de frenado conectada a la campana o cubo (4) central es más pequeña que la superficie de contacto de las aletas con la otra banda (3'''') de frenado.

Description

Disco para freno de disco autoventilado.

La presente invención se refiere a un disco para un freno de disco autoventilado, en particular del tipo que incluye doble banda de frenado, una de las cuales es integral con una campana o cubo central.

En el estado de la técnica anterior se conoce el hecho de utilizar discos para frenos de disco autoventilado para vehículos impulsados por motor, aunque no exclusivamente, los cuales permiten mantener la capacidad de frenado del sistema casi sin cambio incluso después de un uso amplio e intensivo. Con su uso, de hecho, se obtiene un mejor intercambio térmico con el aire que pasa, por ejemplo, entre el par de bandas de frenado, de modo que el calor resultante de la fricción de la frenada es extraído de manera más efectiva desde tales bandas, impidiendo el sobrecalentamiento de las mismas.

Durante la rotación de la rueda, estos dispositivos succionan aire desde el centro del disco y lo transportan hacia conductos que se extienden sobre el extremo radialmente más externo con relación al eje de rotación de la rueda. El paso de aire a través de tales conductos permite una eficaz sustracción del calor desde las bandas de frenado, por ejemplo según se explica en el documento US 6.505.723 B1.

Queda por lo tanto claro que la morfología de los mencionados conductos es una variable crítica en el diseño de estos dispositivos, debido también a que influye en la resistencia de las bandas de frenado respecto a los esfuerzos mecánicos y a las expansiones térmicas.

Las morfologías de conducto conocidas en el estado de la técnica son sustancialmente de tres tipos: radial, curvilínea o con pernos.

Los discos, según son construidos normalmente, en cualquier caso, no están libres de problemas que limitan el rendimiento, la seguridad y el confort de los mismos.

En particular, las formas de los conductos anteriores no permiten una extracción óptima del calor, de modo que se puede producir una evaporación parcial del líquido de freno (un fenómeno conocido como "tapón de vapor") y una consiguiente extensión peligrosa de la carrera del pedal de freno.

Además, las morfologías conocidas no evitan una deformación significativa de las pistas de frenado debido a las expansiones térmicas de las paredes del conducto, con la formación de fisuras, vibraciones y ruido en los discos durante la frenada, junto con la pérdida de eficacia del sistema.

Además, ocurre con frecuencia que una pista de frenado no integral con el cubo, se calienta más que una pista de frenado integral, de modo que ello constituye una falta de uniformidad térmica con las consiguientes vibraciones durante el frenado.

Finalmente, en el caso de conductos con diseño curvilíneo, es necesario disponer de un disco en el lado derecho y un disco en el lado izquierdo.

La presente invención va dirigida, por lo tanto, a resolver al menos parcialmente los inconvenientes de la técnica anterior mencionados en lo que antecede.

Tal objeto se ha conseguido mediante un disco para un freno de disco autoventilado de acuerdo con la reivindicación 1.

Otras ventajas pueden ser también alcanzadas mediante las características adicionales de las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo objeto de la presente invención va a ser descrito ahora con detalle, con la ayuda de los dibujos anexos, en los que:

- la figura 1 muestra una vista en sección transversal parcial del disco conforme a la invención;

- la figura 2 nuestra una vista parcialmente cortada de un disco a nivel de la aletadura entre las bandas de frenado, de acuerdo con una primera realización posible, y

- la figura 3 muestra una vista parcialmente cortada de un disco a nivel de la aletadura entre las bandas de frenado, de acuerdo con una realización adicional posible.

Con referencia a los dibujos anteriores, el número de referencia 1 indica globalmente un disco para un freno de disco autoventilado del tipo que incluye dos bandas 3', 3'' de frenado.

Al menos una banda 3' de frenado está conectada a una campana o cubo 4 central, con un eje de rotación X.

Las bandas 3', 3'' de frenado son paralelas cada una con la otra, estando conectadas y espaciadas recíprocamente por aletas 2.

Las aletas 2 se extienden en dirección radial con relación al eje de rotación X entre un extremo 2'' interno y un extremo 2' externo.

La entrada radial de las aletas 2 es un parámetro fundamental para asegurar un fuerte efecto de autoventilación, pero por encima de todo, para asegurar la misma aerodinámica, y con ello el comportamiento térmico del disco en ambas direcciones de rotación.

En una realización posible, los extremos 2'' internos de las aletas están distribuidos a lo largo de una circunferencia 5 interior y, con preferencia, con paso constante.

Como alternativa, o adicionalmente, los extremos 2' externos de las aletas están distribuidos a lo largo de una circunferencia 6 exterior. Con preferencia, también la distribución de las aletas a lo largo de la circunferencia 6 exterior tiene un paso constante.

De acuerdo con una realización preferida de esta enseñanza, las circunferencias interior 5 y exterior 6 coinciden sustancialmente con los bordes circulares interno y externo que delimitan radialmente las bandas 3', 3'' de frenado. Las bandas de frenado presentan, por lo tanto, forma de corona circular.

De acuerdo con una realización posible, cada par de aletas 2 adyacentes define al menos un conducto 10 de refrigeración, que presenta una sección de paso de aire que se incrementa hacia el exterior.

En otras palabras, al moverse hacia fuera desde el eje de rotación X, las aletas 2 divergen unas de otras incrementando la sección de paso de aire y, como consecuencia, también la superficie de intercambio entre la banda de frenado y el aire, mejorando al mismo tiempo el efecto de extracción de calor desde la banda y el efecto de bomba centrífuga, sobre lo que se hablará más en lo que sigue.

El conjunto de conductos 10 de refrigeración define la cámara de ventilación del disco de freno.

Los conductos 10 de refrigeración son adecuados para succionar aire frío desde el centro del freno de disco, transportándolo a través de los mismos con el fin de enfriar las bandas de frenado, y expulsando finalmente el aire caliente a través de los extremos abiertos de los mismos sobre la circunferencia 6
exterior.

En otras palabras, los frenos de disco giratorios utilizan el efecto de bomba centrífuga, un efecto acentuado por la estructura de disco ilustrada en lo que sigue.

Cada aleta 2 comprende, a partir del extremo 2'' interno, una primera porción 7 radial y una segunda porción 8, inclinada con relación a dicha primera porción.

En una realización posible, la segunda porción 8 inclinada se extiende hasta el extremo 2' externo de la aleta 2.

En una realización posible adicional, cada aleta 2 termina externamente con una tercera porción 9 radial.

Con preferencia, la anchura de la primera porción 7 radial equivale a un 5-20% con relación a la extensión radial de las bandas de frenado, e incluso más preferentemente, es igual a un 8-10%.

De acuerdo con una realización, la inclinación de la porción 8 inclinada de las aletas 2 es tal que asegura el soporte de una pastilla de freno sobre al menos una porción de dos aletas 2 adyacentes, con preferencia sobre dos aletas completas.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, el extremo 2'' externo y el extremo 2' interno de cada par de aletas 2 adyacentes, están alineados radialmente.

Tales inclinaciones de las aletas tienen una importancia fundamental a efectos de constituir un obstáculo para la propagación de fisuras en las bandas de frenado.

La superficie de contacto de las aletas 2 con la banda 3' de frenado conectada a la campana o cubo 4 central, es más pequeña que la superficie de contacto de las aletas con la otra banda 3'' de frenado.

Esta distribución asimétrica de las superficies de contacto permite una mejor conducción del calor de fricción a través de ambas bandas de frenado, permitiendo una mejor distribución del calor que en los discos de la técnica anterior, e impidiendo la formación de un gradiente de temperatura excesivo entre la banda 3' interna y la banda 3'' externa.

En una realización posible, la superficie de contacto de las aletas 2 con la banda 3' de frenado conectada a la campana o cubo 4 central, ocupa entre el 45% y el 52% de la superficie interna total de dicha banda 3'.

Como alternativa, o adicionalmente, la superficie de contacto de las aletas 2 con la banda 3'' de frenado no conectada a la campana o cubo 4 central, ocupa entre el 52% y el 60% de la superficie interna total de dicha banda 3''.

En una variante de realización, cada aleta está conectada a cada banda 3', 3'' de frenado a través de una superficie de conexión cuya tangente forma un ángulo 11, 12 con relación a un eje paralelo al eje de rotación X.

Normalmente, los ángulos 11, 12 de contacto se conocen también como ángulos de inclinación lateral en la jerga. De hecho, de acuerdo con una realización posible, el disco 1 se obtiene por fusión, y las superficies de conexión son proporcionadas por el desmoldeo del disco fundido.

En una variante de realización ventajosa, el ángulo 12 formado con la banda 3'' no conectada a la campana o cubo 4 central, es mayor que el ángulo 11 formado con la banda 3' conectada a la campana o cubo 4 central.

La presencia de ángulos de inclinación lateral diferentes en las dos superficies de contacto con las bandas 3' 3'' de frenado, explica el porcentaje diferente de ocupación de las aletas 2 sobre las dos bandas 3', 3'' de frenado.

En vista de lo anterior, es un resultado técnico importante que una distribución asimétrica del calor sobre las bandas asimétricas de frenado (la banda 3' está conectada directamente a la campana o cubo 4 central, mientras que la banda 3'' externa no lo está), da como resultado una temperatura asimétrica en las dos bandas 3', 3'' de frenado.

Con preferencia, el ángulo 12 formado con la banda 3'' no conectada a la campana o cubo 4 central, es igual a entre dos a seis veces el ángulo 11 formado con la banda 3' conectada a la campana o cubo 4 central.

De acuerdo con una realización adicional, una banda 3' de frenado es integral con la campana o cubo 4 central.

De forma novedosa, el disco para freno de disco objeto de la presente invención, permite un sobrecalentamiento inferior del disco también durante un uso extenso e intensivo, evitando el peligroso efecto de debilitamiento.

De forma novedosa, además, el efecto de autoventilación es igualmente efectivo en ambas direcciones de rotación, haciendo que sea innecesaria la gestión de dos discos para asegurar el mismo rendimiento.

Ventajosamente, el hallazgo permite una distribución térmica uniforme sobre ambas bandas de frenado, obtenida gracias al mayor porcentaje de anclaje entre la aleta y la banda no conectada directamente a la campana o cubo central.

Además, ello permite minimizar la formación de fisuras en las bandas de frenado, con una considerable ventaja en cuanto a la funcionalidad, la fiabilidad de uso y la comodidad del usuario.

Finalmente, el disco objeto de la presente invención reduce considerablemente el ruido cuando se frena, especialmente en comparación con los discos de aletas rectas de la técnica anterior.

Un experto en la materia puede realizar diversos cambios, ajustes y sustituciones de elementos por otros funcionalmente equivalentes en las realizaciones del disco que se han descrito en lo que antecede con vistas a cumplir con las necesidades puntuales, sin salir del alcance de las siguientes reivindica-
ciones.

Claims (18)

1. Disco (1) para freno de disco autoventilado del tipo que incluye dos bandas (3', 3'') de frenado, al menos una (3') de las cuales está conectada a una campana o cubo (4) central con eje de rotación (X), en el que dichas bandas (3', 3'') de frenado son paralelas cada una con la otra, conectadas y espaciadas recíprocamente por medio de aletas (2), en el que dichas aletas se extienden en dirección radial con relación al eje de rotación (X) entre un extremo (2'') interno y un extremo (2') externo, en el que cada aleta (2) comprende, a partir del extremo (2'') interno, una primera porción (7) radial y una segunda porción (8) inclinada con relación a dicha primera porción; estando dicho disco (1) caracterizado porque la superficie de contacto de las aletas (2) con la banda (3') de frenado conectada a la campana o cubo (4) central es más pequeña que la superficie de contacto de las aletas con la otra banda (3'') de frenado.

2. Disco (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha segunda porción (8) inclinada se extiende hasta el extremo (2') externo de la aleta.

3. Disco (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada aleta (2) termina exteriormente con una tercera porción (9) radial.

4. Disco (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la anchura de la primera porción (7) radial equivale a un 5-20% con relación a la extensión radial de las bandas de frenado.

5. Disco (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la anchura de la primera porción (7) radial es igual a un 8-10% con relación a la extensión radial de las bandas de frenado.

6. Disco (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los extremos (2'') internos de las aletas están distribuidos a lo largo de una circunferencia (5) interior.

7. Disco (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los extremos (2') externos de las aletas están distribuidos a lo largo de una circunferencia (6) exterior.

8. Disco (1) de acuerdo con las reivindicaciones 6 y 7, en el que dichas circunferencias interior (5) y exterior (6) coinciden sustancialmente con los bordes circulares interno y externo que delimitan radialmente las bandas de frenado.

9. Disco (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada par de aletas (2) adyacentes define al menos un conducto (10) de refrigeración, que presenta una sección de paso de aire que se incrementa radialmente hacia el exterior.

10. Disco (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la inclinación de la porción (8) inclinada de las aletas (2) es tal que asegura el soporte de una pastilla de freno sobre al menos una porción de dos aletas (2) adyacentes.

11. Disco (1) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la inclinación de la porción (8) inclinada de las aletas (2) es tal que asegura el soporte de una pastilla de freno sobre al menos dos aletas (2) adyacentes.

12. Disco (1) de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el que el extremo (2'') externo y el extremo (2') interno de cada par de aletas (2) adyacentes, están radialmente alineados.

13. Disco (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie de contacto de las aletas (2) con la banda (3') de frenado conectada a la campana o cubo (4) central ocupa entre el 45% y el 52% de la superficie interna total de dicha banda (3').

14. Disco (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie de contacto de las aletas (2) con la banda (3'') de frenado no conectada a la campana o cubo (4) central ocupa entre el 52% y el 60% de la superficie interna total de dicha banda (3'').

15. Disco (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada aleta está conectada a cada banda de frenado por medio de una superficie de conexión cuya tangente forma un ángulo (11, 12) con relación a un eje paralelo con el eje de rotación (X), y en el que el ángulo (12) formado con la banda (3'') no conectada al cubo (4) es mayor que el ángulo (11) formado con la banda (3') conectada al cubo (4).

16. Disco (1) de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el ángulo (12) formado con la banda (3'') no conectada al cubo (4) equivale a entre dos a seis veces el ángulo (11) formado con la banda (3') conectada al cubo (4).

17. Disco (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una banda (3') de frenado es integral con la campana o cubo (4).

18. Disco (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la distribución de aletas (2) a lo largo de la circunferencia (5) interior y/o de la circunferencia (6) exterior tiene un paso constante.