ES2714850T3 - Conjunto de pinza de freno y estructura de soporte asociada para frenos de disco - Google Patents

Abstract

Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada para frenos (100) de disco, del tipo usado en bicicletas y vehículos motorizados, en el que dicha pinza (1) comprende una carcasa (10) externa, un par de pastillas (11) de freno conectadas a superficies opuestas de dicha carcasa (10) externa y que pueden ser accionadas por medios (16) de accionamiento para impartir fuerza de frenado en el disco (100), dichas pastillas (11) de freno que comprenden elementos (12) de soporte respectivos y una capa de material (13) de fricción, ambos apoyados de manera deslizante en dicha carcasa (10) externa, y en el que dicha estructura (2, 3) de soporte comprende un brazo (2) de conexión que conecta la pinza (1) a la horquilla (4) y un elemento (3) de puntal que puede someterse a compresión o tracción, caracterizado porque dicho elemento (3) de puntal se extiende entre dichos elementos (12) de soporte y una porción (41) de fijación provista en la horquilla (4) y está conectada a dichos elementos (12) de soporte mediante un elemento (30) de conexión separado e independiente de dicha carcasa (10) externa, con relación a la cual dichos elementos (12) de soporte pueden deslizarse en una dirección de aproximación/distancia recíproca, dichos elementos (12) de soporte comprenden una extensión (121) respectiva en correspondencia de la cual dicho elemento (3) de puntal está conectado por medio de dicho elemento (30) de conexión.

Description

DESCRIPCION

Conjunto de pinza de freno y estructura de soporte asociada para frenos de disco

La presente invencion se refiere a un conjunto de pinza de freno y la estructura de soporte asociada, en particular destinados a ser instalados en bicicletas y vehnculos de motor.

Las pinzas para sistemas de frenos de disco destinados a vehnculos terrestres se dividen esencialmente en dos tipos diferentes.

En un primer caso, se describe por ejemplo en el documento EP 0.014.101, que describe el preambulo de la reivindicacion 1, el freno utiliza una pinza fija, en el que las pastillas de freno se mantienen en posicion por uno o mas orificios presentes en un soporte metalico de dichas pastillas utilizan pasadores de retencion o sistemas de ranuras relacionados. En esta solucion, la fuerza de la accion de frenado se produce en un lado esencialmente lineal, en contacto con la superficie de apoyo relacionada presente en el cuerpo de la pinza. La pinza esta unida ngidamente a una porcion de un sistema de suspension o de un chasis.

Los pistones que presionan sobre las pastillas de freno son necesariamente opuestos a las caras del disco, y hacen que sea posible compensar el desgaste de la guarnicion de friccion mediante el mantenimiento de la posicion fija del cuerpo de la pinza por medio de la aproximacion de los pistones en forma simetrica y de imagen espejo.

En un segundo caso, por otro lado, el freno utiliza una pinza flotante, en el que las pastillas de freno se llevan a cabo de nuevo en posicion por uno o mas orificios y pasadores de retencion relacionados y/o por medio de un sistema de ranura y la fuerza puede ocurrir en un lado esencialmente lineal o circular dependiendo del tipo de soporte de dicha pinza.

En este tipo de freno, el cuerpo de la pinza contiene el piston (o pistones), que presiona (o prensa) sobre la pastilla de freno y es (o son) preferentemente colocado en la cara exterior del disco. El cuerpo de la pinza esta unido al soporte relacionado de manera seminigida, ya que tiene la capacidad de moverse en un movimiento de traslacion en un eje transversal al plano del disco para compensar el desgaste del forro de friccion, alejandose progresivamente hacia el lado del piston/es de prensado. El soporte de la pinza, por otro lado, esta unido ngidamente a una porcion de un sistema de suspension o de un chasis. Normalmente, la eleccion de una u otra solucion se basa en requisitos de diseno espedficos, dependiendo de las caractensticas que es necesario explotar. Las dos soluciones difieren particularmente en terminos de dimensiones, la sensibilidad a los comandos, peso y resistencia a las tensiones, por ejemplo, debido a los impactos.

Ademas, en ambos casos, sena deseable tener una mayor capacidad de dispersion del calor.

Ademas, un aspecto adicional relativamente cntico en los sistemas de freno de disco conocidos esta relacionado con el hecho de que es necesario retirar las pinzas con el fin de desmontar las ruedas, y esto hace que la operacion mas compleja y costosa en terminos de tiempo.

El problema tecnico subyacente de la presente invencion es por lo tanto el de proporcionar un sistema de freno de disco de un tipo capaz de ser utilizado en todos los discos de freno de la motocicleta y estructural y funcionalmente disenada para poseer, al mismo tiempo, caractensticas normalmente inherentes solo en sistemas de pinza fija o solo en sistemas de pinza flotante, al mismo tiempo que proporcionan una mejora en terminos de dispersion de calor y simplicidad de desmontaje.

Este problema se resuelve por medio del conjunto de pinza de freno y la estructura de soporte asociada de acuerdo con la reivindicacion 1.

Las caractensticas preferidas de la invencion se definen en las reivindicaciones dependientes.

La presente invencion hace posible proporcionar un sistema de frenado en el que hay una alta fuerza de frenado y, al mismo tiempo, una buena resistencia a los impactos y tensiones. La presente invencion tambien es particularmente flexible tanto en terminos de posicionamiento como en terminos de dimensiones y, por lo tanto, de rendimiento de frenado.

Por otra parte, estas ventajas tienen la consecuencia de proporcionar un excelente rendimiento en terminos de la dispersion del calor. Ademas, la invencion hace posible desmontar la rueda sin tener que retirar necesariamente la pinza.

Por otra parte, de acuerdo con las caractensticas preferidas de la presente invencion, la invencion hace que sea posible para limitar las tensiones de torsion en la pinza del freno durante las fases de frenado.

Ademas, el soporte puede colocarse facilmente de una manera relativamente simple, se adapta facilmente a las horquillas tradicionales.

Las caractensticas y ventajas adicionales de la invencion quedaran mas claras mediante la siguiente descripcion detallada de una realizacion preferida pero no exclusiva, ilustrada a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- La figura 1 es una vista en perspectiva de una horquilla delantera que comprende una llanta de rueda y el conjunto de pinza de freno y la estructura de soporte asociada de acuerdo con la presente invencion;

- La figura 2 es una vista en perspectiva de la horquilla de la figura 1, de la cual se han retirado la rueda y una unidad de tubo/soporte para una mayor claridad de la ilustracion;

- La figura 3 es una ilustracion de la horquilla de la figura 2 desde una vista en perspectiva diferente;

- Las figuras 4A y 4B son dos vistas en perspectiva diferentes de la pinza de freno de acuerdo con la presente invencion; y

- Las figuras 5A y 5B son dos vistas en despiece ordenado, desde diferentes puntos de vista, del conjunto de pinza de freno y la estructura de soporte asociada de acuerdo con la presente invencion.

Con referencia inicialmente a la figura 1, se muestra la rueda 5 delantera de una motocicleta, instalado en una horquilla 4 convencional, tiene un par de tubos 40 conectados a un pasador 50 de eje de la rueda 5, en el centro de la misma, que define un eje de rotacion X, como se ilustra mas claramente en las figuras 2 y 3.

Se observa que, en lo sucesivo, la palabra "horquilla" se utiliza para referirse a los sistemas de suspension delantera telescopica.

Con independencia de las caractensticas de construccion, se considerara que "telescopico" en el contexto de la presente invencion significa un sistema de suspension en el que hay un deslizamiento axial entre la parte fija, en este caso el montante y la parte movil, en este caso, el tubo, el primero unido a la masa suspendida del chasis y el segundo a la masa no suspendida de la rueda.

Los tubos 40, por tanto, tienen un extremo 40a inferior conectado al pasador 50 de eje de la rueda 5, y un extremo 40B superior a traves del cual se insertan respectivos puntales 42 del sistema de suspension incorporados en la horquilla 4.

Los extremos superiores de los dos tubos 40 estan opcionalmente conectados entre sf por una pieza de puente inferior, no mostrada en la figura 6, es decir, un puente de conexion que forma parte de la masa no suspendida de la rueda 5.

Dichos extremos superiores tambien identifican una porcion superior del tubo 4.

Un sistema de frenado de la rueda 5 esta indicado como un todo por el numero de referencia 100 y comprende un disco 101 de freno con una pinza 1 de freno relacionada, conectada al tubo 40 por medio de una estructura de soporte de una manera que se ilustrara en detalle a continuacion. Por lo tanto, con referencia tambien a las figuras 5A y 5B, la pinza 1 de freno comprende una carcasa 10 exterior dentro de la cual estan alojadas las pastillas 11 de freno conectadas a superficies internas opuestas de la carcasa 10, preferentemente definidas por medias carcasas 10' que forman dicha carcasa.

De acuerdo con una realizacion preferida, las pastillas 11 de freno comprenden un elemento 12 de soporte respectivo y una capa 13 de material de friccion, siendo este ultimo crea de una manera que es conocida per se. Los elementos 12 de soporte se apoyan de manera deslizante en la carcasa 10 por medio de pasadores 15, permitiendo asf un movimiento de aproximacion/distanciamiento redproco de las pastillas 11 de freno. Con este fin, los elementos 12 de soporte comprenden ademas orificios pasantes para la insercion de los pasadores 15.

Preferiblemente, las pastillas 11 de freno son impulsadas la una hacia la otra por medio de pistones 16, de los cuales en este caso hay tres para cada pastilla 11. Sin embargo, es evidente que se puede proporcionar un numero diferente de pistones, como por ejemplo en la realizacion de las figuras 4A y 4b, donde se usan dos pistones para cada pastilla. La actuacion de los pistones se lleva a cabo de una manera que se conoce per se y, por lo tanto, no se ilustrara con mayor detalle. Tambien se apreciara que, como se aclarara mas adelante, la presente invencion hace posible, con las mismas dimensiones externas que muchas soluciones convencionales, usar un mayor numero de pistones de igual diametro, aumentando asf el area de contacto de la pastilla.

En cualquier caso, mas en general, la pinza de freno de la presente invencion comprende medios para accionar las pastillas 11 de freno que hacen que sea posible mover uno hacia el otro mediante la aplicacion de una fuerza de frenado en el disco 101 y liberar el disco al final de la frenada 13 que accionan los elementos 12 de soporte hacia o desde la carcasa 10 exterior.

De esta manera, por lo tanto, las pastillas 11 se pueden mover una hacia la otra, impartiendo una fuerza de frenado sobre el disco 101.

Con referencia ahora tambien a las figuras 1 a 3, la estructura de soporte de la pinza comprende un brazo 2 de conexion y un elemento 3 de puntal destinado a soportar la pinza 1 con respecto a la horquilla 4.

Segun una realizacion preferida, el brazo 2 de conexion se conecta la pinza 1 a la horquilla 4 a nivel del eje de rotacion X de la rueda 5.

Preferiblemente, el brazo 2 de conexion esta conectado o es conectable de forma deslizante al pasador 50 de eje de la rueda 5 a lo largo de una direccion paralela al eje X. Como alternativa, el brazo 2 de conexion puede ser conectado directamente al tubo 40 de la horquilla 4.

Preferiblemente, el brazo de conexion es esencialmente en forma de horquilla, con el extremo opuesto al cubo de la rueda 5 que tiene una forma de V o de U.

En la presente realizacion, el brazo 2 de conexion y la carcasa 10 de la pinza 1 se fijan entre sf por medio de tornillos 17, de tal manera que la pinza 1 y el brazo 2 de conexion estan unidos solidamente.

El elemento 3 de puntal se extiende entre los elementos 12 de soporte y una porcion 41 de fijacion dispuesta en la horquilla 4 y es capaz de ser sometida a compresion o a traccion dependiendo de la posicion de la pinza del freno con respecto al eje de la horquilla. En la presente realizacion, el elemento 3 de puntal esta dispuesto de tal manera que se someta a compresion, estando dispuesto la pinza 1 detras del tubo 40 con respecto a la direccion de desplazamiento del vetuculo.

Sin embargo, se debe entender que, si la pinza se dispone delante en lugar de detras, como es el caso en la realizacion de la figura 3, el elemento 3 de puntal, reteniendo las conexiones descritas anteriormente, continuana realizando su funcion, pero sometido a traccion en lugar de compresion.

Preferiblemente, de nuevo con referencia a las figuras 1, 5Ay 5B, un extremo superior del elemento 3 de puntal esta articulado a nivel de la porcion 41 de fijacion, situada por encima de la pinza 1, en una posicion intermedia a lo largo del tubo 40. En la presente realizacion, la porcion 41 de fijacion se crea directamente sobre la estructura del tubo 40. Sin embargo, se puede prever la aplicacion de un componente separado que cree la parte de fijacion. Segun una realizacion preferida, el elemento 3 de puntal comprende, a nivel de su extremo de conexion con la porcion 41 de fijacion, una junta 32 de rotula con restriccion a diversos grados de libertad. Ventajosamente, esta solucion permite un rapido desmontaje de la rueda simplemente retirando el pasador del eje, lo que permite retirar facilmente la pinza de freno durante las fases de desmontaje.

Otra vez con referencia a las figuras 1, 5A y 5B, el elemento 3 de puntal tambien esta conectado a los elementos 12 de soporte a traves de un elemento 30 de conexion, que comprende preferentemente un pasador con los extremos 31 respectivos conectados de manera deslizante a traves de los orificios 122 creados en cada elemento 12 de soporte.

Mas generalmente, el elemento 30 de conexion esta separado y es independiente de la carcasa 10 exterior, con respecto a la cual los elementos 12 de soporte puede deslizarse en una direccion de reciprocidad aproximacion/distanciamiento.

En otras palabras, el elemento 30 de conexion, y por lo tanto el elemento 3 de puntal, esta conectado a la carcasa 10 exterior unicamente por medio de los elementos 12 de soporte, ya que no hay conexion directa o por medio de otros componentes entre el elemento 3 de puntal y la carcasa 10.

Preferiblemente, los orificios 122 pasantes son creados en las respectivas extensiones 121 de los elementos 12 de soporte que sobresalen de la carcasa 10 exterior, o se encuentran en otros lugares sin dejar de ser accesibles por el elemento 30 de conexion.

De acuerdo con una realizacion preferida, las extensiones 121 apuntan hacia arriba, hacia la porcion 41 de fijacion, y en cualquier caso estan preferentemente lo mas cerca posible del disco 101. Esta ultima caractenstica hace posible, en particular, minimizar las tensiones en los pasadores 15. Sin embargo, se debe tener en cuenta que los pasadores 15 proporcionan la conexion entre las dos unidades formadas al conectar el brazo 2 - carcasa 10 y el elemento 3 de puntal, elementos 12 de soporte, y se debe proporcionar un juego adecuado entre los pasadores 15 y los orificios relacionados.

Con referencia una vez mas a la figura 2, preferentemente el elemento 3 de puntal se encuentra en un plano incluido entre los elementos 12 de soporte y, de nuevo preferentemente, las pastillas 11 de freno en su conjunto estan dispuestas en posiciones que son simetricas entre sf con respecto al plano en el que se encuentra el elemento 3 de puntal.

Segun una realizacion preferida, esta disposicion simetrica tambien permite la carcasa exterior que se creara en dos medias carcasas 10' simetricas, permitiendo asf una mayor simplicidad desde el punto de vista constructivo.

Debe observarse tambien que, de acuerdo con una forma de realizacion preferida, el plano en el que el elemento 3 de puntal mentiras coincide con un plano definido por el disco 5 del freno 100. Debe observarse que, aunque en las presentes realizaciones, el extremo superior del elemento 3 de puntal esta conectado a una porcion intermedia del tubo 40, tambien se pueden proporcionar diferentes soluciones de construccion.

En particular, el extremo superior del elemento 3 de puntal puede tambien estar situado a nivel de diferentes partes del sistema de suspension o del chasis del vehuculo, como puede ocurrir por ejemplo en el caso de un freno trasero o una horquilla de enlace principal del tipo Earles. Por ejemplo, dicho extremo puede estar articulado a un puente de conexion entre los tubos 40, en un punto adyacente al tubo correspondiente. Esta solucion de montaje requiere solo una modificacion minima de un sistema de suspension del tipo convencional.

Como es evidente de la descripcion dada anteriormente, el elemento 2 de soporte soporta la pinza 1 que, durante el frenado, descarga su fuerza, impulsado por el disco 101, en la porcion de acoplamiento del tubo 40 a traves del elemento 3 de puntal articulado entre los elementos 12 de soporte y el tubo 40.

Este diseno elimina la torsion de la pinza causado por la desalineacion de los sistemas conocidos, que proporciona necesariamente una restriccion en un lado del disco de freno.

En particular, de acuerdo con realizaciones preferidas, el elemento 3 de puntal hace que sea posible descargar la fuerza generada en el eje neutral de la pinza 1, es decir, en el plano de la lmea central del disco 101, dividido entre el elemento 3 de puntal y el brazo 2 de conexion.

Debe observarse tambien que el brazo de conexion esta dispuesto en una posicion radial con respecto al pasador 50 de eje, el disco 101 y la pinza 1.

En la disposicion descrita anteriormente, preferentemente el eje del elemento 3 de puntal se encuentra esencialmente en el plano radial del disco de freno, con el fin de asegurar la alineacion, durante el frenado, de las superficies de contacto entre el plano de las pastillas de freno y los planos del disco.

Ademas de la eliminacion de fuerzas de torsion, se observa que todas las uniones entre la carcasa de la pinza 10 y la estructura 2 de soporte pueden ser fijadas, como la conexion entre la estructura de soporte y el tubo correspondiente.

El soporte de acuerdo con la presente invencion se ha descrito aqu con referencia a un unico disco de freno y el tubo respectivo, es decir, el tubo dispuesto en el mismo lado del disco.

Sin embargo, se debe entender que dicho soporte tambien se podna proporcionar en ambos discos de un sistema de doble disco, donde los discos estan dispuestos en una forma esencialmente de imagen especular, o solo en un disco de un sistema de doble disco.

La invencion asf resuelve el problema propuesto, mientras que simultaneamente proporciona numerosas ventajas. En particular, hace posible separar las dos funciones de alojar la unidad de suspension y soportar el freno realizado por el tubo 40, ofreciendo posibilidades modulares que son utiles para adaptar todo el sistema de frenos segun el tipo, por ejemplo, con calibradores radiales o axiales, eleccion de materiales y numero y tamano de pistones.

La estructura de soporte de la pinza, y en particular el brazo 2 de conexion, es mucho menos tensionado, trabajando solo en la compresion, en comparacion con una pinza de tipo radial, de modo que los tornillos de fijacion de la pinza pueden hacerse mas pequena.

El posicionamiento simetrico con respecto al eje radial hace que sea posible, si las semicarcasas son realizadas por fundicion o forja, para crear un unico molde para ambos lados y por lo tanto para las dos pinzas. Del mismo modo, todas las operaciones de mecanizado pueden ser identicas.

Por otra parte, ya no es necesario proporcionar un soporte de freno directo en el tubo, dando un mayor grado de modularidad util para la adaptacion de todo el sistema de frenado de acuerdo con las dimensiones desplazadas y de diametro del disco requerido para las diversas aplicaciones.

Cuando el elemento 3 de puntal esta conectado directamente al puente entre los tubos, dichos tubos ya no tienen que soportar los esfuerzos de torsion ejercidos por la pinza y, por tanto, se pueden hacer de un material no isotropico, tales como fibra de carbono, con una reduccion relativa del peso total.

Ademas, el uso de un accesorio superior del elemento de puntal con una restriccion articulada con multiples grados de libertad permite que la rueda puede desmontar rapidamente mediante la eliminacion solo de su pasador de eje. Esta es una caractenstica extremadamente util en las competiciones, especialmente las del tipo de resistencia. La estructura especial de la pinza 1, en el que los elementos 12 de soporte se extienden fuera de la carcasa, tambien permite una mayor exposicion al aire, en particular con respecto al diseno fijo, asegurando asf una mayor dispersion del calor antes de que pueda sobrecalentarse el fluido hidraulico, que es extremadamente sensible a altas temperaturas. Al proporcionar perforaciones segun sea necesario, las areas de superficie de los soportes de metal 12 pueden exceder el perfil de la carcasa 10, no estando restringidas dentro de dicho perfil.

Ventajosamente, cuando se utiliza en los vehfculos todo terreno, en el caso de cualquier deformacion del disco causada por impactos, habra una autoalineacion natural de la pinza debido a la concentracion de fuerzas en el eje neutral.

Por ultimo, como ya se ha mencionado, la separacion de las fuerzas presentes que normalmente actuan en una pinza fija, las causadas por la presion de los pistones y las asociadas con la contencion de las pastillas, hace que sea posible eliminar el tope de contacto interno entre las pastillas y la carcasa de la pinza. Esto permite la eliminacion de las partes finales longitudinales que normalmente estan presentes en una pinza fija, ofreciendo una mayor area de superficie de frenado para las mismas dimensiones. A modo de ejemplo, las dimensiones de una pinza fija con cuatro pistones de acuerdo con la presente invencion son equivalentes a una pinza con seis pistones de igual diametro en una pinza de acuerdo con la tecnica anterior, con el consiguiente aumento en el area de superficie util de las pastillas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada para frenos (100) de disco, del tipo usado en bicicletas y vehnculos motorizados, en el que dicha pinza (1) comprende una carcasa (10) externa, un par de pastillas (11) de freno conectadas a superficies opuestas de dicha carcasa (10) externa y que pueden ser accionadas por medios (16) de accionamiento para impartir fuerza de frenado en el disco (100), dichas pastillas (11) de freno que comprenden elementos (12) de soporte respectivos y una capa de material (13) de friccion, ambos apoyados de manera deslizante en dicha carcasa (10) externa, y en el que dicha estructura (2, 3) de soporte comprende un brazo (2) de conexion que conecta la pinza (1) a la horquilla (4) y un elemento (3) de puntal que puede someterse a compresion o traccion, caracterizado porque dicho elemento (3) de puntal se extiende entre dichos elementos (12) de soporte y una porcion (41) de fijacion provista en la horquilla (4) y esta conectada a dichos elementos (12) de soporte mediante un elemento (30) de conexion separado e independiente de dicha carcasa (10) externa, con relacion a la cual dichos elementos (12) de soporte pueden deslizarse en una direccion de aproximacion/distancia redproca, dichos elementos (12) de soporte comprenden una extension (121) respectiva en correspondencia de la cual dicho elemento (3) de puntal esta conectado por medio de dicho elemento (30) de conexion.

2. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicha extension (121) sobresale de dicha carcasa (10) externa.

3. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que dichas extensiones (121) comprenden un orificio (122) pasante respectivo y dicho elemento (30) de conexion comprende un pasador con extremidades (31) respectivas conectado de forma deslizante a dichos orificios (122) pasantes.

4. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dichas extremidades (31) respectivas estan conectadas de manera pivotante a dichos orificios (122) pasantes.

5. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento (3) de puntal se encuentra en un plano incluido entre dichos elementos (12) de soporte.

6. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dichos elementos (12) de soporte y las pastillas (11) de freno asociadas estan dispuestos simetricamente con respecto a dicho plano en el que yace el elemento (3) de puntal.

7. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con la reivindicacion 5 o 6, en el que dicho plano coincide con un plano definido por el disco (5) del freno (100).

8. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho brazo (2) de conexion conecta la pinza (1) a la horquilla (4) en el eje de rotacion (X) de la rueda.

9. Un conjunto (1) de pinza de freno y una estructura (2, 3) de soporte asociada de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que dicho brazo (2) de conexion esta conectado de manera deslizante o se puede conectar a un pasador (50) de la rueda (5) a lo largo de una direccion paralela al eje de la rueda (X).