ES2796497T3

ES2796497T3 - Disco de freno internamente ventilado

Info

Publication number: ES2796497T3
Application number: ES16793907T
Authority: ES
Inventors: Josef Hofstetter; Kordian Kokott; Ulf Schulz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: EP3394469A1; EP3394469B1; US10794440B2; JP6846428B2; CN108474428B; JP2019504255A; WO2017108258A1; KR20180097605A; KR102585804B1; US20180298966A1; DE102015226450A1; CN108474428A

Abstract

Disco de freno internamente ventilado (1) para un freno de disco que comprende dos discos de fricción (2', 2'') dispuestos uno al lado de otro, los cuales están unidos uno con otro por unos tabiques radiales (1a) regularmente dispuestos, en el que los tabiques (1a) discurren desde un borde periférico exterior (15) hasta un borde periférico interior (14) de los discos de fricción (2', 2'') y éstos están unidos por los tabiques (1a) de modo que sus espacios intermedios formen canales de refrigeración (20) de igual tamaño que pueden ser recorridos por aire refrigerante y que están subdivididos por otros tabiques más cortos (1b, 1c) de modo que en una zona radial se encuentre, más cerca del borde periférico interior (14) de los discos de fricción (2', 2'') y centrado entre los tabiques (1a), al menos un tabique más corto (1b), y en el que los canales de refrigeración (20) se dividen en al menos tres canales de flujo (1c', 1c'', 1c''') dirigidos en dirección radial hacia fuera desde el tabique más corto (1b), a cuyo fin en cada canal de refrigeración (20) están dispuestos otros dos primeros tabiques más cortos (1c) decalados radialmente hacia fuera en dirección periférica con respecto a cada tabique más corto (1b), caracterizado por que, partiendo de cada uno de los tabiques más cortos (1b), el disco de fricción (2') dirigido hacia un vaso de disco de freno (3) está prolongado en dirección radial hacia dentro y, a la altura de un collar (3b) del vaso (3) del disco de freno, está provisto de un taladro (21) en dirección axial que sirve para recibir un remache (5) que fija el disco de fricción (2') al vaso (3) del disco de freno.

Description

DESCRIPCIÓN

Disco de freno internamente ventilado

El calor de fricción que se produce durante un proceso de frenado en los elementos de fricción de un freno de rueda tiene que evacuarse al exterior hacia el ambiente para mantener la acción de frenado y evitar daños en el freno de rueda. En caso contrario, en presencia de reiterados procesos de frenado con alta fuerza de frenado se puede ocasionar una disminución de la acción de frenado, o sea, el llamado desvanecimiento del freno. Esto es poco deseable especialmente en viajes con altas velocidades y en largos trayectos en pendiente.

Existe también un gran interés en impedir un sobrecalentamiento de los elementos de fricción del freno, especialmente de los discos de freno y los forros de freno. En este contexto, es generalmente conocido el recurso de refrigerar adicionalmente los elementos de fricción del freno conduciendo para ello, por ejemplo, viento de marcha a los elementos de fricción.

Para lograr una mejor evacuación del calor, algunos discos de freno internamente ventilados están provistos están provistos de canales de refrigeración o tabiques radiales que están localizados entre ambas superficies de fricción. Al girar el disco de freno se origina así una fuerza centrífuga que provoca un tiro de aire constante desde el cubo de la rueda hacia fuera a través de las aberturas de refrigeración radiales. Esto favorece la evacuación del calor. A pesar de la mayor anchura de construcción y del mayor peso, este modo de construcción de discos de freno se ha impuestos para muchos turismos. Se cumple aquí en general que cuanto mayor es la longitud de transporte de la corriente de aire tanto mejor es también la refrigeración.

Asimismo, se puede variar deliberadamente la frecuencia de las vibraciones o el curvado mediante una disposición y configuración correspondientes de los tabiques. En consecuencia, si se altera la rigidez a la cizalladura de los tabiques, varían entonces también la posición de frecuencia de las vibraciones e igualmente de manera correspondiente el respectivo nivel de ruido producido.

Para provocar una frecuencia más baja, es decir, una configuración más blanda de los tabiques, éstos deberán ser más cortos en dirección radial. Para conseguir una frecuencia más alta, se engrosan los tabiques y se alcanza así una rigidez mayor.

El documento DE 102011 084946 A1 describe un disco de freno de un vehículo automóvil en el que están integrados unos canales de refrigeración para refrigerar el disco de freno con aire que penetra en ellos. Los tabiques necesarios para ello se extienden entonces radialmente desde la zona interior hasta la zona exterior de los discos de fricción. Además, están dispuestos alternándose unos tabiques más cortos y más largos. Por otra parte, se describe un disco de freno que posee una unión entre un vaso de dicho disco y un anillo de fricción, gracias a la cual se puede acumular, al frenar, la menor cantidad posible de tensiones en el disco de freno.

El estado de la técnica más próximo, representado por el documento DE 102013 225 538 A1, describe un disco de freno internamente ventilado para un freno de disco que comprende dos discos de fricción dispuestos uno al lado de otro, los cuales están unidos por tabiques radiales regularmente dispuestos, discurriendo los tabiques desde un borde periférico exterior hasta un borde periférico interior de los discos de fricción y estando éstos unidos por los tabiques de modo que sus espacios intermedios formen canales de refrigeración de igual tamaño que pueden ser recorridos por aire refrigerante y que están subdivididos por otros tabiques más cortos de modo que en una zona radial se encuentre, cerca del borde periférico interior de los discos de fricción y centrado entre los tabiques, al menos un tabique más corto, dividiéndose los canales de refrigeración en al menos tres canales de flujo dirigidos hacia fuera en dirección radial desde el tabique más corto, a cuyo en cada canal de refrigeración están dispuestos otros dos primeros tabiques más cortos decalados radialmente hacia fuera en dirección periférica con respecto a cada tabique más corto.

Partiendo de este estado de la técnica, el problema de la presente invención consiste en crear un disco de freno internamente ventilado constituido por un anillo de fricción y un vaso de disco de freno que sea una solución mejorada en materia de calentamiento y refrigeración.

El problema se resuelve con las características de la primera reivindicación. Las reivindicaciones subordinadas describen otras ejecuciones de la invención.

Según la invención, un disco de freno internamente ventilado para un freno de disco que comprende dos discos de fricción dispuestos uno al lado de otro, los cuales están unidos uno con otro por unos tabiques radiales regularmente dispuestos, en el que los tabiques discurren desde un borde periférico exterior hasta un borde periférico interior de los discos de fricción y éstos están unidos por los tabiques de modo que sus espacios intermedios formen canales de refrigeración de igual tamaño que pueden ser recorridos por aire refrigerante y que están subdivididos por otros tabiques más cortos de modo que en una zona radial se encuentre, más cerca del borde periférico interior de los discos de fricción y centrado entre los tabiques, al menos un tabique más corto, y en el que los canales de refrigeración se dividen en al menos tres canales de flujo dirigidos hacia fuera en dirección radial desde el tabique más corto, a cuyo fin en cada canal de refrigeración están dispuestos otros dos primeros tabiques más cortos decalados radialmente hacia fuera en dirección periférica con respecto a cada tabique más corto, se caracteriza por que, partiendo de cada uno de los tabiques más cortos, el disco de fricción dirigido hacia el vaso del disco de freno está prolongado en dirección radial hacia dentro y, a la altura de un collar del vaso del disco de freno, está provisto de un taladro en dirección axial que sirve para recibir un remache que fija el disco de fricción al vaso del disco de freno.

Esta disposición y configuración de canales de refrigeración entre los discos de fricción da como resultado una gran densidad de tabiques. Cuanto mayor sea ésta tanto mayor será también la superficie de refrigeración y tanto mejor podrán compensarse las puntas de temperatura que se produzcan, lo que conduce a una refrigeración optimizada del disco de freno. La disposición de canales de refrigeración, que agranda la superficie para refrigerar el disco de freno, aumenta así ventajosamente la capacidad de refrigeración. La conexión propuesta del disco de fricción al vaso del disco de freno por medio de remaches en dirección axial y a través de un disco de fricción tiene la ventaja de que se influyen lo menos posible algunos componentes del disco de freno unidos uno con otro y hechos de materiales que se dilatan de manera diferente bajo la acción del calor, tal como ocurre en el caso de un disco de freno y un vaso del mismo dispuestos formando una sólida unión.

En otra forma de realización ventajosa de la invención el taladro destinado a recibir el remache en el collar del vaso del disco de freno, correspondiente al taladro destinado a recibir el remache en el disco de fricción, posee en su extremo dirigido hacia fuera del disco de fricción un avellanado plano destinado a recibir una cabeza de recalcado del remache. Esto tiene la ventaja de que la cabeza de recalcado y el collar del vaso del disco de freno forman una superficie sustancialmente plana y así puede evitarse una adherencia de suciedad y polvo de abrasión del forro del freno.

Una forma de realización ventajosa de la invención prevé que las distancias radiales de los tabiques más cortos a los otros dos primeros tabiques más cortos dentro de los canales de refrigeración den como resultado una banda en forma de corona circular exenta de tabiques con el centro del círculo en el centro del disco de freno que esté interrumpida exclusivamente por tabiques. Ventajosamente, se puede reduce así de una manera muy favorable un desprendimiento del flujo en el lado a sotavento de los tabiques y, por tanto, se puede aumentar el aprovechamiento de la superficie del flujo de aire. Es ventajoso también que los extremos radialmente exteriores de tabiques estén localizados en el mismo perímetro circular en las proximidades del borde periférico exterior del disco de freno. Esto se aplica también a los extremos radialmente interiores de tabiques que están localizados ventajosamente en el mismo perímetro circular en las proximidades del borde periférico interior del disco de freno.

Otras formas de realización preferidas de la invención se caracterizan por que el disco de fricción dirigido hacia el vaso del disco de freno posee un avellanado axialmente dirigido destinado a soportar el collar del vaso del disco de freno. Cuando el diámetro interior del avellanado es mayor que el diámetro exterior del collar y así el disco de fricción está centrado con respecto al vaso del disco de freno exclusivamente por medio de los remaches, esto tiene la ventaja de que, en presencia de un apoyo lo mejor mecanizable posible del vaso del disco de freno sobre el disco de fricción, se puede habilitar una unión remachada de centrado entre las dos partes que, por un lado, posibilite una transmisión de grandes fuerzas de frenado y, por otro lado, provoque, referido a la transmisión de calor del disco de fricción al vaso del disco de freno, una acción de aislamiento lo mejor posible junto con, simultáneamente, una amplia ausencia de deformación. Además, es ventajoso que el avellanado reciba completamente el collar del vaso del disco de freno y/o que el avellanado plano del collar del vaso del disco de freno reciba completamente la cabeza de recalcado del remache.

Ventajosamente, la prolongación de la superficie del disco de fricción hacia dentro y hasta la envolvente del vaso del disco de freno puede configurarse como sustancialmente plana, lo que dificulta una acumulación de suciedad y una penetración de agua en la unión del vaso del disco de freno y el disco de fricción.

En el dibujo adjunto está representado un ejemplo de realización preferido de un disco de freno de la presente invención. Todas las características explícitamente descritas pueden ser esenciales para la invención. Muestran:

La figura 1, un disco de freno según la invención en una representación en perspectiva obtenida mirando hacia el vaso del disco de freno,

La figura 2, el disco de freno según la figura 1 en un corte parcial ampliado (el plano de corte contiene el eje de giro), girado con respecto a la figura 1 alrededor de un eje vertical situado en el plano del dibujo, en la zona del sitio de fijación del disco de fricción al vaso del disco de freno,

La figura 3, una vista parcial de un remache de la figura 2, representada con una ampliación aún mayor y girada en 180 grados angulares,

La figura 4, una vista en planta del lado del vaso del disco de freno y

La figura 5, una vista en planta parcial del lado posterior del disco de freno, girado con respecto a la figura 4 en 180 grados angulares, con una representación de la unión de ambos discos de fricción a través de tabiques, por medio de una representación rota de una parte del disco de fricción.

El disco de freno 1 representado en las figuras consta de un vaso 3 para el mismo y un anillo de fricción 2 y está previsto para montarlo en un cubo de rueda, no mostrado, a fin de girar con éste durante el funcionamiento alrededor del eje de giro D. El anillo de fricción 2 hecho de una pieza, internamente refrigerado y fabricado en fundición gris, se compone de dos discos de fricción 2’, 2’’ con tabiques 2’’’ de una conducción de aire refrigerante que están intercalados entre dichos discos y los unen uno con otro. El disco de fricción anular 2’ situado más cerca del vaso 3 del disco de freno, es decir, considerado en la dirección del eje de giro D, se extiende en cierta medida, considerado en la dirección radial R (referido al eje de giro D), con un llamado apéndice de fijación 9, en el sentido de acercarse más al eje de giro D que el otro disco de fricción 2’’ más alejado del vaso 3 del disco de freno en dirección axial.

En la zona de solapamiento entre el apéndice de fijación 9 citado del disco de fricción 2’ y un collar 3b sobresaliente hacia fuera en la dirección radial R desde el extremo libre de la envolvente 3a del vaco 3 del disco de freno, configurada en forma cilindrica circular con respecto al eje de giro D, el vaso 3 del disco de freno está unido con el disco de fricción 2’ y, por tanto, con el anillo de fricción 2 a través de unos remaches 5 que se extienden en dirección axial. En este sentido, en el presente caso (y especialmente en la introducción de la descripción) se habla de una unión entre el vaso 3 del disco de freno y el anillo de fricción 2.

En la envolvente 3a del vaso 3 del disco de freno y también, en una pequeña extensión, en el fondo 3c del vaso 3 del disco de fricción están practicadas unas escotaduras 7 que están uniformemente distribuidas por toda la periferia del vaso 3 del disco de freno y en las que penetran los remaches 5, es decir, en las que los remaches 5 están colocados al menos en su parte proporcional. Cada una de estas escotaduras 7, que forman también secciones 7 con espesor de pared reducido, se extiende en dirección axial alrededor del respectivo remache correspondiente 5, también orientado, y sirve para recibirlo parcialmente o para recalcar el remache 5 durante el montaje, es decir, para unir el vaso 3 del disco de freno con el anillo de fricción 2, tal como puede verse en dirección axial. Las escotaduras 7 poseen aqui sustancialmente la forma de un cilindro semicircular y se conforman en la envolvente 3a del vaso 3 del disco de freno durante el moldeo por fundición o la forja, con lo que esta envolvente 3a está ciertamente debilitada en la zona de las escotaduras 7, pero forma aún por dentro, es decir, considerado desde el eje de giro D, una pared cerrada. Por supuesto, en el collar 3b del vaso 3 de disco de freno pueden preverse también, casi como prolongación hasta las escotaduras 7, unas perforaciones en forma de taladros, a través de las cuales están enchufados los remaches 5. Debido a estas escotaduras 7 los remaches 5 pueden estar asi dispuestos más cerca del eje de giro D.

La figura 5 muestra en el lado interior del disco de fricción 2’ del disco de freno 1 una combinación de tabiques 1a y tabiques más cortos 1b, 1c del disco de freno internamente ventilado 1, la cual se repite de manera geométricamente regular en dirección periférica por toda su superficie en forma de corona circular. Los discos de fricción 2’, 2’’ del anillo de fricción 2 están unidos uno con otro a través de los tabiques 1a y los tabiques más cortos 1b, 1c, limitando los tabiques 1a al mismo tiempo unos canales de refrigeración 20 que se repiten también de manera geométricamente regular en dirección periférica por la totalidad de las superficies en forma de corona circular del los discos de fricción 2’, 2’’. Los canales de refrigeración 20 se extienden cada uno de ellos desde un borde periférico interior 14 de los discos de fricción 2’, 2’’, al comienzo de los tabiques 1a, hasta un borde periférico exterior 15 de los discos de fricción 2’, 2’’ del disco de freno 1.

En dirección periférica, centrado en cada canal de refrigeración 20 entre los respectivos tabiques 1a de igual longitud dentro de los discos de fricción 2’, 2’’, se extiende el respectivo tabique corto 1b desde cerca del borde periférico interior 14 de los discos de fricción 2’, 2’’, en dirección a su borde periférico exterior 15, hasta un primer diámetro 12 de los discos de fricción 2’, 2’’. Partiendo de éste se extienden radialmente más hacia fuera hasta el borde periférico exterior 15 otros dos primeros tabiques cortos 1c decalados dentro del canal de refrigeración 20 en dirección periférica con respecto al tabique corto 1b, uno decalado hacia la izquierda y el otro decalado hacia la derecha. Los otros primeros tabiques cortes 1 c dividen los canales de refrigeración 20 en tres canales de flujo 1 c’, 1c’’, 1 c’’’ dirigidos hacia fuera en dirección radial desde el tabique más corto 1b. Todos los tabiques 1a, 1b, 1c presentan sustancialmente una anchura uniforme y están redondeados por delante y por detrás. Los extremos radialmente exteriores de los respectivo tabiques 1a, 1c están localizados en el mismo perímetro circular en las proximidades del borde periférico exterior 15 y los extremos radialmente interiores de los respectivos tabiques 1a están localizados en el mismo perímetro circular en las proximidades del borde periférico interior 14 del disco de freno 1. Además, partiendo de cada uno de los tabiques más cortos 1b, el disco de fricción 2’ dirigido hacia el vaso 3 del disco de freno está prolongado en dirección radial hacia dentro y, a la altura del collar 3b del vaso 3 del disco de freno, está provisto de un taladro 21 en dirección axial que sirve para recibir un remache 5 que fija el disco de fricción 2’ al vaso 3 del disco de freno. Las cabezas de cierre 5’’’’ de todos los remaches 5 se encuentran en el lado visible del apéndice de fijación 9 del disco de fricción 2’, mientras que las cabezas de recalcado 5’’ de los remaches 5 se encuentran completamente embutidas en un avellanado plano 23 del collar 3b del vaso 3 del disco de freno, tal como se representa en la figura 2. El disco de fricción 2’ dirigido hacia el vaso 3 de disco de freno posee también un avellanado axialmente dirigido 27 destinado a soportar el collar 3b del vaso 3 del disco de freno, cuyo diámetro interior es mayor que un diámetro exterior del collar 3b, con lo que, debido a una holgura radial 25 entre ellos, el disco de fricción 2’ y el vaso 3 del disco de fricción están centrados exclusivamente por medio de los remaches 5.

La figura 3 muestra una vista parcial de un remache 5 configurado como un remache semihueco de 5 mm x 13 mm con una cabeza de recalcado 5’’ y un vástago de remache 5’. Hacia la cabeza de recalcado 5’’, el vástago 5’ del remache está configurado cónicamente con diámetro creciente. La cabeza de recalcado 5’’ posee un destalonado dirigido hacia el vástago 5’ del remache y así el ángulo designado con una doble fecha F mide sustancialmente 88 grados angulares. No se ha establecido un valor absoluto de un radio R entre el cono 5’’’ del vástago 5’ del remache y el destalonado de la cabeza de recalcado 5’’, sino que dicho valor se obtiene como resultado de la fabricación. El cono 5’’’ posee una longitud de al menos 1,5 mm y a lo sumo 4 mm, y el diámetro del cono 5’’’ en la cabeza de recalcado 5’’ es de 5,33 mm. Los ensayos realizados han demostrado que esta geometría del remache, al producirse un autocentrado del remache durante el recalcado del remache 5, da como resultado una ventajosa imagen de soporte de carga con una proporción de soporte de carga del 100%, lo que se traduce en un óptimo centrado y una optima transmisión de fuerzas. Además, el vástago cónico 5’ del remache y el destalonado F de la cabeza de recalcado 5’’ producen un perfecto sellado de la unión remachada y ofrecen así protección contra medios corrosivos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Disco de freno internamente ventilado (1) para un freno de disco que comprende dos discos de fricción (2’, 2’’) dispuestos uno al lado de otro, los cuales están unidos uno con otro por unos tabiques radiales (1a) regularmente dispuestos, en el que los tabiques (1a) discurren desde un borde periférico exterior (15) hasta un borde periférico interior (14) de los discos de fricción (2’, 2’’) y éstos están unidos por los tabiques (1a) de modo que sus espacios intermedios formen canales de refrigeración (20) de igual tamaño que pueden ser recorridos por aire refrigerante y que están subdivididos por otros tabiques más cortos (1b, 1c) de modo que en una zona radial se encuentre, más cerca del borde periférico interior (14) de los discos de fricción (2’, 2’’) y centrado entre los tabiques (1 a), al menos un tabique más corto (1b), y en el que los canales de refrigeración (20) se dividen en al menos tres canales de flujo (1c’, 1c’’, 1c’’’) dirigidos en dirección radial hacia fuera desde el tabique más corto (1b), a cuyo fin en cada canal de refrigeración (20) están dispuestos otros dos primeros tabiques más cortos (1c) decalados radialmente hacia fuera en dirección periférica con respecto a cada tabique más corto (1b), caracterizado por que, partiendo de cada uno de los tabiques más cortos (1b), el disco de fricción (2’) dirigido hacia un vaso de disco de freno (3) está prolongado en dirección radial hacia dentro y, a la altura de un collar (3b) del vaso (3) del disco de freno, está provisto de un taladro (21) en dirección axial que sirve para recibir un remache (5) que fija el disco de fricción (2’) al vaso (3) del disco de freno.

2. Disco de freno internamente ventilado (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que el taladro (22) destinado a recibir el remache (5) en el collar (3b) del vaso (3) del disco de freno, correspondiente al taladro (21) destinado a recibir el remache (5), posee en su extremo dirigido hacia fuera del disco de fricción (2’) un avellanada plano (23) destinado a recibir al menos parcialmente una cabeza de recalcado (5’’) del remache (5).

3. Disco de freno internamente ventilado (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que las distancias radiales de los tabiques más cortos (1b) a los otros dos primeros tabiques más cortos (1c) dentro de los canales de refrigeración (20) dan como resultado una banda (12) en forma de corona circular exenta de tabiques más cortos (1b, 1c) con el centro del círculo en el centro del disco de freno (1) que está interrumpida exclusivamente por los tabiques (1a).

4. Disco de freno internamente ventilado (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el disco de fricción (2’) dirigido hacia el vaso (3) del disco de freno posee un avellanado axialmente dirigido (27) destinado a soportar el collar (3b) del vaso (3) del disco de freno.

5. Disco de freno internamente ventilado (1) según la reivindicación 4, caracterizado por que el diámetro interior del avellanado (27) es mayor que un diámetro exterior del collar (3b), con lo que el disco de fricción (2’) y el vaso (3) del disco de freno están centrados uno con respecto a otro exclusivamente por medio de los remaches (5).

6. Disco de freno internamente ventilado (1) según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que el avellanado (27) recibe completamente el collar (3b) del vaso (3) del disco de freno.

7. Disco de freno internamente ventilado (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el avellanado plano (23) del collar (3b) del vaso (3) del disco de freno recibe completamente la cabeza de recalcado (5’’) del remache (5).