ES2812781T3 - Freno de corriente de reposo con una contrasuperficie de fricción mejorada por un mecanizado por láser - Google Patents

Abstract

Freno de corriente de reposo con desbloqueo electromagnético, con un soporte de bobinas (3) con una bobina magnética (5) y muelles de compresión (4) dispuestos en el soporte de bobina (3), distribuidos por la circunferencia del soporte de bobina (3), con: - un rotor de freno (7) con una o varias superficies de fricción, - un disco de inducido (1) con una o varias contrasuperficies de fricción (GF) metálicas, - así como, dado el caso, una placa de brida con una o varias contrasuperficies de fricción (GF) metálicas, caracterizado por que la o las contrasuperficies de fricción (GF) se dotan, al menos en una zona de fricción (B), de una rugosidad superficial en forma de ahondamientos (VT) y de elevaciones (ER) dispuestas en los bordes de los ahondamientos (VT), siendo generados estos ahondamientos (VT) y estas elevaciones (ER) mediante la acción de un rayo láser en la zona de fricción (B), y por que estas zonas en la o las contrasuperficies de fricción (GF) con una rugosidad superficial en la zona de fricción (B) están separadas unas de otras a distancias regulares o irregulares, estando comprendida la rugosidad superficial generada en la o las contrasuperficies de fricción (GF) en el intervalo de Ra = 1,6 μm a Ra = 4,0 μm.

Description

DESCRIPCIÓN

Freno de corriente de reposo con una contrasuperficie de fricción mejorada por un mecanizado por láser

La presente invención se refiere a la fabricación de frenos de corriente de reposo en los que, por medio de un láser, se producen modificaciones de la rugosidad de superficie y de la estructura superficial de la(s) contrasuperficie(s) de fricción, en concreto, según el preámbulo de la reivindicación principal. En lo sucesivo, estas modificaciones se designan como rugosidad superficial. Estas mejoras de las contrasuperficies de fricción, especialmente en frenos de corriente de reposo, tales como frenos de muelle con desbloqueo electromagnético, se pueden usar también en frenos de disco accionados por un medio de presión o en frenos de imán permanente.

Por frenos de corriente de reposo se entienden generalmente sistemas de frenado, cuyo efecto de frenado se produce sin suministro de energía externo, es decir, por ejemplo en un estado exento de corriente o en un estado sin suministro de medios de presión externos.

Los accionamientos eléctricos modernos frecuentemente están realizados como accionamientos regulables. Estos se encargan del perfil de movimiento completo de una instalación durante el funcionamiento normal. Esto abarca desde la aceleración hasta los procesos de frenado. Los frenos integrados en la cadena cinemática tienen solo una función de sujeción durante el funcionamiento normal. Únicamente en situaciones de emergencia, en caso de una falta de corriente y en caso de movimientos descontrolados, la instalación se frena hasta la parada con la ayuda de los frenos en el marco de un proceso de frenado dinámico. Durante un proceso de frenado de este tipo se produce trabajo de fricción.

En general, los frenos descritos anteriormente están dotados de forros de fricción, ligados orgánicamente, sobre rotores de freno, que están en contacto con contrasuperficies de fricción metálicas. Este tipo de sistemas de freno convencionales solo alcanzan su pleno par de giro al cabo de un proceso de adaptación. Este frecuentemente se denomina también como proceso de rodaje o acondicionamiento. El estado acondicionado y, por tanto, optimizado del freno se alcanza o se mantiene solo a continuación de un trabajo de fricción regular.

Usando los accionamientos regulados descritos, sin embargo, no se produce ningún trabajo de fricción durante el funcionamiento normal. Por parte del fabricante de instalaciones, por razones económicas, frecuentemente se prescinde de un proceso de adaptación del sistema de freno en el marco de la puesta en servicio de una instalación. También, los procesos de frenado como consecuencia de situaciones de emergencia o falta de corriente se producen solo muy raras veces, de modo que no se mantiene un estado acondicionado de frenos. De ello resulta que los sistemas de freno convencionales no alcanzan su pleno par de giro.

Si se pone a disposición una rugosidad superficial abrasiva adaptada en la zona de fricción en el lado de la contrasuperficie de fricción metálica, se puede prescindir de un proceso de adaptación así como del mantenimiento del estado acondicionado. Las superficies adaptadas conducen a que las partes de fricción mutua, el forro de fricción y la contrasuperficie de fricción, se enclaven cerca de la superficie y, por tanto, a un coeficiente de fricción más elevado. Como consecuencia del coeficiente de fricción más elevado resulta un mayor par de giro transmisible. Del estado de la técnica se conocen múltiples modificaciones, procedimientos de mecanizado y de recubrimiento de contrasuperficies de fricción metálicas. Por ejemplo, en el documento DE 102007037612 A1 se propone incrustar granos de sustancia sólida en una masa de base de soporte sobre la superficie de fricción. Esto conduce a un coeficiente de fricción más elevado, pero supone un gran esfuerzo de mecanizado y económico.

En el documento DE 102004 049 559 A1 se proponen estrías o estructuras acanaladas en contrasuperficies de fricción en la dirección circunferencial, conteniendo la contrasuperficie de fricción el dibujo de ranuras y estando provisto el forro de fricción de muelles correspondientes. Esto requiere un gran esfuerzo de mecanizado en las dos partes de fricción mutua que han de adaptarse la una a la otra. Además, las acanaladuras y ranuras en la dirección circunferencial conducen a un incremento irrelevante del coeficiente de fricción. En dirección radial están previstas cavidades que, sin embargo, no contribuyen al aumento de la rugosidad, sino que sirven solo para la evacuación del material de abrasión originado.

Además, por ejemplo, en los documentos DE 102006 017 207 A1 y DE 19524 144 A1 se propone agrandar la superficie de discos de freno mediante estrías o cavidades circunferenciales para una mejor emisión de calor. Esta estructura superficial conduce a una mayor rugosidad superficial en dirección radial, pero en dirección circunferencial (dirección de fricción) no se produce ningún efecto abrasivo. Por lo tanto, no cabe esperar un incremento del coeficiente de fricción. El documento WO 2008/138458 A2 divulga un freno de corriente de reposo con desbloqueo electromagnético.

En el documento DE 102005 062 522 A1 se divulga un procedimiento para la unión en arrastre de fuerza de las superficies frontales de dos componentes de máquina que siempre son inmóviles uno respecto a otro, para la transmisión de elevados pares de giro o fuerzas transversales. Con este fin, la superficie de un primer componente de máquina se mecaniza por medio de un rayo láser enfocado y, al hacerlo, se crean elevaciones en esta superficie que son más duras que el material en la superficie de otro componente de máquina, al que se debe unir el primero. Este documento, sin embargo, no se refiere de ningún modo a frenos, ya que las piezas se unen entre sí en arrastre de fuerza, las cuales que permanecen inmóviles una respecto a otra también durante el funcionamiento, de modo que el documento no toma en consideración en particular el modo de trabajo de un freno en el que una superficie de fricción y su contrasuperficie de fricción correspondiente sean móviles una respecto a otra.

En el documento DE 102006036 151 A1 se divulga un procedimiento para el tratamiento superficial de una pieza de trabajo con una superficie que puede ser solicitada de forma tribológica. En este caso, se emplea un láser con una duración de impulso particularmente corta y, por tanto, con una reducida transmisión de energía. En este caso, este documento describe la formación de cavidades por medio de un mecanizado por láser y se usan impulsos ultracortos con una duración de impulso inferior a 100 ps. Este documento se aleja de la esencia de la invención descrita en el presente documento, porque a causa del uso de impulsos láser ultracortos no pueden producirse rebabas ni elevaciones en la superficie de la pieza de trabajo que ha de ser mecanizada.

La presente invención tiene, por tanto, el objetivo de proporcionar, para un freno de corriente de reposo o un freno equiparable, una clara mejora de los coeficientes de fricción alcanzables, en concreto, en un freno de corriente de reposo que presenta un rotor de freno con forros de freno de un material ligado orgánicamente así como al menos un disco de inducido que coopera con el mismo y, dado el caso, también una placa de brida con contrasuperficie(s) de fricción. La(s) contrasuperficie(s) de fricción (GF) tienen una zona de fricción (B) en la que, de acuerdo con la invención, usando un rayo láser se genera una rugosidad superficial abrasiva. La forma de la(s) superficie(s) de fricción de la(s) contrasuperficie(s) de fricción metálicas puede ser circular, ovalada, cuadrada o rectangular. Por la acción del rayo láser se producen ahondamientos en la y/o las contrasuperficies de fricción (GF) del disco de inducido metálico y/o de la placa de brida, produciéndose al mismo tiempo elevaciones / rebabas en los bordes de los ahondamientos. Los ahondamientos y las elevaciones / rebabas producen una mayor rugosidad superficial de la(s) contrasuperficie(s) de fricción (GF), que actúa en la dirección de fricción, lo que da como resultado un coeficiente de fricción más elevado del freno de corriente de reposo. En este caso, el incremento del coeficiente de fricción es independiente del forro de fricción ligado orgánicamente sobre el rotor de freno. La mejora de acuerdo con la invención conduce, además, a un procedimiento económico para la elaboración de rugosidades superficiales abrasivas en la o las contrasuperficies de fricción (GF) de un freno de corriente de reposo o un freno equiparable. Además, la mejora de acuerdo con la invención permite fabricar una gran cantidad de frenos de corriente de reposo con una rugosidad superficial abrasiva reproducible, en concreto, usando un procedimiento sencillo y fácil de poner en práctica, es decir, un procedimiento eficiente en cuanto al tiempo.

La generación de la rugosidad superficial abrasiva en la zona de fricción (B) de la(s) contrasuperficie(s) de fricción (GF) del disco de inducido y, dado el caso, de la placa de brida de un freno de corriente de reposo se efectúa por medio de un láser, por ejemplo, un láser de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio o un láser de aplicación equiparable. Para solucionar el problema técnico, como parámetros del láser hay que determinar la potencia media del láser, la posición del foco del rayo láser, la frecuencia de impulsos del láser, la velocidad de marcado del láser y la cantidad de repeticiones del mecanizado por láser en la o las contrasuperficies de fricción. En este caso, por medio de un programa de diseño asistido por ordenador, por ejemplo, un programa CAD, se definen la forma, la configuración y la extensión de la(s) contrasuperficie(s) de fricción junto con las zonas que han de ser mecanizadas en la pieza de trabajo mencionada anteriormente, y se especifican para el láser. La o las zonas de la(s) contrasuperficie(s) de fricción que obtienen una rugosidad superficial abrasiva en la zona de fricción (B) pueden estar dispuestas, en este caso, a distancias regulares o irregulares entre sí y estar configuradas en forma de segmentos de círculo, segmentos cuadrados o rectangulares. La zona de superficie (BR) con rugosidad superficial abrasiva, que puede ser ocupada por la zona de fricción (B) en la superficie de fricción metálica se sitúa en el intervalo del 10 % al 80 % de la superficie de fricción metálica. El material de la contrasuperficie de fricción (GF) que ha de ser mecanizada puede ser, opcionalmente, C45, C15E, DC01, S235JR, S355J2G3, X6Cr17 o un material equiparable.

Durante el mecanizado por láser de la pieza de trabajo se pueden formar líneas radiales (transversalmente a la dirección de fricción) orientadas hacia fuera. Las líneas formadas también pueden estar realizadas con otros ángulos a discreción. Alternativamente, también pueden realizarse líneas en zigzag, líneas ovaladas, circulares o también patrones cruzados, formados por líneas con un ángulo S entre 5 y 90 grados angulares unas respecto a otras. Además, la rugosidad superficial también puede realizarse en forma de inscripciones. Tras la transmisión de todos los parámetros e informaciones necesarios al láser, durante la aplicación del mismo sobre la pieza de trabajo, el material del disco metálico que ha de ser mecanizado se evapora o se ioniza en el centro del rayo láser a causa de la alta densidad de energía del rayo láser y, de esta manera, se producen ahondamientos en la superficie de la pieza de trabajo o de la(s) contrasuperficie(s) de fricción. Las elevaciones / rebabas en los bordes de los ahondamientos se alimentan, en este caso, a partir de la masa fundida de la huella de láser, de modo que durante el mecanizado de la(s) contrasuperficie(s) de fricción metálicas se produce en el centro una remoción de material. Debido a la generación de rebabas / elevaciones se forma un perfil irregular de aristas vivas de la(s) contrasuperficie(s) de fricción, con lo cual, cuando la(s) contrasuperficie(s) de fricción (GF) cooperan con el rotor de freno y su(s) superficie(s) de fricción con un forro orgánico, se produce un enclavamiento de las superficies que cooperan entre sí.

En este caso, el láser genera en las zonas definidas (por el programa de diseño asistido por ordenador), en la(s) contrasuperficie(s) de fricción, una rugosidad superficial abrasiva con elevaciones y ahondamientos, alcanzándose unos valores de rugosidad comprendidos en el intervalo de Ra = 1,6 |jm a Ra = 4,0 |jm. Ra corresponde en este caso al promedio aritmético. Este constituye el promedio aritmético de los valores absolutos de las desviaciones de perfil dentro del tramo de referencia. El valor Ra se determina por medio de una medición de rugosidad táctil, es decir, mediante el denominado procedimiento de pasos de palpado. En este caso, una punta de palpado se hace pasar sobre la superficie y, a partir de las informaciones de captación obtenidas, se calcula el valor Ra.

Las informaciones y los parámetros transmitidos al láser para obtener el intervalo de valores de rugosidad de la pieza de trabajo, mencionado anteriormente, se sitúan, para la potencia media del láser, en el intervalo de 90 a 100 W, para la frecuencia de impulsos del láser, en el intervalo de 20 a 200 kHz y, para la velocidad de marcado del láser, en el intervalo de 100 a 300 mm/s. La cantidad de repeticiones de los pasos de trabajo del láser durante la generación de la rugosidad superficial abrasiva en la(s) contrasuperficie(s) de fricción es uno, es decir, que durante el mecanizado de la pieza de trabajo, el láser pasa solo una vez sobre los ahondamientos y las elevaciones generadas en la contrasuperficie de fricción. El foco del rayo láser durante la generación de una rugosidad superficial abrasiva puede situarse directamente sobre la superficie de fricción de la(s) contrasuperficie(s) de fricción o, también, en o por debajo de la(s) contrasuperficie(s) de fricción dentro de un margen de 0,1 mm a 2,5 mm. En este caso, sobre la(s) contrasuperficie(s) de fricción incide un rayo láser desenfocado y, por tanto, más ancho, de manera que se producen unos ahondamientos más anchos en la superficie de la superficie de fricción.

En el procedimiento descrito cabe mencionar que también se pueden conseguir estructuras superficiales con valores de rugosidad de hasta Ra = 50 jm usando otros intervalos de parámetros, aunque en la presente aplicación de la invención esto no es deseable, ya que en el caso de valores de rugosidad Ra tan altos el desgaste producido durante un proceso de frenado en un freno de corriente de reposo es demasiado elevado.

En piezas de trabajo de altura variable, se hace que el foco del rayo láser siga las variaciones de altura de la pieza de trabajo, de manera que el ajuste de foco durante el mecanizado de una pieza de trabajo sea constante para diferentes alturas de la pieza de trabajo. A continuación del mecanizado por láser, se pueden aplicar procedimientos de endurecimiento de superficie como la nitruración por gas, la nitruración por plasma, la nitrocarburación por gas o la nitrocarburación por plasma, o un procedimiento equiparable. En este caso, las profundidades de endurecimiento de aprox. 0,5 mm a 1,0 mm que se pueden conseguir con estos procedimientos son claramente más profundas que en el procedimiento por láser aplicado previamente. Además de los procedimientos mencionados anteriormente, también se pueden aplicar procedimientos de endurecimiento por láser o procedimientos de endurecimiento de capa marginal. Mediante los procedimientos de endurecimiento realizados pueden volverse más resistentes al desgaste las puntas de rugosidad así como las estructuras lineales situadas a más profundidad derivadas del procedimiento por láser.

Las piezas de trabajo que han de ser mecanizadas, por ejemplo contrasuperficie(s) de fricción metálicas, de los frenos de corriente de reposo en cuestión frecuentemente están recubiertas con materiales para la protección anticorrosiva y/o durante el transporte, para que estén protegidas frente a los influjos ambientales durante tiempos de almacenamiento prolongados. Ejemplos de recubrimientos de este tipo pueden ser cualquier tipo de recubrimientos orgánicos o inorgánicos, por ejemplo también recubrimientos de fosfato, capas de barniz, capas de metal u otros recubrimientos equiparables. Para la preparación para un mecanizado adicional, por ejemplo con el procedimiento presentando anteriormente para generar una rugosidad superficial abrasiva en contrasuperficie(s) de fricción, se plantea el objetivo de eliminar lo máximo posible los recubrimientos de materiales orgánicos o inorgánicos mencionados anteriormente, a fin de obtener una superficie metálica lo más pura posible de la pieza de trabajo. La eliminación de recubrimientos de materiales orgánicos o inorgánicos es posible, además de mediante procedimientos conocidos del estado de la técnica, también por medio de un láser. En este caso, el láser trabaja en un modo en el que, durante el mecanizado, la superficie de la pieza de trabajo es cubierta completamente por el rayo láser que pasa sobre la misma, ya sea una vez o varias veces. En este caso, el láser se hace funcionar, a ser posible, a ras del borde y con poco solapamiento. La forma y el tamaño de la zona que ha de ser eliminada se establece por medio de un programa de diseño asistido por ordenador, por ejemplo, un programa CAD o un programa equiparable, y puede componerse de zonas unidas unas a otras o separadas unas de otras en la superficie de la pieza de trabajo. Como láser se puede usar un láser de fibra bombeado por diodos, por ejemplo, un láser de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio. En este caso, son posibles segmentos circulares o una forma cuadrada o rectangular de las zonas en la superficie de la pieza de trabajo de las que se elimina un recubrimiento.

Un parámetro decisivo para la velocidad de eliminación de recubrimientos de la superficie de una pieza de trabajo es la altura de la pieza de trabajo que ha de ser mecanizada. Esta es decisiva para la posición del foco del rayo láser con respecto a la pieza de trabajo que ha de ser mecanizada y se transmite como parámetro al láser. En este caso, a la altura real de la pieza de trabajo se le resta un valor de entre 0,1 mm y 2,5 mm, de manera que el foco del rayo láser se sitúe dentro de la pieza de trabajo. A causa del desenfoque que se produce por ello, sobre la superficie de la pieza de trabajo actúa un rayo láser más ancho que conduce a una eliminación más rápida del recubrimiento del material orgánico o inorgánico. Los parámetros del rayo láser son, en este caso, una velocidad de marcado de 1900 a 2000 mm/s en combinación con una frecuencia de impulsos comprendida en el intervalo de 190 a 200 kHz y una potencia media del láser comprendida en el intervalo de 60 a 80 W. La ventaja de esta elección de parámetros consiste en una velocidad de trabajo optimizada, de tal forma que se pueda mecanizar la mayor cantidad posible de piezas de trabajo en un tiempo determinado. Mediante el mecanizado por el rayo láser y la eliminación de recubrimientos orgánicos e inorgánicos, se producen durante la interacción del láser con la pieza de trabajo agujeros sin rebaba. El perfil de estas zonas mecanizadas puede determinarse por medio de una medición táctil, por ejemplo una aguja de medición que pasa sobre la superficie. Cabe mencionar en este caso que prácticamente no se producen elevaciones en los agujeros, de manera que, por medio de una medición táctil, se puede medir una rugosidad elevada que, sin embargo, por la falta de elevaciones, no conduce a un coeficiente de fricción elevado ni por tanto a una transmisión elevada del par de giro en un freno de corriente de reposo.

En el caso de una eliminación previa opcional de un recubrimiento de material orgánico e inorgánico en zonas previamente definidas de la pieza de trabajo, las zonas que deben obtener una rugosidad superficial abrasiva se solapan al menos en parte con aquellas. Con el solapamiento de las zonas se produce, en este caso, la ventaja técnica de una superficie prácticamente liberada de materiales orgánicos e inorgánicos, para su mecanizado posterior. La mencionada eliminación de recubrimientos de material orgánico o inorgánico también se puede conseguir mediante otros procedimientos de limpieza conocidos del estado de la técnica.

Además, está previsto no proporcionar la rugosidad superficial abrasiva a toda la zona de fricción (B), de manera que en las zonas situadas en la dirección circunferencial, es decir, entre las zonas de la rugosidad superficial abrasiva, pueda evacuarse el material de abrasión de la junta de fricción por medio de una superficie lisa de la pieza de trabajo.

Para obtener la rugosidad superficial abrasiva en el caso de un proceso de frenado dinámico, resulta especialmente ventajoso endurecer la superficie de la parte de fricción mutua metálica mediante un procedimiento de endurecimiento de capa marginal como, por ejemplo, el endurecimiento por inducción, y minimizar así el desgaste en el lado de la parte de fricción mutua metálica.

Si, después de generarse la rugosidad superficial abrasiva, la contraparte de fricción mutua metálica se reviste además con un recubrimiento orgánico o inorgánico, la contraparte de fricción mutua puede protegerse adicionalmente frente a la corrosión. En este caso se pueden usar, por ejemplo, capas de fosfato precipitadas químicamente o capas metálicas de zinc, níquel o zinc-níquel precipitadas galvánicamente. Igualmente es posible un recubrimiento cerámico.

La ventaja de la invención frente al estado de la técnica consiste en que, con los procedimientos mencionados, la(s) contrasuperficie(s) de fricción móvil(es) de un freno de corriente de reposo con una rugosidad superficial abrasiva para incrementar el coeficiente de fricción se pueden generar de manera muy económica e independientemente del forro de fricción. No es necesaria una adaptación de la geometría del forro de fricción. Otra ventaja es que la rugosidad superficial abrasiva puede crearse de forma reproducible. Adicionalmente, la zona de rugosidad superficial abrasiva puede protegerse contra el desgaste prematuro mediante un procedimiento de endurecimiento superficial. Otra ventaja de la invención es la independencia de procedimientos con arranque de virutas, ya que durante el mecanizado de piezas de trabajo con herramientas de arranque de virutas se produce un desgaste en estas últimas, lo que no se observa en caso de uso de una herramienta láser.

El objetivo de la invención se consigue con las características de la reivindicación principal y las reivindicaciones independientes. Otros detalles ventajosos de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes así como de la descripción de los dibujos que se indican a continuación.

A este respecto, muestran:

la Fig. 1 una representación en sección de un freno de muelle con desbloqueo electromagnético, en modo de construcción de corriente de reposo;

la Fig. 1.1 una contraparte de fricción mutua metálica del freno de la figura 1, en una forma de construcción redonda;

la Fig. 2 un freno de muelle con desbloqueo electromagnético, en una forma de construcción rectangular; la Fig. 2.1 una contraparte de fricción mutua metálica del freno de la figura 2, en una forma de construcción rectangular;

la Fig. 3 una representación en sección de un freno de muelle con desbloqueo hidráulico, como freno de disco; la Fig. 3.1 un disco de freno del freno de disco de la figura 3;

la Fig. 4 una contraparte de fricción mutua metálica del freno de muelle de la figura 1, con una rugosidad superficial abrasiva en la zona marcada;

la Fig. 5 una representación esquemática de ejemplo de una estructura superficial análoga a la figura 4, con una estructura que discurre radialmente;

la Fig. 6 una representación esquemática de ejemplo de una estructura superficial análoga a la figura 5, con una estructura que discurre en forma cruzada;

la Fig. 7 una rugosidad generada mediante el procedimiento láser mencionado en la superficie de una pieza de trabajo que ha de ser mecanizada, en forma de dos líneas que discurren radialmente hacia fuera, estando definidas estas líneas por ahondamientos y por elevaciones / rebabas situadas en los bordes de los ahondamientos;

la Fig. 8 un perfil bidimensional de la rugosidad superficial abrasiva en una contrasuperficie de fricción (GF) de la figura 7, siendo generada la rugosidad superficial por medio del mecanizado mediante un láser; la Fig. 9 mediciones comparativas de frenos de corriente de reposo con contrasuperficies de fricción estructuradas por láser, en comparación con frenos de corriente de reposo con contrasuperficies de fricción fresadas.

La figura 1 muestra una sección completa de un freno de muelle (FDB) con desbloqueo electromagnético, en un modo de construcción de corriente de reposo, en el que se usan contrapartes de fricción mutua (G) metálicas, como el disco de inducido (1) y la placa de brida (2), que forman las contrasuperficies de fricción (GF) metálicas. Según la invención, estas contrasuperficies de fricción (GF) se forman por medio de un láser con una rugosidad superficial / estructura superficial abrasiva en la respectiva zona de fricción de la contrasuperficie de fricción.

El soporte de bobina (3) que incluye los muelles de compresión (4) así como la bobina magnética (5) está montado de forma estacionaria en la placa de soporte de motor (M). El disco de inducido (1) está guiado de manera resistente al giro a través de casquillos (6) y se puede mover axialmente a lo largo del eje de giro (A). El rotor (7), que se compone de un soporte de forro de fricción (9) unido por ambos lados con forros de fricción (8) orgánicos, está unido a través de un buje (10) de manera resistente al giro con el árbol (11) y puede rotar alrededor del eje de giro (A) y moverse de manera axialmente paralela con respecto al eje de giro. La placa de brida (2) está firmemente sujeta por apriete entre la placa de soporte de motor (M) y el soporte de bobina (3).

El efecto de frenado del freno de muelle (FDB) es generado por la sujeción por apriete del rotor (7) entre el disco de inducido (1) y la placa de brida (2). La fuerza axial necesaria para ello es ejercida por los muelles de compresión (4). De esta manera, a través del rotor (7), que está unido a través del buje (10) de manera resistente al giro con el árbol (11), se sujeta el árbol (11) y se impide que este rote alrededor del eje de giro (A).

Para la apertura del freno de muelle (FDB), la bobina magnética (5) se une a una fuente de corriente eléctrica. El campo magnético originado por ello atrae el disco de inducido (1), en contra de la fuerza de los muelles de compresión (4), en dirección al soporte de bobina (3), de modo que se libera el rotor (7) y se anula el efecto de frenado. Por lo tanto, el árbol (11) puede volver a girar libremente.

La figura 1.1 muestra una contraparte de fricción mutua (G) metálica con una forma de construcción redonda, aquí a modo de ejemplo un disco de inducido (1) tal como se usa en el freno de muelle (FDB) de la figura 1. La zona resaltada (B) marca la contrasuperficie de fricción (GF) en la que el forro de fricción (8) orgánico del rotor (7) entra en contacto con la contraparte de fricción mutua (G) metálica cuando se cierra un freno correspondiente. La forma de construcción representada a modo de ejemplo se emplea en casi todos los ámbitos industriales. La placa de brida (2) de la figura 1 presenta una zona (B) idéntica como contrasuperficie de fricción (GF) que entra en contacto con el segundo forro de fricción (8) orgánico del mismo rotor (7).

La figura 2 muestra un freno de muelle (FDB) en modo de construcción de corriente de reposo, tal como se emplea por ejemplo en la técnica de ascensores. El principio de funcionamiento corresponde al del freno de muelle descrito en la figura 1. Aquí, sin embargo, actúan dos circuitos de freno sobre un rotor (7). Para mayor claridad, en la figura 2 están representados solo un circuito de freno, compuesto por el soporte de bobina (3) y el disco de inducido (1), y el rotor (7) con el forro de fricción (8) en forma de anillo circular.

La figura 2.1 muestra una contraparte de fricción (G) metálica con una forma de construcción rectangular, aquí, un disco de inducido (1) rectangular tal como el representado también en la figura 2. La zona resaltada (B) marca la contrasuperficie de fricción (GF) en la que el forro de fricción (8) orgánico del rotor (7) entra en contacto con la contraparte de fricción (G) metálica cuando se cierra un freno correspondiente. La forma de construcción representada se emplea, sobre todo, en el ámbito de los ascensores para personas y para cargas. La placa de brida (2) de la figura 2, representada aquí, presenta a su vez una zona (B) similar como contrasuperficie de fricción (GF) que entra en contacto con el segundo forro de fricción (8) orgánico del mismo rotor (7).

La figura 3 muestra una sección completa de un freno de muelle (FDB) con desbloqueo hidráulico, aquí representado como freno de disco. El disco de freno (12) con las contrasuperficies de fricción (GF) metálicas forma la contraparte de fricción (G) metálica. Los cilindros (13) están dispuestos de forma estacionaria y unidos rígidamente entre sí a través del estribo (16). A través de la fuerza axial de los muelles de compresión (4), que se apoyan en la tapa de cilindro (15), los émbolos (14) se mueven en dirección al disco de freno (12). A través de los soportes de forro de fricción (9), firmemente unidos a los émbolos (14), con los forros de fricción (8) se aprieta el disco de freno y de esta manera se genera el efecto de frenado. Para la apertura del freno de muelle (FDB), a través del suministro de medio de presión (17) se suministra un medio de presión como, por ejemplo, aceite hidráulico o aire comprimido, lo que mueve los émbolos (14), en contra de la fuerza de muelle de los muelles de compresión (4), en dirección a la tapa de cilindro (15). La sobrepresión originada en este caso en la zona de los muelles de compresión (4) puede escapar a través de los taladros de aireación (18). A través de este movimiento de los émbolos (14) se libera el disco de freno (12).

La figura 3.1 muestra un disco de freno (12) metálico que sirve de contraparte de fricción (G) metálica. La zona resaltada (B) marca la contrasuperficie de fricción (GF) en la que el forro de fricción (8) orgánico entra en contacto con la contraparte de fricción (G) metálica cuando se cierra un freno correspondiente. La forma de construcción representada se emplea, sobre todo, en el ámbito de los ascensores de personas y de cargas, pero también en la ingeniería mecánica en general.

La figura 4 muestra una contraparte de fricción (G) metálica, aquí, un disco de inducido (1), análoga a la figura 1.1, que, en la zona (B) en la que se tocan el forro de fricción (8) y la contraparte de fricción (G), está provista de una rugosidad superficial abrasiva, no por la superficie entera, sino solo parcialmente. Estas zonas (BR) pueden estar dotadas de múltiples interrupciones (U) y se sitúan a distancias regulares o irregulares entre sí en la dirección circunferencial.

La figura 5 muestra una representación de una rugosidad superficial abrasiva en forma de segmento de círculo, formada por estrías realizadas en dirección radial, es decir, transversalmente a la dirección de fricción.

La figura 6 muestra una representación de una rugosidad superficial abrasiva que está realizada mediante estrías dispuestas como patrón cruzado. Las estrías dispuestas en el patrón cruzado se cruzan en el ejemplo representado con un ángulo de intersección (S) de 90°, siendo posibles también ángulos comprendidos en un intervalo entre 10° y 90°.

La figura 7 muestra una fotografía, tomada con la ayuda de un microscopio óptico y aumentada con el factor 500, de una parte de la rugosidad superficial abrasiva en la superficie de una contrasuperficie de fricción (GF) de un disco metálico como, por ejemplo, un disco de inducido o una placa de brida, en concreto, en forma de acanaladuras que discurren radialmente hacia fuera (transversalmente a la dirección de fricción). Cabe mencionar, en este caso, que los ahondamientos producidos por medio del láser presentan en el borde de estos ahondamientos elevaciones que contribuyen a aumentar la rugosidad superficial. La rugosidad superficial se sitúa en un intervalo de Ra = 1,6 |jm a Ra = 4 jm.

La figura 8 muestra un perfil de altura de la estructura superficial, tomada en la figura 7, de una pieza de trabajo que ha sido mecanizada por medio de un láser. Se pueden ver claramente en este caso las elevaciones que se encuentran directamente junto a los ahondamientos. Por medio de estos procedimientos se pueden alcanzar unos valores de rugosidad comprendidos en el intervalo de Ra = 1-50 jm, siendo preferibles valores comprendidos en el intervalo de Ra = 1,6 jm a Ra = 4,0 jm, ya que estos contribuyen a un coeficiente de fricción más elevado y conducen a un desgaste aceptable durante el funcionamiento de un freno de corriente de reposo.

La figura 9 muestra los resultados de mediciones de coeficiente de fricción estática de frenos de corriente de reposo, estando representado con la barra sombreada el valor de coeficiente de fricción de contrasuperficie(s) de fricción con una superficie mecanizada por láser y estando representado con la barra gris el valor de coeficiente de fricción de contrasuperficie(s) de fricción con superficies fresadas. En este caso, en una estación de ensayo se miden los pares de giro que pueden ser transmitidos por las superficies mecanizadas y, a partir de ello, se determinan los coeficientes de fricción para las superficies mecanizadas de diferentes formas. De esta manera se obtiene el resultado de que los pares de giro que pueden ser transmitidos con contrasuperficies de fricción, mecanizadas por láser, de discos metálicos en frenos de corriente de reposo, en comparación con contrasuperficie(s) de fricción fresadas de discos metálicos en frenos de corriente de reposo, son más altos en un intervalo del 20 % al 35 %, lo que demuestra la ventaja técnica de la enseñanza de acuerdo con la invención expuesta.

Lista de referencias:

FDB freno de muelle

G contraparte de fricción metálica

GF contrasuperficie de fricción metálica

A eje de giro

M placa de soporte de motor

B superficie de contacto entre la contraparte de fricción y el forro de fricción BR zona de rugosidad superficial abrasiva o estructura superficial abrasiva ER elevaciones / rebabas

VT ahondamientos

U interrupción entre las zonas BR

S ángulo de intersección

1 disco de inducido

2 placa de brida

3 soporte de bobinas

4 muelle de compresión

5 bobina magnética

6 casquillo

7 rotor

8 forro de fricción

9 soporte de forro de fricción

10 buje

11 árbol

12 disco de freno

13 cilindro

14 émbolo

15 tapa de cilindro

16 estribo

17 suministro de medio de presión

18 taladro de aireación

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Freno de corriente de reposo con desbloqueo electromagnético, con un soporte de bobinas (3) con una bobina magnética (5) y muelles de compresión (4) dispuestos en el soporte de bobina (3), distribuidos por la circunferencia del soporte de bobina (3), con:

- un rotor de freno (7) con una o varias superficies de fricción,

- un disco de inducido (1) con una o varias contrasuperficies de fricción (GF) metálicas,

- así como, dado el caso, una placa de brida con una o varias contrasuperficies de fricción (GF) metálicas, caracterizado por que

la o las contrasuperficies de fricción (GF) se dotan, al menos en una zona de fricción (B), de una rugosidad superficial en forma de ahondamientos (VT) y de elevaciones (ER) dispuestas en los bordes de los ahondamientos (VT), siendo generados estos ahondamientos (VT) y estas elevaciones (ER) mediante la acción de un rayo láser en la zona de fricción (B), y por que estas zonas en la o las contrasuperficies de fricción (GF) con una rugosidad superficial en la zona de fricción (B) están separadas unas de otras a distancias regulares o irregulares, estando comprendida la rugosidad superficial generada en la o las contrasuperficies de fricción (GF) en el intervalo de Ra = 1,6 |jm a Ra = 4,0 |jm.

2. Freno de corriente de reposo según la reivindicación 1, caracterizado por que la o las contrasuperficies de fricción (GF) presentan una forma circular, ovalada, cuadrada o rectangular.

3. Freno de corriente de reposo según la reivindicación 2, caracterizado por que la o las contrasuperficies de fricción (GF) se componen de un material de hierro o de fundición como, por ejemplo, C45, C15E, DC01, S235JR, S355J2G3, X6Cr17 o un material equiparable.

4. Freno de corriente de reposo según la reivindicación 2, caracterizado por que la o las contrasuperficies de fricción (GF) presentan en la zona de fricción (B) una o varias zonas con una rugosidad superficial en forma de segmentos de círculo, segmentos cuadrados o rectangulares.

5. Freno de corriente de reposo según la reivindicación 3, caracterizado por que las zonas con una rugosidad superficial en la zona de fricción (B) ocupan una zona de superficie del 10 % al 80 % de la(s) contrasuperficie(s) de fricción.

6. Freno de corriente de reposo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que están realizados ahondamientos (VT) y elevaciones (ER) en la o las contrasuperficies de fricción (GF), sustancialmente en líneas radiales (transversalmente a la dirección de fricción).

7. Freno de corriente de reposo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que están realizados ahondamientos (VT) y elevaciones (ER) en la o las contrasuperficies de fricción (GF) como patrón cruzado con un ángulo de intersección (S), adoptando el ángulo de intersección (S) un valor de entre 10 y 90 grados angulares.

8. Freno de corriente de reposo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la o las contrasuperficies de fricción (GF) se endurecen, después del mecanizado por láser, mediante procedimientos de endurecimiento de superficie como la nitruración por gas, la nitruración por plasma, la nitrocarburación por gas, la nitrocarburación por plasma o un procedimiento equiparable.

9. Freno de corriente de reposo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la o las contrasuperficies de fricción se revisten, después del mecanizado por láser, con un recubrimiento orgánico o inorgánico para la protección anticorrosiva y/o durante el transporte.

10. Procedimiento para el mecanizado de la(s) contrasuperficie(s) de fricción (GF) de un freno de corriente de reposo con desbloqueo electromagnético, con un soporte de bobina (3) con una bobina magnética (5) y muelles de compresión (4) dispuestos en el soporte de bobina (3), distribuidos por la circunferencia del soporte de bobina (3), con:

- un rotor de freno (7) con una o varias superficies de fricción,

- un disco de inducido (1) con una o varias contrasuperficies de fricción (GF) metálicas,

- así como, dado el caso, una placa de brida con una o varias contrasuperficies de fricción (GF) metálicas, caracterizado por que

la o las contrasuperficies de fricción se dotan, en una zona de fricción (B), de una rugosidad superficial en forma de ahondamientos (VT) y de elevaciones (ER) dispuestas en los bordes de los ahondamientos (VT), siendo generados estos ahondamientos (VT) y estas elevaciones (ER) mediante la acción de un rayo láser en la zona de fricción (B), y por que las zonas en la o las contrasuperficies de fricción (GF) con una rugosidad superficial en la zona de fricción (B) están separadas unas de otras a distancias regulares o irregulares, estando comprendida la rugosidad superficial generada en la o las contrasuperficies de fricción (GF) en el intervalo de Ra = 1,6 |jm a Ra = 4,0 |jm.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que el láser es un láser de fibra bombeado por diodos y, durante la generación de la rugosidad superficial, la potencia media del láser se sitúa en el intervalo de 90 a 100 W, la frecuencia de impulsos del láser se sitúa en el intervalo de 20 a 200 kHz y la velocidad de marcado del láser se sitúa en el intervalo de 100 a 300 mm/s.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que el foco del rayo láser se sitúa en el intervalo de 0,1 mm a 2,5 mm en la o las contrasuperficies de fricción (GF).

13. Uso de la(s) contrasuperficie(s) de fricción (GF) según una de las reivindicaciones anteriores 10 a 12 para el uso en un freno de disco accionado por un medio de presión o en un freno de imán permanente.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que recubrimientos orgánicos o inorgánicos en la o las contrasuperficies de fricción (GF) se eliminan al menos en parte, antes de la generación de una rugosidad superficial, mediante el mecanizado de la o las contrasuperficies de fricción (GF) con un rayo láser desenfocado.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que el láser es un láser de fibra bombeado por diodos y, durante la eliminación de recubrimientos, la potencia media del láser se sitúa en el intervalo de 60 a 80 W, la frecuencia de impulsos del láser se sitúa en el intervalo de 190 a 200 kHz y la velocidad de marcado del láser se sitúa en el intervalo de 1800 a 2000 mm/s.