ES2874951T3 - Sistema de freno de disco húmedo - Google Patents

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Robert Mcdougall
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Abstract

Un sistema (10) de frenos de disco húmedo que comprende: una carcasa (12) configurada para formar una cavidad sellada alrededor de un cuerpo que gira con respecto a el alojamiento (12); una o más pinzas (14) de freno dispuestas en el alojamiento (12), las pinzas de freno (14) provistas de uno o más cilindros (22); teniendo el alojamiento (12) una cubierta (30) exterior que se extiende circunferencialmente alrededor de una o más pinzas (14), y una primera placa (32) provista de una abertura (48) central a través de la cual se extiende un alojamiento (16) de eje y que comprende un componente (28) estructural en el que la primera placa está dispuesta en un lado de la cubierta (30) exterior, estando provista la primera placa (32) de: una abertura (24) para cada uno de los cilindros (22), en donde cada cilindro (22) está asentado en una abertura respectiva (24); caracterizado por una pluralidad de orificios de sujeción de la pinza (54) formados en la primera placa (32) que pueden alinearse con los orificios (144) en el componente (28) estructural donde los sujetadores pueden engancharse con las pinzas (14), pasan a través de los orificios de la pinza (54) en la primera placa (32) y en los orificios (114) del componente (28) estructural en los que la carga sobre una o más pinzas (14) durante el frenado se transfiere a y es soportada por el alojamiento (16) del eje a través de los sujetadores.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de freno de disco húmedo
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de freno de disco, y en particular, pero no exclusivamente, a un sistema de freno de disco húmedo que es adecuado para vehículos pesados que sufren un gran número de eventos de frenado.
Antecedentes de la invención
La presente invención se desarrolló para proporcionar una solución al alto coste de servicio y mantenimiento del sistema de frenado de un camión de basura. Como ejemplo, una autoridad municipal indicó que un camión de basura típico de eje delantero único, eje trasero tándem con una tara de más de 11,500 kg, con tambores de freno de leva en S de 419 mm x 152 mm (6 “) en el eje delantero, y tambores de freno de leva en S de 419 mm x 178 mm (7 “) en el eje trasero, requieren una revisión del freno trasero cada seis meses y una revisión del freno delantero cada 12 meses. Este programa de mantenimiento tiene un coste anual del orden de US $ 6.000 - US $ 8.700.
Aunque la presente invención se desarrolló para reducir los costes de mantenimiento del sistema de frenado para un camión de basura, las realizaciones de la invención no se limitan a tales aplicaciones. Las realizaciones de la invención se pueden aplicar a otros vehículos, incluidos otros tipos de camiones o vehículos pesados, tales como autobuses, independientemente de si un perfil de frenado para el camión comprende un número relativamente grande de eventos de frenado.
Documentos de la técnica anterior
El documento GB 2013804 A divulga una carcasa de freno de disco, que tiene un freno de disco que comprende un árbol, cuya rotación debe ser frenada, un disco estriado en el árbol para girar con el mismo. Un alojamiento fijo encierra sustancialmente toda la periferia del disco, y los miembros de freno montados en el alojamiento en medios de retención y dispuestos opuestos uno frente al otro en cada lado del disco, siendo uno de los miembros de freno móvil hacia el otro miembro de freno para engranar el disco y moverlo axialmente del eje en engranaje con dicho otro miembro de freno de modo que el disco se sujete entre los miembros de freno para retardar la rotación del disco. El alojamiento tiene una abertura a través de la cual los miembros de freno pueden insertarse y retirarse del alojamiento, dicha abertura normalmente está cerrada por una tapa que está dispuesta radialmente más allá del reborde del disco y que se puede quitar para dar acceso a los miembros de freno para inspeccionarlos y/o cambiarlos cuando se desgasten.
El documento FR 2820794 A1 se refiere a un sistema de frenos de disco multirrotor contenido dentro del alojamiento. El alojamiento tiene rodillos extremos anulares opuestos, es decir, la pared periférica exterior y la pared periférica interior. La pared de extremo anular está acoplada mediante medios de conexión convencionales al chasis de un vehículo.
El documento WO 2007/038693 A2 está relacionado con un conjunto de freno de disco. El conjunto de freno de disco es para un vehículo que tiene una pinza montada en una estructura no giratoria del vehículo y un alojamiento montado en una estructura giratoria del vehículo está conectada fijamente a un rotor dentro del alojamiento. Una placa de presión y un par de discos de freno anulares a cada lado del rotor y que se extienden paralelamente al rotor están dispuestos dentro del alojamiento y montados en la pinza para el movimiento axial en la placa de presión. Al menos un disco de freno anular se puede mover axialmente mediante un pistón anular impulsado hidráulica o neumáticamente dispuesto en la pinza.
El documento US 2004/231931 A1 divulga un accionador de freno. El accionador de freno incluye un alojamiento anular que tiene una primera y una segunda caras radiales opuestas A y B, respectivamente. Se forman cavidades en el alojamiento, algunas se abren en la cara A y otras en la cara radial B. Dos pistones están dispuestos en cada una de las cavidades y se pueden mover bajo la influencia de la presión del fluido ejercida desde dentro de las respectivas cavidades hasta una posición de frenado donde los pistones se extienden axialmente lejos de la cavidad. Los pistones se apoyan contra una placa de respaldo de las respectivas pastillas de freno, forzando las pastillas de freno contra los discos de freno. Al proporcionar cavidades en ambas caras A y B, respectivamente, del alojamiento, un accionador puede aplicar simultáneamente pastillas de freno a dos discos giratorios separados. Se pueden acoplar una pluralidad de accionadores para actuar sobre una pluralidad de discos de freno separados axialmente para formar un sistema multifreno, multipastilla.
Sumario de la invención
Un aspecto de la invención proporciona un sistema de freno de disco húmedo como se define por las características de la reivindicación 1.
El sistema de freno de disco húmedo puede comprender un sello respectivo ubicado entre cada cilindro y que forma un sello entre ese cilindro y una abertura correspondiente en la que está asentado ese cilindro.
En una realización, la cubierta exterior tiene extremos axiales primero y segundo opuestos y una proyección de labio radialmente hacia adentro que se extiende alrededor del segundo extremo axial.
El alojamiento puede comprender una segunda placa unida de forma desmontable al labio de la cubierta exterior, provista la segunda placa de una abertura para recuperar un cubo que se extiende hacia el interior del alojamiento. La segunda placa puede formarse con un diámetro exterior mayor que un diámetro interior del labio y en el que la segunda placa está dispuesta en un lado del labio dentro de la cubierta exterior.
La segunda placa puede comprender un núcleo que se extiende axialmente que define la abertura en la segunda placa para recibir el cubo, teniendo el núcleo un asiento circunferencial y un sello en el asiento que forma un sello líquido alrededor del cubo.
Cada pinza puede comprender un primer y un segundo cascarones acoplados de forma desmontable, el primer cascaron provisto de la pluralidad de cilindros, el primero y el segundo cascarón tienen una forma relativa para formar una cavidad entre ellos y a través de la cual gira el cuerpo, la cavidad se abre a una superficie exterior de la pinza para formar un espacio entre los cascarones.
Cada pinza puede comprender al menos una correa que se extiende a través del espacio y se acopla a cada uno de los primeros y segundos cascarones.
Los extremos opuestos de cada correa pueden asentarse en los respectivos rebajos formados en el primer y segundo cascarón.
Un aspecto adicional de la invención puede proporcionar un vehículo pesado como se define en la reivindicación 9. El sistema de frenado puede comprender al menos una pinza de freno configurada para proporcionar tanto freno de servicio como freno de estacionamiento.
El sistema de frenos puede comprender frenos de servicio en al menos un eje del vehículo pesado y una combinación de frenos de servicio y de estacionamiento en al menos un eje trasero.
El vehículo pesado puede tener una tara de al menos 6 toneladas. En realizaciones alternativas, el vehículo pesado puede tener una tara de al menos 10 toneladas, o al menos 12 toneladas. En una realización adicional, el vehículo pesado puede tener una tara de al menos 16, 24 o 30 toneladas.
En una realización, el vehículo pesado es un camión de basura y el receptáculo está dispuesto para contener y comprimir material de desecho.
El sistema de frenos para vehículos pesados puede comprender el sistema de frenos húmedos de acuerdo con el primer aspecto de la invención.
Otro aspecto de la invención puede comprender un método de reacondicionamiento de un sistema de freno de tambor accionado por aire en un vehículo pesado que tiene un compresor de aire y un conjunto de freno de tambor y un cubo en uno o más ejes, comprendiendo el método:
retirar el cubo y el conjunto de freno de tambor asociado de los ejes respectivos; y,
montar un sistema de freno de acuerdo con el primer aspecto de la invención en los ejes respectivos junto con un cubo correspondiente.
El método puede comprender premontar el sistema de frenos junto con el cubo correspondiente alejado del vehículo pesado y posteriormente montar el sistema de frenos y el cubo premontados en un eje correspondiente.
La instalación del sistema de frenos y el cubo preensamblados en un eje correspondiente puede comprender el uso de sujetadores mecánicos para sujetar las pinzas en el sistema de frenos a un alojamiento de eje en el que la carga aplicada a las pinzas durante una operación de frenado es transferida por los sujetadores al alojamiento de eje. El método puede comprender configurar al menos una de las pinzas para proporcionar un freno de servicio y acoplar un accionador de aire sobre hidráulico entre el compresor de aire y al menos una de las pinzas para permitir el accionamiento hidráulico del freno de servicio.
El método puede comprender configurar al menos una de las pinzas que proporcionan un freno de servicio para que también proporcione un freno de estacionamiento.
El método puede comprender operar el freno de estacionamiento como un freno de estacionamiento de liberación de aire aplicado por resorte.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirá una realización de la presente invención en el contexto de un sistema de frenos húmedos a modo de ejemplo únicamente con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista en sección de una realización del sistema de freno de disco húmedo montado en un eje;
La figura 2 es una vista trasera del sistema de freno de disco húmedo mostrado en la figura 1;
La figura 3 es una vista en planta del sistema de freno de disco húmedo mostrado en las figuras 1 y 2;
La figura 4 es una vista frontal del sistema de freno de disco húmedo;
La figura 5a es una vista frontal de una cubierta exterior de un conjunto de alojamiento incorporado en el sistema de freno de disco húmedo;
La figura 5b es una vista de la sección A-A de la cubierta exterior mostrada en la figura 5a;
La figura 5c es una vista en perspectiva desde el frente de la cubierta exterior;
La figura 5d es una vista en perspectiva desde la parte trasera de la cubierta exterior;
La figura 6a es una vista trasera de una placa interior incorporada en el conjunto de alojamiento;
La figura 6b es una vista frontal de la placa mostrada en la figura 6a;
La figura 6c es una vista lateral de la placa interior;
La figura 6d es una vista de la sección A-A de la placa interior mostrada en la figura 6a;
La figura 7a es una representación del portador de sello incorporado en el conjunto de carcasa;
La figura 7b es una vista de la sección A-A del portador del sello mostrado en la figura 7a;
La figura 8a es una vista en perspectiva de una pinza de freno de servicio y de estacionamiento incorporada en el sistema de freno de disco húmedo;
La figura 8b es una vista lateral de la pinza que se muestra en la figura 8a;
La figura 8c es una vista en planta desde la parte inferior de la pinza mostrada en la figura 8a;
La figura 8d es una vista de la sección A-A de la pinza mostrada en la figura 8b;
La figura 8e es una vista del detalle B mostrado en la figura 8b;
La figura 8f es una vista de la sección C-C de la pinza mostrada en la figura 8b;
La figura 9a es una vista en perspectiva de una pinza de dos pistones incorporada en una realización del sistema de freno de disco húmedo;
La figura 9b es una vista lateral de la pinza que se muestra en la figura 9a;
La figura 9c es una vista en planta desde la parte inferior de la pinza mostrada en la figura 9a;
La figura 9d es una vista de la sección A-A de la pinza mostrada en la figura 9b;
La figura 9e es una vista del detalle B mostrado en la figura 9d;
La figura 9f es una vista de la sección C-C de la pinza mostrada en la figura 9b;
La figura 10a es una vista en perspectiva de una pinza de tres pistones incorporada en una realización del sistema de freno de disco húmedo;
La figura 10b es una vista lateral de la pinza que se muestra en la figura 10a;
La figura 10c es una vista en planta desde la parte inferior de la pinza mostrada en la figura 10a;
La figura 10d es una vista de la sección A-A de la pinza mostrada en la figura 10b;
La figura 10e es una vista del detalle B de la pinza mostrada en la figura 9d;
La figura 10f es una vista de la sección C-C de la pinza mostrada en la figura 10b;
La figura 11a es una vista en perspectiva de una correa incorporada en las pinzas mostradas en las figuras 8a - 10e; La figura 11b es una vista en planta de la correa mostrada en la figura 11a;
La figura 12a es una perspectiva de un pistón de estacionamiento incorporado en la pinza de freno de servicio y estacionamiento mostrada en las figuras 8a - 8e;
La figura 12b es una vista lateral del pistón mostrado en la figura 12a;
La figura 12c es una vista de un extremo del pistón de estacionamiento mostrado en la figura 12a;
La figura 12d es una vista del extremo opuesto del pistón de estacionamiento mostrado en la figura 12a;
La figura 12e es una vista de la sección A-A del pistón de estacionamiento mostrado en la figura 12c;
La figura 13 es una vista en sección de una segunda realización del sistema de freno de disco húmedo; La figura 14 es una representación de un camión de basura equipado con un sistema de frenos húmedos de acuerdo con la presente invención;
La figura 15a es una vista en alzado de una placa interior incorporada en una segunda realización del sistema de frenado;
La figura 15b es una vista de la sección A-A de la placa interior mostrada en la figura a;
La figura 15c es una vista en perspectiva de la placa interior mostrada en la figura 15a desde la parte trasera;
La figura 15d es una vista en perspectiva de la placa interior mostrada en la figura 15a desde el interior;
La figura 16 es una representación esquemática de un circuito de refrigeración que puede incorporarse en una realización del sistema de frenos húmedos de la presente invención;
La figura 17 es una vista en sección de otra realización del sistema de freno de disco;
La figura 18 es una representación de una forma modificada de un portador de sello;
La figura 19a es una vista en sección de un sello de cojinete de rueda que puede incorporarse en el sistema de freno húmedo; y,
La figura 19b es una vista del detalle B mostrado en la figura 19a.
Descripción detallada de la realización preferida
Con referencia a las figuras adjuntas y en particular a las figuras 1 - 4 en el contexto de un sistema 10 de freno de disco húmedo, una realización de la presente invención comprende varios componentes y conjuntos interactivos que incluyen un conjunto 12 de alojamiento y pinzas 14 de freno. El conjunto 12 de alojamiento forma un sello hermético a líquidos entre un alojamiento 16 de eje y un cubo 18 de rueda para encerrar y retener un volumen de lubricante (no mostrado) para el sistema 10 de freno de disco húmedo. Un rotor 20 está acanalado y por lo tanto gira con el cubo 18. El rotor 20 es lubricado por el lubricante a medida que gira dentro del alojamiento 12 y las pinzas 14 de freno. Una porción de las pinzas 14 de freno, y en particular los cilindros 22 de las pinzas 14 de freno, se extienden y se asientan en las aberturas 24 formadas en el conjunto 12 de alojamiento. Se proporcionan juntas tóricas 26 en la abertura 24 para formar un sello entre el conjunto 12 de alojamiento y los cilindros 22. El asentamiento de los cilindros 22 en las aberturas 24 permite el acoplamiento a accionadores mecánicos, hidráulicos o neumáticos para accionar las pinzas 14. Las pinzas 14 están acopladas a un componente estructural en forma de brida 28 que se extiende alrededor del alojamiento 16 de eje. En consecuencia, las fuerzas reactivas creadas durante una operación de frenado se transmiten a través de las pinzas 14 a la brida 28 y alojamiento 16 de eje en lugar de nacer del conjunto 12 de alojamiento. Esto permite que el conjunto 12 de alojamiento esté hecho de una construcción de peso relativamente ligero y/o materiales tales como aluminio porque el conjunto 12 de alojamiento soporta una carga mínima.
El conjunto 12 de alojamiento comprende una cubierta 30 exterior mostrada en las figuras 1 y 5a - 5d que se extiende circunferencialmente alrededor de las pinzas 14; una placa 32 interior mostrada en las figuras 6a - 6d y un portador de sello en forma de una segunda placa 34 mostrada en las figuras 1, 7a y 7b. Con particular referencia a las figuras 5a - 5d, la cubierta 30 exterior comprende una pared 36 circunferencial de diámetro interior constante y provista, en una superficie exterior cerca de un extremo 38, con una pluralidad de costillas 40 formadas integralmente y espaciadas que se extienden axialmente. Las costillas 40 proporcionan resistencia y grosor adicionales a la pared 36 para formar orificios roscados que permitan la fijación de la placa 34 interior. Un extremo 42 opuesto de la cubierta 30 exterior está formado con un labio 44 circunferencial dirigido hacia dentro. La segunda placa 32 está sujeta a la cubierta 30 exterior mediante tornillos 46 (figuras 1, 3, 4) que atraviesan el labio 44.
Con referencia a las figuras 6a - 6d, la placa 32 interior está provista de una abertura 48 central a través de la cual se extiende un alojamiento 16 de eje y que ayuda a centralizar el alojamiento de freno con respecto al orificio 18. Rodeando la abertura 48 hay un anillo 52 de fijación mediante el cual la placa 32 interior y de hecho el conjunto 12 de alojamiento se acopla a la brida 28 en el alojamiento 16 de eje. El anillo de fijación está provisto de una pluralidad de orificios 54 que coinciden con los orificios formados en las pinzas 14 de freno, así como orificios en la brida 28 que permiten la fijación de los calibradores 14 a la brida 28. Se proporcionan más orificios 56 en el anillo 52 de fijación para acoplar la placa 32 interior a la brida 28. Se forman orificios 57 adicionales de diámetro más pequeño en el anillo 52 de fijación para que fije la placa 32 interior a las pinzas 14.
La placa 32 interior está formada con una porción 58 radialmente hacia fuera del anillo 52 de fijación en la que están formadas las aberturas 24 para los cilindros 22 de pinza. Las aberturas 24 están, en esta realización, dispuestas en dos bancos 62 que comprenden cada uno tres aberturas 24. Los bancos 62 se elevan en relación con la porción 58 de la placa 32 interior. Los centros de las dos aberturas 24 extremas en cada banco 62 están separadas aproximadamente 66 °. Se forma una pluralidad de núcleos 64 alrededor de la superficie circunferencial exterior de la placa 32 interior que se alinean con las costillas 40 de la cubierta 30 exterior. Los núcleos 64 están formados con orificios para recibir tornillos para sujetar la placa 32 interior a la cubierta 30 exterior.
Con referencia a las figuras 1, 7a y 7b, la segunda placa 34 tiene la forma general de una placa anular que tiene: una abertura 68 central a través de la cual encaja el cubo 18; y un borde 70 circunferencial exterior. El borde 70 exterior tiene un diámetro mayor que el diámetro del labio 44 en la cubierta 30 exterior. Cuando se ensambla el conjunto 12 de alojamiento, la placa 34 se inserta en la cubierta 30 exterior desde el extremo 38. Una cara 72 de la placa 34 que mira hacia fuera desde el extremo 42 de la cubierta 30 exterior se apoya en el interior del labio 44. En el tablero del borde 70 exterior en la cara 72, la placa 34 está formada con un asiento 74 anular. Este asiento está provisto de una ranura 75 circunferencial para asentar una junta tórica 77 (figura 1). Radialmente hacia el interior del asiento 74 hay un resalto 76 circunferencial en ángulo recto que forma un borde de la banda 78 anular. La banda 78 está provista de una pluralidad de orificios 80 ciegos para enroscar los tornillos 46 que sujetan la placa 34 al labio 44 de la cubierta 30 exterior. Un borde interior radial de la banda 78 está delimitado por un resalto 82 anular que se proyecta en la dirección axial desde la cara 72. Cuando la placa 34 se ajusta a la cubierta 30 exterior, el labio 44 se asienta dentro de y hace tope con el resalto 82. Radialmente hacia adentro desde el resalto 82, la cara 72 está provista de una banda 84 circunferencial interna que tiene orificios 86 ciegos para facilitar la unión de un soporte 88 de sello de brida (mostrado en la figura 1).
La placa 34 también comprende un núcleo 89 que se proyecta axialmente que tiene una superficie 90 circunferencial interna adyacente a la banda 84 interna que comprende una primera porción 92 de diámetro constante, una segunda porción 94 contigua de diámetro decreciente progresivamente, y una tercera porción 96 contigua de diámetro constante. Extendiéndose radialmente hacia adentro desde la porción 94 hay un labio 98 circunferencial. El diámetro interno del labio 98 define la abertura 68. Un sello 100 de casete (ver figura 1) está asentado en la tercera porción 96 para formar un sello giratorio entre el conjunto 12 de alojamiento y una superficie exterior del cubo 18. Un sello 102 de junta (figura 1) está dispuesto entre el sello 100 de casete y el labio 98.
Las realizaciones del sistema 10 de freno húmedo incorporan tres pinzas de freno similares pero diferentes. Estas comprenden una pinza 14a de freno de servicio/estacionamiento mostrada en las figuras 8a - 8f; una pinza 14b de freno de dos pistones mostrada en las figuras 9a - 9f; y una pinza 14c de tres pistones mostrada en las figuras 10a -10f. Con referencia a las figuras 8a - 8f, la pinza 14a de freno de estacionamiento/servicio comprende un cascarón 104 interior y un cascarón 106 exterior que están acoplados entre sí para definir una cavidad 108 en la que gira el rotor 20 y que aloja pastillas 110a y 110b de freno opuestas (mostradas en la figura 1). La cavidad 108 se abre sobre una superficie 109 circunferencial exterior de la pinza 14a formando un espacio 111 central entre los cascarones 104 y 106. La pastilla 110a de freno está asentada en un rebajo 112 formado en el interior del cascarón 106 exterior.
El cascarón 104 interior está formado con tres cilindros 114a, 114b y 114c (en lo sucesivo denominados en general “cilindros 114”). Cada uno de los cilindros 114a y 114c está provisto de orificios 118 para permitir la conexión a mangueras que proporcionan fluido hidráulico a los respectivos pistones 120 de freno de servicio retenidos en los cilindros 114a y 114c. Extendiéndose transversalmente entre los orificios 118 en cada cilindro 114a y 114c hay una meseta 122 para facilitar la conexión de un bote 124 de resorte (mostrado en la figura 1). El bote de resorte se acciona neumáticamente para proporcionar el aspecto de freno de estacionamiento de la pinza 114a de freno de servicio/estacionamiento.
Asentada en el interior del cascarón 104 exterior hay una placa 126 de reacción (mostrada en la figura 1) que tiene la forma de una placa de acero de una forma y configuración similar a la pastilla 110a de freno. La placa 126 de reacción se extiende a través de cada uno de los pistones 120 contenidos en los cilindros 114a y 114c, así como un pistón 128 de freno de estacionamiento (mostrado en las figuras 1 y 12a - 12e) dispuesto dentro del cilindro 114b.
Las carcasas 104 y 106 interior y exterior están acopladas entre sí mediante conjuntos de pernos 130 que se extienden desde el cascarón 104 hasta el cascarón 106 y desde el cascarón 106 hasta el cascarón 102. Los pernos 130 están situados cerca de los extremos del cascarón 104 y 106 en el lado de los cilindros 114a y 114c de freno de servicio distantes del cilindro 114b. Además, las correas 132 de metal forman un puente sobre la cavidad 108 y están acopladas a ambos cascarones 104 y 106 para proporcionar un refuerzo a la pinza 14a. Las correas 132 se proporcionan una a cada lado del cilindro 114b. Cada correa 132 tiene la forma general de una “ I” que tiene una columna 134 central y travesaños 136 en extremos opuestos. Los travesaños 136 se ubican en rebajos de forma complementaria formados en los cascarones 104 y 106 interior y exterior con los travesaños 136 a ras con las caras axiales exteriores de los cascarones 104 y 106. Los pernos 140 fijan las correas 132 a los cascarones 104 y 106.
Una brida 142 de montaje está formada integralmente con el cascarón 104 interior para facilitar la fijación de la pinza 14a a la brida 28 en el alojamiento 16 de eje. Con este fin, la brida 142 de montaje está provista de orificios 144 y 145 que coinciden en los agujeros 54 y 57 respectivamente en el anillo 52 de fijación de la placa 32 interior.
El pistón 128 del freno de estacionamiento (véanse las figuras 1, 8a, 8c, 8d y 12a - 12e) está alojado dentro del cilindro 114b y el bote 124 de resorte actúa sobre él a través de un mecanismo 146 de compensación de desgaste que incluye una varilla 147 (ver figura 1). Un extremo 148 del pistón 128 está formado con un anillo 150 que se proyecta axialmente. En el interior del anillo 150, el pistón 128 está provisto de una cara 152 radial que está formada con una meseta 154 elevada central. Una ranura 156 se extiende axialmente sobre el pistón 128 desde el anillo 150 hasta una distancia de aproximadamente un tercio del camino hacia un extremo opuesto 158 del pistón 128 de estacionamiento. Se forma una ranura 160 circunferencial alrededor del pistón 128 de estacionamiento entre la ranura 156 y el extremo 158 para asentar una junta tórica 162 (mostrada en la figura 1). La ranura 156 aloja un pasador 163 que se extiende desde una cara 164 de la varilla 147. La cara 164 hace tope con la meseta 154 elevada y está ubicada dentro del anillo 150 del pistón 128.
La meseta 154 proporciona un pivote entre la varilla 147 y el pistón 128 de interfaz. Esto proporciona un medio de autoalineación entre la varilla 147 y el pistón 128, permitiendo el movimiento lateral o balanceo en la cara debido a: la longitud de la varilla 147; y el mecanismo 146 que multiplica la fuerza del bote 124 que comprende una disposición de palanca pivotante.
El desgaste de las pastillas 110a y 110b de freno se compensa en relación con la aplicación del freno de estacionamiento mediante el mecanismo 146 que hace que un alojamiento de la varilla 147 gire alrededor de un eje longitudinal de la varilla 147 a medida que avanza la varilla 147 linealmente mediante la aplicación de fuerza por el bote 124 de resorte. Esta rotación mantiene la varilla 147 en una posición linealmente avanzada con respecto a su posición antes de la aplicación de fuerza por el bote 124 de resorte para proporcionar compensación del desgaste.
La pinza 14b de dos pistones se muestra en las figuras 9a - 9f. Cada característica de la pinza 14b que es idéntica a las características correspondientes de la pinza 14a se indica con el mismo número de referencia. La pinza 14b se diferencia de la pinza 14a en los dos aspectos siguientes. En primer lugar, el cilindro 114b central de la pinza 14b está cerrado y no aloja ningún pistón. Por lo tanto, la fuerza de frenado se aplica únicamente a través de los pistones 120 en los cilindros 114a y 114c. En segundo lugar, como la pinza 14b no tiene una función de freno de estacionamiento, no requiere y, por lo tanto, no tiene las mesetas 122 representadas en la pinza 14a para el montaje del bote 124 de resorte. En la realización del sistema 10 de frenado mostrado en las figuras 1 -4, se usa una pinza 14b de pistón junto con una pinza 14a de freno de servicio/estacionamiento para formar un conjunto de freno trasero para frenar una rueda acoplada al cubo 18.
Las figuras 10a - 10f representan la pinza 14c de tres pistones. Las características de la pinza 14c que son idénticas a las características de las pinzas 14a y 14b se indican con el mismo número de referencia. La pinza 14c de tres pistones se diferencia de la pinza 14b por la provisión de un pistón 120 de servicio en el cilindro 114b central y la provisión de orificios 118 en el cilindro 116 para permitir la aplicación de presión hidráulica al pistón 120.
La figura 13 representa una realización del sistema 10b de freno de disco húmedo que comprende un conjunto 12 de alojamiento y dos de las tres pinzas 14c de pistón mantenidas dentro del conjunto 12 de alojamiento para frenar un rotor 20 montado en un cubo 18b de rueda. En esta realización particular, el cubo 18b de rueda está montado sobre un muñón de eje 50b. las pinzas 14c y, por lo tanto, el sistema 10b de freno de disco húmedo proporciona frenos de servicio únicamente sin facilidad de frenado de estacionamiento (o de emergencia).
La figura 14 representa un camión 170 de basura que tiene un receptáculo 172 para contener y transportar desechos, y montado en un chasis que tiene un solo eje delantero y un eje trasero en tándem. El camión 170 en su forma original está provisto de frenos de tambor en cada uno de los cubos de cada uno de los ejes. Los frenos se operan neumáticamente. Con este fin, el camión 170 está provisto de un compresor de aire (no mostrado) para activar los frenos. Las formas de realización del sistema 10 de freno de disco húmedo se pueden adaptar al camión 170 quitando primero los cubos del equipo original y los frenos de tambor y adaptando las formas de realización del sistema de freno de disco húmedo. Por ejemplo, un sistema 10b de freno de disco húmedo como se muestra en la figura 13 que comprende dos pinzas 14b con un cubo 18b puede instalarse en los ejes delanteros del camión 170. En cada uno de los ejes traseros, un sistema 10 de freno de disco húmedo mostrado en las figuras 1 - 4, cada uno provisto de una pinza 14a de freno de servicio/estacionamiento y una pinza de freno de servicio de dos pistones 14b con un cubo 18 se pueden montar. Para proporcionar presión hidráulica a los frenos de servicio, se proporcionan uno o más accionadores de aire sobre hidráulicos (no mostrados) entre el compresor de aire y los cilindros de las pinzas que alojan los pistones 120 del freno de servicio. Por lo tanto, los frenos de servicio se operan hidráulicamente. La instalación de freno de estacionamiento proporcionada por la pinza 14a de freno de servicio/estacionamiento es un freno de estacionamiento de liberación de aire aplicado por resorte. El suministro de aire comprimido al bote 124 opera contra el resorte dentro del bote para liberar el freno de estacionamiento. Cuando se acciona el freno de estacionamiento, o hay una pérdida de presión de aire, el resorte dentro del bote 124 se libera de modo que la presión del resorte se aplica a través de la varilla 146 al pistón 144 de estacionamiento para aplicar el freno de estacionamiento.
Debido a la configuración del sistema 10 de freno húmedo, los conjuntos completos de freno y cubo para cualquier eje pueden premontarse en un banco de trabajo y acoplarse como una sola unidad al eje. Por ejemplo, considere el conjunto 10 de freno húmedo ilustrado en la figura 1. Este conjunto comprende una pinza 14a de freno de servicio y de estacionamiento, una pinza 14b de freno de servicio de dos pistones. Cuando se ensambla el conjunto 10 de freno, las pinzas 14a y 14b se montan primero con el bote 124 de resorte y el sistema 145 de varilla de compensación de desgaste asociado que no están unidos a la pinza 14a. El rotor 20 se coloca entonces en el centro entre las pinzas con una porción del rotor que se extiende entre las pastillas de freno 110a y 110b en cada una de las pinzas 14a y 14b. Los sellos 102 y 100 se asientan en el portador del sello/segunda placa 34. A continuación, la segunda placa 34 se pasa al interior de la cubierta 30 exterior desde el extremo 38 de manera que haga tope con el interior del labio 44. La cubierta 30 exterior y la segunda placa 34 están conectadas entre sí mediante tornillos que pasan a través del labio 44 hacia los orificios 80 en la banda 78 de la placa 34. El cubo 18 se inserta ahora en la abertura 68 de la placa 34. La placa 32 interior está ubicada sobre las pinzas 14a y 14b para que los cilindros de las pinzas pasen a través de las aberturas 24. Las juntas tóricas 26 sellan el cilindro de cada uno de los portadores 14a y 14b a la placa 32 interior. Los tornillos que se extienden a través de los orificios 57 en los orificios 157 conectan la placa 32 interna a las pinzas 14a y 14b, con el rotor 20 retenido dentro y entre las pinzas 14a y 14b. Los sellos 102 y 100 están asentados en la placa 34 y las pinzas 14a y 14b que están unidas a la placa 32 ahora se bajan a la cubierta 30 exterior con el rotor 20 orientado para deslizarse sobre estrías en el cubo 18. La placa 32 interior se fija ahora a la cubierta 30 exterior. El conjunto completo que comprende las pinzas 14a y 14b se mantienen dentro del alojamiento 12, y el cubo 18 ahora se puede montar en un conjunto de eje. Se permite que el cubo 18 gire sobre el alojamiento 16 de eje a través de dos cojinetes 11, 13 de rodillos cónicos (ver figura 1) que están asentados en el alojamiento 16 de eje. El árbol 50 del eje que se extiende a través del alojamiento de eje está atendido a la cara del cubo 18 por espárragos del eje 15. El conjunto de freno de disco húmedo se fija a la brida 28 en el alojamiento de eje usando pernos que pasan a través de los orificios 54 y se enganchan roscadamente con los orificios 144 en la brida 142 de montaje de las pinzas 14a y 14b. Por lo tanto, la carga aplicada durante una operación de frenado en las pinzas 14a y 14b se transfiere a través de los sujetadores a la brida 28 y el alojamiento 16 de eje en lugar de surgir por el conjunto 12 de alojamiento. A continuación, las mangueras hidráulicas se pueden acoplar a los cilindros 22 de las pinzas 14a y 14b y el bote 124 conectado con la pinza 14a.
Las figuras 15a-15d ilustran una placa 32a interior de una realización adicional de un sistema 10 de freno húmedo. La placa 32a interior difiere de la placa 32 interior representada en las figuras 6a-6d por la provisión de un sumidero con aletas 180 que sobresale en una dirección axial alejándose del portador del sello o de la segunda placa 34. El propósito del cárter 180 es aumentar el volumen de aceite lubricante dentro del freno sin aumentar el nivel del aceite. Además, el sumidero 180 se encuentra sustancialmente por debajo del nivel de las juntas tóricas 26 previstas en las aberturas 24 que asientan los cilindros 22 de pinza. Por lo tanto, la colocación del sumidero 180 reduce la probabilidad de fugas de lubricante alrededor de las juntas.
El sumidero 180 también está provisto con una pluralidad de aletas de enfriamiento 182 a una superficie exterior de la placa 32 interior. El sumidero 180 y las aletas 182 pueden dimensionarse para sobresalir más allá de la rueda y las llantas asociadas con el sistema de frenado para aumentar rechazo de calor del sistema de frenado 10. Un sumidero llene el orificio 184 y el orificio de drenaje del sumidero 186 se forma en el exterior de la placa 32a interior para permitir el llenado y drenaje del sumidero 182. Los orificios 184 y 186 pueden cerrarse con tapones convencionales.
Como una adición o una alternativa a las aletas 182, el sistema de freno 10 también puede incorporar un sistema de enfriamiento 200 representado en la Figura 16 para enfriar el lubricante sellado dentro del conjunto 12 de alojamiento usado para lubricar el rotor 20. El sistema de enfriamiento 200 comprende un circuito de enfriamiento de aceite 202 que comprende un filtro de aceite 204, un enfriador de aceite 206 y una bomba 208, que están conectados en serie por un conducto 210 que proporciona un circuito cerrado con el alojamiento 12. El conducto 210 está conectado a una salida 212 en una parte inferior del alojamiento 12 y regresa a través de una entrada 214 en una ubicación separada en una región superior del alojamiento 212. El enfriador de aire 206 puede ser un enfriador de aire similar a un radiador. Si bien se muestra un circuito 202, se prevé que cada sistema de frenos 10 incluirá un circuito de fluido separado, aunque el conducto para cada circuito puede pasar a través de un enfriador de aceite común 206 de una manera en la que el fluido para cada sistema de frenos 10 se mantenga separado. El orden del filtro 204, el enfriador de aceite 206 y la bomba 208 en el circuito 202 no tiene importancia y puede cambiar o variarse para adaptarse al chasis y estructura del vehículo en el que está instalado el sistema de freno 10.
Ahora que se han descrito en detalle las realizaciones de la presente invención, resultará evidente para los expertos en las técnicas relevantes que se pueden realizar numerosas modificaciones y variaciones sin apartarse de los conceptos básicos de la invención. Por ejemplo, los sistemas 10 y 10b ilustrados y descritos comprenden cada uno dos calibradores dispuestos dentro del conjunto 12 de alojamiento. Sin embargo, la combinación específica y el número de calibradores incorporados pueden variar. Por ejemplo, el sistema de frenado puede comprender solo una única pinza 14a, 14b o 14c. Cuando el sistema de frenado 10 incorpora dos o más pinzas; se puede utilizar una combinación de calibradores diferente a las ilustradas. Por ejemplo, el sistema de frenado puede comprender una pinza 14a de freno de servicio/estacionamiento junto con una pinza de freno 14c de tres pistones. Un sistema de frenado alternativo puede comprender dos pinzas 14b de dos pistones; en una variante adicional para vehículos más grandes o más pesados, se pueden usar tres o cuatro pinzas en un sistema de frenado.
Además, se describe que los calibradores 14 comprenden dos carcasas 104 y 106 que están acopladas entre sí. Sin embargo, en formas de realización alternativas, las pinzas se pueden fabricar como una pieza única o unitaria. Además, aunque la figura 14 ilustra una realización de la invención aplicada a un camión de basura, las realizaciones de la invención se pueden aplicar a otros vehículos pesados como autobuses y camiones mineros.
Las figuras 17 a 19b representan modificaciones o variaciones adicionales del sistema 10. Estas variaciones comprenden una segunda placa 34a modificada; la provisión de un sello en V 230 alrededor del cubo 18, y la inclusión de un sello de cojinete de rueda 240 que forma un sello entre el interior del cubo 18 y el alojamiento 16 de eje. Cada una de estas modificaciones se describirá ahora con mayor detalle.
La segunda placa 34a, que también se muestra en la Figura 18, se diferencia de la placa 34 de la primera realización por la inclusión de un portador de sello de inserción 222. Es decir, la placa 34a en esencia comprende la placa 34 con el soporte de sello de inserción 222. El portador de sello 222 tiene la forma de un anillo que tiene una pared cilíndrica 224 que es coaxial con la abertura 68 central de la placa 34 y las bridas 226 y 228 en los extremos axiales opuestos de la pared cilíndrica 224. La brida 226 se extiende en una dirección radial hacia afuera y se superpone a la banda circunferencial 84 mientras que la pestaña 228 se extiende en una dirección radial hacia adentro hacia una superficie circunferencial exterior del cubo 18. El diámetro exterior de la pared cilíndrica 224 es menor que el diámetro interior del núcleo 89 para proporcionar un grado de juego entre la placa 34 y el portador 222. El sello 100 de casete está asentado dentro de la superficie circunferencial interior del portador de sello de inserción 222. El grado de juego entre el portador de sello de inserción 222 y la placa 34 permite el ajuste para cualquier desalineación entre ca sello de casete 100 y la superficie exterior del cubo 18 durante el montaje. Minimizar o eliminar la desalineación prolonga sustancialmente la vida útil de un sello. Para adaptarse al juego entre el portador 222 del sello del inserto y la placa 34, los orificios en la pestaña 226 para permitir el acoplamiento del inserto 222 a la placa 34 están ligeramente sobredimensionados para el sujetador utilizado. Cuando el sistema 10 está siendo ensamblado e instalado, los sujetadores usados para unir el inserto 222 a la placa 34 se aflojan inicialmente para permitir el ajuste de cualquier desalineación. Una vez que el casete de sello 100 y el cubo 18 se han alineado correctamente, entonces se puede apretar el sujetador.
El sello en V 230 está asentado en una ranura circunferencial poco profunda 232 mecanizada alrededor de la superficie circunferencial exterior del cubo 18 y ubicada de manera que el sello en V 230 se apoya contra la brida 228 del portador de sello de inserción 222. El sello en V 230 gira con el cubo 18 y actúa como un “deflector” para el lubricante dentro del sistema 10, además de evitar que el lubricante alcance el sello del alojamiento principal.
El sello de cojinete de rueda de doble labio 240 crea un sello de fluido para evitar la comunicación entre el lubricante usado en el sistema 10 de freno húmedo y el aceite diferencial usado para lubricar los cojinetes de rueda de cubo 11 y 13. Con referencia particular a las Figuras 19a y 19b, el sello 240 comprende un sello de cubo exterior 242 que se presiona en un asiento formado en una superficie circunferencial interior del cubo 18, y un sello de cubo interno 244 que se presiona sobre un asiento formado en el alojamiento 16 de eje. Se instalan dos sellos de labio 246 espalda con espalda entre el sello del cubo exterior 242 y el sello del cubo interior 244. El sello del cubo interior 244 está provisto de una brida que se extiende radialmente 248 que se extiende a través de un extremo axial del sello del cubo exterior 242. Un anillo de desgaste 250 que puede estar hecho por ejemplo de PTFE se encuentra entre la brida 248 y el extremo axial adyacente del sello del cubo exterior 242.
Aunque se describen varias realizaciones como y en el contexto de un sistema de frenos húmedos, las mismas realizaciones pueden, por supuesto, usarse como sistemas de frenos secos al no suministrar lubricante al interior del alojamiento. En un sistema de freno seco de este tipo, la naturaleza no estructural del alojamiento no cambia ya que las fuerzas reactivas generadas por el funcionamiento de las pinzas se transfieren a través de sujetadores que acoplan las pinzas a la brida 28 u otro componente estructural. De hecho, la forma del alojamiento puede simplificarse para una realización de freno en seco, ya que no hay necesidad de formar una cavidad sellada, o al menos estanca a los líquidos, para retener el lubricante.
En otra variante adicional del sistema de freno 10, independientemente de si el sistema de freno se usa como un sistema de freno húmedo o como un sistema de freno seco, la primera placa 32 puede formarse integralmente con la cubierta 30 exterior. En otra más variación, las aberturas 24 formadas en el conjunto 12 de alojamiento y en particular la placa 32, pueden formarse con paredes circunferenciales que se extienden axialmente alrededor de las cuales se pueden unir sellos tales como sellos de botas para evitar la fuga de lubricante desde el interior del sistema 10 y/o evitar la entrada de materias extrañas en el sistema 10. Si se utilizan, estas botas también estarán provistas de aberturas selladas para permitir que las mangueras hidráulicas pasen a través de ellas para suministrar a las pinzas de freno líquido hidráulico para hacer funcionar los pistones de la pinza 120. En el caso de que las botas u otros sellos externos se utilizan, puede ser posible prescindir de las juntas tóricas 26.
Se considera que todas estas modificaciones y variaciones, junto con otras que serían obvias para los expertos en la técnica, están dentro del alcance de la presente invención, cuya naturaleza se determinará a partir de la descripción anterior y las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (10) de frenos de disco húmedo que comprende:
una carcasa (12) configurada para formar una cavidad sellada alrededor de un cuerpo que gira con respecto a el alojamiento (12);
una o más pinzas (14) de freno dispuestas en el alojamiento (12), las pinzas de freno (14) provistas de uno o más cilindros (22);
teniendo el alojamiento (12) una cubierta (30) exterior que se extiende circunferencialmente alrededor de una o más pinzas (14), y una primera placa (32) provista de una abertura (48) central a través de la cual se extiende un alojamiento (16) de eje y que comprende un componente (28) estructural en el que la primera placa está dispuesta en un lado de la cubierta (30) exterior, estando provista la primera placa (32) de: una abertura (24) para cada uno de los cilindros (22), en donde cada cilindro (22) está asentado en una abertura respectiva (24); caracterizado por una pluralidad de orificios de sujeción de la pinza (54) formados en la primera placa (32) que pueden alinearse con los orificios (144) en el componente (28) estructural donde los sujetadores pueden engancharse con las pinzas (14), pasan a través de los orificios de la pinza (54) en la primera placa (32) y en los orificios (114) del componente (28) estructural en los que la carga sobre una o más pinzas (14) durante el frenado se transfiere a y es soportada por el alojamiento (16) del eje a través de los sujetadores.
2. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un sello respectivo (26) ubicado entre cada cilindro (22) y respectivas aberturas (24) en la primera placa (32) para formar un sello correspondiente entre ese cilindro (22) y la respectiva abertura (24).
3. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la cubierta (30) exterior tiene extremos (38, 42) axiales primero y segundo opuestos y un labio (44) que se proyecta radialmente hacia adentro y se extiende alrededor del segundo extremo (42) axial
4. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el alojamiento (12) comprende una segunda placa (34) unida de forma desmontable al labio (44) de la cubierta exterior, la segunda placa (34) provista de una abertura (68) para recibir un cubo (18) que se extiende al interior del alojamiento (12).
5. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la segunda placa (34) tiene un diámetro exterior mayor que el diámetro interior del labio (44) y en el que la segunda placa (34) está dispuesta en un lado del labio (44) en el interior de la cubierta (30) exterior.
6. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la segunda placa (34) comprende un núcleo (89) que se extiende axialmente que define la abertura (68) en la segunda placa (34) para recibir el cubo (18), teniendo el núcleo (89) un asiento (96) circunferencial y un sello (100) en el asiento que forma un sello líquido alrededor del cubo (18).
7. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que cada pinza (14) comprende una primera y segunda carcasas (104, 106) acopladas de forma desmontable, la primera carcasa (104) provista de la pluralidad de cilindros (114), estando la primera y la segunda carcasas (104, 106) conformadas relativamente para formar una cavidad (108) entre ellas y a través de la cual gira el cuerpo (20), abriéndose la cavidad (108) sobre una superficie exterior de la pinza para formar un espacio (111) entre las carcasas (104, 106).
8. El sistema de freno de disco húmedo (10) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que cada pinza (14) comprende al menos una correa (132) que se extiende a través del espacio (111) y acoplada a cada una de las primeras y segundas carcasas (104, 106).
9. Un vehículo (170) pesado que comprende:
un sistema (10) de freno húmedo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8;
un receptáculo (172) configurado para transportar material;
un compresor de aire;
el sistema de freno húmedo accionado por aire comprimido desde el compresor de aire para el movimiento de frenado del vehículo (170) pesado el sistema (10) de freno húmedo que comprende un freno de servicio y un freno de estacionamiento, siendo el freno de servicio un freno de disco hidráulico accionado por aire, y el freno de estacionamiento es un freno aplicado por resorte y liberado por aire.
10. Vehículo (170) pesado de acuerdo con la reivindicación 9, en el que al menos una pinza de freno (14a) está configurada para proporcionar tanto el freno de servicio como el freno de estacionamiento.
11. Un método de reacondicionamiento de un sistema de freno de tambor operado por aire en un vehículo (170) pesado que tiene un compresor de aire y un conjunto de freno de tambor y cubo (18) en uno o más ejes, comprendiendo el método:
retirar el cubo (18) y el conjunto de freno de tambor asociado de los ejes respectivos; y,
montar un sistema de freno (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en los ejes respectivos junto con un cubo correspondiente.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende premontar el sistema de frenos (10) junto con el correspondiente cubo (18) alejado del vehículo pesado y posteriormente montar el sistema de frenos y el cubo (18) premontados en un eje (50b) correspondiente.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el montaje del sistema de frenos (10) y el cubo (18) premontados en un eje correspondiente (50b) comprende el uso de sujetadores mecánicos para sujetar las pinzas (14) en el sistema de frenos (10) a un alojamiento (16) del eje en el que la carga aplicada a las pinzas (14) durante una operación de frenado es transferida por los sujetadores al alojamiento (16) del eje.
14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11-13, que comprende configurar al menos una de las pinzas (14c) para proporcionar un freno de servicio y acoplar un accionador de aire sobre hidráulico entre el compresor de aire y la al menos una de las pinzas (14c) para permitir la actuación hidráulica del freno de servicio.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende configurar al menos una de las pinzas (14a) que proporciona un freno de servicio para proporcionar también un freno de estacionamiento.
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