ES2887181T3 - Dispositivo de frenado - Google Patents

Abstract

Dispositivo de frenado (100), que comprende - un cubo, que puede fijarse a un eje que debe frenarse, - al menos un disco interior unido al cubo, - una carcasa (101), - al menos un disco exterior unido a la carcasa, - un pistón (103) y - un disco de presión (105) fijado a la carcasa, estando dispuesto el disco exterior al lado del disco interior, y estando dispuesto un intersticio entre el disco interior y el disco exterior, estando configurado el pistón para comprimir el disco interior y el disco exterior, comprendiendo el dispositivo de frenado un medio de detección configurado para detectar un estado operativo del dispositivo de frenado, caracterizado por que el medio de detección comprende un primer sensor de fuerza (107) que está configurado para medir un primer flujo de fuerza del disco de presión a la carcasa, estando configurado el medio de detección para utilizar el primer flujo de fuerza medido para la detección del estado operativo.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de frenado

La presente invención se refiere a un dispositivo de frenado según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un freno multisuperficie que se suelta por un medio a presión y se acciona por la fuerza de un resorte es un componente de ingeniería mecánica suficientemente conocido y ampliamente utilizado en una amplia variedad de aplicaciones técnicas. Estos frenos se utilizan siempre que es necesario frenar un eje giratorio y/o asegurarlo de forma fiable contra la rotación. Dado que el par de frenado se aplica mediante la energía potencial de resortes pretensados, por ejemplo, resortes de compresión helicoidales, es un componente que frena o retiene las piezas giratorias incluso en caso de fallo de la energía. Esto lo hace adecuado para aplicaciones de emergencia y de seguridad. Entre otras cosas, se utilizan en o sobre cajas de cambios, cabrestantes, prensas, etc.

La estructura de un freno de este tipo suele consistir en un cubo que se monta en el eje que va a frenarse o retenerse. Está firmemente unido al eje en ambas direcciones, circunferencial y axial, y así puede transmitir los pares de giro del eje. Debido al arrastre de forma y/o de fuerza, gira con el eje. Los discos de fricción, los denominados discos interiores, están unidos al cubo en la dirección circunferencial con arrastre de forma. Estos discos interiores pueden desplazarse axialmente con respecto al cubo y son un componente del denominado paquete de discos. El segundo componente del paquete de discos es al menos otro disco de fricción, el denominado disco exterior. También puede haber varios discos exteriores. Suele haber un forro de fricción entre las superficies frontales de los discos exteriores e interiores. Habitualmente éste está unido a uno u otro disco con arrastre de fuerza. Cuando se suelta el freno, hay un intersticio de ventilación entre las superficies frontales. La suma de los intersticios de ventilación da lugar a la ventilación total del freno. En la dirección circunferencial el/los disco/s exterior/es están unidos con la camisa/corona dentada. En el marco de esta descripción la camisa también se denominará carcasa. En la dirección axial el/los disco/s exterior/es puede/n desplazarse con respecto a la camisa. En un lado del paquete de discos se encuentra el denominado disco de presión, que por regla general está unido a la camisa en todas las direcciones con arrastre de fuerza. En el lado opuesto se encuentra el pistón de movimiento axial. Por regla general este pistón se guía en la camisa y con ésta forma una cámara de pistón. La cámara de pistón entre la camisa y el pistón está sellada con juntas. Entre el pistón y la tapa de cierre están dispuestos los resortes de compresión helicoidales. La tapa está unida a su vez a la camisa en todas las direcciones con arrastre de fuerza. A continuación, todo el componente del freno se une a un componente fijo, por ejemplo, la carcasa de la caja de cambios, la base, la estructura de soporte, etc.

Cuando se suelta el freno el pistón se presiona en contra de la fuerza de resorte mediante un medio a presión dispuesto en la cámara de pistón, hacia la tapa. El medio a presión puede ser por ejemplo un fluido. Las superficies frontales de los discos y de los forros de fricción no se presionan una sobre otra. Así, los discos interiores y el cubo pueden girar con el eje. Una vez que la presión del medio a presión se vuelve más pequeña que la fuerza de resorte, el pistón se mueve hacia el paquete de discos. El paquete de discos se apoya en el disco de presión. Ahora, mediante la fuerza de resorte, las superficies frontales de los discos y de los forros de fricción se presionan una sobre otra. De este modo, en las superficies frontales, que se han presionado una sobre otra, se obtiene un par de frenado.

Este par de frenado depende de la fuerza de compresión resultante sobre las superficies frontales, del diámetro de fricción eficaz, de los coeficientes de fricción producidos y del número de superficies de fricción activas.

Al utilizar los frenos, se supone que el funcionamiento del freno está siempre garantizado y, por lo tanto, el par de frenado definido está presente cuando el freno no está sometido a presión.

El documento US 2008/0283346 A1 describe un dispositivo de frenado con un sensor de fuerza, que mide un flujo de fuerza de un motor a un disco de presión.

A este respecto, la presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un dispositivo de frenado en el que sea posible comprobar su funcionamiento correcto. Además se proporcionará el uso de un dispositivo de frenado de este tipo para frenar un eje de una prensa y un sistema con un dispositivo de frenado de este tipo y una prensa.

Este objetivo se alcanza mediante un dispositivo de frenado según la reivindicación 1, un uso según la reivindicación 13 y un sistema según la reivindicación 14. En las reivindicaciones dependientes se indican formas de realización de la invención.

El dispositivo de frenado comprende un cubo, que puede fijarse a un eje que debe frenarse. Al menos un disco interior está unido al cubo. El dispositivo de frenado comprende además una carcasa, al menos un disco exterior unido a la carcasa, un pistón y un disco de presión fijado a la carcasa. El disco exterior está dispuesto al lado del disco interior. Entre el disco interior y el disco exterior está dispuesto un intersticio. El pistón está configurado para comprimir el disco interior y el disco exterior. El dispositivo de frenado comprende además un medio de detección configurado para detectar un estado operativo del dispositivo de frenado. El estado operativo puede ser en particular un estado operativo encendido o apagado. En el sentido de esta solicitud, un estado operativo no pretende incluir explícitamente un estado de desgaste de los componentes de desgaste.

También es posible que el dispositivo de frenado comprenda varios discos interiores y/o varios discos exteriores. En este caso los discos interiores pueden estar dispuestos entre los discos exteriores y/o a la inversa.

La detección del estado operativo es ventajosa para comprobar el funcionamiento correcto del dispositivo de frenado. Es posible obtener información fiable sobre si el freno está encendido y si el par de frenado necesario está realmente disponible. Esto aumenta la seguridad del dispositivo de frenado.

El medio de detección comprende un primer sensor de fuerza que está configurado para medir un primer flujo de fuerza del disco de presión a la carcasa. El medio de detección está configurado para utilizar el primer flujo de fuerza medido para la detección del estado operativo. El uso del primer flujo de fuerza para la detección del estado operativo es ventajoso para detectar un estado operativo no deseado o no permitido. Por ejemplo, el medio de detección puede estar configurado para detectar el estado operativo no deseado o no permitido, cuando el primer flujo de fuerza medido no corresponde a un flujo de fuerza esperado. Esto correspondería a un caso en el que no actúa toda la fuerza de frenado. Por ejemplo un disco del dispositivo de frenado podría estar inclinado o un resorte, que ejerce la fuerza de frenado, podría estar roto o expuesto a una temperatura inaceptablemente alta.

Según una forma de realización de la invención el dispositivo de frenado puede conmutarse a un estado operativo encendido y a uno apagado. Estos dos estados operativos pueden detectarse con el medio de detección. En el estado operativo encendido el pistón puede comprimir los discos interiores y el disco exterior. En el estado operativo apagado el intersticio puede estar dispuesto entre los discos interiores y el disco exterior. El medio de detección puede estar configurado para detectar si el dispositivo de frenado se encuentra en el estado encendido o en el estado apagado.

Según una forma de realización de la invención el medio de detección puede comprender un sensor de desplazamiento que está configurado para medir una distancia que se ha movido el pistón. A este respecto, la distancia medida se utiliza para la detección del estado operativo. El uso del desplazamiento es ventajoso para detectar si el pistón se ha movido por toda la distancia posible o si sólo ha recorrido una distancia más corta, de modo que no se dispone de toda la fuerza de frenado.

Por ejemplo el medio de detección puede detectar un estado operativo no deseado o no permitido cuando el pistón no se ha movido por toda la distancia, sino sólo por una parte de esta distancia. Entonces, por ejemplo, puede emitirse un mensaje de error, para que un especialista pueda restablecer el funcionamiento correcto del dispositivo de frenado.

Según una forma de realización de la invención el sensor de desplazamiento puede ser magneto-inductivo. En el marco de esta descripción esto significa en particular que la detección de un movimiento del pistón se detecta de manera inductiva.

Según una forma de realización de la invención el sensor de desplazamiento puede estar orientado axialmente. En el marco de esta descripción esto significa en particular que el eje longitudinal del sensor de desplazamiento está orientado en paralelo al eje longitudinal principal, siendo el eje longitudinal principal por ejemplo el eje con respecto al cual gira el eje que debe frenarse.

Según una forma de realización de la invención el sensor de desplazamiento puede estar orientado radialmente. En el marco de esta descripción esto significa que el eje longitudinal del sensor de desplazamiento se extiende radialmente desde el eje longitudinal principal.

Según una forma de realización de la invención el primer sensor de fuerza puede comprender un tornillo sensor con cristales piezoeléctricos. Un sensor de fuerza de este tipo puede construirse de una manera particularmente compacta y seguir proporcionando resultados precisos.

Según una forma de realización de la invención el dispositivo de frenado puede comprender un resorte configurado para ejercer una fuerza de resorte sobre el pistón. Así puede garantizarse que el dispositivo de frenado realice automáticamente un frenado de emergencia en caso de una caída de presión, por ejemplo.

Según una forma de realización de la invención el dispositivo de frenado puede comprender una cámara de pistón, en la que se guía el pistón.

Según una forma de realización de la invención la cámara de pistón puede estar delimitada por la carcasa y una tapa. A este respecto, el resorte puede apoyarse en la tapa. El dispositivo de frenado puede comprender un segundo sensor de fuerza que está configurado para medir el mismo flujo de fuerza que el primer sensor de fuerza o un segundo flujo de fuerza de la carcasa a la tapa. El medio de detección puede estar configurado para utilizar el flujo de fuerza medido por el segundo sensor de fuerza para la detección del estado operativo. También el uso del segundo flujo de fuerza para la detección del estado operativo puede ser ventajoso para detectar un estado operativo no deseado o no permitido. El uso del segundo flujo de fuerza lleva a una redundancia, de modo que pueden detectarse posibles errores de medición. Por ejemplo, para ello, puede compararse el primer flujo de fuerza con el segundo flujo de fuerza.

Es posible que el segundo sensor de fuerza comprenda un tomillo sensor con cristales piezoeléctricos. Esta es una manera de configurar el segundo sensor de fuerza que ahorra mucho espacio.

Según una forma de realización de la invención los discos interiores pueden estar unidos al cubo con arrastre de forma.

Según una forma de realización de la invención los discos interiores y/o el disco exterior pueden presentar un forro de fricción sobre las respectivas superficies frontales. A este respecto, las superficies frontales de dos discos adyacentes pueden estar enfrentadas entre sí.

El sistema según la reivindicación 14 comprende un dispositivo de frenado según una forma de realización de la invención y un eje de una prensa, estando fijado el cubo al eje.

Al conmutar el dispositivo de frenado al estado encendido, son concebibles diferentes causas que pueden impedir que se proporcione el par de frenado deseado o parte del mismo.

Estas causas pueden producir los efectos que se describen a continuación:

1) El medio de presión no puede salir, o lo hace parcialmente, de la cámara de pistón. En consecuencia, el pistón no puede recorrer ningún trayecto o sólo parte del mismo. Por tanto, la fuerza de los resortes no puede actuar o sólo lo hace parcialmente y el par de frenado no se acumula o sólo lo hace parcialmente.

2) El pistón se inclina en la guía axial. Por tanto, a pesar de una cámara de pistón sin presión, no puede desplazarse axialmente o no puede hacerlo en parte y no puede salvar el trayecto.

3) Uno o varios resortes, por ejemplo, de compresión helicoidal, se rompen o tienen una pérdida de fuerza debido a estados operativos no permitidos, por ejemplo, temperaturas inaceptablemente altas. En este caso, el pistón puede recorrer todo el trayecto, pero la fuerza axial deseada no está presente y, por tanto, no se acumula el par de frenado deseado.

4) Los discos pueden estar unidos a los componentes correspondientes en la dirección circunferencial con arrastre de forma. En la dirección axial los respectivos discos pueden moverse con respecto a los componentes correspondientes. Por ejemplo, por la inclinación de uno de los discos en el componente correspondiente respectivamente o mediante puntos de interferencia puede evitarse que todas las superficies de fricción estén implicadas activamente en la generación del par de frenado. Así no se genera el par de frenado deseado.

Sobre la base de las causas y los efectos de los posibles estados explicados anteriormente, que describen un fallo del funcionamiento del freno, todavía hay que explicar las siguientes relaciones:

1) Para generar el par de frenado deseado, el pistón debe poder recorrer todo el trayecto del estado operativo “freno apagado” al estado operativo “freno encendido”.

2) Cuando el pistón sólo recorre una parte de todo el trayecto, el freno no puede generar ningún par de frenado deseado o sólo una parte del mismo.

3) Cuando el pistón puede recorrer todo el trayecto y presiona las superficies de fricción una sobre otra, dentro del dispositivo de frenado se produce un flujo de fuerza cerrado.

4) Cuando actúan todos los resortes sin daños, el flujo de fuerza existente corresponde al flujo de fuerza deseado.

Para garantizar que

a) el pistón haya recorrido todo el trayecto y

b) actúe el flujo de fuerza definido, pueden utilizarse los siguientes sensores.

Para el estado descrito anteriormente en a), el medio de detección puede comprender sensores de desplazamiento, por ejemplo sensores de desplazamiento sin contacto, magneto-inductivos.

Es posible que el sensor esté dispuesto en la dirección axial. También es posible que el sensor esté dispuesto radialmente. En este caso el sensor puede estar configurado para detectar la carrera del pistón.

Para el estado descrito anteriormente en b), el medio de detección puede comprender sensores de fuerza, por ejemplo tornillos sensores con cristales piezoeléctricos.

Para detectar si el flujo de fuerza actúa en todas las superficies de fricción, el primer sensor de fuerza puede estar dispuesto en la unión entre el disco de presión y la carcasa. Sin embargo, también es concebible que se utilicen dos sensores de fuerza. Entonces el segundo sensor de fuerza puede estar dispuesto en la unión entre la tapa y la carcasa.

Así es posible una comparación directa de los dos puntos de medición. Un sensor de fuerza del tipo genérico descrito anteriormente puede detectar los dos estados del freno de “encendido” y “apagado”, porque en los dos estados de conmutación la fuerza en el flujo de fuerza es diferente.

También el sensor de desplazamiento descrito anteriormente puede detectar los dos estados del freno.

Así, con el uso de los dos tipos de sensores se produce incluso una detección redundante de los estados de conmutación.

La detección segura de los estados de conmutación y de fuerza permite ahora que el fabricante de la máquina dé información fiable sobre si el dispositivo de frenado está encendido y si el par de frenado necesario está realmente disponible. Así puede alcanzarse un mayor nivel en aplicaciones de seguridad como por ejemplo aplicaciones en prensas. Cuando no está disponible todo el par de frenado, por ejemplo puede emitirse un mensaje de error.

La detección explicada anteriormente de los estados de conmutación es exigida en parte por los organismos de certificación correspondientes. Sin embargo, la protección de las personas que trabajan en dichas máquinas también puede aumentar gracias a la invención mencionada.

Otras características y ventajas de la presente invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción de los ejemplos de realización preferidos con referencia a las ilustraciones adjuntas. A este respecto, para componentes idénticos o similares y para componentes con funciones idénticas o similares se utilizan los mismos números de referencia. En éstas muestran:

la figura 1, una vista en sección esquemática de una forma de realización de la invención con un primer sensor de fuerza;

la figura 2, una vista en sección esquemática de una forma de realización de la invención con un segundo sensor de fuerza; y

la figura 3, una vista en sección esquemática de una forma de realización de la invención con un sensor de desplazamiento.

El dispositivo de frenado 100 en la figura 1 comprende una carcasa 101, un paquete de discos 102 con discos interiores y discos exteriores, un pistón 103, un resorte 104 y un disco de presión 105. Los discos interiores están unidos a un eje que debe frenarse. El resorte 104 ejerce una fuerza sobre el pistón 103. El pistón 103 se guía en una cámara de pistón, que está delimitada por una tapa 106 y la carcasa 101. En la cámara de pistón está dispuesto un fluido como medio a presión, pudiendo variarse su presión fluídica.

Cuando la presión del fluido es suficientemente grande, el pistón 103 no ejerce ninguna fuerza sobre el paquete de discos 102. Entonces, entre los discos interiores y exteriores existe en cada caso un intersticio, de modo que no ejerce ninguna fuerza de frenado sobre el eje. El freno está apagado.

Cuando se reduce la presión del fluido y se vuelve más pequeña que la fuerza ejercida por el resorte 104, el pistón 103 ejerce una fuerza sobre el paquete de discos 102. Los discos interiores y exteriores se comprimen. Como los discos exteriores están fijados a la carcasa 101, se frena el eje. El freno está encendido.

En el estado encendido hay un flujo de fuerza F del paquete de discos 102 a través del disco de presión 105, a la carcasa 101. De la carcasa 101 la fuerza sigue fluyendo hacia la tapa 106, en la que a su vez se apoya el resorte 104. En las figuras 1 y 2 el flujo de fuerza F se ilustra mediante flechas.

Un primer sensor de fuerza 107 está dispuesto de tal modo que puede medir el flujo de fuerza F del disco de presión 105 a la carcasa 101. Este primer flujo de fuerza F medido puede utilizarse como indicador para detectar el estado operativo en el que se encuentra el freno. Además puede detectarse la magnitud de la desviación entre la fuerza de resorte conocida en teoría y la fuerza de frenado utilizada. Cuando esta desviación es demasiado grande puede existir un fallo. Por ejemplo el/los resorte/s 104 podría/n estar dañado/s o uno o varios discos podrían estar inclinados.

El funcionamiento del dispositivo de frenado 200 de la figura 2 es muy similar al funcionamiento del dispositivo de frenado 100 de la figura 1. En la figura 2 se representa un segundo sensor de fuerza 201, que está dispuesto de tal modo que mide el flujo de fuerza F de la carcasa 101 a la tapa 106. También este segundo flujo de fuerza F medido puede utilizarse como indicador para saber el estado operativo en el que se encuentra el dispositivo de frenado y si presenta una alteración en el funcionamiento.

El funcionamiento del dispositivo de frenado 300 de la figura 3 también es similar al funcionamiento de los dispositivos de frenado 100 y 200 de las figuras 1 y 2. Sin embargo, a diferencia de ello está previsto un sensor de desplazamiento 301 que está dispuesto de modo que puede medir una distancia recorrida por el pistón 103. Esta distancia medida también puede utilizarse para detectar el estado operativo del dispositivo de frenado 300. El sentido de movimiento del pistón 103 se ilustra en la figura 3 con una flecha doble.

La distancia medida puede compararse entonces con una distancia máxima conocida en teoría o con la distancia determinada en el primer montaje. En el caso de una desviación demasiado grande puede ser una indicación de una alteración en el funcionamiento. Por ejemplo podría ser que no hubiera salido todo el medio a presión de la cámara de pistón, de modo que el pistón 103 no se haya movido por toda la distancia disponible y así sólo esté disponible una fuerza de frenado reducida. Otro motivo podría ser que el pistón 103 esté inclinado y que por tanto no pueda seguir moviéndose. También esto da lugar a una fuerza de frenado reducida.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de frenado (100), que comprende

- un cubo, que puede fijarse a un eje que debe frenarse,

- al menos un disco interior unido al cubo,

- una carcasa (101),

- al menos un disco exterior unido a la carcasa,

- un pistón (103) y

- un disco de presión (105) fijado a la carcasa,

estando dispuesto el disco exterior al lado del disco interior, y estando dispuesto un intersticio entre el disco interior y el disco exterior, estando configurado el pistón para comprimir el disco interior y el disco exterior, comprendiendo el dispositivo de frenado un medio de detección configurado para detectar un estado operativo del dispositivo de frenado, caracterizado por que el medio de detección comprende un primer sensor de fuerza (107) que está configurado para medir un primer flujo de fuerza del disco de presión a la carcasa, estando configurado el medio de detección para utilizar el primer flujo de fuerza medido para la detección del estado operativo.

2. Dispositivo de frenado según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de frenado puede conmutarse a un estado operativo encendido y a uno apagado, comprimiendo en el estado operativo encendido el pistón el disco interior y el disco exterior, y estando dispuesto en el estado operativo apagado el intersticio entre el disco interior y el disco exterior, estando configurado el medio de detección para detectar el estado operativo encendido y el apagado.

3. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el medio de detección comprende un sensor de desplazamiento (301) que está configurado para medir una distancia que se ha movido el pistón, utilizándose la distancia medida para la detección del estado operativo.

4. Dispositivo de frenado según la reivindicación anterior, caracterizado por que el sensor de desplazamiento es magneto-inductivo.

5. Dispositivo de frenado según una de las dos reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sensor de desplazamiento está orientado axialmente.

6. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por que el sensor de desplazamiento está orientado radialmente.

7. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer sensor de fuerza comprende un tornillo sensor con cristales piezoeléctricos.

8. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de frenado comprende un resorte (104) que está configurado para ejercer una fuerza de resorte sobre el pistón.

9. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de frenado comprende una cámara de pistón en la que se guía el pistón.

10. Dispositivo de frenado según la reivindicación anterior, caracterizado por que la cámara de pistón está delimitada por la carcasa y una tapa (106), apoyándose el resorte en la tapa, comprendiendo el dispositivo de frenado un segundo sensor de fuerza (201) que está configurado para medir un segundo flujo de fuerza de la carcasa a la tapa, estando configurado el medio de detección para utilizar el segundo flujo de fuerza medido para la detección del estado operativo.

11. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los discos interiores están unidos al cubo con arrastre de forma.

12. Dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el disco interior y/o el disco exterior presentan un forro de fricción sobre las respectivas superficies frontales, estando enfrentadas entre sí las superficies frontales de dos discos adyacentes.

13. Uso de un dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones anteriores para frenar un eje de una prensa.

14. Sistema que comprende un dispositivo de frenado según una de las reivindicaciones 1 a 12 y una prensa con un eje, estando fijado el cubo al eje.