ES2891325T3 - Método para instalar y extraer una pastilla de freno de un freno de disco - Google Patents

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Abstract

Un método para instalar una pastilla de freno (6) en un freno de disco (1) que comprende una pinza de freno (3), un soporte (4) de pastilla de freno y un disco de freno (2), estando configurada la pinza de freno (3) para extenderse a ambos lados del soporte (4) y del disco, teniendo la pastilla de freno (6) un borde radialmente exterior y un borde radialmente interior y bordes laterales opuestos entre los bordes radialmente exterior e interior, que comprende las acciones de: alinear la pastilla de freno (6) con al menos un rasgo de inserción (11) de pastilla de freno orientado radialmente en el soporte (4) de la pastilla de freno, orientándose la pastilla de freno (6) como cuando la pastilla de freno (6) está en una posición instalada y teniendo al menos un rasgo de retención (16) de pastilla en al menos un borde lateral de la pastilla de freno (6), estando al menos un rasgo de retención (16) de pastilla en al menos un borde lateral de la pastilla de freno (6) configurado para retener la pastilla de freno (6) contra un movimiento radialmente hacia el exterior cuando la pastilla de freno (6) está en la posición instalada; desplazar la pastilla de freno (6) en una dirección radialmente hacia el interior a través de una abertura (7) para la pastilla de freno de la pinza de freno (3) cuando la pinza de freno (3) está en una posición de funcionamiento en el freno de disco (1), manteniendo al mismo tiempo la pastilla de freno (6) orientada como cuando está en la posición instalada hasta que al menos un rasgo de retención de pastilla (16) de la pastilla de freno (6) esté alineado con al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno del soporte (4) de la pastilla de freno orientado en paralelo a un eje de rotación del disco de freno; desplazar la pastilla de freno (6) hacia el disco de freno (2) para engranar al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno con al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para instalar y extraer una pastilla de freno de un freno de disco
ANTECEDENTES Y COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada con frenos de disco para vehículos y, en particular, con un sistema y un método para montar, extraer y retener pastillas de freno en frenos de disco, como por ejemplo frenos de disco accionados por aire utilizados en vehículos comerciales.
Los frenos de disco accionados de manera neumática se vienen desarrollando e implementando en vehículos comerciales desde al menos la década de 1970, y están comenzando a reemplazar a los frenos de tipo tambor debido a ventajas en áreas tales como la refrigeración, la resistencia al “fading” (“fatiga” o “desvanecimiento” de los frenos) y la facilidad de mantenimiento. La Publicación de Patente alemana No. DE 4032886 A1, y en particular la Figura 1 de este documento, describe un ejemplo de un freno de disco de aire de este tipo. En este diseño, una cámara de diafragma neumático (actuador neumático) está unida a una cara posterior de la carcasa de la pinza del freno de disco, y aplica una fuerza de accionamiento del freno a través de una varilla de accionamiento lineal a una palanca de accionamiento del freno dentro de la pinza. La palanca de accionamiento del freno a su vez transmite y multiplica la fuerza aplicada por la varilla de accionamiento a uno o más ejes, que empujan a las pastillas de freno contra un disco o rotor de freno. Los términos "disco de freno", "rotor" y "rotor de freno" se utilizan de forma intercambiable en el presente documento.
Como se muestra en la Figura 1 del documento DE 40 32886 A1, el actuador está ubicado en el lado interior de la pinza de freno, en gran parte porque las llantas de las ruedas de los vehículos comerciales están dimensionadas para proporcionar solo un espacio libre adecuado para los frenos de tipo tambor empleados históricamente en tales vehículos. Debido a que la envolvente de espacio resultante entre la rueda y su eje es limitada, el actuador se debe ubicar en el espacio adyacente a la rueda. Por la misma razón, las pastillas de freno deben configurarse para que se ajusten al espacio radial disponible limitado y, por lo tanto, normalmente se han ubicado y retenido en uno de la pinza de freno o el soporte/montura de la pinza de freno utilizando pasadores de suspensión transversales y/o usando tiras metálicas de tipo ballesta dispuestas por encima del radio exterior de las pastillas de freno. Las pastillas de freno también se han retenido capturando las pastillas de freno entre el bastidor de montaje de la pinza y la parte de la pinza de freno que se extiende a ambos lados del disco de freno. (Como reconocerá una persona con experiencia ordinaria en la materia, la misma función de soporte de la pastilla de freno puede ser proporcionada por un soporte/montura de la pinza de freno diseñado para soportar las pastillas de freno o por un soporte de la pastilla de freno que sea independiente de la estructura de montaje de la pinza. Por conveniencia en esta descripción, los términos soporte de la pinza, montura de la pinza y soporte de la pastilla de freno se pueden intercambiar sin pretender limitar la estructura de soporte de la pastilla de freno a ninguna estructura específica portadora de la pastilla de freno y de la pinza de freno).
El documento FR2334011A describe un método para instalar y extraer una pastilla de freno de un freno de disco.
Los frenos de disco de aire para vehículos comerciales convencionales han requerido típicamente la instalación de mecanismos auxiliares de retención de las pastillas de freno, y/o el uso de la propia pinza de freno para retener las pastillas de freno durante el servicio. Estos dos enfoques, y en particular el uso de la pinza de freno como el medio de retención, requieren el desmontaje del mecanismo de retención de la pastilla y/o la extracción de la pinza de freno para reemplazar las pastillas de freno gastadas e instalar pastillas de freno nuevas. Como resultado, el reemplazo de las pastillas de freno en diseños anteriores de frenos de disco accionados por aire ha sido un proceso laborioso y, por lo tanto, caro.
Un problema adicional con las pastillas de freno de la técnica anterior es la tendencia de la pastilla de freno a girar y/o vibrar durante el funcionamiento del freno. Como se ilustra en la Figura 6, cuando se aplica una pastilla de freno 101 contra una superficie de fricción de un disco de freno (no ilustrado) que está girando en la dirección DR, la rotación del disco de freno induce movimiento y fuerzas de reacción entre la pastilla de freno 101 y sus superficies de tope con la montura adyacente (no ilustrado para mayor claridad). Específicamente, en el borde de entrada 102 de la pastilla de freno, la pastilla de freno intenta moverse hacia arriba en dirección LU en respuesta a las fuerzas de fricción a lo largo de la cara de la pastilla de freno (ilustradas aquí mediante flechas de fuerza a través de la cara de la pastilla de freno 101). En el borde de salida 103 de la pastilla de freno, la pastilla de freno intenta moverse hacia abajo en dirección TD. Sin embargo, debido a que la pastilla de freno 101 está restringida por superficies de tope con la montura adyacente, el movimiento global de la pastilla de freno es generalmente una rotación alrededor de un eje paralelo al eje de rotación del disco de freno. Este movimiento puede ser unilateral durante la aplicación del freno, o se puede manifestar como una oscilación entre moderada y severa de la pastilla de freno en su montura, incrementando significativamente el desgaste de las superficies de la montura y de la pastilla de freno que hacen tope.
Para evitar la rotación y/o vibración no deseadas de la pastilla de freno dentro de su montaje (por ejemplo, la rotación alrededor de la dirección de aplicación del freno), la placa de respaldo de la pastilla de freno y los cuernos del soporte de montaje adyacente que soportan a las pastillas de freno en la dirección circunferencial requerían una altura radial relativamente alta para minimizar la cantidad de rotación de la pastilla de freno antes de que una esquina de la placa de respaldo entrara en contacto con el cuerno de la montura adyacente (un movimiento denominado "patada de la pastilla" o "giro de la pastilla"). Esta estructura relativamente alta, a su vez, requeriría que la pinza de freno, que está instalada por encima de las pastillas de freno y del soporte de montaje, tuviera sus correspondientes superficies interiores opuestas radialmente por fuera de los cuernos de la montura rebajadas lo suficiente para dar cabida a las esquinas exteriores de la pastilla de freno y/o de los cuernos de la montura. Un problema con este adelgazamiento es que, debido a que el radio exterior máximo de la pinza de freno normalmente está limitado por un espacio libre muy estrecho hacia el interior de la llanta de la rueda adyacente, los brazos de la pinza de freno que se extienden a ambos lados del disco de freno entre el lado de aplicación y el lado de reacción de la pinza pueden terminar siendo más delgados de lo deseado en esta zona para dar cabida tanto al alto cuerno de la montura del soporte como a la llanta de la rueda que encaja estrechamente. Esto puede provocar tensiones de tracción y de flexión muy elevadas en la zona delgada, y una reducción no deseada de la vida a fatiga y de la vida útil.
La presente invención aborda estos y otros problemas proporcionando un método de instalación y extracción que proporciona una mayor facilidad en la instalación y extracción de la pastilla de freno in situ, sin extracción de la pinza de freno u otros trabajos significativos de desmontaje del freno. Esta solución es de particular importancia en aplicaciones de frenos de disco de aire para vehículos comerciales con grandes limitaciones de espacio, donde anteriormente no se creía que el mantenimiento de las pastillas de freno sin un trabajo significativo de desmontaje de la pinza de freno fuera comercialmente práctico. Estos métodos se definen en las reivindicaciones 1,9 y 13.
En una realización que no forma parte de la presente invención, los cuernos de soporte de la pastilla de la montura de la pinza de freno están provistos de un surco o ranura vertical estrecho en el lado de los cuernos orientado en dirección opuesta al disco de freno. Este surco está diseñado para permitir que la pastilla de freno, que tiene rasgos de grosor correspondiente en sus lados laterales, deslice en la dirección radialmente hacia el interior bajando por el surco, hasta que la pastilla de freno alcance la posición instalada. Los cuernos tienen además surcos laterales en sus bases o cerca de sus bases que se extienden paralelos al eje de rotación del disco de freno, diseñados para alojar a los rasgos laterales de la pastilla de freno, de tal manera que la pastilla de freno puede avanzar hacia el disco de freno cuando es empujada hacia adelante por el actuador de la pinza de freno. Durante el servicio, la pastilla de freno está retenida positivamente en el freno mediante la combinación de: (i) los surcos laterales en los cuernos de la montura, que evitan una elevación de la pastilla de freno que haga que se salga de la pinza y una rotación indebida de la pastilla de freno (es decir, torsión o "basculación" de la pastilla en la pinza cuando el disco de freno que está girando intenta levantar un extremo de la pastilla de freno mientras empuja hacia abajo en el otro extremo de la pastilla de freno); (ii) el disco de freno, que evita que la pastilla de freno avance tanto que se salga por los surcos laterales del cuerno de la montura; y (iii) por el dispositivo de aplicación del freno, que evita que la pastilla de freno retroceda tanto como para que alcance los surcos verticales del cuerno de la montura y se deslice saliéndose por la parte superior de la pinza.
Esta disposición también facilita los cambios de pastillas de freno fáciles y rápidos, ya que todo lo que se requiere para extraer las pastillas de freno después de la extracción de la rueda es retirar completamente el dispositivo de aplicación del freno, deslizar la placa de respaldo de la pastilla de freno axialmente hasta que alcance el surco vertical del cuerno de la montura y a continuación simplemente levantar la pastilla de freno sacándola por una abertura existente en la parte superior de la pinza de freno aún instalada. A continuación, se puede insertar una nueva pastilla de freno en el surco vertical hasta que los rasgos laterales de la placa de respaldo estén alineados con los surcos laterales, seguido por hacer avanzar el dispositivo de aplicación del freno una distancia suficiente detrás de la pastilla de freno para evitar que retroceda y se salga de los surcos laterales.
Esta disposición también proporciona la capacidad de reducir significativamente la altura de los cuernos de la montura, permitiendo de ese modo que el grosor de la pinza de freno en las zonas de tensiones elevadas se haga más grueso para aumentar la resistencia y la vida útil de la pinza. La geometría relativamente compacta de los surcos y de los rasgos de engrane correspondientes situados en las placas de respaldo de la pastilla de freno asegura que la cantidad de rotación de la pastilla de freno dentro del soporte sea significativamente limitada en comparación con las disposiciones de la técnica anterior. Por consiguiente, debido a que ya no existe una necesidad de proporcionar cuernos de la montura relativamente altos para limitar la rotación de la pastilla (ya que los surcos limitan ahora la rotación de la pastilla), los cuernos se pueden hacer más cortos. Con la reducción en la altura del cuerno, el espacio libre adicional recién encontrado entre el cuerno y la superficie interior de la pinza de freno en las zonas por encima de los cuernos permite que la pinza se haga más gruesa en estas áreas de cargas elevadas. La adición de material de pinza en estas zonas proporciona área de sección transversal de soporte de carga adicional, con la correspondiente reducción en los niveles de tensión local y un aumento correspondiente en la vida a fatiga de la pinza.
Preferiblemente, la pastilla de freno, la montura y/o la pinza de freno pueden estar provistas de rasgos de amortiguación de vibraciones, como por ejemplo soportes cargados por resorte en las extensiones laterales de la placa de respaldo o un elemento de resorte que engrane con lengüetas situadas en la superficie superior de la placa de respaldo y en la pinza o en la montura de la pinza.
Otros objetos, ventajas y rasgos novedosos de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se considere en conjunto con los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista oblicua de un freno de disco de acuerdo con una realización de la presente invención. La Figura 2 es una vista oblicua del soporte de montaje de la pinza y la pastilla de freno de la Figura 1.
Las Figuras 3a, 3b y 3c son vistas lateral, frontal y desde arriba, respectivamente, de la pastilla de freno de las Figuras 1 y 2. La Figura 3d es una vista de detalle de una realización de un rasgo de retención de pastilla mostrada en la Figura 3b.
Las Figuras 4a y 4b son vistas en alzado y frontal, respectivamente, del soporte de montaje de la pinza de las Figuras 1 y 2. La Figura 4c es una vista en sección transversal del soporte de montaje de la pinza de las Figuras 1 y 2 que muestra una realización de los surcos de guiado y retención de la pastilla de freno del cuerno de la montura.
La Figura 5 es una vista detallada de un rasgo de retención de pastilla que incluye un dispositivo de precarga de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 6 es una vista esquemática de movimientos y fuerzas que se produce como resultado de la aplicación de una pastilla de freno a un disco de freno giratorio.
Las Figuras 7a y 7b son vistas de una realización alternativa de una pastilla de freno con rasgos de retención de pastilla en una superficie inferior de la pastilla de freno.
Las Figuras 8a y 8b son vistas de una realización alternativa de una pastilla de freno con rasgos de retención de pastilla asimétricos y que permiten-rotación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS
En la realización mostrada en la Figura 1, un freno de disco 1 de un vehículo comercial incluye un disco de freno 2, una pinza de freno 3 que se extiende a ambos lados del disco de freno 2. La pinza 3 está fijada a un soporte 4 de montaje de la pinza que a su vez está fijado a un eje del vehículo, típicamente por medio de una placa de torsión o una araña de freno (no ilustrada). La pinza 3 es accionada por un actuador 5, en esta realización un actuador de freno de resorte que está controlado por presión neumática procedente del vehículo. El actuador 5 actúa sobre un mecanismo de aplicación de la pastilla de freno contenido dentro de la pinza 3 para presionar las pastillas de freno 6 contra el disco de freno 2 para reducir la velocidad del vehículo. La presente invención no está restringida a un actuador neumático (por ejemplo, se puede usar un actuador accionado eléctricamente) ni a un tipo particular de disposición de montaje/pinza de freno (por ejemplo, un soporte fijo y una pinza deslizante con un mecanismo de aplicación de la pastilla de freno desde un solo lado, o un soporte fijos y una pinza fija con mecanismos de aplicación de la pastilla de freno desde los dos lados). En esta realización, la pinza 3 está provista de una abertura 7 que es lo suficientemente ancha en la dirección circunferencial A y en la dirección axial B para permitir que las pastillas de freno 6 se puedan retirar e insertar sin extracción de la pinza 3 de la montura del soporte 4.
La Figura 2 muestra una vista oblicua del soporte y la pastilla de freno del lado de aplicación del freno de la Figura 1, con el disco de freno 2, la pinza 3, el actuador 5 y la pastilla de freno opuesta 6 retirados para mayor claridad. En esta vista y en las Figuras 4a-4c, se ilustran los orificios 8 en la montura 4 para alojar a los pernos de montaje de la pinza y del eje, así como las superficies laterales 9 de engrane con las pastillas de freno situadas en los cuernos 10 de la montura. Se apreciará que no es necesario que el soporte sea un soporte que soporta a la pinza, es decir, la pinza se puede montar en un componente independiente del soporte, llevando el soporte solo las pastillas de freno.
Cada uno de los cuernos 10 de la montura en esta realización tiene un surco vertical 11 de instalación/extracción de pastillas de freno, y un surco horizontal 12 de guiado de pastillas de freno en la parte inferior de cada cuerno 10 de la montura. Se apreciará que no es necesario que los surcos o ranuras estén ubicados en las ubicaciones axiales más lejanas en la montura del soporte 4 alejadas del disco de freno 2, o exactamente en la parte inferior de los cuernos 10 de la montura, siempre que la pastilla de freno 6 que se utilizará en el freno esté bloqueada para evitar que se escape de la montura del soporte 4 durante el uso en servicio y tenga rasgos de retención de pastilla con una altura vertical correspondiente a la altura de los surcos horizontales 12. En una realización alternativa, el surco vertical 11 de instalación/extracción se puede omitir, siempre que se proporcione suficiente espacio en la abertura de la pinza en la dirección del eje de rotación del disco de freno para permitir que la pastilla de freno se inserte radialmente en el interior del freno, de tal manera que los rasgos de retención de la pastilla de freno puedan alcanzar los surcos horizontales 12 y entrar en ellos.
La Figura 2 y las Figuras 3a-3d muestran la pastilla de freno 6, que comprende una placa de respaldo 14 de la pastilla de freno y material de pastilla de freno 15 fijado al lado del disco de freno de la pastilla de freno 6. El material de pastilla de freno 15 está diseñado para que encaje entre los cuernos 10 de la montura sin engranar con los surcos 11 o 12 para asegurar el movimiento libre acercándose y alejándose del disco de freno 2 y verticalmente hacia el interior y hacia el exterior de la pinza durante la instalación o extracción de la pastilla de freno. La pastilla de freno 6 también está provista de rasgos de retención 16 de pastilla en las esquinas inferiores de los lados laterales de la placa de respaldo 14. En esta realización, los rasgos de retención 16 están diseñados como extensiones en forma de lengüeta de la placa de respaldo 14. Preferiblemente, las lengüetas tienen un grosor en la dirección de aplicación del freno correspondiente al grosor de la placa de respaldo 14, de modo que no se necesita ningún mecanizado especial u otro conformado para la reducción de la anchura. En cualquier caso, sea cual sea el grosor de los rasgos de retención 16 de pastilla, los surcos verticales 11 deben tener un grosor axial y una anchura circunferencial lo suficientemente grandes para permitir el paso vertical de los rasgos de retención 16 de pastilla durante la inserción y extracción de la pastilla de freno 6. De manera similar, los surcos laterales o axiales 12 deben tener una altura vertical y una anchura circunferencial lo suficientemente grande para permitir el paso horizontal de los rasgos de retención 16 de pastilla durante la aplicación y liberación del freno en servicio y durante el movimiento alejándose del disco de freno 2 durante la extracción de la pastilla de freno 6. Preferiblemente, los surcos laterales 12 están ubicados hacia la parte radialmente interior de la montura 4 de la pinza, donde el soporte es más rígido.
Además de la disposición preferida con rasgos macho de retención de pastilla que se extienden lateralmente hacia el interior de surcos hembra de alojamiento laterales, ranuras hembra en los lados laterales de la placa de respaldo de la pastilla de freno pueden estar diseñadas para alojar a correspondientes salientes macho de la montura de la pinza después de que la pastilla de freno se inserte en el freno de disco a lo largo de los surcos orientados radialmente. De forma alternativa, los surcos hembra de alojamiento laterales se pueden colocar directamente en el cuerpo de la pinza, con o sin rasgos correspondientes en la montura de la pinza. Más adelante se exponen con mayor detalle disposiciones de rasgos de retención de pastilla de ejemplo adicionales.
También es visible en las Figuras 3b y 3c un surco 18 en la pastilla de freno 6 para alojar a un sensor de indicación de desgaste de la pastilla de freno (no ilustrado).
La Figura 3d muestra una vista detallada de la zona de la pastilla de freno 6 resaltada en el área C de la Figura 3b. En esta zona, el rasgo de retención 16 de la pastilla de freno está provisto de un bisel, chaflán o contorno redondeado 19 en su borde inferior para facilitar la inserción y extracción sin atascamiento de la pastilla de freno y para evitar desarrollar un punto de contacto de concentración de tensiones entre el rasgo de retención 16 y la montura del soporte 4 dentro del surco 12. Preferiblemente, se proporciona un rasgo de acoplamiento correspondiente en el soporte para reducir la concentración de tensiones. El rasgo de retención 16 de pastilla también está provisto de un bisel 20, preferiblemente configurado formando un ángulo correspondiente a un ángulo similar en la parte superior del surco horizontal 12. El bisel superior 20 se proporciona para presentar una superficie de apoyo más grande y, por lo tanto, presiones de contacto y tensiones más bajas, cuando las fuerzas de aplicación del freno se transmiten desde la pastilla de freno 6 a la montura del soporte 4 durante la aplicación del freno, un momento en el que el disco de freno 2 impulsa a la pastilla de freno 6 para que gire en la montura del soporte 4. La inclusión del bisel 20 proporciona una superficie plana para absorber fuerzas sobre un área de contacto más amplia para minimizar el desgaste de los componentes, evitando así preferiblemente el contacto de punta o de borde entre la pastilla de freno 6 y la montura del soporte 4 que se puede producir con superficies rectilíneas opuestas.
El ángulo del bisel se puede configurar para asegurar que la presión de contacto generada durante la carga máxima de la pastilla de freno esté por debajo de los límites de elasticidad de la placa de respaldo de la pastilla de freno y de los materiales de la montura del soporte. Si las cargas que se deberán soportar durante la aplicación de los frenos son relativamente bajas, un ángulo de bisel poco profundo del orden de 95-110 grados puede ser suficiente para proporcionar suficiente área de contacto en la parte superior del bisel para que el nivel de tensión (fuerza/área) esté por debajo del límite elástico de los componentes. En el caso de cargas más elevadas o de uso de materiales con menores límites elásticos, puede ser necesario un ángulo mayor, del orden de 110-165 grados, para proporcionar un área de contacto suficientemente grande sobre la cual se distribuya la carga para que permanezca por debajo de los límites de límite elástico. Un ángulo de entre 140-160 grados, preferiblemente de 150 grados, proporciona una gran área de contacto, minimizando al mismo tiempo la cantidad de "elevación" o rotación de la pastilla durante la aplicación del freno.
Un beneficio significativo de las disposiciones de retención de pastillas de la presente invención es evidente en esta realización. En la técnica anterior, debido a la necesidad de mantener al menos holguras mínimas entre las caras planas opuestas de las pastillas de freno convencionales de borde recto y sus superficies de tope con el cuerno de la montura opuestas, los cuernos de la montura y las caras de la placa de montaje de la pastilla de freno tenían que ser relativamente altos para minimizar el grado en que la pastilla de freno podía girar alrededor de la dirección axial B cuando se aplicaba el freno. Con el estado actual de la técnica, debido a la distancia desde las esquinas diagonalmente opuestas de la pastilla de freno, las tolerancias típicas entre la placa de respaldo de la pastilla de freno y los cuernos de la montura producirían como resultado un grado relativamente grande de rotación no deseada de la pastilla dentro de la montura a menos que se proporcionaran cuernos de montaje altos para minimizar el desplazamiento angular de la pastilla de freno. En la presente invención, debido a que los rasgos de retención interactúan con los surcos horizontales 12 relativamente pequeños, incluso con los mismos requisitos mínimos de holgura de la pastilla de freno/cuerno de la montura que en un freno anterior convencional, la pastilla de freno 6 no puede girar tanto como una pastilla de freno convencional antes de que las superficies superiores de los rasgos de retención 16 de pastilla se encuentren con la parte superior del surco horizontal 12 y detengan el desplazamiento angular de la pastilla de freno 6.
Por ejemplo, una pastilla de freno y una disposición de retención típicas de la técnica anterior permitirían un movimiento del orden de 4 mm, produciendo grandes vibraciones de desplazamiento y desgaste acelerado de las superficies que hacen tope de la placa de respaldo de la pastilla y de los cuernos de la montura. Con la presente invención, estos movimientos se pueden reducir en un 75% o más. Los experimentos con configuraciones de muestra han demostrado que los movimientos están limitados a tan solo 0,75 mm. Como consecuencia, debido a que la gestión de la rotación de la pastilla se ha transferido desde los bordes superiores de los cuernos de la montura a los surcos horizontales 12, no es necesario que los cuernos de la montura sean tan altos como se conocía anteriormente para controlar la rotación de la pastilla de freno en un grado deseado. Esto, a su vez, permite evitar un adelgazamiento no deseado de la pinza de freno en las zonas por encima de las partes superiores de los cuernos de la montura, permitiendo de este modo que estas zonas sometidas a cargas y tensiones muy elevadas tengan un área de sección transversal mayor para absorber estas cargas. Las tensiones más bajas corresponden directamente a un aumento de la resistencia de la pinza y una mayor vida a fatiga de la pinza, a pesar del entorno de espacio muy reducido de la llanta de un vehículo comercial. La mejora en el volumen de material que soporta tensiones también puede permitir el reemplazo de aleaciones especiales caras utilizadas para obtener suficiente resistencia en las secciones delgadas de la pinza con fundición de hierro común, reduciendo significativamente los costes de material y de producción. Se debería tener en cuenta que, aunque la cantidad de "patada de la pastilla" puede ser menor en la presente invención, cuando se seleccionan los ángulos de bisel de los rasgos de retención de la pastilla de freno y de los surcos laterales correspondientes, los ángulos pueden diferir ligeramente para permitir la rotación de la pastilla bajo frenado, por ejemplo, el ángulo del rasgo de retención de pastilla puede ser ligeramente más obtuso que el bisel del surco lateral de la montura, de modo que cuando la pastilla gira en el soporte, las caras de contacto hacen contacto a través de un área plana, en lugar de en una sola línea de contacto.
Una ventaja adicional de la presente invención es que permite la eliminación de los rasgos de enclavamiento de tipo ballesta de retención en la parte superior de la placa de respaldo de las pastillas de freno, así como las estructuras asociadas radialmente por encima de las pastillas de freno para alojar y retener las ballestas (p. ej., una barra de sujeción de la pastilla), aumentando así la holgura radial por encima de la pastilla de freno y permitiendo potencialmente una disminución en la máxima extensión radial de la pinza dentro de la envolvente de la rueda, o un aumento en el diámetro del disco de freno y en la altura de la pastilla para aumentar el tamaño del área barrida por el freno donde el material de la pastilla de freno interactúa con la superficie del disco de freno.
Los rasgos de retención de pastilla de la presente invención también pueden estar provistos de elementos de resorte en o cerca de los rasgos de retención de pastilla para precargar o amortiguar de forma deseable la pastilla en relación con la montura, para reducir el movimiento de la pastilla y reducir las vibraciones que pueden inducir ruido no deseado y desgaste de los componentes durante la aplicación del freno. La Figura 5 muestra una vista detallada de una disposición de ejemplo, en la que un elemento de resorte 22 está ubicado entre el rasgo de retención 16 de pastilla de la placa de respaldo 14 de la pastilla de freno y la pared exterior del surco lateral 12. Dicho elemento de precarga puede estar fijado a la montura 4 o a la placa de respaldo 14 de la pastilla de freno, por ejemplo mediante remachado o fijado con grapas, o puede ser un elemento independiente insertado entre el soporte 4 y la placa de respaldo 14 cuando se inserta la pastilla 6 en el freno. De forma alternativa, el elemento de precarga puede tener cualquiera de una serie de disposiciones adecuadas, como por ejemplo un elemento articulado provisto de un elemento de resorte que empuja al elemento articulado lateralmente hacia el exterior para que engrane con la superficie opuesta.
Una realización adicional de la presente invención se ilustra en las Figuras 7a-7b. En esta realización, la retención de la pastilla se logra con lengüetas 16 ubicadas en un borde o superficie inferior de la placa de respaldo 14 de la pastilla de freno, con un surco excavado en al menos un lado lateral de la lengüeta que engrana con un surco excavado correspondiente en el surco receptor horizontal 12. En esta realización, el surco 12 está mecanizado en la superficie inferior de la montura de la pinza adyacente al tope 10 vertical con la pastilla, en lugar de lateralmente a través de la cara del tope. Al igual que con las realizaciones de ejemplo anteriores, esta realización de lengüeta inferior se inserta verticalmente (es decir, radialmente hacia el interior) a lo largo de los lados exteriores de los topes 10, y a continuación se hace avanzar hasta su engrane con los surcos 12 hacia el disco de freno para retener positivamente la pastilla de freno.
Las Figuras 8a y 8b ilustran otra realización de la presente invención, en la que los rasgos de retención de pastilla son asimétricos, y también están configurados para adaptarse a la rotación de la pastilla de freno inducida por el disco de freno con un movimiento mínimo de la pastilla y un desgaste mínimo de la pastilla y de la superficie de tope. La Figura 8a muestra una placa de respaldo 14 de la pastilla de freno con una lengüeta biselada 16 en el lado del borde de entrada de la pastilla de freno, y una lengüeta curvada 16A en el lado del borde de salida de la pastilla de freno. Esta configuración proporciona una serie de ventajas adicionales, incluida una configuración que evita inherentemente que las pastillas de freno se instalen en los lados incorrectos del disco de freno debido a la incompatibilidad de los surcos 12 correspondientes en los que deslizan. La superficie curvada también forma una disposición de cojinete de tipo "bola y casquillo'' o "cilindro y casquillo'' con su correspondiente surco 12, proporcionando de este modo una amplia área superficial para el contacto entre la lengüeta 16A de la pastilla de freno y el surco 12 que reduce las tensiones de la cara de contacto y el desgaste resultante de los componentes. La superficie curvada también puede reducir aún más la cantidad de movimiento de la pastilla de freno ("patada de la pastilla") al limitar más estrechamente el rango de movimiento del borde de salida de la pastilla de freno, actuando potencialmente la lengüeta curvada 16A como un punto de rotación casi fijo alrededor del cual gira la lengüeta 16 del borde de entrada. Esta configuración de borde de salida casi fijo, que actúa esencialmente como un pivote, también proporciona una resistencia adicional contra el movimiento de la pastilla de freno que se vuelve tan grande como para inducir vibraciones de gran amplitud.
Como se muestra en la Figura 8b, la lengüeta 16B del borde de salida puede ser una curva de radio grande, extendiendo aún más las cargas de fuerza de reacción sobre un área de contacto más amplia. La curvatura de la lengüeta del borde de salida no está limitada a curvas de radio constante. Por ejemplo, las curvas se pueden configurar con radios decrecientes o crecientes, por ejemplo, para definir con mayor detalle el movimiento del borde de salida de la pastilla de freno durante la aplicación del freno. De forma alternativa, las curvas pueden tener forma poligonal. Como ocurre con todas las realizaciones de la presente invención, estas formas se pueden conformar de manera económica, por ejemplo, mediante el mecanizado lateral de los surcos 12 a través de las caras de las superficies de tope de la montura con herramientas adecuadas.
Al igual que con las realizaciones anteriores, puede ser preferible tener en cuenta la rotación de la pastilla al frenar en el diseño de la placa de respaldo de la pastilla de freno y/o en las disposiciones de la montura. Por ejemplo, en casos en que el rasgo de retención curvado está en el borde de salida de la pastilla de freno, para permitir la "elevación" del borde de entrada de la pastilla de freno durante la aplicación del freno (debido a que el rasgo de retención del borde de entrada ocupa el espacio libre en su surco lateral cuando su superficie biselada se encuentra con la parte superior biselada del surco lateral) puede ser deseable proporcionar un ángulo de rebajado o de inclinación muy pequeño muy correspondiente en la parte recta del borde de salida de la pastilla de freno. Preferiblemente, la cantidad de holgura en el surco lateral del borde de entrada se mantiene lo suficientemente grande como para asegurar el movimiento libre de la pastilla acercándose/alejándose del disco de freno durante todas las condiciones de operación, pero lo suficientemente pequeña como para que, cuando la pastilla gire alrededor del rasgo de retención curvado en el borde de salida, la placa de respaldo solo gire del orden de tres grados o menos (es decir, el ángulo de rebajado del borde de salida sería menor de aproximadamente 10 grados, y preferiblemente se mantendría en tres grados o menos, muy preferiblemente aproximadamente en un grado).
Un método de instalación de pastillas de freno que ahorra tiempo y trabajo en una nueva realización de freno de la presente invención incluiría un primer paso de deslizar la pinza de freno, todavía sin pastillas, axialmente hacia el exterior para posicionar el freno para la recepción de la pastilla de freno del lado exterior. Un segundo paso implicaría insertar radialmente hacia el interior la pastilla de freno del lado exterior hasta que los rasgos de retención laterales de la pastilla de freno estén alineados con los rasgos de recepción laterales del lado exterior del soporte de la pastilla de freno. Un tercer paso implicaría deslizar la pinza en la dirección axialmente hacia el interior para hacer avanzar la pastilla de freno exterior hasta su engrane con los rasgos de recepción de pastilla laterales del lado exterior del soporte, y para posicionar la pinza para recibir a la pastilla de freno del lado interior. Un cuarto paso implicaría insertar radialmente hacia el interior la pastilla de freno del lado interior hasta que los rasgos de retención laterales de la pastilla de freno estén alineados con los rasgos de recepción laterales del lado interior del soporte de la pastilla de freno. Un quinto paso implicaría hacer avanzar los mecanismos de aplicación y/o de ajuste del freno en la dirección de aplicación del freno para hacer avanzar la pastilla de freno del lado interior hasta su engrane con los rasgos de recepción laterales de la pastilla del lado interior del soporte, y para posicionar la pinza para el funcionamiento del freno. El grosor de los rasgos de retención de la pastilla de freno y las disposiciones de los rasgos de recepción correspondientes deben ser tales que siempre se garantice un engrane de retención suficiente de la pastilla de freno, incluso cuando la pastilla de freno y el rotor de freno sean nuevos, es decir, en sus grosores máximos antes de su uso.
En el caso de reemplazar las pastillas de freno en, por ejemplo, un freno en servicio en el que las pastillas de freno ya están instaladas, el método de carga de las pastillas de freno anterior iría precedido por una operación de extracción de las pastillas de freno correspondiente, en la que: los mecanismos de aplicación y/o de ajuste del freno se retiran lo suficiente para permitir que la pastilla de freno del lado interior se pueda desplazar lejos del disco de freno hasta que alcance la posición de extracción de la pastilla de freno, la pastilla de freno del lado interior se extraería radialmente hacia el exterior a través de la abertura de la pinza, la pinza sería desplazada en la dirección radialmente hacia el exterior alejándola lo suficiente para permitir que la pastilla de freno exterior se pueda desplazar lejos del disco de freno hasta que alcance su posición de extracción de la pastilla de freno, y la pastilla de freno exterior se extraería radialmente hacia el exterior a través de la abertura de la pinza.
La descripción anterior se ha expuesto simplemente para ilustrar la invención y no está concebida para ser limitativa. Por ejemplo, en lugar de mecanizar surcos verticales y laterales 11, 12 en los cuernos 10 de montaje, se puede proporcionar una superficie de tope con la pastilla reemplazable en la montura del soporte 4, con una anchura y una altura correspondientes a la geometría de los rasgos de retención situados en la placa de respaldo 14 de la pastilla de freno. Como otro ejemplo, se puede proporcionar más de un rasgo de retención de pastilla y más de un rasgo de recepción correspondiente en la pinza en cada uno de los lados laterales de la pastilla de freno, y/o los rasgos se pueden proporcionar a diferentes alturas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un método para instalar una pastilla de freno (6) en un freno de disco (1) que comprende una pinza de freno (3), un soporte (4) de pastilla de freno y un disco de freno (2), estando configurada la pinza de freno (3) para extenderse a ambos lados del soporte (4) y del disco, teniendo la pastilla de freno (6) un borde radialmente exterior y un borde radialmente interior y bordes laterales opuestos entre los bordes radialmente exterior e interior, que comprende las acciones de:
alinear la pastilla de freno (6) con al menos un rasgo de inserción (11) de pastilla de freno orientado radialmente en el soporte (4) de la pastilla de freno, orientándose la pastilla de freno (6) como cuando la pastilla de freno (6) está en una posición instalada y teniendo al menos un rasgo de retención (16) de pastilla en al menos un borde lateral de la pastilla de freno (6), estando al menos un rasgo de retención (16) de pastilla en al menos un borde lateral de la pastilla de freno (6) configurado para retener la pastilla de freno (6) contra un movimiento radialmente hacia el exterior cuando la pastilla de freno (6) está en la posición instalada;
desplazar la pastilla de freno (6) en una dirección radialmente hacia el interior a través de una abertura (7) para la pastilla de freno de la pinza de freno (3) cuando la pinza de freno (3) está en una posición de funcionamiento en el freno de disco (1), manteniendo al mismo tiempo la pastilla de freno (6) orientada como cuando está en la posición instalada hasta que al menos un rasgo de retención de pastilla (16) de la pastilla de freno (6) esté alineado con al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno del soporte (4) de la pastilla de freno orientado en paralelo a un eje de rotación del disco de freno;
desplazar la pastilla de freno (6) hacia el disco de freno (2) para engranar al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno con al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno.
2. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 1, que comprende además la acción de:
hacer retroceder un dispositivo de aplicación de freno de la pinza (3) hasta una posición lo suficientemente alejada del disco de freno (2) para permitir que la pastilla de freno (6) se inserte en una dirección radialmente hacia el interior sin interferencia del dispositivo de aplicación de freno.
3. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 2, que comprende además la acción de:
hacer avanzar el dispositivo de aplicación del freno hacia la pastilla de freno (6) para evitar el desengrane de al menos un rasgo de retención (16) de la pastilla de freno (6) de al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno.
4. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 1, en el que
al menos un rasgo de inserción de pastilla de freno orientado radialmente y al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno se proporcionan en ambas superficies de retención de pastilla de freno opuestas del soporte (4), y
la pinza de freno (3) incluye una abertura (7) para la pastilla de freno suficientemente ancha en la dirección circunferencial del disco de freno (2) para permitir que la pastilla de freno (6) pase a través de la abertura (7) para la pastilla de freno de la pinza de freno hacia el interior de los surcos de inserción (11) de pastillas de freno orientados radialmente sin extracción de la pinza (3) de encima del soporte (4).
5. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 4, en el que
al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno y al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno incluyen rasgos en lados lateralmente opuestos de la pastilla de freno (6), y
los rasgos de retención (16) de pastilla de freno son salientes macho y los rasgos de recepción laterales (12) de la pastilla de freno son surcos hembra.
6. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 4, en el que
al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno y al menos un rasgo de recepción lateral de la pastilla de freno incluyen rasgos en lados lateralmente opuestos de la pastilla de freno, y
los rasgos de retención (16) de pastilla de freno son surcos hembra y los rasgos de recepción laterales de la pastilla de freno son salientes macho.
7. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 4, en el que
el soporte (4) de la pastilla de freno está configurado para recibir a la pinza de freno (3) como una montura de la pinza.
8. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 4, en el que
al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno incluye dos rasgos de retención (16) de pastilla de freno, cada uno de las dos rasgos de retención (16) de pastilla de freno está dispuesto en lados opuestos de la pastilla de freno, y
los dos rasgos de retención (16) de pastilla de freno son asimétricos.
9. Un método para extraer una pastilla de freno (6) de un freno de disco (1) que comprende una pinza de freno (3), un soporte (4) de pastilla de freno y un disco de freno (2), estando configurada la pinza de freno (3) para extenderse a ambos lados del soporte (4) y del disco (2), teniendo el soporte (4) de la pastilla de freno topes de freno opuestos con al menos un rasgo de inserción (11) de pastilla de freno orientado radialmente y al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno configurados para retener la pastilla de freno (6) contra un movimiento radialmente hacia el exterior cuando la pastilla de freno (6) está en la posición instalada, que comprende las acciones de:
hacer retroceder un dispositivo de aplicación de freno de la pinza (3) hasta una posición lo suficientemente alejada del disco de freno (2) para permitir que la pastilla de freno (6) se pueda desplazar a una posición que permita la extracción de la pastilla de freno (6) a través de una abertura (7) existente en la pinza (3) mientras la pinza (3) está instalada por encima del soporte (4);
alejar la pastilla de freno (6) del disco de freno (2) en una dirección paralela a un eje de rotación del disco de freno hasta que un rasgo de retención de pastilla de freno (16) de la pastilla de freno (6) se desengrana de uno correspondiente de los rasgos de recepción laterales (12) de la pastilla de freno del soporte (4) de la pastilla de freno; y
retirar la pastilla de freno (6) en una dirección radialmente hacia el exterior a través de al menos un rasgo de inserción (11) de pastilla de freno orientado radialmente y de la abertura (7) existente en la pinza (3).
10. El método de extracción de pastillas de freno de la reivindicación 9, en el que
al menos un rasgo de inserción (11) de pastilla de freno orientado radialmente y al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno se proporcionan en ambos topes de freno opuestos del soporte (4), en donde cada uno de los rasgos de inserción de pastilla de freno orientados radialmente es un surco de inserción (11) de pastilla de freno orientado radialmente, y
la pinza de freno (3) incluye una abertura (7) para la pastilla de freno suficientemente ancha en la dirección circunferencial del disco de freno (2) para permitir que la pastilla de freno (6) pase a través de la pinza (3) hasta el interior de los surcos de inserción (11) de pastilla de freno orientados radialmente sin extracción de la pinza (3) de encima del soporte.
11. El método de extracción de pastillas de freno de la reivindicación 10, en el que
al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno y al menos un rasgo de recepción lateral de la pastilla de freno incluyen rasgos en los lados lateralmente opuestos de la pastilla de freno (6), y
los rasgos de retención (16) de pastilla de freno son salientes macho y los rasgos de recepción laterales de la pastilla de freno son surcos hembra.
12. El método de extracción de pastillas de freno de la reivindicación 10, en el que
al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno y al menos un rasgo de recepción lateral de la pastilla de freno incluyen rasgos en lados lateralmente opuestos de la pastilla de freno (6), y
los rasgos de retención (16) de pastilla de freno son surcos hembra y los rasgos de recepción laterales de la pastilla de freno son salientes macho.
13. Un método para instalar una pastilla de freno (6) en un freno de disco (1) que comprende una pinza de freno (3), un soporte (4) de pastilla de freno y un disco de freno (2), estando configurada la pinza (3) para extenderse a ambos lados del soporte (4) y del disco (2) y teniendo una abertura (7) para la pastilla de freno suficientemente ancha en la dirección circunferencial del disco de freno (2) para permitir que la pastilla de freno (6) pase a través de la abertura (7) para la pastilla de freno en una dirección radialmente hacia el interior sin extracción de la pinza (3) de encima del soporte (4), teniendo la pastilla de freno (6) un borde radialmente exterior y un borde radialmente interior y bordes laterales opuestos entre los bordes radialmente exterior e interior, que comprende las acciones de:
alinear la pastilla de freno (6) con la abertura para la pastilla de freno, estando orientada la pastilla de freno (6) como cuando la pastilla de freno (6) está en una posición instalada y teniendo al menos un rasgo de retención (16) de pastilla en al menos un borde lateral de la pastilla de freno (6), estando configurado al menos un rasgo de retención (16) de pastilla en al menos un borde lateral de la pastilla de freno (6) para retener la pastilla de freno (6) contra un movimiento radialmente hacia el exterior cuando la pastilla de freno (6) está en la posición instalada;
desplazar la pastilla de freno (6) en la dirección radialmente hacia el interior a través de una abertura (7) para la pastilla de freno de la pinza de freno (3) cuando la pinza de freno (3) está en una posición de funcionamiento en el freno de disco (1) manteniendo al mismo tiempo la pastilla de freno (6) orientada como cuando está en la posición instalada hasta que al menos un rasgo de retención de pastilla (16) de la pastilla de freno (6) esté alineado con al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno del soporte (4) de la pastilla de freno orientado en paralelo a un eje de rotación del disco de freno;
desplazar la pastilla de freno (6) hacia el disco de freno (2) para engranar al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno con al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno.
14. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 13, que comprende además la acción de: hacer retroceder un dispositivo de aplicación de freno de la pinza (3) hasta una posición suficientemente alejada del disco de freno (2) para permitir que la pastilla de freno (6) se inserte en la dirección radialmente hacia el interior sin interferencia del dispositivo de aplicación de freno.
15. El método de instalación de pastillas de freno de la reivindicación 14, que comprende además la acción de:
hacer avanzar el dispositivo de aplicación del freno hacia la pastilla de freno (6) para evitar un desengrane de al menos un rasgo de retención (16) de pastilla de freno (6) de al menos un rasgo de recepción lateral (12) de la pastilla de freno.
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