MX2007010737A

MX2007010737A - Disco de freno, en particular para un vehiculo.

Info

Publication number: MX2007010737A
Application number: MX2007010737A
Authority: MX
Inventors: Johann Iraschko; Johann Baumgartner; Wolfgang Pahle
Original assignee: Knorr Bremse Systeme
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-11-07
Also published as: ATE515647T1; AU2006220071A1; EP1859178A1; US20080041675A1; EP1859178B1; CA2598843A1; WO2006092270A1

Abstract

La invencion se relaciona con un disco de freno, en particular para un vehiculo, comprendiendo al menos una superficie (1) de friccion anular que esta provista en una, y preferentemente en ambas caras externas el disco referido, y a la cual se puede aplicar una guarnicion de freno con fines de frenar. Segun la invencion, la superficie (1) de friccion consiste de un gran numero de segmentos (2, 3, 4, 6) parciales, de los cuales al menos algunos son separados fisicamente los unos de los otros mediante ranuras (5) de dilatacion. El disco de freno referido esta configurado de manera tal que la profundidad de las ranuras (5) de dilatacion es mayor que la medida de desgaste (8) permisible de la superficie (1) de friccion.

Description

DISCO DE FRENO, EN PARTICULAR PARA UN VEHÍCULO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un disco de freno, en particular para un vehículo, según el concepto general de la reivindicación 1. Discos de freno son usados en muchos campos de aplicación. Se emplean en particular en vehículos, siendo expuestos en particular en los vehículos industriales a cargas particulares. A causa de la presión bajo fricción de las guarniciones de freno, que usualmente atacan el disco de freno en ambos lados se causa un calor de fricción que produce un incremento de las temperaturas en las guarniciones de freno y en el disco de freno. Debido a que el calor de fricción se genera en la superficie de frenar, sc genera una caída de temperatura hacia el centro del disco de freno que es particularmente pronunciada en los, así llamados, discos de freno de ventilación interna. Es aplicable en estos casos que tanto más rápido el calor es generado en la superficie de frenar, tanto mayor la caída de temperatura. Las diferencias de temperatura pueden producirse también directamente en la superficie de frenar, cuya causa es el contacto no homogéneo de las superficies de fricción de la guarnición de freno al hacer contacto y el disco de freno. Se generan en esto mayores temperaturas en los puntos con gran presión por área que en los puntos con menor presión por área. Los puntos de temperatura diferente pueden, ciertamente, encontrarse muy cerca el uno del otro. Las diferentes temperaturas causan grandes tensiones mecánicas en el disco de freno, provocadas por diferentes expansiones de materia debidas a la temperatura. Como consecuencia pueden formarse fisuras en la superficie de freno que conducen, en el caso de exposición térmica alta, frecuente -en caso extremo- hasta al rompimiento del disco de freno. Debido a que el incremento de temperatura al estar frenando sucede muy rápido, no puede darse una distribución homogénea del calor. Esto es cierto tanto en la dirección transversal como longitudinal con relación a la superficie de frenar. En parte se presentan en la superficie de frenar unas deformaciones plásticas a causa de las temperaturas localmente presentes. Al enfriar el disco de freno, la materia encoge. En los puntos que sufrieron previamente una deformación plástica se presentas ahora altas cargas de tensión que son generadas por los lugares adyacentes sin deformación plástica en la superficie de frenar. Estas cargas de tensión pueden ser mayores que la resistencia a la tracción de la materia, lo que produce, entonces, los problemas referidos de la formación de fisuras, si los discos son producidos de hierro fundido, como es usual. Para lograr un enfriamiento, se conoce del documento DE 23 08 256 A la propuesta de proveer la superficie de fricción con unas ranuras que impiden que se forme una película de agua cerrada en caso de humedad. Pero estas ranuras poseen poca profundidad, que ciertamente es suficiente para interrumpir una película de agua y que producen una determinada mejora de la disipación de calor gracias a la formación de una superficie mayor, pero que no funcionan en el sentido de ranuras de dilatación que permitieran compensar el comportamiento de expansión térmica variable. En este sentido, se ofrece un disco de freno que se conoce del documento DE 195 12 934 Al, en el que también se prevén unas ranuras que sirven para el enfriamiento y para la interrupción de la película de agua. Se subraya allí como ventaja que la profundidad de las ranuras corresponde el espesor de la superficie de fricción, de manera que después desgastar esta superficie de fricción, las ranuras ya no son reconocibles como tales y el freno de disco debe ser intercambiado completamente. Pero es una desventaja del disco de freno conocido que la dilatación de los segmentos parciales expuestas al calor de fricción se extienden hasta la zona en el núcleo del disco de freno, es decir, hasta la región que rebasa el espesor aprovechable, como máximo, de la superficie de fricción. Esto puede causar las deformaciones de materia descritas y la formación de fisuras en consecuencia. La presente invención se basa, por lo tanto, en el objetivo de perfeccionar un disco de freno del tipo genérico de manera tal que la vida útil es alargada sustancialmente con poca inversión constructiva. Este objetivo se logra con un disco de freno que posee las características de la reivindicación 1. Gracias a esta configuración constructiva, cada segmento parcial paralelo de la superficie de frenar puede dilatarse sin impedimento en todas las direcciones y, a saber, no sólo hasta la profundidad que es determinada por la medida de desgaste permitida de la superficie de fricción, sino hasta en la región del núcleo. De esta manera se evitan las deformaciones plásticas descritas. Condición previa para ello es, sin embargo, que los segmentos parciales tienen en cada caso dimensiones suficientemente pequeñas. Según un perfeccionamiento ventajoso de la invención se prevé en este sentido, que los segmentos parciales están diseñadas de manera esbelta en su sección transversal, es decir, las áreas de sección transversal son relativamente estrechas teniendo una altura relativamente grande, lo que produce un momento de resistencia bastante grande, de manera que los esfuerzos de flexión que se presentan en el disco de freno tienen sólo poco efecto. Las fisuras térmicas que se presentan eventualmente en las superficies de fricción de los segmentos parciales no son agrandadas adicionalmente por tensiones mecánicas altas. Además, se delimita el crecimiento de las fisuras gracias al contorno de sección transversal del respectivo segmento parcial. Una fisura térmica, generada en un segmento parcial, no puede crecer más allá del contorno de éste. Ventajosamente, las ranuras de dilatación, y con esto los segmentos parciales para lograr un comportamiento de desgaste homogéneo de disco de freno y guarniciones de freno, son diseñadas de manera tal que se tiene en líneas circunferenciales arbitrarias del disco de freno las mismas proporciones de ranura de dilatación a anchura de segmento parcial . Un desgaste disparejo sistemático, causado, por ejemplo, por la geometría y las características materiales de la guarnición de freno, puede ser contrarrestado por un cambio parcial correspondiente de las proporciones referidas de ranura de dilatación a anchura de segmento parcial. Un incremento de la ranura de dilatación produce una disminución de la anchura de segmento parcial, lo que produce un incremento del desgaste del disco de freno. Correspondientemente, al aumentar la anchura de segmento parcial, se reduce el desgaste de disco de freno. Además de minimizar el riesgo de fisuras de calor se logra, gracias a la invención, también un comportamiento térmico favorable, poseyendo la superficie de frenar en esto una mayor superficie por motivo de las paredes de las ranuras de dilatación, a través de la cual se disipa calor directamente mediante convección al ambiente. Según un perfeccionamiento preferido de la invención se prevé que la profundidad de las ranuras de dilatación asciende a 1.5 hasta 2 veces la medida de desgaste permisible. En el caso de una profundidad de desgaste de, por ejemplo, 4 mm, la profundidad de las ranuras de dilatación es, en consecuencia, aproximadamente 6 - 8 mm. Debido a que se minimiza en principio el riesgo de la formación de fisuras, gracias a la mejora constructiva del disco de freno, también se reduce las exigencias a la capacidad de conducción térmica y resistencia térmica de la materia del disco de freno, lo que se traduce en una mayor opción selectiva de materias susceptibles a usarse. También en cuanto al desarrollo de guarniciones de freno, la invención representa una mejora sustancial, ya que se tiene que tomar menos en cuenta el comportamiento de rotura del disco de freno. Esto incluye la selección de calidades de guarnición, ya que ésta es compatible en una gama más amplia con el nuevo disco de freno. La producción del nuevo disco de freno puede realizarse, en comparación con el conocido, al menos sin afectar los costos, ya que se requiere sólo un diseño correspondiente del molde de fundición pudiendo omitirse un mecanizado. La forma plano horizontal de los segmentos parciales, y con esto el contorno y la disposición de las ranuras de dilatación puede ser variable. Así es posible que los segmentos parciales están formados distribuidos en círculos concéntricos a manera de botones, siendo el contorno en plano horizontal de cada segmento parcial puede darse como redonda, en forma de trapecio, de rombo, polígono u otra forma geométrica. La configuración de los segmentos parciales puede ser determinada en esto por la optimación del poder de enfriamiento o para optimizar la producción. También es imaginable combinar diferentes formas en plano horizontal de los segmentos parciales en cada cara del disco de freno. El disco de freno inventivo puede producirse en todas las modalidades usuales, por ejemplo, como así llamado disco de cuello o disco hueco, como disco de freno de fundición combinada, así como en forma de disco de freno plano . En el caso de éste último tipo de construcción, se ofrece una producción particularmente racional de la pieza bruta mediante el -así llamado- método de colada de racimo. En este se producen al menos dos, preferentemente, sin embargo, varios discos de freno, uno encima del otro. En esto se ubica entre los discos de freno, en cada caso, una placa separadora de materia de molde que contiene también el perfil de las ranuras de dilatación en la superficie de fricción. Varios discos de freno se producen así, apilados uno encima del otro, en una sola etapa de colada . Gracias a un diseño apropiado, así como una selección de materia de las placas separadoras de materia de molde, se logra un enfriamiento más rápido de los segmentos parciales externos en comparación con el núcleo del disco de freno. Esto permite optimizar las características de materia de las superficies de fricción, por un lado, y del núcleo del disco de freno por el otro, de manera particularmente apropiada para las exigencias. El núcleo del disco de freno sigue siendo dúctil y conserva su gran tenacidad para cumplir las exigencias mecánicas que enfrenta. Las superficies de fricción de los segmentos parciales, por el contrario, se vuelven duras y particularmente resistentes al desgaste, sin menoscabo de la capacidad de carga mecánica. La invención ofrece grandes ventajas sobre todo si el disco de freno consiste de una materia cerámica, que naturalmente posee una mala conductividad térmica, pudiéndose realizarse una ventilación interna sólo con una inversión productiva considerable, inaceptable para un producto de serie. Otras modalidades ventajosas de la invención son caracterizadas en las reivindicaciones subordinadas. Unos ejemplos de realización son descritos a continuación mediante los dibujos anexos. En estos muestran: Figuras 1, 3, 4 y 5, en cada caso, un ejemplo de realización de un disco de freno inventivo, visto desde arriba; Figura 2 una sección parcial del disco de freno según la figura 1 en una representación de sección transversal. En las figuras 1, 3, 4 y 5 se muestra en cada caso un disco de freno, en particular para un vehículo, que posee en ambas caras una superficie 1 de fricción anular (figura 2) contra la que se puede presionar una guarnición de freno no mostrada para frenar.

En los ejemplos de realización presentes, ambas superficies 1 de fricción están conectadas entre sí por un núcleo 7 de disco de freno continuo, de manera que el disco de freno es de una sola pieza. En principio existe la posibilidad de proveer el disco de freno con dos superficies 1 de fricción separadas térmicamente entre sí, estando provisto entonces el disco de freno de ventilación interna con unos canales de enfriamiento entre las dos superficies 1 de fricción. La superficie 1 de fricción posee una multiplicidad de segmentos 2, 3, 4, 5 parciales separados materialmente al menos en parte el uno del otro, mismos que pueden ser de diferente contorno, según muestran gráficamente las figuras 1, 3, 4, 5. La mitad superior del disco de freno mostrado en la figura 1 muestra unos segmentos 2 parciales que poseen un contorno romboide, en un sentido muy amplio, y que están separados en cada caso por unas ranuras 5 de dilatación. En la figura 1, en el cuarto de círculo abajo a la izquierda, los segmentos 4 parciales están configurados con un contorno en forma de azulejos, mientras que los segmentos 3 parciales en el cuarto de círculo abajo a la derecha tienen forma de panal. En el ejemplo de realización según la figura 3, las ranuras 5 de dilatación son distribuidas uniformemente, igual como los segmentos 6 parciales, aproximadamente en sentido radial en forma de hoz, mientras que todos los segmentos 6 parciales son idénticos en forma y medida, al igual como las ranuras 5 de dilatación. En el ejemplo mostrado en la figura 4, los segmentos 6 parciales tienen un contorno redondo y están formados en forma de botones. Las ranuras 5 de dilatación se forman en esto por las distancias entre los segmentos 6 de dilatación individuales. Estos segmentos 6 parciales en forma de botones están dispuestos en varios círculos concéntricos, estando los segmentos 6 parciales, de respectivamente un círculo, idénticos de afuera hacia dentro, pero disminuyen en su diámetro . En la figura 5, los segmentos 6 parciales están diseñados en plano horizontal en parte en forma triangular y en parte en forma de rombo, pero siempre con una distancia entre sí, definiendo en esto las distancias las ranuras 5 de dilatación. En lugar de los contornos mostrados aquí sólo a guisa de ejemplo, es posible imaginar otras formas de contorno de los segmentos parciales, por ejemplo elipsoides o polígonos. En todo caso, los segmentos parciales que se proyectan a manera de callos forman, en su totalidad, una superficie de fricción, en este sentido plana.

Según muestra claramente en particular la figura 2, las ranuras 5 de dilatación que delimitan lateralmente los segmentos 2, 3, 4, 6 parciales son aplicadas en ambos lados a tanta profundidad en el disco de freno, que en la parte central queda un núcleo 7 continuo en sentido periférico . La profundidad de las ranuras 5 de dilatación es inventivamente mayor que la medida de desgaste permisible de la superficie 1 de fricción, mismo que se señala con el símbolo de referencia 8. Preferentemente, la profundidad de las ranuras 5 de dilatación asciende a aproximadamente 1.5 a 2 veces la medida 8 de desgaste. La anchura de las ranuras 5 de dilatación está dimensionada de manera tal que se garantice una ventilación suficiente para enfriar los segmentos 2, 3, 4, 6 parciales.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Disco de freno, en particular para un vehículo, comprendiendo al menos una superficie de fricción anular provista en un lado, preferentemente en ambos lados externos contra la cual se puede presionar una guarnición de freno para frenar, consistiendo la superficie de fricción de una multiplicidad de segmentos parciales separados entre sí materialmente al menos parcialmente por unas ranuras de dilatación, caracterizado porque la profundidad de las ranuras de dilatación es mayor que la medida de desgaste permisible de la superficie de fricción.

2. Disco de freno según la reivindicación 1, caracterizado porque la profundidad de las ranuras de dilatación asciende a 1.5 a 2 veces la medida de desgaste permisible de la superficie de fricción.

3. Disco de freno según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque entre las superficies de fricción de ambas caras existe un núcleo de disco de freno continuo.

4. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales tienen un contorno esbelto en sección transversal .

5. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales tienen un contorno aproximadamente en forma de rombo en plano horizontal.

6. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales tienen un contorno de panal en plano horizontal .

7. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales están conformados a manera de azulejos.

8. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales están conformados nivelados en forma plana y alineadas en su altura los unos con los otros.

9. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las ranuras de dilatación están dimensionadas en su anchura de manera tal que se da una ventilación suficiente.

10. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en caso de una disposición de segmentos parciales en ambos lados, las ranuras de dilatación están dimensionadas de manera tal en cuanto a su profundidad que terminan a una distancia de las ranuras de dilatación ubicadas en el lado opuesto.

11. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque consiste de una materia de fundición, preferentemente de hierro de fundición .

12. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales están formados en forma de callo.

13. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales, respectivamente las ranuras de dilatación adyacentes, están configurados con extensión aproximadamente radial en forma de hoz.

14. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque todos los segmentos parciales, respectivamente todas las ranuras de dilatación, son idénticos en contornos y medidas.

15. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales tienen forma cilindrica.

16. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales cilindricos están dispuestos en círculos concéntricos.

17. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales cilindricos de cada círculo concéntrico son del mismo tamaño en cuanto a su diámetro.

18. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales cilindricos de cada círculo concéntrico son diferentes en comparación con aquellos del círculo concéntrico adyacente, disminuyendo, preferentemente, de afuera hacia dentro.

19. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos parciales poseen un plano horizontal elíptico, triangular o poligonal.

20. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las proporciones de anchura de canal de ventilación y segmento parcial en líneas circunferenciales arbitrarias son las mismas.

21. Disco de freno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque éste está configurado como disco de cuello o disco hueco, como disco de freno de fundición combinada o como disco de freno plano.

22. Método para la producción de un disco de freno según la reivindicación 1, caracterizado porque éste es producido como componente bruto mediante el método de colada de racimo, produciéndose en esto al menos dos, preferentemente varios discos de freno acostados uno encima del otro.

23. Método según la reivindicación 22, caracterizado porque entre los discos de freno por colar se coloca en cada caso una placa separadora de una materia de molde que posee el perfil de segmento parcial respectivamente de ranura de dilatación de la superficie de fricción del disco de freno.