MX2011005105A - Tensor automático auto-ajustable con durbilidad mejorada. - Google Patents

Abstract

Un tensor automático autoajustable mejorado para reducir la holgura en el freno de un vehículo, en el que está dispuesto un montaje de embrague unidireccional en la cubierta del tensor automático de manera que una región de pared delgada de la cubierta asociada con el engranaje de impulsión del montaje de embrague unidireccional se encuentra afuera de una trayectoria de carga a través de la cual las fuerzas de aplicación del freno se transmiten de un actuador de freno a un árbol de levas de freno tras el cual se encuentra el tensor automático. El nuevo posicionamiento de la transmisión del montaje del embrague unidireccional resulta en unos niveles de esfuerzo inesperadamente bajos en el tensor automático, lo que resulta en un tensor más duradero y permite sorprendentemente grandes incrementos en la valoración de la capacidad del tensor de holgura.

Description

TENSOR AUTOMÁTICO AUTO-AJUSTABLE CON DURABILIDAD MEJORADA ANTECEDENTES Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a los frenos que se utilizan en, por ejemplo, camiones comerciales o ejes de remolque y en particular a ajustadores de holgura o tensores automáticos que eliminan el exceso de movimiento en un mecanismo de accionamiento del freno utilizados para aplicar el freno.

Durante la vida útil de las pastillas de freno, como en un freno neumático de tambor utilizado en los ejes de vehículos comerciales, conforme las pastillas de fricción del freno se desgastan, el espaciamiento entre las pastillas de freno y sus respectivas superficies de fricción (por ejemplo, la superficie interna de un freno de tambor) se incrementa. Este espaciamiento que se incrementa requiere de un rango cada vez mayor de movimiento del mecanismo de accionamiento del freno para mover las pastillas de freno de su posición de reposo hasta el punto en que las pastillas hacen contacto con la superficie de fricción.

Se ha convertido en una práctica común incluir un tensor automático de la trayectoria mecánica entre el actuador de freno y las pastillas de freno, para eliminar el exceso de holgura de viaje de las pastillas conforme las pastillas de freno se van desgastando. Estos ajustadores en general están: (i) ubicados en una porción de un árbol de levas de freno que está fuera del freno (por lo general ranurado al árbol de levas) y (ii) acoplados a una varilla de empuje de un actuador de freno que cuando la varilla de empuje de accionamiento de freno es extendida o retraída, el tensor gira sobre el eje longitudinal del árbol de levas de freno. Así, al extender o retraer la varilla de empuje de accionamiento del freno, el tensor hace que el árbol de levas de freno gire sobre su eje longitudinal, que a su vez hace girar una leva de accionamiento del freno acoplado al extremo del árbol de levas de freno situado dentro del freno de tambor. La rotación de la leva presiona a las pastillas de freno en acoplamiento con la superficie de fricción interna de tambor del freno o permite que las pastillas de freno se retiren radialmente hacia adentro, lejos de la superficie de fricción.

Los tensores automáticos están típicamente diseñados para transmitir la fuerza de accionamiento del freno al árbol de levas de freno en la dirección de aplicación del freno sin el movimiento relativo entre el tensor y el árbol de levas de freno. Cuando la fuerza de accionamiento del freno se retira, si la distancia es mayor que la deseada entre las pastillas de freno y el freno de tambor de la superficie de fricción, el tensor está autorizado para girar con relación al árbol de levas de freno una distancia angular suficiente para eliminar de forma parcial o total esta holgura indeseada, es decir, limitar la distancia que las pastillas de freno se retiran de la superficie de fricción del tambor de freno para que el espaciamiento pastilla-tambor se mantenga en un mínimo deseado.

En muchos tensores automáticos, se utiliza un embrague unidireccional para llevar a cabo el movimiento de ajuste rotatorio, con un eje de transmisión helicoidal situado en el tensor girando un engranaje helicoidal (también conocido como engranaje sinfín; colectivamente, un "conjunto de engranajes" o "tren de engranaje"). El engranaje helicoidal se acopla, por lo general a través de las ranuras, al árbol de levas de freno. Cuando la varilla de accionamiento del freno se retrae, el eje de transmisión helicoidal gira sobre su eje longitudinal, haciendo que el eje de transmisión helicoidal y el engranaje helicoidal se muevan uno con respecto al otro en una dirección circunferencial alrededor de la circunferencia del engranaje helicoidal. Este movimiento relativo del eje y engranaje helicoidales crea el movimiento relativo correspondiente entre el cuerpo del tensor y el árbol de levas de freno. Como resultado, cuando la varilla de empuje de accionamiento de freno regresa a su posición de reposo el árbol de levas de freno no regresa a su posición de reposo original. En cambio, el árbol de levas de freno sólo gira a través de un ángulo menor a una nueva posición de reposo. La leva de aplicación de freno por lo tanto se detiene en una nueva posición de reposo correspondiente en la que las pastillas de freno se mantienen más cerca de la superficie de fricción del tambor de freno. Debido a la rotación del tensor en relación con el árbol de levas de freno resulta en la reducción del espaciamiento de las pastillas de freno en la nueva posición de reposo, el tensor automático compensa el desgaste del tambor y pastillas de freno.

Anteriormente, los ajustadores de holgura o tensores automáticos han tenido su mecanismo de embrague unidireccional, y en particular el engranaje que impulsa el embrague unidireccional, localizado al lado del eje de transmisión helicoidal, en orificios en la cubierta del tensor automático. Como se muestra en cada una de las figuras 1 a 3 del estado de la técnica, que corresponden respectivamente a la figura 3 de la Patente Estadounidense no. 4 , 484 , 665 , a la figura 1 de la Patente Estadounidense no. 5 , 327 , 999 y a la figura 1 de la Solicitud de Patente Internacional no. WO 03 083322 , los mecanismos de ajuste unidireccional (incluyendo, respectivamente, helicoidales de control ( 29 ) , ( 15 ) y helicoidales sin referenciar acoplando a los dientes helicoidales ( 6 ) ) se encuentran en sus cubiertas (respectivamente, ( 13 ) , ( 1 ) y el cuerpo en sección transversal sin referenciar) en el lado del árbol de levas de freno (respectivamente, (4), (3), (3)), que está en la dirección de aplicación del freno (ilustrado por las flechas de dirección de aplicación del freno).

Como se muestra a través de estos ejemplos de la técnica anterior, los mecanismos de embrague unidireccional se han situado en el lado de la dirección de aplicación del freno de las cubiertas del tensor automático por un número de razones, incluyendo que esta ubicación evita la región relativamente restringida de espacio detrás del tensor automático. Debido a la ubicación de varios componentes, tales como soportes de apoyo del actuador de freno en esta región, colocar el mecanismo de ajuste en el lado de la dirección de aplicación del freno del tensor permite al diseñador mayor libertad para empaquetar el dispositivo de ajuste unidireccional dentro de la cubierta del tensor.

Los cuartos cercanos con otros componentes en las proximidades del tensor automático también proporcionan un incentivo para ubicar al mecanismo de ajuste en el lado de la dirección de aplicación del freno del tensor con el fin de facilitar el acceso al tensor para la operación manual in situ del mecanismo de ajuste por un técnico.

Un problema importante con los tensores automáticos del estado de la técnica, sin embargo, es que durante la aplicación del freno, la fuerza de reacción transmitida a través del engranaje helicoidal y del eje de transmisión helicoidal se focaliza en la misma área de la cubierta en donde se encuentra el mecanismo de ajuste. Por lo tanto, las fuerzas de la aplicación del freno y las fuerzas de reacción generadas por el conjunto de engranaje helicoidal se combinan para aplicar un esfuerzo muy alto en la pared de sección delgada de la cubierta adyacente al orificio que contiene el engranaje de impulsión del mecanismo de ajuste del embrague unidireccional y el orificio por el cual el árbol de levas de freno corre (por ejemplo, en la figura 2 del estado de la técnica, la sección de pared delgada justo detrás de la intersección de los dientes de los engranajes (12), (15)). Los altos esfuerzos en esta región de pared delgada reducen en gran medida la durabilidad de los tensores automáticos del estado de la técnica.

A pesar de la conciencia y atención de toda la industria a los altos esfuerzos sobre las cubiertas, y los problemas de durabilidad resultantes, esta cuestión no ha sido atendida satisfactoriamente antes de la presente invención. Por ejemplo, algunos han tratado de mejorar la durabilidad aumentando gradualmente el espesor de la sección de pared delgada de la cubierta del tensor, pero esta alternativa ha demostrado ser de poca utilidad debido a que un aumento en el tamaño de la sección de pared delgada necesita un aumento correspondiente en el tamaño del engranaje recto que coopera con el tensor. Cuanto más grande es el engranaje recto a su vez requiere un mayor asiento de engranaje recto, lo que provoca un aumento concomitante en el esfuerzo local de la cubierta que contrarresta las mejoras obtenidas del aumento del espesor de la sección de pared delgada. Además, como se reconoce en el estado de la técnica, aumentar significativamente el tamaño de la cubierta del tensor automático no es una alternativa práctica, debido al espacio limitado que envuelve a las regiones de los componentes de rueda y freno en un extremo del eje.

En vista de lo anterior, es un objetivo de la presente invención proporcionar un tensor automático mejorado con una durabilidad superior. Al atender a estos y otros objetivos, la presente invención proporciona una solución a los problemas del estado de la técnica al mover a la sección de pared delgada a una región detrás del árbol de levas de freno y del engranaje helicoidal, es decir, al lado de la cubierta del tensor automático que es trayecto de la dirección de aplicación del freno. En un acontecimiento inesperado, se determinó que este arreglo de los componentes del mecanismo de ajuste unidireccional resulta en un diseño del tensor automático que lleva a sorprendentes niveles de esfuerzo mucho más bajos en las secciones de pared delgada del tensor automático que los experimentados en las secciones de pared delgada de los tensores automáticos de la técnica anterior.

En la presente invención, la región de pared delgada asociada con el mecanismo de ajuste se encuentra ahora fuera de la trayectoria de la carga a través de la cual la mayoría de las fuerzas de aplicación del freno y de reacción pasan de la varilla de empuje de accionamiento de freno al árbol de levas de freno. Debido a que la región de pared delgada de la cubierta está libre de la mayoría de los esfuerzos de aplicación del freno, esta región está sujeta a niveles más bajos de esfuerzos locales. Sorprendentemente, la reducción de los niveles de esfuerzo en la región de pared delgada puede ser dramático. Por ejemplo, cálculos iniciales de esfuerzo de elemento finito han indicado que el esfuerzo de la región de pared delgada en el arreglo de tensor automático de la presente invención puede ser menos de un tercio de los niveles altos de esfuerzo en diseños de cubierta de tensor automático del estado de la técnica. La magnitud de la disminución del nivel de esfuerzo es muy superior a las reducciones increméntales previamente observadas en los intentos anteriores por mejorar los tensores del estado de la técnica, tal como por el aumento antes señalado en el espesor de la porción de pared delgada de la cubierta del tensor.

El nivel reducido en gran medida del esfuerzo localizado proporcionado por la presente invención proporciona correspondientes niveles de aumento de la durabilidad en gran medida. Por otra parte, una porción de la capacidad de carga incrementada del tensor de la presente invención puede ser utilizada por el diseñador para proporcionar un tensor automático con una capacidad de carga que es significativamente mayor que la disponible anteriormente en los tensores automático convencionales, sin el aumento correspondiente en el tamaño del tensor automático. Otra alternativa disponible para el diseñador seria el uso del margen de durabilidad y fuerza adicional para diseñar un tensor más pequeño y/o ligero, que ahorre peso, costo y espacio de instalación sin dejar de ofrecer la durabilidad suficiente para el servicio pesado, como en el servicio de freno de vehículos comerciales.

Otros objetos, ventajas y nuevas características de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se considera en relación con los dibujos que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las figuras 1 a 3 corresponden a vistas en sección transversal de los arreglos de embrague de ajuste unidireccional y engranaje helicoidal de los tensores del estado de la técnica.

La figura 4 corresponde a una vista en sección transversal de un tensor automático de acuerdo con una modalidad de la invención.

La figura 5 corresponde a una vista de una cubierta al descubierto de un tensor automático de acuerdo con una modalidad de la invención.

La figura 6 corresponde a una vista en sección transversal de un tensor automático de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS La figura 4 corresponde a una vista en sección transversal de un tensor automático (100), que posee un conjunto engranaje principal que comprende un eje de transmisión helicoidal (110) que engrana con un engranaje helicoidal (120), un orificio receptor de varilla de empuje del actuador de freno (130) para acoplar el tensor automático (100) a una varilla de empuje del actuador de freno (no ilustrada) y un acoplamiento ranurado (140) ya sea integralmente formado con o de otra manera acoplado al engranaje helicoidal (120) para recibir un extremo de un árbol de levas de freno (150). Cuando la varilla de empuje de accionamiento del freno empuja al tensor automático en la dirección de aplicación del freno (160), la fuerza de frenado se transmite principalmente a través del asiento del eje helicoidal (170) al eje de transmisión helicoidal (110), y a su vez a través del engranaje helicoidal (120) al acoplamiento ranurado (140) para girar el árbol de levas de freno (150) para aplicar el freno.

En la modalidad de la figura 4, el mecanismo de ajuste unidireccional (180) se encuentra en un extremo del eje de transmisión helicoidal que está de espaldas a la dirección de aplicación del freno (160), es decir, en el lado del lado de aplicación de freno opuesto a la cubierta del tensor automático (190). Un engranaje sinfín del mecanismo de ajuste (180) es impulsado por un engranaje de control (185), que se encuentra en el extremo de un eje helicoidal transversal de control (no ilustrado) que engrana con el engranaje sinfín del mecanismo de ajuste. El engranaje de control (185) engrana con un engranaje fijo (187) en el brazo de referencia fijo (188).

Debido a que el engranaje de control (185) debe estar ubicado cerca del engranaje fijo (187), una sección de pared delgada (195) se forma entre la abertura del árbol de levas de freno y el orificio transversal de la cubierta necesario para acomodar el sinfín de control transversal sobre el cual el engranaje de control (185) gira. Al colocar el engranaje de control (185) en la cubierta en un ubicación que está hacia atrás (es decir, alejada de la dirección de aplicación del freno) de la intersección del eje de transmisión helicoidal ( 110 ) y del engranaje helicoidal ( 120 ) , la sección de pared delgada se encuentra en una porción del tensor automático ( 100 ) que posee relativamente poca carga, conforme la carga de compresión principal del tensor automático de la varilla de accionamiento del freno se encuentra en el lado de aplicación del freno ( 190 ) .

Por consiguiente, la porción de pared delgada ( 195 ) del tensor automático (para mayor claridad se muestra en la figura 5 una ilustración de cubierta al descubierto sin los engranajes del mecanismo de ajuste) no está altamente sometido a esfuerzos. Estos bajos niveles de esfuerzos locales en gran medida mejoran la durabilidad general del tensor automático. Esta es una mejora significativa sobre los tensores automáticos del estado de la técnica, en los que se sabia que las delgadas paredes adyacentes a los mecanismos de ajuste del lado de aplicación de freno eran áreas débiles a los altos esfuerzos. Los niveles de esfuerzo más bajos obtenidos por la presente invención proporcionan la oportunidad de ofrecer un tensor automático que posee una capacidad mucho mayor de carga en comparación con los tensores automáticos del estado de la técnica, mientras se mantiene esencialmente el mismo espacio envolvente, un factor importante en el ambiente de espacio limitado en y alrededor de un extremo del eje en un vehículo.

Una modalidad alternativa de la presente invención se ilustra en la figura 6. En esta modalidad, la carga de aplicación del freno se transfiere desde la varilla de empuje de accionamiento de freno (no ilustrada) acoplada al tensor (100) mediante la conexión (130) a través del cuerpo del asiento del eje helicoidal (170) y de allí a través del eje de transmisión helicoidal (110) y engranaje helicoidal (120) al árbol de levas de freno (150). En comparación con la modalidad mostrada en la figura 4, el brazo actuador (200) del tensor automático se mueve desde una posición en la que el eje de transmisión helicoidal (110) está entre el brazo (200) y el árbol de levas de freno (150) a una posición en la que el eje de transmisión helicoidal (110) no se encuentra entre el brazo (200) y el árbol de levas de freno (150). Sin embargo, incluso en este arreglo la sección de pared delgada adyacente al engranaje (185) del mecanismo de ajuste (180) sigue estando fundamentalmente fuera de la trayectoria de carga principal entre la varilla de accionamiento del freno y el árbol de levas de freno, y por lo tanto la sección de pared delgada adyacente al engranaje de impulsión (185) también experimenta sólo los niveles de esfuerzo relativamente bajos.

La presente divulgación ha sido establecida únicamente para ilustrar la invención y no pretende ser limitante. Por ejemplo, aquellos con conocimientos comunes en la técnica reconocerán que la ubicación del montaje de embrague unidireccional del mecanismo de ajuste puede variar a lo largo de la longitud axial del eje de transmisión helicoidal, siempre y cuando el orificio del engranaje de impulsión para el tensor del embrague unidireccional se encuentra fuera de la trayectoria principal de carga de la fuerza de aplicación del freno a través de la cubierta del tensor automático, de manera que se minimiza el esfuerzo en la sección de pared delgada entre el orificio del engranaje de impulsión y el orificio del árbol de levas de freno. Debido a estas modificaciones de las modalidades descritas incorporadas el espíritu y esencia de la invención se le pueden ocurrir a las personas expertas en la materia, la invención debe ser interpretada para incluir todo dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes .

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un tensor automático, que comprende: una cubierta que posee una abertura para recibir un árbol de levas de freno y un brazo actuador de freno dispuesto para recibir una fuerza de aplicación del freno, un engranaje sinfín coaxialmente localizado dentro de la abertura de la cubierta y configurado para acoplar coaxialmente al árbol de levas de freno de manera que se opone a la rotación del engranaje sinfín en relación con el árbol de levas de freno, una transmisión de ajuste dispuesta para girar el engranaje sinfín en relación con la cubierta; y un montaje de embrague unidireccional con una transmisión del montaje de embrague unidireccional, el montaje de embrague unidireccional está dispuesto para hacer girar la transmisión de ajuste para impulsar la rotación de la cubierta en relación con el engranaje sinfín, y posee un engranaje de control que impulsa el montaje de embrague unidireccional, en donde la aplicación de la fuerza de aplicación del freno en una dirección de aplicación del freno al brazo actuador de freno provoca que la cubierta gire sobre un eje de rotación del engranaje sinfín, y el engranaje de control está situado en una región de la cubierta hacia atrás con respecto a la dirección de aplicación del freno de la ubicación en la cubierta de la intersección del eje de transmisión helicoidal y el engranaje helicoidal.

2. El tensor automático de la reivindicación 1, en donde cuando está en una posición instalada en un eje del vehículo, la cubierta gira en la dirección de aplicación del freno cuando la fuerza de aplicación del freno se aplica al brazo actuador del freno.

3. Un freno de vehículo, que comprende: un actuador de freno que posee una varilla de empuje de accionamiento del freno, un freno dispuesto para ser ubicado en un eje del vehículo y que posee un árbol de levas de freno, el árbol de levas de freno posee un primer extremo localizado en el freno y un segundo extremo distal del freno, en donde la rotación del árbol de levas de freno alrededor de un eje longitudinal acciona al freno; y un tensor automático acoplado entre la varilla de empuje de accionamiento del freno y el árbol de levas de freno para transferir el movimiento de la varilla de empuje para la rotación del árbol de levas de freno para aplicar una fuerza de accionamiento del freno en una dirección de aplicación del freno al tensor automático, el tensor automático que comprende: una cubierta que posee una abertura para recibir el árbol de levas de freno y un brazo actuador de freno dispuesto para recibir una fuerza de aplicación del freno, un engranaje sinfín coaxialmente localizado dentro de la abertura de la cubierta y configurado para acoplar coaxialmente al árbol de levas de freno de manera que se opone a la rotación del engranaje sinfín en relación con el árbol de levas de freno, una transmisión de ajuste dispuesta para girar el engranaje sinfín en relación con la cubierta; y un montaje de embrague unidireccional con una transmisión del montaje de embrague unidireccional, el montaje de embrague unidireccional está dispuesto para hacer girar la transmisión de ajuste para impulsar la rotación de la cubierta en relación con el engranaje sinfín, y posee un engranaje de control que impulsa el montaje de embrague unidireccional, en donde la aplicación de la fuerza de aplicación del freno en una dirección de aplicación del freno al brazo actuador de freno provoca que la cubierta gire sobre un eje de rotación del engranaje sinfín, y el engranaje de control está situado en una región de la cubierta hacia atrás con respecto a la dirección de aplicación del freno de la ubicación en la cubierta de la intersección del eje de transmisión helicoidal y el engranaje helicoidal.

4. Un vehículo, que comprende: al menos un eje que posee un freno, el freno incluye un actuador de freno que posee una varilla de empuje de accionamiento del freno, un freno ubicado en un eje del vehículo y que posee un árbol de levas de freno, el árbol de levas de freno posee un primer extremo localizado en el freno y un segundo extremo distal del freno, en donde la rotación del árbol de levas de freno en una dirección de aplicación del freno alrededor de un eje longitudinal del árbol de levas de freno acciona al freno; y un tensor automático acoplado entre la varilla de empuje de accionamiento del freno y el árbol de levas de freno para transferir el movimiento de la varilla de empuje para la rotación del árbol de levas de freno para aplicar una fuerza de accionamiento del freno al tensor automático, el tensor automático que comprende: una cubierta que posee una abertura para recibir el árbol de levas de freno y un brazo actuador de freno dispuesto para recibir una fuerza de aplicación del freno, un engranaje sinfín coaxialmente localizado dentro de la abertura de la cubierta y configurado para acoplar coaxialmente al árbol de levas de freno de manera que se opone a la rotación del engranaje sinfín en relación con el árbol de levas de freno, una transmisión de ajuste dispuesta para girar el engranaje sinfín en relación con la cubierta; y un montaje de embrague unidireccional con una transmisión del montaje de embrague unidireccional, el montaje de embrague unidireccional está dispuesto para hacer girar la transmisión de ajuste para impulsar la rotación de la cubierta en relación con el engranaje sinfín, y posee un engranaje de control que impulsa el montaje de embrague unidireccional, en donde la aplicación de la fuerza de aplicación del freno en una dirección de aplicación del freno al brazo actuador de freno provoca que la cubierta gire sobre un eje de rotación del engranaje sinfín, y el engranaje de control está situado en una región de la cubierta hacia atrás con respecto a la dirección de aplicación del freno de la ubicación en la cubierta de la intersección del eje de transmisión helicoidal y el engranaje helicoidal.

5. Un tensor automático, que comprende: una cubierta dispuesta para recibir una fuerza de aplicación del freno de un actuador de freno y que posee una abertura para recibir un árbol de levas de freno medios para ajustar una posición de la cubierta en relación con el árbol de levas de freno; y medios para impulsar los medios de ajuste de posición, los medios para impulsar están localizados en una región de la cubierta que está hacia atrás con respecto a la dirección de aplicación del freno de los medios de ajuste de posición.