MX2014012572A - Freno de disco para vehiculos. - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un freno de disco para vehículos, en particular para vehículos industriales, teniendo zapatas de freno dispuestas en ambas caras de un disco de freno y teniendo guarniciones de freno; teniendo un dispositivo de apriete para apretar una de las zapatas de freno y teniendo una pinza de freno para la transmisión de la fuerza de apriete a la zapata de freno en la otra cara, i.e., al lado de reacción, del disco de freno, teniendo la pinza de freno del freno de disco un marco de pinza que es producido de un perfil hueco conformado.

Description

FRENO DE DISCO PARA VEHÍCULOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un freno de disco para vehículos, en particular para vehículos industriales, teniendo zapata de freno con guarniciones de freno, las zapatas de freno estando dispuestas en ambas caras de un disco de freno, teniendo una unidad de apriete para apretar una de las zapatas de freno y teniendo una pinza de freno para la transmisión de la fuerza de apriete a la zapata de freno en la otra cara del disco de freno, i.e., en el lado de reacción.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las pinzas de freno de frenos de disco accionados mediante aire comprimido para vehículos industriales pesados se fabrican usualmente como construcciones de fundición por motivo de la libertad de diseño y porque son simples de producir. Como material se usa aquí hierro fundido con grafito esférico en una clase superior de resistencia mecánica.

Un freno de disco de este género se muestra en el documento DE 37 16 202. El freno de disco manifestado en esta publicación es accionado neumáticamente y, por consiguiente, es apropiado sobre todo para la aplicación en el campo de los vehículos industriales, donde dio buenos resultados en la praxis. Como unidad de transferencia de fuerza para transferir la fuerza de apriete a la zapata de freno en el lado de reacción se usa una pinza de freno de hierro de fundición.

Estas construcciones de freno están expuestas, al igual que todos los componentes de ejes en vehículos industriales, a una fuerte presión de reducción de peso, puesto que la reducción del peso incrementa, por una parte, la posible carga útil, pero porque por otra parte la reducción de la -así llamada- masa no amortiguada de los componentes de ejes contribuye también a proteger la carga y mejorar las propiedades de marcha y con ello a la seguridad de tránsito. La optimización de peso ha progresado tanto que con las materias de fundición disponibles no parece posible ninguna mejora adicional sin mayor riesgo de rotura de las pinzas de freno y/o mayor deformación de éstas, lo que tiene como consecuencia un peor comportamiento de operación (levantamiento, tiempo de reacción, consumo de aire comprimido, desqaste de forro no uniforme, etc.).

Como materia alternativa, el acero parece apropiado puesto que combina una muy alta resistencia mecánica con alta elongación de rotura y, con ello, una resistencia de alta duración, y el módulo de elasticidad mayor en aproximadamente 35% en comparación con las materias de hierro de fundición usadas hasta ahora garantiza bajo la misma carga una menor deformación de la pinza. Para realizar el bajo peso deseable con bajos costos de producción, el uso de chapa de acero parece apropiado. Un primer acercamiento para la realización de una pinza de chapa de acero como construcción de compuesto se describe en el documento DE 196 42 384 Al.

En la publicación DE 196 42 384 Al se presenta un freno de disco accionado por aire comprimido cuyos dispositivos para la transmisión de fuerza para la transmisión de la fuerza de apriete a la pinza de freno en el lado de reacción -i.e., la pinza de freno- están realizados a manera de un marco de periferia cerrada que absorbe las fuerzas de apriete. Un cuerpo de módulo aloja el mecanismo de freno y hace posible su montaje previo. El marco cerrado se produce de chapa por medio de un proceso de conformación.

Una construcción totalmente de chapa de acero más amplia de la pinza de freno no es competitiva desde el punto de vista de la estructura de costos, puesto que el desperdicio del material semi-acabado usado tiene un efecto negativo pronunciado sobre la estructura de costos de una pinza de freno de chapa de acero. La alta proporción de costos de material es en esencia el resultado de la geometría compleja del marco de pinza de freno que da como resultado forzosamente una gran proporción de desperdicio en una construcción totalmente de chapa de acero.

La meta preponderante del desarrollo, sin embargo, sigue siendo una optimización de peso y costos del disco de freno. A causa del peso de componentes dominante y, con ello, también de su preponderancia en cuanto a la estructura de costos de un disco de freno, es en particular la pinza de freno la que se ofrece para una reducción de peso y de costo. Un peso reducido en la pinza de freno tiene como consecuencia una reducción significativa del peso vacio, puesto que gracias a un bajo peso del vehículo vacío se puede cargar más carga útil.

Gracias al peso menor de una pinza de freno se reducen además las masas no amortiguadas en el vehículo, lo que tiene un efecto favorable sobre la agilidad del vehículo y sobre la comodidad de conducción, lo que es también un aspecto importante e.g. en particular en vehículos automotores pero también en autobuses de turismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se basa por consiguiente en el problema de crear un freno de disco que evita las desventajas precedentes y que puede producirse a bajos costos y, por consiguiente, económicamente, y que tiene en comparación con un freno de disco que tiene una pinza de freno colada en una pieza una ventaja significativa en cuanto a peso y costos.

La invención soluciona el problema porque crea un freno de disco teniendo una pinza de freno que tiene en el lado de reacción un marco de pinza de un perfil hueco conformado de acero para la transmisión de la fuerza de apriete a la zapata de freno.

Este marco de pinza de freno puede conectarse mediante soldadura con una cabeza de pinza producida e.g. como parte de chapa de embutición profunda, pero también es posible la combinación con una cabeza de pinza de fundición .

En este método de producción la pérdida de material se reduce a un mínimo. En la producción del perfil hueco únicamente se requiere un recortar de los cantos. La cabeza de pinza producida e.g. de chapa representa una parte de embutición profunda en forma de tina que también puede producirse sin mayor desperdicio. Las operaciones necesarias de soldadura se reducen a la conexión del marco de pinza y la cabeza de pinza.

El marco de pinza en forma de U se forma de un perfil hueco, la configuración siendo determinada de manera importante por el disco de freno, la guarnición de freno exterior y la llanta y el cubo de rueda que están rotando en derredor del freno de rueda. Tanto menor la distancia de las partes rotantes de la rueda, tanto más espacio constructivo está disponible para lograr una alta potencia de freno.

Por este motivo, el espacio constructivo disponible para el marco de pinza está muy restringido. Los tirantes laterales para el marco de pinza que transmiten la fuerza de tensión del freno a la cara posterior tienen que caber en el intersticio anular entre el disco de freno y la llanta y ofrecer para esto suficiente aire para acomodar tolerancias de producción, expansión térmica de disco de freno y deformación a causa de la carga. La espalda del marco de pinza por la cual se introduce la fuerza de reacción transmitida por los tirantes en la guarnición exterior de freno debe tener una alta rigidez a la flexión, puesto que es esta característica la que determina esencialmente la deformación de la pinza. Por otra parte, el espacio constructivo axial que la espalda de la pinza requiere debe ser tan pequeño como posible para que el disco de freno en su posición de montaje pueda desplazarse máximamente afuera para lograr un radio favorable de rodadura direccional.

De estas condiciones de fondo resulta que los tirantes tienen un contorno muy plano en dirección radial y pasan sobre el disco de freno con relativa amplitud para lograr la sección transversal necesaria para la transmisión de la fuerza de tracción. La espalda de la pinza en cambio se diseña tan gruesa como posible en dirección axial para lograr la máxima rigidez a la flexión, lo que se traduce en una sección transversal aproximadamente cuadrada.

En el marco de pinza producido de un perfil hueco existe ahora la dificultad de diseñar estas formas de sección transversal y especificaciones de dimensión totalmente distintas de una pieza de tuvo con diámetro y grosor de pared uniformes. Una exigencia a la conformación es e.g. que la longitud de las fibras neutrales periféricas forzosamente en toda sección transversal tiene que ser igual a la longitud de la linea periférica sobre el diámetro medio del tubo.

Otras modalidades ventajosas del freno de disco inventivo pueden desprenderse de las reivindicaciones subordinadas .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Ejemplos de realización de un freno de disco inventivo se representan en las figuras y se describen a continuación con más detalle.

Se muestra: Figura 1: una modalidad de un freno de disco inventivo teniendo una parte de fundición que abraza el dispositivo de apriete y un marco de pinza de un perfil hueco de acero conformado que forma la partes en el lado de reacción de la pinza de freno; Figura 2: una representación de despiece tridimensional de la modalidad de un freno de disco inventivo de acuerdo a la Fig. 1; Figura 3: una representación tridimensional del marco de pinza de un perfil hueco de acero conformado de un freno de disco inventivo de acuerdo a la Fig. 1; Figura 4 : una representación seccionada de acuerdo al plano de sección IV-IV en la Fig. 3 de un marco de pinza de un perfil hueco de acero conformado de un freno de disco inventivo de acuerdo a la Fig. 1; Figura 5: una representación seccionada de acuerdo al plano de sección V-V en la Fig. 3 de un marco de pinza de un perfil hueco de acero conformado de un freno de disco inventivo de acuerdo a la Fig. 1; Figura 6 una representación seccionada de acuerdo al plano de sección VI-VI en la Fig. 3 de un marco de pinza de un perfil hueco de acero conformado de un freno de disco inventivo de acuerdo a la Fig. 1.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la Fig. 1 se representa un ejemplo de realización de un freno de disco 1 inventivo. Para simplificar se representa meramente la pinza de freno 2 del freno de disco 1. La pinza de freno 2 tiene una caja 3 que da alojamiento al dispositivo de apriete (no se representa) del freno de disco 1. La caja 3 se produce por ejemplo en un proceso de colada y se produce, por consiguiente preferentemente de hierro de fundición con grafito esférico de mayor resistencia. La pinza de freno tiene además un marco de pinza 4 en forma de arco que se fija en la caja 3.

En la Fig. 2 se aprecia la fijación del marco de pinza 4 en la caja 3. La caja 3 tiene para esto unas depresiones 5 en forma de bolsas que tienen una geometría en forma de agujero alargado y están dispuestas en ambos lados en la caja 3. La depresión 5 en forma de bolsa que está dispuesta simétricamente por pares está abierta en dirección al extremo de la caja 3 en el lado de reacción. El marco de pinza 4 tiene en ambos extremos de los tirantes 6 unas extensiones 12, dobladas en cada caso en 90° respeto al plano de simetría definido por el eje de simetría VSA vertical. La geometría de las extensiones 12 es congruente con el contorno de las depresiones 5 en forma de bolsas, de manera que las extensiones 7 en estado montado del marco de pinza 4 se enclavan en las depresiones 5 en forma de bolsa.

En la Fig. 3 se representa a detalle el marco de pinza 4 en forma de arco. Los tirantes 6 del marco de pinza 4 tienen una sección transversal ovalada con caras laterales 7 paralelas, la cuales se aprecian en las Fig. 4 y Fig. 6. La sección del marco de pinza 4 que conecta los dos tirantes 6 tiene una sección transversal 8 en forma de D, la cual también se aprecia en la Fig. 4. La parte abombada de la geometría de sección transversal se ubica en el lado orientado en dirección opuesta al disco de freno y la parte de la sección transversal paralela al eje de simetría vertical del tirante 6 se ubica en el lado orientado hacia el disco de freno. El curvado de 90° entre el tirante 6 y la espalda de pinza 10 del marco de pinza 4 tiene una sección transversal de transición 11 que es la consecuencia de la transición de la sección transversal ovalada con superficies laterales 7 paralelas en ambos tirantes 6 del marco de pinza 4 y de la sección transversal 8 den forma de D en la espalda de pinza 10 del marco de pinza 4 y se aprecia en la Fig. 5.

Esencial para la invención es que el grosor de pared t del marco de pinza 4 es el mismo en cualquier punto del marco de pinza 4, y que tampoco cambia sustancialmente por los procesos de deformación necesarias para la fabricación del marco de pinza 4, de manera que también en las zonas con un alto grado de deformación se producen momentos de superficie correspondientemente altos de segundo grado para el marco de pinza 4 que no disminuyen por estrangulaciones de material típicas del proceso en la región de tracción de una zona de deformación. Esto permite que el material del marco de pinza 4 se aproveche en cuanto a resistencia de manera óptima y conforme a las exigencias.

Para lograr grosores de pared t esencialmente constantes sobre toda la sección transversal del marco de pinza 4 se prevé inventivamente un proceso de conformación de varias etapas, previendo la primera etapa del proceso de conformación una distribución preliminar de masa en la región de la espalda de pinza 10, puesto que de otro modo no se puede lograr mediante un proceso de conformación un grosor de pared t constante en la región de la sección 8 en forma de D en cuanto al grosor de pared en la región de la sección transversal ovalada con superficies laterales 7 paralelas en ambos tirantes 6 del marco de pinza 4, la cual tiene un área de sección transversal más pequeña que la sección transversal 8 en forma de D en la región de la espalda de pinza 10.

Se prevé además que la etapa final del proceso de conformación de varias etapas sea un proceso de conformación de alta presión interna, mediante el cual se conforma en particular la sección transversal 8 en forma de D en la región de la espalda de la pinza 10 y la sección transversal de transición 11 en la región de las curvaturas 9 de 90° entre la espalda de pinza 10 y el tirante 6 del marco de pinza 4.

La geometría básica del marco de pinza y las extensiones 12 se incorporan mediante un método apropiado de conformación como e.g. plegar en el perfil hueco; el perfil hueco tiene para esto preferentemente una sección transversal ovalada con caras laterales 7 paralelas.

El marco de pinza producido de tubo de acero está conectado en unión positiva con la caja de pinza de fundición, y se suelda adicionalmente (Fig. 1 y Fig. 2) . Pero de igual manera es imaginable una conexión atornillada si los insertos para atornillar correspondientes que contienen la rosca madre están soldados con los extremos de tubo .

En caso de una caja de freno de chapa, la conexión se realiza exclusivamente mediante soldadura.

Las geometrías descritas en lo precedente deben entenderse únicamente a guisa de ejemplo. Para incrementar la rigidez contra flexión e.g. de la espalda de pinza 10 puede ser conveniente también deformar la pared del tubo en superficies opuestas, e.g. la superficie de apoyo de la guarnición y la pared exterior opuesta, parcialmente adentro, de manera que estas superficies parciales opuestas entre sí se apoyen entre sí y puedan ser soldadas.

LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA 1 Freno de disco 2 Pinza de freno 3 Caj a 4 Marco de pinza 5 Depresión en forma de bolsa 6 Marco de pinza 7 Sección transversal ovalada con caras laterales paralelas 8 Sección transversal en forma de D 9 Curvatura de 90° 10 Espalda de pinza 11 Sección transversal de transición 12 Extensión VSA Eje de simetría vertical HSA Eje de simetría horizontal t Grosor de pared

Claims (15)

REIVI DICACIONES

1. Freno de disco para vehículos, en particular para vehículos industriales teniendo zapatas de freno con guarniciones de freno dispuestas en ambas caras de un disco de freno, teniendo un dispositivo de apriete para apretar una de las zapatas de freno y teniendo una pinza de freno para la transmisión de la fuerza de apriete a la zapata de freno en el otro lado -i.e. del lado de reacción- del disco de freno, caracterizado porque la pinza de freno del freno de disco tiene un marco de pinza que está producido de un perfil hueco deformado.

2. Freno de disco de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el marco de pinza comprende al menos un tirante.

3. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el marco de pinza comprende al menos una espalda de pinza.

4. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el marco de pinza comprende al menos una extensión para la fijación del marco de pinza en la pinza de freno.

5. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tirante posee una sección transversal esencialmente ovalada con caras laterales paralelas.

6. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la espalda de pinza tiene una sección transversal esencialmente en forma de D.

7. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la extensión tiene una sección transversal esencialmente ovalada con caras laterales paralelas.

8. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el perfil hueco del marco de pinza tiene un grosor constante de pared.

9. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el marco de pinza está fijado en unión material en la caja de la pinza de freno.

10. Freno de disco de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el marco de pinza está fijado en unión positiva y/o para transmisión de fuerza en la caja de la pinza de freno.

11. Método de conformación para un marco de pinza de un freno de disco de conformidad con la reivindicación 1 a 10, caracterizado porque el método de conformación incluye una distribución previa de masa a la región de la espalda de pinza.

12. Método de conformación para un marco de pinza de un freno de disco de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la distribución previa de masa a la región de la espalda de pinza es un proceso de recalcado .

13. Método de conformación para un marco de pinza de un freno de disco de conformidad con la reivindicación 1 a 10, caracterizado porque el método de conformación incluye un proceso de doblar.

14. Método de conformación para un marco de pinza de un freno de disco de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el proceso de doblar es un proceso de plegar.

15. Método de conformación para un marco de pinza de un freno de disco de conformidad con la reivindicación 1 a 10, caracterizado porque el método de conformación incluye un proceso de conformación de alta presión interna.