ACCIONADOR DE FRENO RESISTENTE A MANIPULACIÓN
Antecedentes de la Invención Campo de la Invención Esta invención se refiere a accionadores de freno de resorte de diafragma del tipo usado con sistemas de frenos de aire en vehículos tales como camiones. En uno de sus aspectos, la invención se refiere a un accionador de freno de resorte que tiene una cámara de resorte resistente a manipulaciones. Estado de la Técnica Anterior Los accionadores de freno de resorte están en uso común en sistemas de frenos de aire usados en camiones, autobuses y vehículos remolcados. Tales accionadores son típicamente provistos con una cámara de servicio para aplicar y liberar normalmente los frenos en respuesta a la entrega y la descarga de aire comprimido, y una cámara de resorte dispuesta en tándem con la cámara de servicio para proporcionar funciones de freno de estacionamiento o de emergencia. Un accionador de freno de resorte usa la fuerza de un resorte para operar un accionador de freno de servicio y aplicar los frenos cuando se reduce el aire a presión en la cámara de resorte por debajo de cierto nivel predeterminado. La presión de aire puede ser reducida en la cámara de resorte para aplicar los frenos bajo el control del operador o automáticamente como resultado de la falla del sistema de aire a presión. La cámara de servicio y la cámara de resorte están separadas por un adaptador o alojamiento de pestaña que forma una pared entre las dos cámaras . En un típico accionador de freno de resorte, un resorte de potencia en forma de barril es usado para almacenar energía y para ejercer la gran fuerza requerida para frenar en el caso de falla de presión de aire. La presión de aire que actúa sobre un diafragma o un pistón es empleada para comprimir el resorte y mantenerlo en su posición de liberación de freno. Cuando se descarga el aire, el resorte actúa sobre el diafragma, típicamente un diafragma elastomérico o un pistón, y mediante una varilla accionadora ejerce la fuerza del resorte sobre el vastago de empuje de servicio para aplicar los frenos en caso de una falla de la presión de aire del sistema. El accionador de freno de resorte opera dentro de la cámara de resorte, que se forma típicamente sujetando un diafragma elastomérico entre una cabeza (en ocasiones también conocida como alojamiento de resorte o cámara de resorte) y el adaptador. El resorte de potencia es típicamente comprimido dentro de la cámara de resorte entre la cabeza y el diafragma. El resorte tiene una elevada constante de resorte y típicamente pesa 3 libras o mas, siendo comprimido a una longitud lineal de menos de 3 pulgadas a partir de la longitud original sin comprimir en una condición extendida de 9 a 12 pulgadas. Con una elevada constan-te de resorte, el resorte tiene una cantidad sustancial de energía potencial, ejerciendo una fuerza sobre la cabeza de 2,000 a 3,000 libras. En accionadores de freno estilo diafragma previos, la cabeza del accionador de freno está asegurada al adaptados por medio de una banda, generalmente en forma de U en sección transversal, para agarrar las pestañas que aparean sobre la cabeza y el adaptador con el diafragma agarrado entre ellas. Típicamente, la banda es formada de secciones empernadas conjuntamente para un desensamble conveniente. Debido a que el resorte de potencia está bajo una gran presión, deben proveerse medios para restringir o "enjaular" el resorte de potencia antes de que la cámara de resorte pueda ser desensamblada en forma segura. La falla en el enjaulamiento apropiado del resorte de potencia antes del desensamble y la súbita liberación resultante de energía potencial en el resorte pueden llevar a que la cabeza y el adaptador vuelen por separado. Para impedir el desensamble de la cámara de resorte, la banda de agarre ha sido formada de un anillo continuo, deformado sobre las pestañas para formar lo que se llama comúnmente un freno sellado. La seguridad es una ventaja de un freno sellado. Debido a que debe ser deformada para retirarse, una banda de agarre o una pestaña deformada de freno sellado impide el desensamble de la cámara de resorte . La misma característica que hace a los frenos sellados mas seguros también impide la reparación futura, debido a que el desensamble es difícil sin dañar el freno. Si fallara el diafragma, por ejemplo, todo el accionador de freno puede necesitar ser reemplazado. En cualquier caso, reacondicionar un freno sellado es un procedimiento sumamente difícil. Se usan otros medios para asegurar la cabeza del accionador de freno al adaptador en un freno resistente a manipulación. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos No. 5,315,918, concedida a Pierce el 31 de mayo de 1994, divulga un montaje en bayoneta para asegurar la cabeza del accionador de freno al adaptador. La cabeza del accionador de freno y el adaptador tienen labios que se extienden axialmente de manera complementaria. Uno de los labios tiene una serie de aberturas ahí formadas y en la cual se recibe una soldadura de tapón para asegurar la cabeza del accionador al adaptador. La patente de los Estados Unidos No. 5,285,716, concedida a Thompson el 15 de febrero de 1994, divulga la soldadura de una cabeza de accionador de freno a un adaptador de manera tal que la soldadura que asegura la cabeza del accionador de freno al adaptador esté a una distancia suficiente del diafragma de modo de no quemar el diafragma. Específicamente, la cabeza del accionador de freno tiene una pestaña que se extiende axialmente que traslapa con una pestaña que se extiende axialmente del adaptador y se extiende a una distancia suficiente del diafragma comprimido entre la cabeza del accionador y el adaptador de modo que el calor de la soldadura formada en el extremo de la pestaña que se extiende axialmente de la cabeza del accionador no queme el diafragma. Compendio de la Invención De acuerdo con la invención, el accionador de freno operado por fluido del tipo que tiene una cabeza generalmente cilindrica y una caja de pestaña con un diafragma elastomérico entre las dos tiene una conexión soldada adyacente a la porción periférica del diafragma. La caja de pestaña y la cabeza tienen pestañas que se extienden radialmente que son conformadas para comprimir el borde periférico del diafragma de modo que el diafragma llene sustancialmente un rebajo anular formado entre pestañas que se extienden radialmente en la caja de pestaña y la cabeza cilindrica. En una forma de realización, la cabeza y la caja de pestaña tienen ambas rebordes que se extienden axialmente en los bordes externos de las pestañas. Los rebordes traslapan y la soldadura es hecha entre los rebordes . Debido a que el empaque elastomérico llena sustancialmente de manera completa los espacios anulares formados entre las pestañas que se extienden radialmente entre la cabeza y la caja de pestaña y cerrados por rebordes anulares en las pestañas, las soldaduras pueden ser colocadas radialmente adyacentes al diafragma elastomérico sin quemar negativamente el diafragma. De esta manera, permanece intacto el sello entre la cabeza y la caja de pestaña. Todavía mas, la conexión puede ser soldada para evitar manipulación no autorizada. Así, el contenido de material puede ser reducido, con ello reduciendo el costo y el peso del accionador de freno de resorte. Breve Descripción de los Dibujos La invención será ahora descrita con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La figura 1 muestra una vista en alzado de un accionador de freno de resorte y diafragma en combinación, operado por fluido, de acuerdo con la invención; y La figura 2 es una vista parcial en secciones del accionador de freno de resorte y diafragma en combinación, operado por fluido, de la figura 1. Descripción Detallada de los Dibujos Haciendo ahora referencia a las figuras 1 y 2, se muestra un accionador de freno operado por fluido 10 de acuerdo con la invención. La forma de realización particular mostrada es un accionador de freno de resorte y diafragma en combinación, operado por fluido que tiene tanto una cámara de servicio 12 como una cámara de resorte 14. El accionador de freno está adaptado para montarse en una abrazadera de montaje (no mostrada) de un eje del vehículo y está adaptado adicionalmente para operar un freno (no mostrado) mediante un vastago de empuje de servicio 16 que se extiende típicamente a y se conecta con un ajustador de holgura y el sistema de frenos del vehículo. Aunque la invención se refiere a una cámara de resorte, la cámara de servicio 12 y la cámara de resorte 14 son ilustradas unidas conjuntamente en tándem debido a que este arreglo es común en un accionador de freno de resorte. La construcción de la cámara de servicio 12 es bien conocida. Por tanto, la cámara de servicio 12 será solamente descrita de manera general . La cámara de servicio 12 es definida por un alojamiento de servicio inferior, en forma de copa 18, y un alojamiento de servicio superior, en forma de copa 20, unidos conjuntamente mediante un sujetador 22 para formar una cámara interior hueca. Un primer diafragma elastomérico 24 (también conocido como diafragma de freno de servicio) es comprimido en vinculación a prueba de fluidos entre el alojamiento de servicio inferior 18 y el alojamiento de servicio superior 20. Una compuerta de aire de cámara de servicio 26 está conectada a una fuente de presión para presurizar el alojamiento de servicio superior 20 y a una válvula de descarga (no mostrada) para accionar de manera recíproca el vastago de empuje de servicio 16 al ocurrir adición y descarga de aire. La cámara de resorte 14 es definida por una caja de pestaña 34 y una cabeza generalmente cilindrica 36, también conocida como cámara de resorte, que se asegura a la caja de pestaña 34. Es asegurar la cámara 36 a la caja de pestaña 34 lo que es la mejora que forma la materia de la invención, como se mostrará. Un segundo diafragma elastomérico 38, conocido como diafragma de resorte, es agarrado en vinculación a prueba de fluidos entre la caja de pestaña 34 y la cámara 36 para formar una cámara de presión 46 entre el diafragma de resorte 38 y la caja de pestaña 34. Una compuerta de aire de resorte 40 se extiende desde la caja de pestaña para conectar la cámara de presión 46 con una fuente de aire a presión (no mostrada) . El aire a presión es dirigido a la cámara de presión 46 entre el diafragma 38 y la caja de pestaña 34. Un vastago de empuje de resorte 42 se extiende a través de la caja de pestaña 34 y el alojamiento de servicio superior 20 a través de un sello 44 de modo que un extremo del vastago de empuje de resorte 42 esté dentro de la cámara de resorte 14 y el otro extremo esté dentro de la cámara de servicio 12. El vastago de empuje de resorte 42 tiene una placa de reacción 48 montada rígidamente en el extremo en la cámara de servicio 12 , y una placa de presión 50 está montada en el otro extremo en la cámara de resorte 14. La placa de presión 50 se apoya contra el diafragma 38. Un resorte de potencia 52 está colocado entre la placa de presión 50 y la cabeza 36 para polarizar la placa de presión 50 y el vastago de empuje de resorte 42 contra la fuerza del aire a presión en la cámara de presión 46. Cuando el aire a presión es forzado hacia la cámara de presión 46, supera la fuerza del resorte de potencia 52 para retraer el vastago de empuje de resorte 42 y liberar el freno. Cuando se descarga el aire a presión, el resorte de potencia 52 mueve el vastago de empuje de resorte 42 para accionar el freno.
Como se ilustra, la cámara de servicio 12 está montada en la cámara de resorte 14 mediante soldadura del alojamiento de servicio superior 20 a la caja de pestaña 34. Sin embargo, es común que el alojamiento de servicio superior 20 y la caja de pestaña 34 sean hechas como una sola pieza, la cual es a menudo referida como un alojamiento adaptador. Está dentro de los alcances de la invención que el accionador de freno operado por fluido 10 incorpore un alojamiento adaptador de una pieza. Una herramienta de liberación 56 puede ser provista dentro de una abertura central 61 de la cabeza 36 para llevar mecánicamente la placa de presión 50 hacia una posición retraída o "enjaulada" en caso que exista la necesidad de liberar mecánicamente el freno. La herramienta de liberación típicamente comprende un vastago roscado que tiene una cabeza integral en su extremo inferior y una tuerca dispuesta en su parte superior. Una segunda tuerca es roscada en el vastago y es soldada a la cabeza 36. La cabeza en la tuerca es vinculable selectivamente con porciones de la placa de presión 50 en una forma bien conocida en el campo de los accionadores de freno de resorte para retraer la placa de presión al desatornillarse el vastago de la cabeza. Mirando ahora mas estrechamente a la conexión que asegura la caja de pestaña 34 a la cabeza cilindrica 36, la cabeza cilindrica tiene una pestaña que se extiende radialmente 60 desde la cual se extiende una pestaña axial circunferencial 62. De preferencia, la pestaña radial 60 tiene un ligero canto hacia arriba en una dirección radial o, en otras palabras, forma un ángulo agudo que se extiende hacia arriba con respecto de un plano que es ortogonal al eje longitudinal del vastago de empuje de resorte. La pestaña axial 62 se extiende axialmente hacia la cámara de servicio 12 y es sustancialmente paralela al eje longitudinal del vastago de empuje de resorte. De preferencia, la pestaña radial 60 y la pestaña axial 62 son formadas estampando la cabeza 36. Una transición de radio en 64 es formada entre la pared lateral 63 de la cabeza 36 y la pestaña radial 60 y una transición de radio en 66 es formada entre la pestaña radial 60 y la pestaña axial 62. De una manera similar, la caja de pestaña 34 también tiene una pestaña circunferencial, que se extiende radialmente 68, desde la cual se extiende una pestaña axial circunferencial 70, la cual termina en un borde terminal 71. De preferencia, la pestaña radial 68 forma un ángulo agudo que se extiende hacia abajo con respecto de un plano ortogonal al eje longitudinal del vastago de empuje de resorte 42. La pestaña radial 68 y la pestaña axial 70 son también creadas doblando la caja de pestaña 34, formando los hombros 72 y 74. La pestaña radial 68 se extiende una distancia radial menor que la pestaña radial 60 de la cabeza 36. La diferencia en la extensión radial de las dos pestañas radiales 68, 60 es aproximadamente igual al grosor de la pestaña axial 62 para permitir que la pestaña axial 70 anide dentro de la pestaña axial 62. Durante el ensamble del accionador de freno 10, el diafragma de resorte 38 tiene una ceja anular que está dispuesta entre las pestañas radiales 60 y 68 y comprimida entre ellas, de preferencia aplicando una fuerza de compresión entre las pestañas radiales 60 y 68. Un rebajo anular 76 es formado por las pestañas radiales 60, 68 y las pestañas axiales 62, 70. La ceja en el diafragma de resorte 38 tiene una forma que se aproxima a un rebajo anular 76. Las pestañas radiales 60 y 68 están en alinéación con y comprimen el diafragma de resorte entre ellas para asegurar llenado esencialmente completo de la ceja del diafragma de resorte 38 hacia el rebajo anular. Al comprimirse el diafragma de resorte 38 entre las pestañas radiales 60 y 68, una porción del diafragma de resorte 38 es dirigida hacia y llena por comple-to el rebajo anular. La pestaña axial 70 puede ser de una longitud predeterminada de modo que el borde terminal 71 de la pestaña axial 70 tope en la pestaña radial 60 cuando el diafragma de resorte 38 está totalmente comprimido. La pestaña axial 62 es soldada a la pestaña axial 70 a lo largo de la soldadura 78. La soldadura 78 es de preferencia una soldadura donde la pestaña axial 62 es fusionada con la pestaña axial 70 sin la adición de material de soldadura y minimiza la zona afectada por calor. Adicionalmente, con procesos específicos, puede ser necesario un sumidero de calor para remover el exceso de calor. Aunque el diafragma de resorte 38 puede ser afectado por el calor, la afectación no es suficiente para degradar el desempeño del diafragma de resorte como ocurriría si el diafragma de resorte se quemara durante el proceso de soldadura. Colocando la soldadura adyacente al diafragma, se requiere de menos material para manufacturar la cabeza 36 y la caja de pestaña 34. No es necesario extender el borde de la pestaña axial mas allá del diafragma para impedir que el calor de la soldadura en el borde de la pestaña queme el diafragma, como en los accionadores de freno previos. En operación, se suministra continuamente presión de aire a la cámara de resorte 14 a través de la compuerta de aire de resorte 40 para mantener el diafragma de resorte 38 en una posición para comprimir el resorte de potencia 52. En esta posición, el vastago de empuje de servicio 16 normalmente será operado, como se describió antes, por presurización selectiva de aire hacia la cámara de servicio 12 a través de la compuerta de aire de servicio 26. Sin embargo, en el caso de una pérdida de presión, ya sea intencionalmente, como cuando se fija el freno de estacionamiento, o por falla del sistema de presión de aire, la presión en la cámara de resorte 14 será reducida y el resorte de potencia 52 activará los frenos empujando la placa de presión 50, el diafragma de resorte 38 y de esta manera el vastago de empuje de resorte 42 para con ello accionar el vastago de empuje de servicio 16 para aplicar presión de frenado a los frenos. Son posibles variaciones y modificaciones razonables dentro de los alcances de la divulgación anterior, sin apartarse del espíritu de la invención, la cual es definida en las reivindicaciones acompañantes.