GUARNICIÓN DE FRENO SINTERIZADA.

Guarnición de freno sinterizada (3) con un elemento de rozamiento (4) cilíndrico de un primer material sinterizado,

que presenta una superficie del cilindro exterior y una altura del cilindro (6), así como con un elemento de refuerzo (5) que rodea al elemento de rozamiento (4), que está dispuesto en la superficie del cilindro exterior y se extiende al menos aproximadamente por toda la altura del cilindro (6), estando una superficie frontal (8) del elemento de refuerzo (5) a igual altura que una superficie de rozamiento (9) del elemento de rozamiento (4), que actúa conjuntamente en el estado montado de la zapata de freno 1 con la superficie del disco de freno, y estando formado el elemento de refuerzo (5) por un material sinterizado adicional con una matriz metálica, caracterizada porque en la matriz metálica del material sinterizado adicional del elemento de refuerzo (5) está contenido al menos un material abrasivo y el material sinterizado adicional presenta una resistencia superior a la del primer material sinterizado del elemento de rozamiento (4)

La invención se refiere a una guarnición de freno sinterizada con un elemento de rozamiento cilíndrico de un primer material sinterizado, que presenta una superficie del cilindro exterior y una altura del cilindro, así como con un elemento de refuerzo que rodea al elemento de rozamiento, que está dispuesto en la superficie del cilindro exterior y se extiende al menos aproximadamente por toda la altura del cilindro, estando formado el elemento de refuerzo por un material sinterizado adicional con una matriz metálica, a una zapata de freno que comprende una placa de soporte sobre la que están fijadas varias guarniciones de freno sinterizadas así como a un freno de disco de vehículos sobre carriles que comprende al menos un disco de freno y al menos una zapata de freno.

La carga de frenos de disco en vehículos sobre carriles asciende continuamente. El motivo de ello es variado. Por un lado se consiguen siempre velocidades superiores, por otro lado aumentan los pesos de vagones que van a frenarse

o se intenta conseguir la misma acción de frenado con un menor número de frenos de disco. Todo esto conduce a un aumento adicional de la energía que va a transformarse, lo que se expresa en temperaturas aún superiores durante el procedimiento de frenado. En este caso se muestran los límites de guarniciones de rozamiento unidas de manera orgánica y por tanto se utilizan guarniciones de freno de materiales de rozamiento metálicos para discos de freno de alto rendimiento para vehículos sobre carriles.

Así se conoce, por ejemplo por el documento EP 0 106 782 B, una zapata de freno de disco para el uso ferroviario, con una placa de retorno fija que tiene un lado superior y un lado inferior, con una grapa de sujeción que está fijada en el lado inferior de la placa de retorno, con una placa de soporte metálica flexible que está fijada en el lado superior de la placa de retorno, con varios elementos de rozamiento individuales que están fijados de manera mecánica respectivamente en la placa de soporte metálica flexible, para que puedan flexionarse los elementos individuales cuando tocan un disco para permitir al mismo tocar la superficie de freno completamente, teniendo cada elemento de rozamiento una superficie de freno inferior a 12,6 cm2 y una proporción de altura con respecto a la superficie de freno no superior a 0,6. El material de rozamiento de los elementos de rozamiento es un material metálico sinterizado a base de hierro. Pueden usarse adicionalmente varios recipientes metálicos individuales que están rellenos con material de rozamiento y están fijados en el lado superior de la placa de retorno.

Esta disposición de varios elementos de rozamiento en lugar de un único bloque de rozamiento resulta ventajosa especialmente con respecto a la funcionalidad en caso de cargas extremas y con respecto al rendimiento que puede conseguirse en condiciones húmedas. El modo de colocación en la placa de soporte se llega a alcanzar por soldadura de los elementos de rozamiento a través de construcciones con las que se sujetan los elementos a través de placas intermedias hasta la colocación de los elementos de rozamiento por medio de procedimientos de soldadura a alta temperatura.

Sin embargo no se llega a alcanzar la resistencia interna de los elementos de rozamiento fabricados para poder resistir las altas cargas en uso. Una posibilidad para conseguir esto consiste en realizar revestimientos de chapa de acero en forma de anillos o cazoletas tal como se expone esto en el documento EP-A. Sin embargo, esto entraña el inconveniente de que estas chapas se abocardan durante el procedimiento de frenado y el desgaste que resulta de esto. Entonces esto conduce a una modificación del comportamiento de rozamiento y al deterioro del disco de freno.

Otra posibilidad conocida es el uso de anillos de refuerzo así denominados, tal como se expone esto en el documento DE 41 11 926 A. Este documento DE-A describe una guarnición de freno sinterizada de múltiples elementos para frenos de disco con guarnición parcial de vehículos sobre carriles especiales, compuesta por una placa de soporte de una o varias partes sobre cuyo lado delantero orientado a la superficie de rozamiento del disco de freno están dispuestos elementos sinterizados cilíndricos y sobre cuyo lado trasero esta prevista una cola de milano para fijar la guarnición de freno en el portazapatas, estando dotados los elementos sinterizados cilíndricos respectivamente de un anillo de refuerzo, que están unidos de manera fija sobre la placa de soporte y/o con el elemento sinterizado y cuya altura llega hasta el límite de desgaste y presentando el material de los anillos de refuerzo aproximadamente las mismas propiedades de desgaste y rozamiento que los elementos sinterizados. El anillo de refuerzo puede estar compuesto igualmente por un material sinterizado, siendo posible en este caso soldar

o sinterizar conjuntamente el anillo de refuerzo con el elemento sinterizado. Para ello se selecciona el material del anillo de refuerzo de modo que un coeficiente de dilatación mantenga el ajuste por contracción esencialmente entre el elemento sinterizado y el anillo de refuerzo. Para mantener en pie el ajuste por contracción es necesario que tanto el anillo de refuerzo como los elementos de rozamiento presenten aproximadamente los mismos coeficientes de dilatación. Un inconveniente de esto es que cuando el desgaste de la guarnición de freno conduce a que el disco de freno toque el anillo de refuerzo, se llega a una modificación del comportamiento de frenado por el material del anillo de refuerzo por un lado y por otro lado por la modificación, es decir el aumento, de la superficie de frenado que está a disposición. Además con esta variante de realización se limita a pocas combinaciones de material, que presentan, por motivos mencionados anteriormente, aproximadamente los mismos coeficientes de dilatación en caliente. Se expuso además en el documento DE 93 06 093 U que, en caso de funcionamiento, se producen fuertes vibraciones que finalmente conducen a la ruptura de la guarnición de freno según el documento DE 4111 926 A. Del mismo modo, la fijación de elementos de freno y/o sus placas de base mediante soldadura no es suficiente sólo para la estabilidad de unión deseada del elemento de freno en la placa de soporte.

Para solucionar este problema, el documento DE 93 06 093 U propone una guarnición de freno para frenos de disco, especialmente para vehículos sobre carriles de alta velocidad, con una placa de soporte de una o varias partes sobre cuyo lado delantero dirigido a la superficie de rozamiento del disco de freno están dispuestos elementos de freno individuales y sobre cuyo lado trasero opuesto está prevista una fijación o guía para la guarnición de freno, estando unido al menos un elemento de freno con una placa de base que su vez está en contacto con la placa de soporte y que sobresale lateralmente del elemento de freno y/o es parte de una cesta abierta hacia el lado delantero, que envuelve en forma de camisa al elemento de freno, estando fijada la placa de base de la cesta del elemento de freno, sobrepuesta sobre la placa de soporte, en la placa de soporte por medio de una primera unión y en su lado opuesto al elemento de frenado en la placa de soporte por medio de una segunda unión, estando configurada una de las dos uniones como unión soldada y la otra unión como una unión mecánica o estando configuradas las dos uniones como uniones soldadas, por las que está unida la placa de base de la cesta sobrepuesta sobre la placa de soporte tanto en su camisa periférica en varios puntos mediante soldadura a presión como mediante soldadura en atmósfera controlada en su lado opuesto al elemento de freno con la placa de soporte.

Es objetivo de la presente invención poner a disposición una guarnición de freno con propiedades mejoradas.

Se soluciona este objetivo debido a que en la matriz metálica del material sinterizado adicional del elemento de refuerzo, en caso de la guarnición de freno sinterizada según la invención, está contenido al menos un material abrasivo y el material sinterizado adicional presenta una resistencia superior a la del primer material sinterizado del elemento de rozamiento así como independientemente mediante una zapata de freno que comprende las guarniciones de freno sinterizadas según la invención o mediante un freno de disco de vehículo sobre carriles, configurándose según la invención la zapata de freno.

A este respecto es ventajoso que, como el elemento de refuerzo o el anillo de refuerzo es de igual altura que el propio elemento de rozamiento en sí, éste está rodeado, por... [Seguir leyendo]

1. Guarnición de freno sinterizada (3) con un elemento de rozamiento (4) cilíndrico de un primer material sinterizado, que presenta una superficie del cilindro exterior y una altura del cilindro (6), así como con un elemento de refuerzo

(5) que rodea al elemento de rozamiento (4), que está dispuesto en la superficie del cilindro exterior y se extiende al menos aproximadamente por toda la altura del cilindro (6), estando una superficie frontal (8) del elemento de refuerzo (5) a igual altura que una superficie de rozamiento (9) del elemento de rozamiento (4), que actúa conjuntamente en el estado montado de la zapata de freno 1 con la superficie del disco de freno, y estando formado el elemento de refuerzo (5) por un material sinterizado adicional con una matriz metálica, caracterizada porque en la matriz metálica del material sinterizado adicional del elemento de refuerzo (5) está contenido al menos un material abrasivo y el material sinterizado adicional presenta una resistencia superior a la del primer material sinterizado del elemento de rozamiento (4).

2. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 1, caracterizada porque la proporción del material abrasivo o de los materiales abrasivos en el material sinterizado adicional se selecciona de un intervalo con un límite inferior del 1% en peso y un límite superior del 20% en peso.

3. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el al menos un material abrasivo se selecciona de un grupo que comprende carburos, tales como carburo de silicio o carburo de titanio, óxidos, tales como corindón u óxido de cromo (Cr2O3) u óxido de zirconio, silicatos, tales como arena de cuarzo, así como mezclas de los mismos .

4. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la proporción de la matriz metálica en el material sinterizado adicional asciende a al menos el 75% en peso.

5. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la matriz metálica está formada por al menos un metal o una aleación metálica, que presenta una dureza según Rockwell que se selecciona de un intervalo con un límite inferior de 55 HRR y un límite superior de 90 HRR.

6. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la matriz metálica está formada por al menos un elemento de un grupo que comprende cobre, hierro o aleaciones con zinc o estaño, tales como latón o bronce, y mezclas de los mismos.

7. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de refuerzo (5) presenta un espesor de pared que se selecciona de un intervalo con un límite inferior de 2 mm y un límite superior de 10 mm.

8. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos una parte del material abrasivo está sustituida por al menos un lubricante sólido.

9. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 8, caracterizada porque el lubricante sólido se selecciona de un grupo que comprende sulfuros, tales como sulfuro de molibdeno, sulfuro de wolframio, sulfuro de manganeso, sulfuro de estaño, sulfuro de cobre, así como mezclas de los mismos.

10. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque la proporción del al menos un lubricante sólido en el material sinterizado adicional se selecciona de un intervalo con un límite inferior del 1% en peso y un límite superior del 7% en peso.

11. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de refuerzo (5) está unido con el elemento de rozamiento (4) por unión de materiales, especialmente por toda la superficie.

12. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 11, caracterizada porque la unión material se establece mediante soldadura del elemento de rozamiento (4) con el elemento de refuerzo (5), estando dispuesta la soldadura configurada a modo de lámina entre el elemento de rozamiento (4) y el elemento de refuerzo (5).

13. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 12, caracterizada porque la soldadura configurada a modo de lámina presenta una altura que es mayor que la altura del cilindro (6).

14. Guarnición de freno sinterizada (3) según la reivindicación 12 ó 13, caracterizada porque la soldadura configurada a modo de lámina presenta un espesor de pared que se selecciona de un intervalo con un límite inferior de 0,05 mm y un límite superior de 0,3 mm.

15. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la relación de la densidad de sinterizado del material sinterizado adicional con respecto a la densidad de sinterizado del primer material sinterizado se selecciona de un intervalo con un límite inferior de 0,85:1 y un límite superior de 1,15:1.

16. Guarnición de freno sinterizada (3) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el

material sinterizado adicional presenta un coeficiente de rozamiento frente al acero que es mayor en un factor que el coeficiente de rozamiento frente al acero del primer material sinterizado, que se selecciona de un intervalo con un límite inferior de 1,05 y un límite superior de 1,20.

17. Zapata de freno (1) que comprende una placa de soporte (2) en la que están fijadas varias guarniciones de freno sinterizadas (3), caracterizada porque las guarniciones de freno sinterizadas (3) están formadas según una de las reivindicaciones anteriores.

18. Freno de disco de vehículos sobre carriles que comprende al menos un disco de freno y al menos una zapata de freno (1), caracterizado porque la zapata de freno (1) está formada según la reivindicación 17.