Freno de fricción.

Freno de fricción con un elemento de freno, preferentemente una mordaza (4),

donde se encuentra dispuesto un dispositivo de presión (10) para presionar un forro de freno (5) contra una superficie de fricción, preferentemente un disco de freno (3), donde en el dispositivo de presión (10) se proporciona un elemento de fijación (13), junto al cual se encuentra situado el forro de freno (5), y además un elemento de accionamiento (20), y donde el elemento de accionamiento (20) está montado de forma giratoria en el elemento de freno y en el elemento de accionamiento (20) actúa un medio de accionamiento (14) para el movimiento pivotante del elemento de accionamiento (20), caracterizado porque en el elemento de accionamiento (20) se encuentra dispuesto un perno (25) y el perno (25) está dispuesto de forma giratoria en el elemento de fijación (13), donde el eje de rotación (27) del perno (25) se encuentra dispuesto de manera excéntrica respecto del eje de rotación (24) del elemento de accionamiento (20).

Freno de fricción La presente invención hace referencia a un freno de fricción con un elemento de freno, preferentemente una mordaza, donde se encuentra dispuesto un dispositivo de presión, para presionar un forro de freno contra una superficie de fricción, preferentemente un disco de freno.

Para diseñar de forma conveniente un freno de fricción eléctrico, como por ejemplo un freno de disco de un vehículo, resultan interesantes las fuerzas y energías efectivas para el accionamiento y el ajuste del desgaste. El ajuste sencillo del desgaste actúa gradualmente durante todo el período de utilización del forro del freno y sirve para mantener un cierto juego entre el disco de freno y el forro del freno (por lo general de menos de un milímetro) , así como para impedir que dicho juego sea excesivo en caso de un desgaste progresivo del forro del freno (pastillas) . Además, durante el frenado el espacio de este juego debe ser sobrepasado, de modo que la presión que se desarrolla a lo largo del juego debe realizarse esencialmente en menos de un segundo, puesto que de lo contrario se prolonga el tiempo de reacción del freno, poniendo en peligro la seguridad. A grandes rasgos se puede considerar que el espacio del juego debe superarse aproximadamente en 1/10 segundos. Las fuerzas requeridas para la presión que se desarrolla a lo largo del juego en un automóvil se ubican de forma aproximada dentro del rango de más de 10 N. Estas fuerzas oscilan considerablemente dependiendo del estado (suciedad, corrosión, antigüedad, etc.) , tamaño y forma de construcción del freno. Suponiendo un juego de 1 mm y una fuerza de ajuste de 100 N es necesario un trabajo de 0, 1 Ws, para lo cual se requiere 1 W en 1/10 segundos. En el caso de un frenado a fondo, la elevada fuerza de presión requerida del forro del freno en el disco de freno se puede calcular de forma aproximada para un automóvil en unos 10 kN. Las carreras requeridas para el posicionamiento resultan del comportamiento elástico en los forros del freno, mordazas y en todas las otras piezas del freno sujetas a cargas elevadas y, por lo general, se ubican aproximadamente en unos 1/10 mm. En un frenado a fondo, por ejemplo con 40 kN de fuerza máxima (suponiendo 20 kN de fuerza media) y 0, 5 mm, por tanto, serían necesarios 10 Ws de trabajo para la presión del forro del freno, al accionar el freno en 1/2 segundos, por consiguiente, 20 W en promedio para un frenado a fondo de la rueda. Las energías de accionamiento y rendimientos requeridos de frenos de vehículos son por tanto reducidos, sobre todo si se piensa en frenados normales en lugar de en el frenado a fondo antes mencionado, requiriéndose para ello sin embargo fuerzas muy elevadas. Debido a esto se sugiere utilizar un actuador del accionamiento con un rendimiento reducido y un mecanismo antifricción para producir las elevadas fuerzas necesarias. Un mecanismo de esta clase se describe por ejemplo en la solicitud DE 37 16 202 A1, en donde un forro de freno se encuentra dispuesto sobre un elemento de fijación que se ajusta o afloja mediante una leva accionada. Entre el elemento de fijación y la leva está dispuesto un elemento intermedio junto al que se encuentra situada la leva, el cual es conducido en un elemento de guía. Con este elemento intermedio se absorben las fuerzas de arrastre del forro del freno producidas como consecuencia de la fricción, de manera que el forro del freno se interpone con el disco de freno durante el arrastre. De este modo, no es posible que se produzca un efecto de automultiplicación de fuerzas en el freno y permite que se aplique siempre la fuerza de presión total del mecanismo de presión. Asimismo, un freno de esta clase necesita un gran espacio constructivo, por lo que puede instalarse sólo de forma limitada. Por lo tanto, un freno de este tipo puede utilizarse particularmente como freno de vehículos de carga, donde se encuentra disponible el espacio de construcción requerido.

Por consiguiente, los mecanismos de presión transmisores de fuerza para frenos de disco de esta clase se conocen a partir de frenos de aire comprimido de vehículos de carga. Sin embargo, el aire comprimido tiene aproximadamente 1/10 de la presión de un freno hidráulico, como por ejemplo en el caso de los automóviles. Puesto que en los vehículos de carga las superficies del émbolo y el diámetro del disco de freno son más grandes, la fuerza de presión del forro del freno puede sin embargo alcanzarse con una transmisión mecánica suplementaria, debido a lo cual un freno de aire comprimido se puede utilizar en los vehículos de carga. En los frenos de disco hidráulicos convencionales se aplica la misma presión en todas las partes y, con ello, la misma fuerza de presión. Al no producirse ninguna automultiplicación de fuerzas, la fuerza de fricción y el momento de fricción se distribuyen igual en todas las partes. Por lo tanto, en los frenos hidráulicos de esta clase permiten unas condiciones ideales para un frenado uniforme, donde este hecho es una de las razones para actualmente seguir incorporando frenos hidráulicos en los vehículos. Realmente, lo que se persigue es imitar en el freno hidráulico un freno de disco hidráulico, pero el forro del freno no se impulsa con aire comprimido (muy poca presión) ni con un sistema hidráulico, sino con un émbolo de transmisión.

Las elevadas fuerzas requeridas para un frenado no pueden producirse fácilmente a través de una sencilla palanca usada para la transmisión, ya que las relaciones de transmisión, a causa de las fuerzas limitadas del actuador del accionamiento, se volverían tan desfavorables que, una palanca de esta clase, desde un punto de vista constructivo, no podría colocarse en otro lugar, sobre todo a causa de las ajustadas proporciones espaciales en la zona de la rueda del vehículo. Asimismo, la disposición de los cojinetes necesarios para una palanca de esta clase causaría especialmente problemas, dado que una simple palanca no puede utilizarse en la práctica. Un ejemplo resulta de la solicitud DE 103 24 424 A1, donde se muestra un freno que para frenar presiona un palanca de soporte contra un disco de freno. La posible transmisión de fuerza está limitada al mismo tiempo por el lugar de montaje para los frenos y por los alojamientos necesarios para la palanca de soporte. Para esto debería proporcionarse un actuador que, sin embargo, en la práctica resulta desventajoso utilizar en un vehículo o, como en el caso de la solicitud DE 103 24 424 A1, el freno debe aplicar una considerable parte de la fuerza de frenado a través la automultiplicación de fuerzas.

Sin embargo, los frenos de elevada automultiplicación de fuerzas siempre se encuentran asociados a riesgos de una automultiplicación de fuerzas poco uniforme y a bloqueos que no permitan despegar los frenos, sobre todo cuando la fricción producida puede resultar superior a la esperada. Cuanto más elevada resulta la automultiplicación de fuerzas de un freno, tanto más fuerte es en primer lugar la dependencia del momento de frenado del valor de fricción y, en segundo lugar, una elevada automultiplicación de fuerzas está siempre asociada a un ángulo, que está determinado por el valor de fricción. De esta manera, el frenado altamente automultiplicador de la fuerza reacciona de modo muy sensible al posicionamiento exacto del ángulo, lo que vuelve difícil y complicada la regulación de esta clase de frenos. Debido a ello, la automultiplicación de fuerzas siempre es problemática para la determinación del momento de frenado efectivo. En los frenos conocidos con automultiplicación de fuerzas, como por ejemplo en la solicitud DE 103 24 424 A1 o en la solicitud DE 101 56 348 C1, en donde se muestra un freno eléctrico, se debe utilizar respectivamente un mayor esfuerzo para impedir el bloqueo, incluso para poder ajustar la medida de la automultiplicación de fuerzas. De este modo, por ejemplo en la solicitud DE 101 56 348 C1, para la regulación de la automultiplicación de fuerzas se proporcionan dos actuadores que trabajan uno contra otro, lo cual incrementa el esfuerzo de regulación.

Por la solicitud DE 10 2007 017 246 A1 se conoce un freno con un elemento de transmisión de fuerza montado de forma giratoria que presenta rampas, las cuales se enganchan con un disco de freno. Para el movimiento pivotante del elemento de transmisión de fuerza del lado del actuador electromotor, un elemento de transmisión de fuerza es girado sobre su eje de rotación, de manera que la rampa desplaza el forro de freno, a modo de un control de levas, en la dirección de rotación del disco de freno por una parte y por otra presiona el forro del freno contra el disco de freno. Gracias al enganche entre el elemento de transmisión de fuerza y el freno, también por un guiado inducido, se logra en este freno una automultiplicación... [Seguir leyendo]

1. Freno de fricción con un elemento de freno, preferentemente una mordaza (4) , donde se encuentra dispuesto un dispositivo de presión (10) para presionar un forro de freno (5) contra una superficie de fricción, preferentemente un disco de freno (3) , donde en el dispositivo de presión (10) se proporciona un elemento de fijación (13) , junto al cual se encuentra situado el forro de freno (5) , y además un elemento de accionamiento (20) , y donde el elemento de accionamiento (20) está montado de forma giratoria en el elemento de freno y en el elemento de accionamiento (20) actúa un medio de accionamiento (14) para el movimiento pivotante del elemento de accionamiento (20) , caracterizado porque en el elemento de accionamiento (20) se encuentra dispuesto un perno (25) y el perno (25) está dispuesto de forma giratoria en el elemento de fijación (13) , donde el eje de rotación (27) del perno (25) se encuentra dispuesto de manera excéntrica respecto del eje de rotación (24) del elemento de accionamiento (20) .

2. Freno de fricción conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque como elemento de accionamiento (20) se proporciona una pieza del árbol (23) , donde el perno (25) se encuentra dispuesto en su extremo axial.

3. Freno de fricción conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque como elemento de accionamiento (20) se proporciona un árbol hueco, donde la escotadura que pasa de forma axial (29) está dispuesta de manera excéntrica respecto del eje de rotación (24) del árbol hueco y el perno (25) está insertado en la escotadura (29) .

4. Freno de fricción conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque como elemento de accionamiento (20) se proporciona un árbol hueco, donde la escotadura que pasa de forma axial (30) está conformada con una sección transversal no circular y el perno (25) está insertado en la escotadura (30) .

5. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque el forro de freno (5) está fijado de forma rígida al elemento de fijación (13) .

6. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque el eje de rotación (27) del perno (25) está dispuesto en una posición inicial de manera que a través de la excentricidad (E) , resultante en distancia y ángulo respecto del eje de rotación (24) de la pieza de fijación (20) , se produce una autoatenuación al comenzar el movimiento de presión del forro de freno y/o una automultiplicación de fuerzas al finalizar el movimiento de presión.

7. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque en el elemento de accionamiento (20) está dispuesto un elemento de palanca (22) , en el cual actúa el medio de accionamiento (14) .

8. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado porque en el elemento de frenado se proporciona un dispositivo de ajuste del desgaste (7) y el dispositivo de presión (10) se encuentra dispuesto en el dispositivo de ajuste del desgaste (7) .

9. Freno de fricción conforme a la reivindicación 8, caracterizado porque en el dispositivo de ajuste del desgaste (7) está dispuesto un accionamiento de ajuste del desgaste (8) que impulsa un husillo roscado (9) que está dispuesto sobre un casquillo roscado (17) que está dispuesto en un elemento de ajuste del desgaste (11) y el dispositivo de presión (10) está dispuesto en el elemento de ajuste del desgaste (11) .

10. Freno de fricción conforme a la reivindicación 8, caracterizado porque en el dispositivo de ajuste del desgaste (7) se proporciona un dispositivo de recuperación del juego del freno (40) que restablece el juego del freno después de un frenado.

11. Freno de fricción conforme a la reivindicación 10, caracterizado porque en la parte móvil del dispositivo de ajuste del desgaste (7) , preferentemente en el elemento de ajuste del desgaste (11) , se proporciona una escotadura (41) en donde se encuentra dispuesto un pasador (43) , donde dicho pasador (43) , por medio de un resorte (42) , se encuentra cargado de forma elástica contra una parte estacionaria del freno de fricción (1) , preferentemente contra un elemento de apoyo de la rueda (2) , donde el pasador (43) está incorporado en la escotadura (41) con juego lateral.

12. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 11, caracterizado porque en el dispositivo de presión (10) se proporciona una reserva de carrera para retrotraer el elemento de fijación (13) hacia la posición inicial.

13. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 8 a 11, caracterizado porque el dispositivo de ajuste del desgaste (7) está conformado con una reserva de potencia para superar las fuerzas de presión después del frenado.

14. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 8 a 13, caracterizado porque se proporciona una unidad de control (50) , la cual, mediante un cableado (53) , se encuentra conectada con un sensor (51, 52) que está dispuesto en una parte del freno de fricción (1) , donde dicha unidad recibe del sensor valores de medición y procesa los valores de medición para producir una señal de control, y la unidad de control (50) , mediante un cableado (54) ,

se encuentra conectada con el dispositivo de ajuste del desgaste (7) y/o con el dispositivo de presión (10) y los controla.

15. Freno de fricción conforme a la reivindicación 14, caracterizado porque a partir de los valores medidos en la unidad de control (50) pueden determinarse otros valores y ser procesados para producir una señal de control.

16. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 14 ó 15, caracterizado porque en la unidad de control (50) la capacidad operativa del freno de fricción (1) puede ser monitoreada a través de la medición de magnitudes eléctricas, de la comparación de valores de medición o de la comparación de valores ya almacenados.

17. Freno de fricción conforme a la reivindicación 16, caracterizado porque para un frenado en caso de fallo la unidad de control (50) activa solo el dispositivo de ajuste del desgaste (7) o solo el dispositivo de presión (10) .

18. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 14 a 17, caracterizado porque un cableado (53, 54) , un sensor (51, 52) , un actuador, una unidad de control (50) una unidad eléctrica y/o una unidad electrónica del freno de fricción (1) se proporcionan de forma redundante.

19. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 14 a 18, caracterizado porque la unidad de control

(50) activa el dispositivo de ajuste del desgaste (7) y/o el dispositivo de presión (10) para realizar una función del freno de estacionamiento o una ayuda para el arranque.

20. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 19, caracterizado porque para los procesos de arranque y accionamiento deseados la unidad de control (50) transmite un valor predefinido al dispositivo de ajuste del desgaste (7) y/o al dispositivo de presión (10) y envía la señal del valor predefinido al dispositivo de ajuste del desgaste (7) y/o al dispositivo de presión (10) .

21. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 19, caracterizado porque para el freno de fricción

(1) la histéresis se encuentra almacenada en la unidad de control (50) y la unidad de control (50) compensa la histéresis del freno al producir una señal al dispositivo de ajuste del desgaste (7) y/o al dispositivo de presión (10) .

22. Freno de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 21, caracterizado porque a ambos lados de la superficie de fricción se proporcionan un forro de freno (5a, 5b) y un dispositivo de presión (10) .

23. Freno de fricción conforme a la reivindicación 22, caracterizado porque uno de ambos dispositivos de presión

(10) se proporciona en el dispositivo de ajuste del desgaste (7) .

24. Utilización de frenos de fricción conforme a una de las reivindicaciones de 1 a 23 como acoplamiento de fricción, donde el forro de freno (5) es un disco de embrague (62) o componente de un disco de embrague (62) , la superficie de rozamiento es un segundo disco (63) y el dispositivo de presión (10) presiona el primer disco de embrague (62) contra el segundo disco de embrague (63) .

25. Utilización conforme a la reivindicación 24, caracterizado porque el dispositivo de presión (10) se proporciona en el dispositivo de ajuste del desgaste (7) .

26. Utilización conforme a la reivindicación 24 ó 25, caracterizado porque el dispositivo de presión (10) y eventualmente el dispositivo de ajuste del desgaste (7) se encuentran dispuestos de forma fija.

27. Utilización conforme a la reivindicación 24 ó 25, caracterizado porque el dispositivo de presión (10) y eventualmente el dispositivo de ajuste del desgaste (7) se encuentran dispuestos de manera que giran con el primer disco de embrague (62) .