DESCRIPCIÓN

Objeto de la invención

La presente invención consiste en un dispositivo de freno que presenta un sistema que optimiza la capacidad de frenado de un medio giratorio como un eje, especialmente, a partir de la capacidad de retranqueo de los discos de freno. Es decir, que está especialmente diseñado para reducir el “Time to lock” (TTL) o tiempo necesario para frenar, al reducir la distancia de separación de los discos de freno respecto de los ferodos, lo mínimo para permitir el giro del eje sin rozamientos residual.

La presente invención tiene aplicación en diferentes campos industriales, principalmente en la industria de la automoción, y en todas aquellas industrias donde actúen dispositivos de frenado aunque no estén vinculados al automóvil, como en turbinas o motores utilizados para la generación de energía eléctrica, pero está especialmente adecuada para vehículos de tracción mediante motor eléctrico.

Problema técnico que resolver y antecedentes de la invención

En el estado de técnica se conocen muchos sistemas de frenado con diferentes tipos de configuraciones, siendo de forma concreta, el sector de la automoción donde una mayor investigación y desarrollo se ha realizado en este campo, generando distintos tipos de sistemas de frenado en función de las necesidades del vehículo.

El sistema de frenado más conocido en el sector de la automoción es el sistema de frenado por disco de freno donde, una vez que se acciona el pedal del freno, se activa un sistema hidráulico, neumático o eléctrico que desplaza unas pastillas de freno hacia un disco que gira solidario a las ruedas del vehículo, de forma que, por medio del rozamiento entre las pastillas de freno y el disco, se produce el frenado de las ruedas y consecuentemente del vehículo.

En este sistema de frenado, el disco de freno, como ya se ha expuesto, gira continuamente de modo solidario con las ruedas del vehículo mientras que las pastillas se encuentran en una posición fija respecto a la rueda. Al desplazar axialmente las pastillas hacia el disco de freno, hasta contactar con el disco y, seguir ejerciendo presión sobre él, se genera un rozamiento que produce el frenado del disco y por tanto el frenado de las ruedas del vehículo, ocasionando, de forma consecuente, un sobrecalentamiento entre las piezas de contacto.

Debido a que el disco de freno se encuentra constantemente girando, la única refrigeración que se obtiene se debe al flujo de aire que recibe por convección natural. Asimismo, dada la superficie, material y configuración de las pastillas de freno, es de gran complejidad poder disponer de un sistema de refrigeración en las mismas que evacúe el calor generado.

Además del sobrecalentamiento, en los sistemas conocidos del estado de la técnica se produce un desgaste en las pastillas de forma desigual, provocando descentramientos y excentricidades en dichas pastillas que afectan al frenado, por lo que la vida útil tanto de las pastillas como de los discos de frenos se ve limitada.

El documento ES2705358 describe un dispositivo de freno que define un desplazamiento axial de los discos de freno, mientras que un disco de ferodos es el que gira de forma solidaria al eje, al estar montado sobre él. Con la realización descrita en dicho documento, dichos discos de freno pueden refrigerarse mediante un fluido que fluye por cavidades internas, mejorando el funcionamiento del dispositivo al reducir la capacidad de calentamiento.

El documento ES2705358 también describe un dispositivo de frenado que está especialmente adaptado para permitir la refrigeración interna, mediante fluido, de los discos de freno, los cuales solo pueden desplazarse axialmente, mientras que un disco de ferodos es el que transmite el giro del eje. Este documento se centra en los métodos de desplazamiento axial de los elementos móviles del dispositivo, como los discos de freno y de los discos de ferodos.

Ninguno de los documentos mencionados, ni los encontrados, mencionan o definen un sistema de retranqueo, que consiste en un desplazamiento de los discos de freno respecto de los discos de ferodos, lo suficiente, para que dicho disco de ferodos pueda girar sin rozamiento de ningún tipo, y por lo tanto, permitiendo reducir a una distancia mínima la necesaria para desplazar axialmente, dichos discos de freno, en sentido de frenada, hasta conseguir el contacto necesario para frenar. Es decir, que ninguno de los dispositivos descritos en los documentos, comprende ninguna característica técnica que permita disponer de un sistema de aproximación, que posiciona los discos de freno a una distancia mínima del disco de ferodos, sin rozamientos residuales entre ellos, permitiendo que aumente la velocidad de propagación de frenado y que el tiempo de frenada sea el mínimo posible, durante toda la carrera de desgaste de las pastillas de freno.

Del mismo modo, los dispositivos descritos en los documentos mencionados requieren de muelles de compresión situados entre los discos de ferodos y los discos de freno, para realizar la separación entre las zonas de contacto de dichos discos, incluyendo de este modo un elemento susceptible a dañarse y/o corroerse, debido al continuo esfuerzo al que se ve sometido.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de freno ensambladle a un eje giratorio, es decir, un eje que transmite un par torsor, de forma que puede ensamblarse al dispositivo de freno directamente o a través de elementos intermedios como un buje.

Este dispositivo de freno está especialmente adaptado para ser instalado en vehículos que tienen un motor de impulsión eléctrico o un sistema híbrido de impulsión, ya que, en este tipo de vehículos se hace mucho más relevante la eficiencia energética de todos los sistemas incorporados en su arquitectura, en aras a optimizar al máximo la energía eléctrica que ofrecen las baterías actuales, para que pesen menos y ofrezcan mayor autonomía al vehículo.

Por otro lado, los vehículos eléctricos e híbridos disponen sistemas de recuperación de energía que son capaces de generar pares de frenada de hasta [0,2 g-0,3 g], cooperando con el sistema de freno mecánico para alcanzar los 1 g de deceleración de emergencia, de modo que el accionamiento del sistema mecánico se realiza mediante sistemas EHB (Electronic Hydraulic Brake) o eléctricos 100%. Este dispositivo de freno mejora sustancialmente la frenada consiguiendo menores desgastes gracias a su optimización con este sistema de aproximación, como en su giro libre, sin pérdidas de energía por fricción residual, también necesitando menos energía para su aplicación al estar más aproximado y todo ello aumenta la autonomía de los vehículos.

Por otro lado, en los vehículos actuales, una de sus prioridades es la mejora constante en los sistemas de seguridad activa. Muchos de estos sistemas electrónicos van asociados con el sistema de frenos, como pueden ser ABS, ESP, “torque vectoring”, “Antiroll”, Traction Control (TC) etc.., de forma que este dispositivo de freno mejora sustancialmente el TTL obteniendo respuestas más inmediatas sobre la dinámica del vehículo, que aumenta la seguridad activa del vehículo. Gracias al diseño de este dispositivo mecánico, se obtiene con un menor peso y mucha más robustez cuando se aplica una gran fuerza axial para generar elevados pares de frenada.

El dispositivo comprende:

- un soporte guía ensambladle rígidamente al eje, donde dicho soporte guía comprende al menos una guía transmisora longitudinal, aunque preferiblemente comprende tres ejes guía distribuidos de forma regular en el soporte guía, y donde dicha guía transmisora está orientada en una misma dirección axial del eje, situada en una posición excéntrica respecto del eje, cuando el soporte guía está ensamblado al eje;

- una primera carcasa soporte fija, es decir, que no se desplaza ni gira respecto del eje y permite la fijación rígida del dispositivo de freno a un bastidor externo, como de un vehículo;

- un primer elemento empujador desplazadle, en la dirección axial, respecto de la primera carcasa;

- un disco de ferodos que comprende:

- un disco soporte acoplado a la al menos una guía transmisora del soporte guía de forma flotante;

- un primer ferodo ensamblado a una primera superficie del disco soporte; y

- un segundo ferodo ensamblado a una segunda superficie del disco soporte;

- un primer disco de freno desplazadle en la dirección axial respecto de la primera carcasa; y

- un segundo disco de freno;

- donde el disco de ferodos está situado entre el primer disco de freno y el segundo disco de freno;

- donde el soporte guía está configurado para transmitir una rotación del eje al disco de ferodos, el cual está configurado para rotar solidariamente al eje, al estar acoplado por la al menos una guía transmisora del soporte guía.

Que el disco soporte esté acoplado a la guía o guías transmisoras de forma flotante quiere decir que, aunque dicho disco rota con el eje si está montado o acoplado en él, el disco soporte puede desplazarse en la dirección axial del eje aunque éste no se desplace, ya que, por ejemplo, puede disponer de un acople con holgura o juego.

El segundo disco de freno puede estar montado del mismo modo que el primer disco de freno, es decir, que pueda desplazarse axialmente respecto del eje, pero también puede permanecer sin movimiento para que el dispositivo funcione, sin requerir por ello del acople con holgura.

El primer elemento empujador y el primer disco de freno están fijados, formando una unidad de desplazamiento axial, es decir, que siempre que se mueven, lo hacen de forma conjunta como un único elemento. Para ello, el dispositivo de freno puede comprender unos resortes de compresión situados entre los discos de freno, de modo que, independientemente del desplazamiento del primer elemento empujador, dicho primer disco de freno siempre está en contacto con el primer elemento empujador. En otras realizaciones, dichos elementos pueden estar fijados de otro modo, como mediante elementos mecánicos como pasadores, incluso formando una única pieza de fundición.

La primera carcasa comprende un sistema de impulsión configurado para, al activarse, desplazar el primer elemento empujador, en la dirección axial, hacia el disco de ferodos, empujando el primer disco de freno hacia el primer ferodo de dicho disco de ferodos, generando un primer rozamiento, de tal forma que en dicho desplazamiento, el primer disco de freno está configurado para ejercer una presión de empuje sobre el primer ferodo del disco de ferodos, en la dirección axial, y para desplazarlo hacia el segundo disco de freno, cuando es empujado por el primer elemento empujador.

De este modo, el segundo disco de freno puede permanecer inmóvil, haciendo de tope del desplazamiento axial del primer elemento empujador, permitiendo, de esa forma que el disco de ferodos contacte por ambos lados con cada disco de freno, comprimiendo los ferodos, generando un par de torsión de frenada, que se transmite desde los discos de freno hacia el eje. De este modo el segundo disco de freno no necesita desplazarse axialmente para frenar el disco de ferodos, pudiendo estar unido rígidamente a la primera carcasa, aunque preferiblemente también se encuentra fijado de forma flotante.

Del mismo modo que el sistema de impulsión, al activarse, puede desplazar el disco de freno en dirección de empuje, hacia el segundo disco de freno, también está configurado para, al desactivarse, ejercer un retranqueo del primer elemento empujador, desplazándose, dicho primer elemento empujador, en un sentido opuesto al de empuje sobre el primer disco de freno, en la dirección axial.

De esta forma, el primer disco de freno está configurado para desplazarse, también, en un sentido opuesto al de empuje sobre el disco de ferodos, en la dirección axial, de forma solidaria al retranqueo, en dicho sentido opuesto, del primer elemento empujador.

El retranqueo consiste en un desplazamiento mínimo del primer elemento empujador en sentido opuesto al de empuje, de modo que dicho desplazamiento es realizado también por el primer disco de freno, al formar una unidad de desplazamiento axial. Con ese pequeño desplazamiento se genera un pequeño espacio de holgura axial entre los dos discos de freno, donde se encuentra el disco de ferodos.

El acople flotante del disco de ferodos en la guía transmisora junto a la rotación de dicho disco de ferodos, al estar acoplado al eje giratorio, están configurados para situar dicho disco de ferodos entre los dos discos de freno, dentro de la holgura axial generada, auto-posicionándose, cuando el primer disco de freno realiza el desplazamiento en el sentido opuesto. Es decir, que no requiere de muelles entre el disco soporte y los discos de freno para que se separen, siendo suficiente la unión del disco de ferodos a la guía transmisora.

De esta manera, el retranqueo únicamente desplaza el primer disco de freno lo suficiente para que el disco de ferodos pueda girar sin ningún tipo de rozamiento residual con los discos de freno. Por lo tanto, el tiempo de bloqueo para un nuevo frenado se ve reducido al mínimo, ya que el recorrido del primer disco de freno en una nueva frenada sería igualmente mínimo. Del mismo modo, esta configuración también permite ajustar siempre la distancia de separación de los discos de freno al disco de ferodos cuando dichos ferodos se van desgastando. Es decir, que independientemente del desgaste de los ferodos, con esta configuración, los discos de freno siempre quedan situados a una distancia mínima de los ferodos, distancia determinada en función de los elementos que forman el sistema de impulsión, solucionándose los problemas presentes en los dispositivos descritos en los antecedentes.

Es decir, que gracias a la rotación del disco de ferodos libremente (sin que esté sujeto a fuerza axial por parte de los discos de freno a través de resortes) y a su posición flotante respecto del soporte guía, el disco de ferodos produce una muy pequeña excentricidad lateral, suficiente para distanciar, y distanciarse, por cada cara de los discos de freno hasta que la inercia lo auto posiciona en el centro. Es evidente que el minúsculo espacio que genera el retranqueo del empujador es suficiente para que se produzca el “autoajuste”, y liberar el disco de ferodos de cualquier fricción, y libere el eje giratorio de cualquier freno residual.

En una realización, el dispositivo de freno, comprende:

- una segunda carcasa soporte fija, dispuesta en una parte extrema opuesta de la primera carcasa soporte;

- un segundo elemento empujador desplazadle, en la dirección axial, respecto de la segunda carcasa soporte; donde el segundo elemento empujador y el segundo disco de freno están fijados, formando una unidad de desplazamiento axial y donde la segunda carcasa comprende un sistema de impulsión configurado para, al activarse, desplazar el segundo elemento empujador, en la dirección axial, hacia el disco de ferodos, empujando el segundo disco de freno hacia el segundo ferodo de dicho disco de ferodos.

Es decir, que el funcionamiento del dispositivo al tener una segunda carcasa, sería igual que con la primera carcasa, solo que, en este caso, el segundo disco de freno puede desplazarse en la dirección axial, hacia el disco de ferodos. De este modo, se podría producir un frenado más rápido al desplazar, al mismo tiempo, los dos discos de freno hacia los ferodos. En esta realización, el segundo disco de freno está configurado para ejercer una presión de empuje sobre el segundo ferodo en la dirección axial, y para desplazar dicho disco de ferodos hacia el primer disco de freno, cuando es empujado por el segundo elemento empujador.

Del mismo modo que con el primer elemento empujador, el sistema de impulsión de la segunda carcasa está configurado para, al desactivarse, ejercer un retranqueo del segundo elemento empujador, desplazándose dicho segundo elemento empujador en un sentido opuesto al de empuje, sobre el segundo disco de freno, en la dirección axial.

Por ello, el segundo disco de freno está configurado para desplazarse en un sentido opuesto al de empuje sobre el disco de ferodos, en la dirección axial, de forma solidaria al retranqueo del segundo elemento empujador, y el disco de ferodos está configurado para auto-posicionarse entre los dos discos de freno, es decir, separarse de ambos, sin generar fricción residual, cuando el primer y el segundo elemento empujador se retranquean.

Estas realizaciones, tanto con una primera o con una primera y una segunda carcasa, permiten disponer de dos o más discos de freno así como de uno o más discos de ferodos, intercalados entre dichos discos de frenos, no estando limitado a disponer dos discos de freno y solo uno de ferodos.

En una realización, el disco soporte del disco de ferodos comprende:

- un área exterior perimetral, en la primera y en la segunda superficie del disco soporte, en la que se encuentran fijados los ferodos; y

- al menos un alojamiento de conexión deslizante, el cual comprende la dirección axial; donde dicho alojamiento de unión deslizante preferiblemente está situado en una parte perimetral de un orificio central pasante del disco soporte, y está acoplado a la al menos una guía transmisora longitudinal en una unión ajustada con holgura.

En una realización, el dispositivo de freno comprende una junta elástica de amortiguación situada entre cada acople ajustado de cada guía transmisora y el alojamiento de unión deslizante del disco de ferodos. Dicha junta permite que el acople entre dichas partes sean más amortiguadas, evitando vibraciones y resonancias, que puedan dañar los componentes del dispositivo, anulando, del mismo modo, vibraciones que puedan producir frecuencias en el espectro de audición humano. De forma preferente, dicha junta está fabricada en Fluoropolímero de caucho, que posee una gran resistencia química, es muy resistente a la abrasión y a la corrosión, y es capaz de aguantar una temperatura continua de 200°-280°, con picos de 340°, haciéndola adecuada para el uso descrito.

En una realización, el disco de ferodos comprende una pluralidad de aletas, que permiten disipar el calor acumulado en el disco, dispuestas en un perímetro de un orificio central pasante del disco soporte, donde:

- dicha pluralidad de aletas están rígidamente unidas al disco soporte mediante un medio de conexión rígido; o

- donde dicha pluralidad de aletas y el disco soporte comprenden una única pieza de fundición.

Es decir, que pueden estar fabricadas en una pieza o en vahas unidas mediante medios mecánicos como soldaduras o tornillos.

Cuando el disco de ferodos rota, debido a su acople al eje giratorio, estas aletas rotan con la misma velocidad angular. En su rotación, las aletas generan una impulsión de fluido creando una corriente del interior al exterior. Dependiendo del ángulo de inclinación y superficie de esas aletas, se puede disponer de mayor velocidad y caudal de fluido a igual rpm.

En una realización, el disco de ferodos comprende una pluralidad de primeros ferodos y de segundos ferodos, fijados, respectivamente, en un área exterior de la primera y de la segunda superficie del disco soporte, separados dichos ferodos por unos huecos canalizados radiales; donde los ferodos comprenden una forma de alabe.

Estos huecos canalizados favorecen la expulsión de las partículas hacia el exterior del disco soporte, donde se puede situar un filtro que permita retenerlas para evitar que afecten al funcionamiento del dispositivo, así como reducir la polución en el ambiente.

En una realización, el dispositivo de freno comprende una estructura filtrante de partículas dispuesta cubriendo concéntricamente al disco de ferodos, configurada para retener partículas desprendidas de los ferodos. En una realización, esta estructura se dispone entre el primer y el segundo disco de freno.

En otra realización, la estructura filtrante es un armazón con forma cilindrica, dispuesta cubriendo el primer y el segundo disco de freno, es decir, la zona donde se genera la fricción y la liberación de partículas de los ferodos al exterior. Este armazón puede estar fijado a la carcasa, así como a cualquier elemento que no se ve sometido a desplazamientos respecto del eje.

En una realización, al menos un disco de freno comprende una forma de corona, con un orificio central pasante de disco, concéntrico al eje, que comprende la dirección axial, y una sección exterior de fricción contra ferodos maciza. Es decir, que la zona en la que se genera el rozamiento de dicho disco de freno es maciza para que posea una mayor capacidad de resistencia a los esfuerzos a los que se ve sometido.

En una realización, al menos un disco de freno comprende una forma de corona, con un orificio central pasante de disco, concéntrico al eje, es decir, que comprende la dirección axial, y una sección exterior de fricción contra ferodos que comprende al menos una canalización interna configurada para el paso de un fluido. Preferentemente, dicho disco de freno comprende una pluralidad de canalizaciones internas, abiertas radialmente, por donde puede pasar un fluido, como el aire, para refrigerar el disco de freno, susceptible a calentarse.

En una realización, al menos un disco de freno comprende una pluralidad de aletas de freno de disipación térmica, donde preferentemente, dichas aletas de freno están situadas en un perímetro exterior de dicho disco de freno, dispuestas en una dirección radial.

Del mismo modo que con los discos de ferodos, estas aletas de disipación térmica pueden formar parte de un mismo cuerpo de fundición o de dos o más cuerpos independientes unidos rígidamente. De esta forma, si son dos cuerpos fabricados de forma independiente, la ventaja es que las aletas pueden fabricarse de un material que tenga una mejor conductividad térmica para que mejore la dispersión de la temperatura (por ejemplo aluminio). En una realización, el dispositivo de freno comprende un cojinete, preferiblemente un rodamiento, ensambla le al eje. Este cojinete permite apoyar los discos de freno o la carcasa, que no giran sobre el eje, transmitiendo los esfuerzos transversales de dichos componentes al eje.

En una realización, el dispositivo de freno comprende al menos un resorte de compresión situado entre los discos de freno, configurado para ejercer una presión de separación entre dichos discos de freno. Dicho resorte permite mantener siempre separados dichos discos de freno una distancia determinada por el elemento empujador del sistema de impulsión.

En una realización, el dispositivo de freno comprende al menos un elemento guía, fijado a la primera carcasa, orientado en la dirección axial del eje; donde el primer disco de freno comprende un orificio pasante ajustado con holgura a dicho elemento guía; donde el segundo disco de freno comprende un orificio pasante ajustado al elemento guía, el cual, también puede estar ajustado con holgura, sobre todo si el dispositivo de freno comprende una segunda carcasa y un segundo elemento empujador.

En una realización, el dispositivo de freno comprende una junta elástica de amortiguación situada entre cada ajuste de cada elemento guía y cada orificio pasante de los discos de freno. Esta junta elástica puede ser igual a la situada entre el alojamiento de conexión deslizante del disco de ferodos y la guía transmisora.

En una realización, el dispositivo de freno comprende una pluralidad de elementos guías que comprenden, cada uno de ellos, un tornillo guía insertado en un orificio pasante, de una misma pluralidad de orificios pasantes, de cada uno de los discos de freno, donde dichos tornillos guías están configurados para guiar el desplazamiento del primer disco de freno en la dirección axial del eje. Dichos tornillos guía están preferentemente insertados en los orificios pasantes situados en unas orejetas de cada uno de los discos de freno.

En una realización, el dispositivo de freno comprende una pluralidad de resortes de compresión montados, cada uno de ellos, de forma concéntrica, sobre cada tornillo guía, situados dichos resortes de compresión entre el primer y el segundo disco de freno, configurados dichos resortes de compresión para ejercer una presión de separación entre dichos discos de freno.

Los tornillos guía permiten tener limitada la distancia entre la primera carcasa y el segundo disco de freno, o entre las dos carcasas, dependiendo de la realización, al poder roscarse a unas tuercas que fijan los componentes del dispositivo de freno.

En una realización, el elemento empujador del sistema de impulsión axial comprende:

- un pistón configurado para generar una carga de empuje sobre una superficie lateral del primer disco de freno, siendo dicha superficie opuesta a la que genera la fricción con el primer ferodo; donde dicho pistón está configurado para alojarse y desplazarse longitudinalmente, es decir, en la dirección axial, en una cavidad de la primera carcasa en un sentido de empuje y en un sentido de retranqueo, opuesto al de empuje.

En una realización, el sistema de impulsión axial del primer elemento empujador comprende:

- al menos un acceso de fluido, como puede ser un líquido o un gas, situado en la carcasa, configurado dicho acceso para introducir y extraer fluido en la cavidad de dicha carcasa; donde la introducción y extracción de dicho fluido está configurado para desplazar el pistón en la dirección axial;

- una junta de alta presión situada en la cavidad de la primera carcasa, configurada para ejercer una presión transversal sobre una superficie lateral del pistón;

- pudiendo comprender también una junta tórica, paralela a la junta de alta presión, situada también en la cavidad de la carcasa, para evitar pérdidas de presión; donde dicha junta de alta presión está configurada para retranquear el pistón hacia el interior de la cavidad de la primera carcasa, cuando el sistema de impulsión axial se desactiva.

La junta de alta presión está configurada para que se deforme, en su contacto transversal con la superficie del pistón, cuando éste se desplaza en la dirección de empuje, sufriendo una deformación elástica que permite almacenar una energía de deformación, que realiza el desplazamiento de retranqueo cuando el sistema de actuación se desactiva. Es decir, que el retranqueo depende directamente de las propiedades y forma de la junta de alta presión, así como de su deformación. De forma preferente, la junta de alta presión está fabricada en caucho de etileno propileno dieno o EPDM, que consiste en un termopolímero elastómero con una gran resistencia a la abrasión y al desgaste.

De forma preferente, la junta de alta presión está formada por dos juntas concéntricas enfrentadas en la cavidad de la carcasa, las cuales, cada una de ellas tiene de forma aún más preferente una sección con forma de “II”.

Con las juntas (de alta presión y tórica) se garantiza la estanquidad de la cámara que se genera entre la carcasa y el pistón.

En esta realización, el dispositivo de freno puede comprender una pieza de aislamiento térmico situada entre el pistón y el primer disco de freno, o instalada en la parte del disco de freno donde está en contacto con el pistón. De este modo, en caso que se produzca un aumento de la temperatura en el primer disco de freno, dicha pieza aislante permite aislar térmicamente el pistón, que está en contacto con el fluido de la cámara de la carcasa, evitando así posibles problemas de ebullición de dicho fluido, que podría provocar un fallo en el momento de frenar, conocido como “Efecto Fading”.

En una realización, el pistón comprende una forma de anillo cilindrica y los resortes de compresión comprenden una forma cónica; o el pistón comprende una forma de anillo cónico y los resortes de compresión comprenden una forma cilindrica.

En orden de conseguir un adecuado sistema de equilibrio de fuerzas para que durante toda la carrera el sistema de freno esté al máximo de aproximación entre los elementos de fricción, se estiman dos soluciones equivalentes. La primera es la combinación de un pistón con forma de anillo cilindrico junto con unos resortes de compresión con forma cónica, estos elementos durante toda la carrera de desplazamiento axial disponen de una fuerza de resistencia constante, por lo que se consigue un sistema de equilibrio. La segunda es la combinación de un pistón cónico y unos resortes que comprenden una forma cilindrica, estos dos elementos disponen de una fuerza de resistencia creciente linealmente a lo largo de la carrera de éstos, por lo que igualando la pendiente de la fuerza de resistencia de cada elemento conseguimos el equilibrio del sistema. Ambas soluciones garantizan el permanente contacto durante toda la carrera del elemento empujador y el primer disco de freno.

En una realización el sistema de impulsión axial comprende:

- un motor eléctrico fijado a la carcasa, configurado para girar un piñón dentado, comprendido en el elemento empujador, conectado a un eje de dicho motor; donde el pistón comprende una forma de anillo que comprende una rosca en una superficie cilindrica exterior y un dentado en una superficie cilindrica interior, engranada con el piñón; donde la carcasa comprende una rosca interna en la cavidad, roscada dicha rosca interna con la rosca del pistón; donde el motor está configurado para rotar el piñón, trasladando la rotación al pistón, que al rotar, está configurado para enroscarse o desenroscarse de la carcasa, desplazándose axialmente, desplazando el disco de freno.

Dependiendo del par aplicado por el motor eléctrico la fuerza axial será mayor o menor, aumentado o disminuyendo el par de frenada resultante.

Esta configuración permite ajustar de forma exacta el retranqueo en función de la distancia recorrida por el primer elemento empujador, haciendo girar el motor en sentido opuesto al de desplazamiento de empuje, solo lo necesario para dejar la holgura suficiente entre los dos discos de frenos para que los ferodos del disco de ferodos no roce con ninguno de ellos.

Del mismo modo, esta configuración también permite disponer de un freno auxiliar (de mano) incorporado. Ya que, al girar el pistón con un par deseado, se puede generar una fuerza axial que, gracias a la fuerza de resistencia de la rosca del pistón con la cavidad de la carcasa, permite mantener el par mecánico de carga constante, aunque no se disponga de par procedente del motor eléctrico.

En una realización dependiente de esta anterior realización, el dispositivo de freno puede comprender: una tapa exterior fijada rígidamente a un exterior de la carcasa, configurada para sellar la parte exterior de la carcasa; una tapa interior fijada rígidamente a un interior de la carcasa, configurada para sellar la parte interior del pistón; y un guardapolvos elástico que evite la entrada de partículas al sistema engranado del pistón con el piñón.

En una realización, el sistema de impulsión axial del elemento empujador comprende: dos motores eléctricos, fijados a la carcasa; donde el elemento empujador comprende dos presionadores, conectados mediante una unión roscada, cada uno de ellos, a un eje del motor eléctrico, configurados dichos presionadores para empujar el disco de freno, en la dirección de empuje, en la dirección axial, directamente o a través de un pistón situado entre ambos; donde al accionarse los motores eléctricos, la unión roscada de los presionadores transforma el giro del motor en un desplazamiento axial de los presionadores, desplazándolos en dicha dirección axial.

Del mismo modo que con la realización de un motor, con esta realización de dos motores es posible ajustar el retranqueo a la distancia mínima y suficiente para que el disco de ferodos pueda girar sin rozamientos residuales.

En una realización, el dispositivo de freno comprende un esqueleto turboventilador que comprende una forma cilindrica hueca y una pluralidad de álabes, separadas por cavidades, dispuestas dichas álabes en una superficie lateral del turboventilador, donde dicho turboventilador está dispuesto envolviendo los discos de freno y el disco de ferodos concéntricamente, está conectado al eje giratorio, y está configurado para girar, sobre sí mismo, respecto de la primera carcasa, generando una ventilación forzada en el dispositivo de freno.

Este esqueleto turboventilador también podría ser adecuado para utilizarse en otros dispositivos de freno que no tengan porqué comprender todas las características esenciales del descrito anteriormente ya que puede proporcionar una ventilación que refrigere los componentes susceptibles a calentarse con el rozamiento.

Descripción de las figuras

Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de dibujos en dónde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: • La figura 1A muestra una vista en perspectiva de un disco de freno, pudiendo ser el primero o el segundo ya que ambos pueden ser ¡guales, que comprende una forma de corona, con un orificio central pasante de disco que comprende la dirección axial y una sección exterior de fricción maciza.

• La figura 1 B muestra una vista en perspectiva de un disco de freno que comprende una forma de corona, con un orificio central pasante de disco que comprende la dirección axial y una sección exterior de fricción que comprende una pluralidad de canalizaciones internas, abiertas radialmente, configuradas para el paso de un fluido por el interior del disco de freno, para refrigerarlo.

• La figura 1C muestra una vista en perspectiva de un disco de freno como el mostrado en la figura 1A, que comprende una pluralidad de aletas de freno de disipación térmica, situadas en un perímetro exterior de dicho disco de freno, dispuestas en una dirección radial.

• La figura 1 D muestra una vista en perspectiva de un disco de freno como el mostrado en la figura 1 B, con una pluralidad de aletas como las del disco mostrado en la figura 1C.

• La figura 2 muestra una perspectiva de un disco de ferodos, que tiene cuatro ferodos a cada lado del disco soporte, junto a un disco de freno que está conectado a cuatro tornillos guía que están ensamblados, cada uno de ellos a un resorte de compresión.

• Las figuras 3A y 3B muestran dos perspectivas opuestas de un dispositivo de freno que comprende una estructura filtrante dispuesta de forma concéntrica cubriendo el disco de ferodos, donde el sistema de impulsión axial comprende un acceso de fluido en la carcasa.

• La figura 4 muestra una perspectiva explosionada de un dispositivo de freno mostrado en las figuras 3A-3B, donde se puede apreciar los componentes de dicho dispositivo a excepción del pistón y de la junta de alta presión que se encuentran en la cavidad de la carcasa.

• Las figuras 5A y 5B muestran dos perspectivas opuestas de un dispositivo de freno que comprende una estructura filtrante que consiste en un armazón con forma cilindrica, dispuesta cubriendo el primer y el segundo disco de freno donde el sistema de impulsión axial comprende dos motores eléctricos fijados a la primera carcasa, conectados, cada uno de ellos, a un presionador.

• La figura 6 muestra una perspectiva explosionada de un dispositivo de freno mostrado en las figuras 5A-5B, donde se puede apreciar los componentes de dicho dispositivo.

• Las figuras 7A y 7B muestran dos perspectivas opuestas de un dispositivo de freno que comprende una estructura filtrante cubriendo el disco de ferodos y un turboventilador que comprende una forma cilindrica hueca y se encuentra cubriendo los discos de freno y de ferodos, donde el sistema de impulsión axial comprende un motor eléctrico fijado a la primera carcasa.

• La figura 8 muestra una perspectiva explosionada de un dispositivo de freno mostrado en las figuras 7A-7B, donde se puede apreciar los componentes de dicho dispositivo como el pistón y la carcasa roscados.

• La figura 9 muestra una vista interrumpida de una carcasa con un sistema de impulsión mediante un fluido, pudiendo apreciar el acceso de un fluido así como la junta de alta presión rodeando el pistón.

• Las figuras 10A-10C muestra una vista esquemática del desplazamiento de un pistón, en la cavidad de una carcasa, mediante un sistema de impulsión que comprende un acceso de un fluido.

A continuación, se facilita un listado de las referencias numéricas empleadas en las figuras representadas:

(1) Soporte guía

(2) Guía transmisora

(3) Primera carcasa

(4) Junta tórica

(13, 17, 18) Primer elemento empujador

(5) Disco de ferodos

(51) Disco soporte

(52) Primer ferodo

(53) Segundo ferodo

(54) Alojamiento de conexión deslizante

(55) Aletas de ferodos

(56) Huecos canalizados

(6) Primer disco de freno

(61) Sección exterior de fricción de primer disco de freno

(62) Canalización interna de primer disco de freno (63) Aletas de freno de primer disco de freno

(64) Orificio pasante de primer disco de freno

(7) Segundo disco de freno

(71) Sección exterior de fricción de segundo disco de freno

(72) Canalización interna de segundo disco de freno

(73) Aletas de freno de segundo disco de freno

(74) Orificio pasante de segundo disco de freno

(8) Junta elástica de amortiguación

(9) Estructura filtrante

(10) Cojinete

(11) Resorte de compresión

(12) Elemento guía

(13) Pistón

(14) Acceso de fluido

(15) Junta de alta presión

(16) Motor eléctrico

(17) Piñón

(18) Presionadores

(19) Esqueleto turboventilador

(191) Alabes de turboventilador

(20) Buje

Descripción preferente de la invención

Como se puede observar en las figuras, especialmente en las figuras 3, 5 y 7, así como en los explosionados 4, 6 y 8, la invención consiste en un dispositivo de freno en el que el elemento que gira de forma solidaria al eje a frenar (al estar configurado para acoplarse a él) es el disco ferodos (5), mientras que el primer (6) y el segundo disco de freno (7), que están situados a ambos lados del disco de ferodos (5), no comprenden una rotación solidaria al eje, como es habitual en la mayoría de los sistemas de frenado existentes en el mercado, sino que disponen de una conexión flotante respecto del eje, que permite su desplazamiento axial.

En las figuras 1A-1 D se muestran una perspectiva de diferentes realizaciones que pueden tener el primer (6) y el segundo disco de freno (7), de tal forma que en todas las figuras se muestra un disco de freno (6, 7) con forma de corona circular, que comprende una zona o sección exterior de fricción (61 , 71) que puede ser maciza, como se muestra en la figuras 1A y 1C, o comprender una pluralidad de canalizaciones internas (62, 72) abiertas y dispuestas radialmente, como se muestra en la figura 1 B y 1D. Del mismo modo, en las figuras 1C y 1D se muestra que los discos de freno (6, 7) pueden comprender una pluralidad de aletas, llamadas aletas de freno (63, 73) al estar situadas en el disco de freno (6, 7), las cuales pueden formar parte de una misma pieza de fundición que el resto del disco o pueden estar fijadas mediante medios mecánicos como tornillos, pasadores, o soldaduras. Estos discos de freno (6, 7) también disponen de cuatro orejetas de fijación, distribuidas de forma regular, en el perímetro exterior, que comprenden, cada una de ellas un orificio pasante de primer (64) y de segundo disco (74), teniendo dicho orificio una dirección axial.

En la figura 2, se puede observar cual sería la conexión de un primer disco de freno (6) con un disco de ferodos (5). Dicho disco de ferodos (5) se sitúa entre los dos discos de freno (6, 7), y al igual que éstos, comprende un agujero pasante circular en el centro, el cual permite situar el eje o buje (20) al cual puede conectarse.

El disco de ferodos (5), mostrado en la figura 2, comprende un disco soporte (51) que comprende un área exterior, donde, en la primera y en la segunda superficie de dicho disco soporte (51), están fijados rígida y respectivamente, cuatro primeros ferodos (52) y cuatro segundos ferodos (53), distribuidos de forma regular, de modo que los cuatro primeros ferodos (52) se encuentran en contacto con el primer disco de freno (6).

En una parte central del disco soporte (51) el disco de ferodos (5) comprende tres alojamientos de conexión deslizante (54) pasantes, distribuidos de forma regular, que comprenden una dirección axial, y están configurados para ensamblarse de forma ajustada, con holgura o juego, respectivamente, con tres guías transmisoras (2) del soporte guía (1). Para asegurar que dicho ajuste es el adecuado y evitar vibraciones o frecuencias indeseadas en el funcionamiento del dispositivo de freno, entre cada ajuste de dichos alojamientos de conexión deslizante (54) con las guías transmisoras (2) se sitúa una junta elástica de amortiguación (8). De este modo, el giro de un eje conectado al soporte guía (1) es compartido por el disco de ferodos (5), pero dicho disco de ferodos (5) puede desplazarse en la dirección axial del eje, independientemente del desplazamiento de dicho eje. Dado que el disco soporte (51) puede calentarse debido al rozamiento de los ferodos (52, 53) con los discos de freno (6, 7), el disco de ferodos (5) comprende una pluralidad de aletas de ferodos (55) de disipación térmica, situadas en el perímetro del agujero pasante circular del centro. Estas aletas de de ferodos (55), no solo actúan disipando el calor acumulado, ya que, al girar el disco de ferodos (5), al acoplarse al eje, generan una corriente forzada que puede ventilar todo el dispositivo de freno.

Como se puede observar en la figura 2, entre cada ferodo de los primeros (52) o segundos ferodos (53) existe un hueco canalizado (56), que puede ser más grande o pequeño, dependiendo del tamaño y cantidad de ferodos comprendidos en el disco. Dichos huecos canalizados (56) están especialmente diseñados para dirigir las partículas generadas en el desgaste de los ferodos (52, 53), por el rozamiento con los discos de freno (6, 7), hacia un exterior radial, donde se puede situar una estructura filtrante (9) concéntrica al disco de ferodos (5), entre el primer (6) y el segundo disco de freno (7), como se muestra en las figuras 4 y 8, o cubriendo ambos discos de freno (6, 7), como se muestra en las figuras 5A y 5B.

El funcionamiento del dispositivo de freno, además de los elementos mencionados, también requiere de una primera carcasa (3) que puede conectarse a un bastidor rígidamente, ya que no se desplaza respecto del eje, situada dicha primera carcasa (3) junto al primer disco de freno (6), en el lado opuesto en el que se sitúa el disco de ferodos (5), la cual, al igual que los discos de freno (6, 7) puede apoyarse en un cojinete (10), conectable al eje, con el fin de poder transmitirle las cargas transversales; y un primer elemento empujador (13, 17, 18) desplazadle, en la dirección axial, respecto de la primera carcasa (3), mediante un sistema de impulsión, situado entre la primera carcasa (3) y el primer disco de freno (6).

Este sistema de impulsión del dispositivo, está configurado para desplazar axialmente, en una dirección de empuje hacia los primeros ferodos (52), el primer elemento empujador (13, 17, 18), el cual se encuentra siempre en contacto con el primer disco de freno (6), desplazándolo en dicha dirección, contactando con el primer ferodo (52) del disco de ferodos (5). Este empuje (5) también genera un desplazamiento axial en dicho disco de ferodos (5), al estar conectado a las guías transmisoras (2) de forma flotante, en la misma dirección, hasta contactar los segundos ferodos (53) con el segundo disco de freno (7), de modo que el apriete generado de los ferodos (52, 53) con los discos de freno (6, 7) provoca un rozamiento que conlleva la frenada del eje.

Los discos de freno (6, 7) están acoplados a través de los orificios pasantes (64, 74) sobre unos elementos guía (12), también dispuestos en la dirección axial, para poder desplazarse axialmente respecto del eje y de la primer carcasa (3), de forma flotante.

Estos elementos guía (12) comprenden cada uno de ellos un tornillo guía roscado a una tuerca, y además de fijar el recorrido axial de los discos de freno (6, 7), también permiten delimitar la longitud de su desplazamiento, desde la cabeza de dicho tornillo a la tuerca a la que se encuentra roscado.

Como se puede apreciar en las figuras 4 y 8, los acoples de cada elemento guía (12) con los orificios pasantes (64, 74) comprenden una junta elástica de amortiguación (8) que facilita el deslizamiento, amortiguan las posibles vibraciones generadas, así como evitan que las posibles dilataciones térmicas puedan afectar al funcionamiento del dispositivo.

Para que los discos de freno (6, 7) se encuentren separados lo suficiente para no contactar con los ferodos (52, 53), salvo cuando son empujados por el primer elemento empujador (13, 17, 18), el dispositivo de freno comprende unos resortes de compresión situados sobre los elementos guía (12), los cuales generan un esfuerzo de compresión controlado dirigido a separar dichos discos (6, 7) lo máximo posible permitido por los tornillos, tuercas y el elemento empujador..

Una de las principales novedades del dispositivo de freno reivindicado es que el sistema de impulsión está configurado para que el desplazamiento en sentido inverso al de empuje, por parte del primer elemento empujador (13, 17, 18), cuando se desea dejar de ejercer el freno, sea el mínimo necesario y suficiente para permitir el giro del disco de ferodos (5), solidario al eje, sin que existan rozamiento residuales con los discos de freno (6, 7). De este modo, se reduce al mínimo la distancia que debe recorrer de nuevo los discos de freno (6, 7) hacia los ferodos (52, 53) para realizar un nuevo frenado. Es decir, reducir el tiempo de frenada conocido como “Time to lock” (TTL), ya que el desplazamiento en sentido opuesto al de empuje consiste en un retranqueo del primer elemento empujador (13, 17, 18). Esta configuración permite que el tiempo de frenada sea menor, de modo que, incluso desgastándose los ferodos (52, 53), la distancia a recorrer por los discos de freno (6, 7) sea siempre la mínima, y es debida a que los discos de freno (6, 7) así como el disco de ferodos (5) están montados de forma flotante.

El retranqueo del primer elemento empujador (13, 17, 18) generado por el sistema de impulsión puede ser debido a tres realizaciones mostradas en las figuras explosionadas 4, 6 y 8.

En la realización de la figura 4, también mostrada en las figuras 3A-3B, la primera carcasa (3) comprende una cavidad con forma de anillo cilindrico donde se encuentra situado un pistón (13). Al introducir un fluido, líquido o gas, en dicha cavidad, se produce un desplazamiento en la dirección axial de dicho pistón (13) (no visible en la figura 4) el cual desplaza el primer disco de freno (6) hacia el disco de ferodos (5), generando un primer rozamiento. Dicho desplazamiento continua hasta desplazar el disco de ferodos (5) contra el segundo disco de freno (7), donde se genera un apriete entre los dos ferodos (52, 53) con los dos discos de freno (6, 7).

Cuando se desea dejar de frenar, se deja de introducir el fluido en la cavidad de la primera carcasa (3), y es una junta de alta presión (15) la que realiza el desplazamiento del retranqueo, hacia el interior de dicha cavidad.

Esta junta de alta presión (15) se muestra en la figura 9 y preferiblemente consiste en dos juntas o gomas de caucho de etileno propileno dieno o EPDM, con una sección con forma de “II”, fijadas a cada lateral de la cavidad interna, dispuestas concéntricamente al pistón.

Como se puede apreciar por las figuras esquemáticas 10A-10C, al deformase elásticamente dicha junta (15) en el desplazamiento axial, en la dirección de empuje, se almacena una energía de deformación que realiza el retranqueo del pistón (13), cuando se deja de ejercer la fuerza de empuje. De este modo, el desplazamiento del retranqueo será siempre el mismo; el mínimo necesario para que el disco de ferodos (5) pueda girar sin rozamientos con los discos de freno (6, 7), lo cual es especialmente adecuado para evitar un robo de energía cuando no se desea frenar. Del mismo modo, se evita que el desgaste de los ferodos (52, 53) provoque un tiempo de frenado más largo debido a la mayor carrera a desplazar por el empujador.

En las realizaciones mostradas en las figuras 5-8, el desplazamiento del primer elemento empujador (13, 17, 18) en la dirección axial ya no es hidráulico o neumático, sino eléctrico.

De esta forma, en la realización mostrada en las figuras 5A-5B y 6, el sistema de impulsión comprende dos motores eléctricos (16) fijados a la primera carcasa (3), conectados, mediante una rosca configurada para convertir el giro en un desplazamiento longitudinal, cada uno de ellos, con un presionador (18) desplazadle axialmente, que puede presionar directamente al primer disco de freno (6) o a un pistón (13) situado entre ellos.

De este modo, estos dos motores eléctricos (16) permiten desplazar de forma alineada el primer disco de freno (6), al estar enfrentados diametralmente, hacia el disco de ferodos (5), de la misma manera que con la realización del fluido. Para realizar el retranqueo, es suficiente que los motores eléctricos (16) se desplacen en sentido opuesto al de empuje, una mínima rotación para generar una holgura suficiente entre los discos de freno (6, 7) y el disco de ferodo (5) para que éste pueda rotar sin rozamientos residuales.

La realización recogida en las figuras 7A-7B y en la 8, el dispositivo de freno comprende únicamente un motor eléctrico (16) que salva las posibles desajustes o excentricidades del primer disco de freno (6), en su desplazamiento axial, con un sistema engranado.

De este modo, dicha realización comprende un piñón (17) conectado a un eje del motor eléctrico (16), engranado con un dentado interior del pistón (13), el cual comprende una rosca en una superficie exterior, roscada con una rosca de la cavidad interna de la primera carcasa (3). El funcionamiento de esta realización consiste en que el motor eléctrico (16) gira el piñón (17), que a su ver transmite el movimiento de giro al pistón (13), transformado dicho giro en un desplazamiento axial.

Por lo tanto, el motor eléctrico (16) puede desplazar axialmente el pistón (13) en cualquiera de los sentidos de la dirección axial, ya sea para realizar el empuje que genere el frenado o para realizar el retranqueo.

En esta realización se muestra también un esqueleto turboventilador (19) conectable al eje a través del buje (20), el cual puede girar sobre sí mismo, generando una corriente exterior a los discos de freno (6, 7) y al disco de ferodos (5), debido a una pluralidad de álabes (191), situados en una superficie cilindrica de dicho turboventilador (19), que permite refrigerar los componentes del dispositivo susceptibles a sobrecalentarse, aprovechando el giro del eje.