SISTEMA DE FRENO QUE NO GENERA RESIDUOS CONTAMINANTES UTILIZADO EN EL SECTOR DE LA AUTOMOCIÓN

Sector técnico de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de freno con aplicación en el sector de la automoción, que no genera residuos contaminantes. El sistema de freno es de accionamiento eléctrico y en el que se produce el efecto de frenado sobre un eje de giro.

El sistema de freno también es aplicable a frenos de trenes, frenos de aerogeneradores y frenos de maquinaria.

Antecedentes de la invención

En los sistemas de frenos actuales, es conocido el uso de la tecnología hidráulica cuando se requiere ejercer una gran fuerza dentro de un espacio reducido, como en el sector de la automoción. Si bien el control de estos frenos actualmente es electrónico, su rendimiento está condicionado totalmente por la parte hidráulica, que sigue resultando poco precisa, sucia, lenta y costosa.

Además, los actuales frenos eléctricos y/o regenerativos por sí solos no contemplan todas las situaciones de frenada ni tienen una potencia de freno suficiente para responder satisfactoriamente ante una situación imprevista que siempre va a existir. Por este motivo, en todos los vehículos eléctricos se continúa instalando sistemas convencionales hidráulicos de fricción basados en discos-pinzas-pastillas de freno para prever esta eventualidad.

Por otra parte, debido al desgaste de materiales en pastillas de freno o zapatas, los actuales sistemas de freno para la automoción necesitan de sistemas mecánicos o hidráulicos que vayan acercando estos componentes al disco o al tambor a medida que se van desgastando, para intentar que no varíen los parámetros de frenada durante su vida útil hasta su remplazo. Otro factor a tener en cuenta, además del mantenimiento y reemplazo periódico por desgaste de materiales, es el calentamiento que se produce y la contaminación que generan los sistemas actuales de frenada tanto en automoción, aviación y ferroviario, como en maquinaria. Las pastillas de freno tras su uso suponen residuos altamente contaminantes, así como lo son las partículas de la abrasión de las pastillas de freno que se liberan al exterior o las fugas de aceite hidráulico que pueden ir a parar a las pastillas debido a fugas fortuitas en el sistema.

Así pues, sería deseable proporcionar un sistema de freno de accionamiento eléctrico pero que no dependiera de un freno por bombeo ni por ello de un accionamiento hidráulico, que representara una reducción del calentamiento de otros componentes del sistema de freno y una reducción de la contaminación.

Explicación de la invención

Con objeto de aportar una solución a los objetivos planteados, se da a conocer un sistema de freno para el sector de la automoción, de accionamiento eléctrico y en el que se produce el efecto de frenado sobre un eje de giro.

En esencia, el sistema de freno está caracterizado por que comprende:

- al menos un émbolo accionado por un respectivo actuador lineal eléctrico por el que el émbolo es desplazable cierta distancia avanzando y retrocediendo entre una posición recogida de liberación y una posición final extendida de frenada;

- una carcasa provista de un orificio central pasante rodeado de una pared interior de la carcasa, adaptado para su acoplamiento solidario al eje de giro, configurando las paredes de la carcasa una cavidad cerrada lateralmente por una tapa que se extiende en una dirección perpendicular al eje de giro y provista de un orificio para el paso a su través del eje de giro pero sin acoplamiento solidario al mismo, estando la tapa provista al menos de una abertura en la que está encajado el al menos un émbolo cerrando dicha abertura, y teniendo el al menos un émbolo la capacidad de desplazarse avanzando hacia el interior de la cavidad cerrada y retrocediendo, estando acoplado fijamente a la tapa el al menos un actuador eléctrico que acciona el al menos un émbolo, - un relleno, dispuesto ocupando la totalidad de la cavidad cerrada formada por la carcasa, la tapa y el al menos un émbolo, con la capacidad de girar solidariamente con la carcasa, consistente en una dispersión o amalgama formada por una combinación de un producto pulverulento o granular, de un tamaño de partícula comprendido entre 100 y 20 pm, con un agente lubricante presente entre un 1 % y un 25 % en peso respecto de la dispersión o amalgama; de modo que en una posición no operativa del sistema de freno, el eje de giro es susceptible de girar estando el al menos un émbolo en una posición recogida de liberación y en la que la superficie frontal, orientada hacia la cavidad cerrada, del al menos un émbolo está enrasada con la superficie interior de la tapa orientada hacia la cavidad cerrada, y en una posición operativa de freno progresivo del sistema de freno, el al menos un émbolo pasa a posiciones extendidas de frenada en las que la superficie frontal del al menos un émbolo se va adentrando progresivamente en el relleno de la cavidad cerrada, desplazando el relleno hasta comprimirlo en una posición final extendida de frenada, desplazándose el relleno ocupando el espacio dejado por el al menos un émbolo en su retroceso al volver a la posición no operativa, manteniéndose cerrada en todo momento la cavidad por el al menos un émbolo en cualquiera de las posiciones.

Según otra característica del sistema de freno de la invención, el al menos un émbolo es desplazable desde la posición recogida de liberación hasta la posición final extendida de frenada según una dirección paralela a la dirección axial del orificio central pasante de la carcasa.

Conforme a una realización preferida de la invención, el sistema de freno comprende al menos dos émbolos, accionados cada uno por un respectivo actuador lineal eléctrico, encajados en respectivas aberturas de la tapa.

Preferiblemente, la carcasa tiene forma de disco o de tambor cilindrico y la dureza de su material es mayor que la dureza del producto pulverulento o granular de la dispersión o amalgama encerrada en su cavidad, evitando así que el producto pulverulento o granular dañe la carcasa al desplazarse y comprimirse el relleno cuando el o los émbolos se adentran en la cavidad, y al desplazarse el relleno para ocupar el espacio dejado por el retroceso del émbolo o de los émbolos cuando vuelven a la posición no operativa, al dejar de frenar. Conviene mencionar que el producto pulverulento granular tiene un tamaño tal que los esfuerzos a los que es sometido en la cavidad prácticamente no lo pueden reducir más, es decir, permanece con su tamaño inicial de partícula sin que le afecte la rotación alrededor del eje de giro ni la acción del émbolo o émbolos.

De esta manera el sistema de freno de la invención actúa progresivamente por la resistencia al giro que opone la entrada de uno o varios émbolos accionados por actuadores lineales eléctricos de motor paso a paso, contra la materia del relleno constituida por la suspensión o amalgama encerrada en la cavidad, que rota siempre solidariamente dentro de la carcasa. Esta resistencia al giro sería comparable con el ejemplo doméstico de una amasadora en la que el recipiente lleno de masa fuera el que rotara y en un momento dado se introdujeran en la masa giratoria unas varillas o palas, lo que provocaría la ralentización del giro de la masa y con ello la ralentización de la rotación del recipiente hasta poder llegar a pararlo.

Al requerir este sistema de freno una baja fuerza de entrada y salida del o de los émbolos, el accionamiento se realiza mediante accionadores lineales eléctricos de motor paso a paso Así, la totalidad del sistema de frenado de un vehículo que comprende el sistema de freno objeto de la invención está regulado y accionado electrónicamente (sin instalación hidráulica de ningún tipo) con las ventajas que ello comporta en rapidez y fiabilidad. Su tiempo de respuesta puede llegar a 1 milisegundo, resultado muy satisfactorio en comparación con los sistemas ABS (sistema de frenos antibloqueo) más evolucionados, que están en el orden de 1 décima de segundo. Por ejemplo, un vehículo circulando a 120 km/h que tuviera que emplear un sistema ABS hidráulico actual, tendría una cadencia cada 3,33 m recorridos, mientras que con el sistema de freno objeto de la invención esta distancia quedaría reducida a 0,033 m.

Aunque una mínima fricción es siempre inevitable, el sistema de freno objeto de la invención no frena por fricción, sino por la actuación estática contra la rotación del relleno consistente en la dispersión o amalgama formada por el producto pulverulento o granular con el agente lubricante, un relleno de naturaleza más bien viscosa, encerrado en la carcasa por una tapa cuyas aberturas están siempre cerradas o taponadas por los émbolos encajados en las mismas. Al ser un sistema en el que el relleno permanece completamente encerrado en la cavidad, carece por completo de emisiones medio ambientales, por lo que se puede afirmar que es un sistema no contaminante, ya que no hay fricción que genere polvos o partículas contaminantes liberadas al exterior.

Además, en el proceso de frenado conforme al sistema de freno de la invención no se genera calor, ya que la aplicación de un esfuerzo que conlleva en su mayor parte una deformación elástica es directamente proporcional al esfuerzo sin generar calor.

Por otra parte, también el sistema de freno de la invención resuelve el problema de la escasa precisión y lentitud de los sistemas de freno principal en los sectores de automoción, aviación y ferroviario, que actualmente son accionados hidráulicamente o bien por aire comprimido. Así, el sistema de freno de la invención puede formar parte de un freno de tren, de un freno de un aerogenerador y de un freno de maquinaria (por ejemplo, un freno que se activa para el paro de emergencia de una máquina potente, para frenar el giro del eje de la máquina que sigue girando por inercia cuando ya se ha desconectado eléctricamente su motor).

Al contrario de los sistemas actuales, el sistema de frenado objeto de la invención no tiene prácticamente desgaste ni mantenimiento, siendo posible un funcionamiento de por vida. Además de tener un valor de desgaste inapreciable durante la vida útil del vehículo, no necesita sistemas de aproximación por desgaste de materiales, lo que supone otra ventaja más en comparación con los sistemas de freno actuales.

De acuerdo con otra característica de la invención, el producto pulverulento o granular de la dispersión o amalgama es un polvo de metal, un polvo de mineral, un polvo cerámico o una mezcla de los mismos. Preferiblemente, el producto pulverulento o granular está formado en su mayoría por uno o más de los componentes del grupo formado por polvo de hierro, polvo de titanio, polvo de aluminio, polvo de nitruro de boro hexagonal (h-BN), polvo de grafito prensado y polvo cerámico. Preferiblemente el producto pulverulento o granular de la dispersión o amalgama tiene un tamaño de partícula comprendido entre 45 y 50 pm.

En cuanto al agente lubricante de la dispersión o amalgama, según una primera realización preferida, se trata de un aceite o grasa de perfluoropoliéter (PFPE) presente preferiblemente entre un 2 % y un 8 %, más preferiblemente entre un 5 % y un 7 %, y más preferiblemente en un 6 %, en peso respecto de la dispersión o amalgama. Opcionalmente, el agente lubricante de la dispersión o amalgama puede incluir además polvo de grafito.

Un ejemplo de aceite de perfluoropoliéter (PFPE) es el aceite perfluorado en el que la cadena de polímero está completamente saturada y contiene solo carbono, oxígeno y flúor, conocido comercialmente como Krytox® 107 GPL, un producto de DuPont™. Este aceite tiene una densidad de 1 ,78 g/cm ³ a 100 °C y de 1,95 g/ cm ³ a 0 °C, una viscosidad de 144 (ASTM D2270), una viscosidad cinemática a temperatura ambiente (20 °C) de 1600 cSt (ASTM D445), una viscosidad cinemática de 440 cSt a 40 °C (ASTM D445), de 42,0 cSt a 100 °C (ASTM D445) y de 3,0 cSt a elevada temperatura (260 °C, ASTM D445). El coeficiente de fricción es de 0,0800 (ensayo de desgaste de 4 bolas; 1200 r. p. m/60 min; ASTM D4172). El rango de temperatura útil estimado es de -30 °C a 288 °C, por lo que es estable en diversas condiciones y campos de aplicación. Además de su gran estabilidad, otras ventajas son que no es inflamable, es reciclable, es inerte y no tiene grupos acétales.

Por otra parte, conforme a una segunda realización preferida, el agente lubricante de la dispersión o amalgama es un fluido, aceite o grasa de polidimetilsiloxano (PDMS), presente entre un 15 % y un 25 %, preferiblemente en un 20 %, en peso respecto de la dispersión o amalgama. Un ejemplo de este agente lubricante es el fluido de dimetilpolisiloxano conocido comercialmente como POLISIL M-50. Este fluido tiene una densidad de 0,96 g/cm ³ a 25 °C, una viscosidad a 25 °C de 50 mm ² /seg (C.S.P), un coeficiente de viscosidad temperatura de 0,59 y una tensión superficial a 25 °C de 20,7 dinas/cm. Su punto de solidificación es de -50 °C, su punto de inflamación de 280 °C y su punto de combustión de 350 °C. Entre sus ventajas figuran una excelente estabilidad a temperaturas elevadas, poca variación de la viscosidad en función de la temperatura, el ser químicamente inerte frente a la mayoría de agentes químicos, una baja tensión superficial, inmiscible con la mayoría de materias orgánicas y una elevada compresibilidad. Opcionalmente, el agente lubricante de la dispersión o amalgama puede incluir además polvo de grafito.

Para asegurar que el relleno consistente en la dispersión o amalgama gire siempre de manera solidaria con la carcasa, la carcasa puede estar provista internamente de unos elementos de arrastre dispuestos en una o más de las paredes internas que conforman la cavidad y que se extienden dentro de la misma, por ejemplo, unos salientes, unas varillas o unos radios metálicos soldados en las paredes internas que configuran la cavidad, pero cuya disposición no impide ni interfiere en el desplazamiento del émbolo o émbolos.

Por último se considera oportuno describir brevemente otra realización del sistema de freno objeto de la invención especialmente ventajosa para asegurar que el producto pulverulento o granular no estará prácticamente presente en dispersión, o lo estará en una proporción muy reducida, en las superficies frontales de los émbolos y las partes de los émbolos que entran en contacto con el relleno de la cavidad de la carcasa, es decir, que estas partes de los émbolos estarán prácticamente cubiertas o impregnadas solo o en gran medida por el agente lubricante de la dispersión o amalgama. Esto se consigue cuando la carcasa está hecha de un material magnético, o de un material que se puede imantar o está provista de ¡manes permanentes, a diferencia de la tapa y de los émbolos, y cuando el producto pulverulento o granular de la dispersión o amalgama está formado en su mayor parte por polvo de hierro y/o de ferrita. De esta manera, por la atracción magnética a la que estará sometido, el polvo de hierro irá a ocupar dentro de la dispersión o amalgama que llena la cavidad, posiciones más próximas a las paredes de la carcasa, en detrimento de posiciones cercanas a los émbolos y a la tapa.

Breve descripción de los dibujos En los dibujos adjuntos se ¡lustra, a título de ejemplo no limitativo, un modo de realización preferido del sistema de freno objeto de la invención. En dichos dibujos: la Fig. 1 es una vista en corte longitudinal (a excepción del eje de giro y del buje) del sistema de freno objeto de la invención montado en un eje de giro de una rueda, en una posición no operativa, en la que el eje de giro gira en una situación de liberación total, en la que los émbolos están en una posición recogida de liberación; y la Fig. 2 es una vista en sección transversal del sistema de freno de la Fig. 1 pero en una posición operativa de freno progresivo del eje de giro, en la que los émbolos están en una posición extendida de frenada.

Descripción detallada de los dibujos

Las Figs. 1 y 2 muestran un sistema de freno 100 para el sector de la automoción, de accionamiento eléctrico y en el que se produce el efecto de frenado sobre un eje de giro 1 , por ejemplo, un palier como el representado en las figuras. Cabe destacar que el mismo sistema de freno 100 también es aplicable a un freno de trenes, a un freno de un aerogenerador y a un freno de maquinaria, en la que el efecto de frenado se produce igualmente sobre un eje de giro 1.

Se aprecia que el sistema de freno 100 comprende dos émbolos 4 accionados por respectivos actuadores lineales eléctricos 3 por los que los émbolos 4 son desplazables cierta distancia pudiendo avanzar desde una posición de recogida (Fig. 1) hasta una posición final extendida de frenada (Fig. 2), y retroceder desde la posición final extendida de frenada hasta la posición de recogida.

El sistema de freno 100 también comprende una carcasa 6, que junto con una tapa 5 de cierre lateral, adquiere una configuración de disco o un tambor preferiblemente metálico. La carcasa 6 está provista de un orificio central pasante rodeado de una pared interior 61 de la carcasa 6, adaptado para su acoplamiento solidario al eje de giro 1 , con el que gira solidariamente. Las paredes de la carcasa 6 forman una cavidad en su interior cerrada lateralmente por la tapa 5 que se extiende en una dirección perpendicular al eje de giro 1. Es muy relevante el hecho de que dicha cavidad está ocupada por un relleno consistente en una dispersión 7 o amalgama formada por una combinación de un producto pulverulento o granular, de un tamaño de partícula comprendido entre 100 y 20 pm, con un agente lubricante presente entre un 1 % y un 25 % en peso respecto de la dispersión 7 o amalgama.

La tapa 5 que cierra la cavidad de la carcasa 6 también tiene un orificio 51 central para el paso a su través del eje de giro 1, aunque en esta ocasión la tapa 5 no gira solidariamente con el eje de giro 1. En el ejemplo representado en las figuras, la tapa 5 está provista de dos aberturas y en cada una está encajado un émbolo 4, cerrando completamente la cavidad cerrada que forman la carcasa 6, la tapa 5 y los émbolos 4.

Los actuadores lineales eléctricos 3 están fijados en la tapa 5 que cierra lateralmente la carcasa 6. La tapa 5 por su parte está fijada a la mangueta 9 del automóvil por lo que es un componente estático dentro del automóvil, es decir, la tapa no gira con el eje de giro 1 , al contrario que la carcasa 6 y el relleno que ocupa la cavidad.

Para reforzar que el relleno consistente en una dispersión 7 o amalgama gire siempre de manera solidaria con la carcasa 6, la carcasa 6 puede estar provista internamente de unos elementos de arrastre para reforzar el giro solidario dispuestos en una o más de las paredes internas que conforman la cavidad y que se extienden dentro de la misma, por ejemplo, unos salientes, unas varillas o unos radios metálicos soldados en las paredes internas que configuran la cavidad, pero cuya disposición no impide ni interfieren en el desplazamiento de los émbolos 4. Estos elementos de refuerzo no se han representado en las figuras, y su presencia depende de la consistencia del relleno y de la potencia de giro necesaria para el freno del eje de giro 1.

Otros elementos representados en las figuras son el buje 2, unido en su parte externa a la mangueta 9 del vehículo, permitiendo mediante rodamientos internos el giro del eje de giro 1 ; los tornillos 8 para fijar la llanta del neumático del vehículo; y el retén 10, preferiblemente fabricado con un casco metálico exterior y con un labio de estanqueidad en politetraflouroetileno (PTFE).

Así, en el sistema de freno 100, las partes rotacionales, es decir, que giran con el eje de giro 1 son la carcasa 6, el relleno a base de la dispersión 7 o amalgama, y los tornillos 8. En cambio, las partes fijas son el buje, los actuadores lineales eléctricos 3, la tapa 5, la mangueta y el retén 10. Los émbolos 4 se desplazan con respecto de la superficie interior de la tapa 5 en una dirección paralela a la dirección en la que se extiende el eje de giro 1 , introduciéndose y retirándose del relleno a base de la dispersión 7 o amalgama que gira junto con la carcasa 6 y el eje de giro 1.

Los elementos que conforman el sistema de freno 100 están dispuestos de modo que, en una posición no operativa del freno, el eje de giro 1 gira estando los émbolos 4 en una posición recogida de liberación y en la que las superficies frontales de los émbolos 4 (las superficies orientadas hacia la cavidad cerrada) están enrasadas con la superficie interior de la tapa 5 (la superficie orientada hacia la cavidad cerrada), como se muestra en la Fig. 1.

Cuando se quiera frenar, se pulsará el pedal de freno (o se accionará un elemento similar), lo que causará el accionamiento de los actuadores lineales eléctricos 3 para que produzcan el desplazamiento de los émbolos 4, pasando a posiciones extendidas de frenada en las que las superficies frontales de los émbolos 4 se adentrarán progresivamente en el relleno de la cavidad cerrada, desplazando el relleno hasta comprimirlo en una posición final extendida de frenada representada en la Fig. 2. Cuando se deje de frenar, por ejemplo, quitando el pie del pedal de freno, los actuadores lineales eléctricos 3 harán que los émbolos 4 vuelvan de manera instantánea a la posición no operativa (Fig. 1), y con el retroceso de los émbolos 4 el relleno irá ocupando el espacio de la cavidad dejado por estos.

De este modo, se produce el freno progresivo del eje de giro 1 por la resistencia que supone la entrada en el mismo de vahos émbolos 4 accionados por los actuadores lineales eléctricos 3 de motor paso a paso, contra el giro del relleno compresible consistente en una dispersión 7 o amalgama, que rota solidariamente dentro de la cavidad formada en la carcasa 6 que cierra la tapa 5. Debido a esta resistencia, el relleno se ralentiza en su giro hasta su detención, ralentización y detención que se traslada a la carcasa 6 en la que está contenido el relleno y por ende, al eje de giro 1 que está acoplado solidariamente a la carcasa 6. El acoplamiento solidario en giro de la carcasa 6 y del eje de giro 1 puede estar conformado de múltiples formas, por ejemplo, al estar una parte del eje de giro 1 provisto de unas nervaduras longitudinales que encajan en respectivas muescas longitudinales practicadas en la pared interior 61 de la carcasa 6 que rodea el orificio central pasante de la carcasa 6 que atraviesa el eje de giro 1.

Para que un dispositivo de freno principal sea válido en los sectores de automoción, aviación y ferroviario, teniendo en cuenta que han de ir acoplados a sistemas de control y seguridad obligatorios como el antibloqueo ABS o el control de estabilidad ESP, ha de tener una velocidad mínima de actuación y una secuencia con los siguientes estados:

Que el eje liberado en rotación (eje de giro 1 en el sistema de freno 100) tenga un insignificante par de freno residual cuando no existe actuación sobre el freno.

Que la frenada progresiva de la rotación de ese mismo eje de giro 1 una vez entren los émbolos 4 se produzca sin baches ni picos hasta su detención total, bien sea de manera manual (por un pedal de freno, por ejemplo) o mediante automatismos como el control de estabilidad o el freno de proximidad.

Que se produzca la liberación instantánea del eje de giro 1 a frenar cuando se deje de actuar sobre este freno o la liberación instantánea intermitente cuando el antibloqueo ABS lo requiera.

Esta secuencia ha de poderse repetir de manera indefinida sin que ello conlleve pérdida de prestaciones de frenada. El sistema de freno 100 cumple con todos estos requisitos de la secuencia anteriormente descrita.

En la situación de frenada representada en la Fig. 2, los actuadores lineales eléctricos 3 van a desplazar solidariamente los émbolos 4 dentro de la cavidad de la carcasa 6 comprimiendo y amasando el relleno compresible consistente en una dispersión 7 o amalgama que contenga, provocando con ello la ralentización solidaria de esta carcasa 6, y a su vez ya que su giro también es solidario, ralentizando de manera progresiva el eje de giro 1.

Este sistema puede frenar con una diversidad de materiales de relleno consistente en una dispersión 7 o amalgama, dando por ello diferentes capacidades de frenada que podrán ser adecuados para diferentes vehículos de acuerdo con sus características y prestaciones a frenar.

Como se ha mencionado anteriormente, y en el caso de un sistema de frenos para automoción, se ha determinado como especialmente ventajosa el que la dispersión 7 o amalgama que ocupa la cavidad esté formada por una combinación de un producto pulverulento o granular, de un tamaño de partícula comprendido entre 100 y 20 pm, con un agente lubricante presente entre un 1 % y un 25 % en peso respecto de la dispersión 7 o amalgama.

Preferiblemente, el producto pulverulento o granular está formado en su mayoría por uno o más de los componentes del grupo formado por polvo de hierro, polvo de titanio, polvo de aluminio, polvo de nitruro de boro hexagonal (h- BN) y polvo de grafito prensado. Preferiblemente el producto pulverulento o granular de la dispersión o amalgama tiene un tamaño de partícula comprendido entre 45 y 50 pm, y más preferiblemente de 45 pm.

En cuanto al agente lubricante, destacan por su eficiencia dos opciones. La primera se trata de un aceite o grasa de perfluoropoliéter (PFPE) presente entre un 2 % y un 8 %, más preferiblemente entre un 5 % y un 7 %, y más preferiblemente en un 6 %, en peso respecto de la dispersión o amalgama. Un aceite de PFPE es el conocido comercialmente como Krytox® 107 GPL. La segunda opción es un fluido, aceite o grasa de polidimetilsiloxano (PDMS), presente entre un 15 % y un 25 %, preferiblemente en un 20 %, en peso respecto de la dispersión o amalgama. Un ejemplo de este agente lubricante es el fluido de dimetilpolisiloxano conocido comercialmente como POLISH M-50. Aun así, no se descartan otros agentes lubricantes en función de las necesidades de cada caso concreto, por ejemplo, en función de las temperaturas máximas que se alcancen, puede ser que otros tipos de aceite también sean suficientes sin tener que recurrir a agentes lubricantes estables a muy elevadas temperaturas.

El agente lubricante de la dispersión 7 o amalgama, además de ser el medio en el cual se encuentra disperso el producto pulverulento o granular y que permite que la dispersión 7 o amalgama se desplace hacia un lugar u otro de la cavidad cuando los émbolos 4 se adentran o se retiran de ella, juega un papel importante a la hora de evitar la fricción de los componentes del sistema.

Así, en la situación de liberación mostrada en la Fig. 1 , el eje de giro 1 , representado como un eje de transmisión, pasando a través de los rodamientos del buje 2, hace girar la carcasa 6, que a su vez y de manera siempre solidaria, arrastra al relleno consistente en la dispersión 7 o amalgama. Este mismo giro provoca que el agente lubricante de la dispersión 7 o amalgama impregne las superficies de los émbolos 4, la superficie frontal de cada émbolo 4 que se encuentra enrasada con la superficie interior de la tapa 5, y evite la fricción de esta materia contra la superficie de la tapa 5 e igualmente contra los planos que conforman las superficies de los émbolos 4. Al activarse el frenado cuando los émbolos 4 avanzan y se adentran en la cavidad, las partes de los émbolos 4 que entran en contacto con la dispersión 7 o amalgama también quedarán impregnadas del agente lubricante.

Se han realizado vahos ensayos de frenada donde se ha conseguido un par de arrastre de 2 Nm en los que la dispersión 7 o amalgama está formada por:

- Polvo de hierro de 45 pm, con un 2% en peso de aceite PFPE

- Polvo de hierro de 45 pm con un 20% en peso de fluido PDMS - Ejemplos de polvos de 45 pm probados que ofrecen un menor rendimiento en la frenada, pero más que suficientes para según que medio de locomoción, formando una dispersión o amalgama en la misma proporción con PFPE y PDMS que los ejemplos anteriores son polvo de titanio, polvo de aluminio y polvo de grafito prensado. Otras posibilidades son polvo de nitruro de boro hexagonal (h-BN) y polvo de alúmina.

El agente lubricante permite el giro libre y el polvo de hierro es lo que hace la retención. Se trata de un granulado no fraccionable, el producto que haya dentro del tambor siempre ha de tener el mismo volumen (si se fraccionara ocuparía menos). Las partículas del granulado tienen un tamaño tal que los esfuerzos a los que se van a someter cuando los émbolos 4 entran en la cavidad no las fracciona, y se ha demostrado en pruebas realizadas que un tamaño de partícula de 45 micrometres es adecuado.

Se realizaron vahas pruebas de puesta en práctica del sistema de freno 100 en un banco de pruebas, particularmente según una realización con una carcasa 6 y tapa 5 en forma de tambor, ambas de 300 mm de diámetro y que definen en su interior una cavidad de 20 mm de profundidad, medida en una dirección paralela a la dirección del eje de giro 1. Ocupando por completo el interior de la cavidad, se dispusieron 1300 cm ³ de una dispersión 7 o amalgama formada por un 94% en peso de polvo de hierro con un tamaño de partícula de 45 pm y un 6% en peso de aceite de perfluoropoliéter (PFPE). La tapa 5 estaba provista de 2 aberturas en las que estaban encajados respectivos émbolos 4 de 40 mm de diámetro, con una profundidad de accionamiento máxima de 10 mm dentro de la cavidad de la carcasa 6. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

- Velocidad de rotación de la prueba: de 0 a 1500 r. p. m.

Par de frenada en parada: 618 Nm

Par de frenada en giro: 384 Nm a cualquier r. p. m.

Par de arrastre durante la prueba: 2 Nm

Fuerza máxima ejercida a los dos pistones: 1260 N (actuadores lineales modelo comercial “NEMA 23 captive”, de 1100 N de fuerza máxima cada uno y 30 mm/s de velocidad lineal) Desplazamiento máximo de los pistones: 5mm (10 mm de camera máxima)

- Temperatura máxima alcanzada durante la prueba: 186 °C

Por último se considera oportuno describir brevemente un ejemplo de sistema de freno 100 especialmente ventajoso para asegurar que el producto pulverulento o granular no estará prácticamente presente en dispersión 7 o amalgama, o lo estará en una proporción muy reducida, en las superficies frontales de los émbolos 4 y las partes de los émbolos 4 que entran en contacto con el relleno de la cavidad de la carcasa 6, es decir, que estas partes de los émbolos 4 estarán prácticamente recubiertos solo o en gran medida por el agente lubricante de la dispersión 7 o amalgama. Esto se consigue cuando la carcasa 6 está hecha de un material magnético, o de un material que se puede imantar permanentemente o está provista de ¡manes permanentes, a diferencia de la tapa 5, de los émbolos 4, del eje de giro 1 y del buje 2 (y del resto de partes fijas del sistema), y cuando el producto pulverulento o granular de la dispersión 7 o amalgama está formado en su mayor parte por polvo de hierro, con un tamaño de partícula de unos 45 pm. Los émbolos 4, la tapa 5, el buje 2 y el eje de giro 1 estarán fabricados con un material no magnético o que no se puede imantar, por ejemplo, titanio, o estarán cubiertos de una capa diamagnética. De esta manera, por la atracción magnética a la que estará sometido, el polvo de hierro irá a ocupar dentro de la dispersión 7 o amalgama que ocupa la cavidad, posiciones más próximas a las paredes de la carcasa 6, en detrimento de posiciones cercanas a los émbolos 4 y a la tapa 5.

Así pues, ha quedado demostrado que el sistema de freno 100 dentro de sus múltiples realizaciones es un sistema de freno de accionamiento eléctrico, sin accionamiento hidráulico de ningún tipo, que proporciona un sistema capaz de actuar con una respuesta rápida en todas las situaciones de frenada, que no requiere prácticamente de mantenimiento ni genera contaminación.