BR112012031876B1 - Alavanca de freio para um freio para um veículo - Google Patents

Abstract

alavanca de freio para um freio para um veículo. a invenção se refere a uma alavanca de freio (1) para um freio de um veículo para transmitir uma força de freio a partir de um acionador para um mecanismo de acionamento de freio para um engate friccional de pastilhas de freio, em que a alavanca de freio (1) compreende um alojamento feito de ferro fundido, cujo ferro fundido é ferro fundido de grafite esferoidal ferrítico reforçado com solução sólida.

Description

A presente invenção refere-se a uma alavanca de freio para um freio para um veiculo para transmitir uma força de freio que resulta de um acionador para um mecanismo de acionamento de freio para obter engate friccionai de pastilhas de freio.

Em particula, a presente invenção se refere a uma composição de material especifica para tais alavancas de freio.

Em veículos de estrada pesada, ônibus, trailers e similares ambos freios a tambor e freios a disco são empregados que compreendem uma alavanca de freio, respectivamente. Por exemplo, freios a disco com um arranjo de alavanca correspondente são conhecidos da EP 0 553 105 BI ou WO 2004/059187 Al do requerente. Entretanto, a invenção em particular se concentra em freios a tambor nos quais a alavanca de freio se fixa em um eixo de came-S e que compreende um alojamento o qual recebe um ajustador de freio automático (ou slack), como isso é exemplarmente revelado em EP 0 598 290 Bl e EP 1 064 472 Bl do requerente ou em US 3,392,810.

A alavanca de freio para tais freios a tambor é destinada a transformar o movimento linear de uma haste de um acionador pneumático ou hidráulico em um movimento rotacional de um eixo de tal conjunto de freio a tambor para aplicar os revestimentos de freio das sapatas de freio durante acionamento de freio. A própria alavanca de freio é preferivelmente feita como uma peça e compreende uma seção de alojamento que recebe um ajustador de freio automático para fornecer uma compensação do desgaste das sapatas de freio do freio a tambor. Com relação ao funcionamento exato do ajustador de freio automático e da alavanca de freio nesse contexto é, por exemplo, referido a EP 0 598 290 BI do requerente.

A alavanca de freio desse modo tem de ser considerada como o componente crucial do arranjo inteiro com relação às cargas aplicadas dinâmica e estática como presente em tal freio a tambor. Geralmente, a alavanca de freio é configurada como um dispositivo alongado com uma seção de alojamento, no qual o ajustador de freio automático é inserido, e com uma seção de alavanca que compreende uma extremidade livre sendo conectada ao acionador.

Até o presente, a alavanca de freio e em particular o alojamento para receber o ajustador de freio foi feito normalmente de ferro fundido de grafite esferoidal, que existe com tipos ferritico e perlitico diferentes, o que significa que o material de base do ferro fundido consiste em ferrita até perlita. Grafite esferoidal nesse contexto significa que o carbono livre é incorporado em uma matriz de ferrita e/ou perlita em forma esférica, isto é, globular ou nodular. Nessa é uma forma especifica de depósito do carbono em um formato esférico, isto é, em comparação com aço, carbono não é diretamente incorporado na célula elementar do ferro, porém forma estágios diferentemente formados de grafite na liga.

Com o presente, uma percentagem maior de perlita na matriz provê uma dureza e resistência aumentadas, enquanto uma percentagem maior de ferrita é responsável por melhor ductilidade e por propriedades de usinagem melhores.

Em vez de ferro fundido o alojamento de uma alavanca de freio de acordo com a técnica anterior também pode ser feito de aço forjado.

O alojamento ou a seção de alojamento da alavanca de freio na qual o ajustador de freio é disposto compreende várias seções de superficie interna que supõe grande pressão de contato e desgaste, uma vez que elementos do ajustador de freio encostam-se a essas seções, usam essas seções como um contra-mancal ou como superfícies de apoio ou suporte correspondentes para componentes móveis do ajustador de freio.

Por esse motivo, é necessário fornecer endurecimento e tratamento a calor a essas superficies internas. A esse respeito, por exemplo, também a nitretação dessas superfícies é empregada. Tais procedimentos de endurecimento são muito caros. Além disso, tais procedimentos de endurecimento exigem produtos químicos que têm impactos negativos sobre o ambiente e tanto sobre a segurança como bem estar dos trabalhadores durante a fabricação industrial até um ponto substancial.

A extremidade livre da alavanca de freio é conectada a uma haste de um acionador pneumático ou hidráulico em que uma cavilha está passando através de um furo na seção de alavanca superior e uma forquilha da haste acionadora. O furo na seção de alavanca superior é frequentemente reforçado em que uma bucha é pressionada para dentro do mesmo que é capaz de fornecer melhor resistência a desgaste contra os efeitos de fricção durante acionamento de freio. Além disso, essa etapa de fabricação adicional com o componente adicional está influenciando negativamente os custos gerais da fabricação de tal alavanca de freio.

Geralmente, é um objetivo da presente invenção fornecer uma alavanca de freio para um freio que possa ser feito com menos custos por um lado e que forneça propriedades de material substancialmente melhores com relação tanto a usinagem como ao ciclo de trabalho e segurança funcional por outro lado.

É um objetivo adicional da invenção evitar as deficiências para alavancas de freio conhecidas no campo de freios a tambor.

Esses objetivos são resolvidos por uma alavanca de freio de acordo com a reivindicação 1.

Por conseguinte, a quintessência da invenção é que o alojamento da alavanca de freio é feita de ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução solida. Preferivelmente, a alavanca de freio é feita de tal ferro fundido em uma peça.

Ferro fundido esferoidal ferritico reforçado com solução sólida é um tipo de ferro fundido no qual o grafite esferoidal é incorporado em uma matriz que consiste predominantemente em ferrita e que é predominantemente solidificada de solução sólida de silicio. Carbono está predominantemente presente na forma de particulas de grafite esferoidais. Em comparação com ferros fundidos de grafite ferritico até perlitico os tipos ferriticos reforçados com solução sólida apresentam para uma resistência à tração equivalente uma resistência de prova mais elevada e um alongamento mais elevado geral.

Uma vantagem significativa desses tipos ferríticos reforçados com solução sólida é a variação de dureza reduzida resultando em uma capacidade de usinagem aperfeiçoada para componentes feitos de tal ferro fundido. Em outras palavras, o nivel das propriedades mecânicas de tais componentes é determinado pelo ponto do reforço com solução sólida da matriz ferritica do ferro fundido utilizado para o mesmo, cujo ponto é normalmente, por sua vez, influenciado pelo teor de silicio.

Preferivelmente, o teor máximo de perlita na matriz do ferro fundido, que consiste predominantemente em ferrita, está na área de 5%.

De acordo com a invenção o ferro fundido para a alavanca de freio compreenderá uma resistência à tração Rm entre 400 e 650 MPa, preferivelmente 600 MPa.

Preferivelmente, a tensão de prova 0,2% Rpo,2 está em uma faixa de 70% a 90%, preferivelmente 80% da resistência à tração Rm.

De acordo com a invenção o ferro fundido compreenderá uma dureza em HBW (dureza de acordo com Brinell) que corresponde a uma faixa entre 42% e 50% da tensão de prova 0,2% Rpo,2 em MPa-

Além disso, de acordo com a invenção o ferro fundido terá um alongamento A entre 8% e 18%, preferivelmente entre 10% e 12%.

Para fornecer tais propriedades um ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida pode ser utilizado que é conhecido sob a denominação de material EN-GJS-600-10/5.3110 de acordo com o padrão europeu preliminar. Tem uma resistência à tração Rm de 600 MPa, uma tensão de prova 0,2% Rpo,2 de 470 MPa, uma dureza de 200 a 230 HBW e um alongamento A de 10%.

Ao comparar esse ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida com ferro fundido de grafite esferoidal convencional utilizado até agora, com relação à melhor capacidade de usinagem uma pessoa selecionaria um ferro fundido de grafite esferoidal com a denominação de material EN-GJS-500-7/5.3200 que compreende uma resistência à tração Rm de 500 MPa e uma dureza de aproximadamente 150 a 230 HBW. Entretanto, com relação à tensão de prova 0,2% Rpo,2 de 320 MPa e alongamento A de 7%, esse ferro fundido mostra propriedades menos favoráveis que são opostas a uma capacidade de usinagem fácil. Ao passo que se ferro fundido de grafite esferoidal for selecionado que compreende uma tensão de prova 0,2% Rpo,2 de 480 MPa com uma resistência à tração Rm de 800 MPa, também números menos favoráveis com relação a uma dureza de 245 a 335 HBW e um alongamento A de somente 2% se originam.

Tal ferro fundido, por exemplo, seria conhecido sob denominação de material EN-GJS-800-2/5.3301.

Além disso, o fato de que esse ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida compreende um teor de silicio entre 3 e 4,5%, é elementar para a invenção. Como já mencionado acima, é principalmente a resistência aumentada em comparação com ferros fundidos de grafite esferoidal convencionais que é obtida pelo reforço com solução sólida em um teor de silicio muito grande. Tipicamente, uma resistência aumentada no ferro fundido foi obtida por aumentar a proporção de perlita na matriz, que, entretanto, por sua vez conflita para uma capacidade de usinagem fácil de tais materiais.

É uma vantagem da invenção que para um componente planejado a ser feito de ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida um melhor equilíbrio entre as propriedades de usinagem por outro lado e o reforço por outro podem ser realizadas.

A capacidade de usinagem é determinada principalmente pela dureza dos pontos mais duros nos componentes a serem usinados. Podem ser pontos muito duros no ferro fundido onde o material é mais duro devido ao tempo de resfriamento, etc., em comparação com a área adjacente (macro área). Além disso, pontos duros localmente limitados, muito pequenos na área micro podem existir os quais são formados devido à estrutura não homogênea do material do ferro fundido de grafite esferoidal. Ao contrário, ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida apresenta uma estrutura muito mais homogênea que tipos de ferro fundido convencionais, que compreende esses pontos e seções de dureza diferente em uma micro-escala. Como a proporção dessas áreas é influenciada por tempo de resfriamento, etc., ferros fundidos convencionais mostram variações grandes entre os pontos mais duros e mais macios.

Para ferros fundidos convencionais com proporções ferritica e perlitica tipicas, também é uma desvantagem que sempre na área próxima à superfície uma camada de material fina com um teor reduzido de perlita seja formada que, na realidade, reduz a resistência usável, uma vez que os pontos com o material mais macio são aqueles determinando principalmente a resistência usável de um componente.

Por esse motivo é uma abordagem comum de engenheiros de construção iniciar com ajuste de um limite superior para a dureza para um componente a ser fundido sob a provisão para evitar problemas e custos elevados associados ao mesmo na usinagem subsequente. Com base nessa dureza o engenheiro de construção seleciona então o material correspondente e após isso finalmente define a resistência efetivamente utilizável para seus cálculos de resistência.

Se o engenheiro de construção utilizar ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida de acordo com a invenção, desse modo terminará com uma resistência usável significativamente mais elevada para o componente a ser fundido visto que esse seria o caso para ferro fundido de grafite esferoidal convencional.

É óbvio que uma resistência substancialmente mais elevada pode ser realizada para uma alavanca de freio quando, de acordo com a invenção, utilizando ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida, pelo que ao mesmo tempo a capacidade de usinagem está compreendida nas faixas ideais.

Pra fins de ilustrar a invenção, as figuras 1 e 2 adicionadas mostram uma alavanca de freio para um freio a tambor, em que a figura 1 é uma vista lateral da alavanca de freio com seção transversal parcial e a figura 2 é uma seção transversal ao longo de A-A da figura 1.

A alavanca de freio 1 é feita como uma peça e compreende uma seção de alavanca superior 2 e uma seção de alojamento inferior 3 para receber um ajustador de folga automática 4.

Uma engrenagem helicoidal 5 do ajustador de freio 4 é giratoriamente recebida em um recesso correspondente 6 da seção de alojamento 3 e coopera com entalhes de ranhura interna correspondentes de um eixo de came-S (não mostrado) para as pastilhas de freio. A engrenagem helicoidal 5 engata com um parafuso sem fim 7 que é sustentado na seção de alojamento 3 perpendicular a engrenagem helicoidal 5 em um recesso correspondente 8.

Com referência ao tipo e funcionamento dos componentes restantes do arranjo de ajustador de folga automático, que não será tratado adicionalmente aqui, é referido ao EP 0 598 290 BI do requerente.

Como se torna óbvio, o recesso 6 para a engrenagem helicoidal 5 compreende superficies de apoio ou suporte internas, correspondentes, 9, bem como o recesso 8 para o parafuso sem fim 7 compreende superficies de apoio correspondentes 10.

Uma grande pressão de contato é aplicada nessas superficies de apoio internas 9, 10, de modo que essas superficies de apoio até agora têm de ser submetidas a procedimentos de endurecimento correspondentes, como por exemplo nitretação, com as desvantagens de uma carga ambiental aumentada e desvantagens de custo associadas à mesma como mencionado acima.

Ao utilizar ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida, que é comparado com tipos ferritico ou perlitico convencionais da mesma resistência, como explicado acima, compreende uma resistência utilizável mais elevada, desse modo resistência mais elevada será oferecida contra cargas de pressão muito elevadas, em particular na área de ponto, sem deformar plasticamente.

Em particular com relação às superficies de apoio internas 9, 10 na seção de alojamento 3 da alavanca de freio 1 para um freio a tambor o uso de ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida de acordo com a invenção é de vantagem especifica uma vez que os procedimentos de endurecimento subsequentes mencionados podem ser omitidos totalmente. Tudo junto, a usinagem nas superficies de apoio 9, 10 pode ser realizada mais facilmente.

Na área superior da seção de alavanca 2 um furo 11 é fornecido o qual serve para uma conexão com uma haste (não mostrada) de um acionador. Para isso, uma cavilha (não mostrada) passa através do furo 11. Devido aos movimentos relativos entre a cavilha da haste e o furo 11 da seção de alavanca 2 durante um movimento de oscilação da alavanca de freio 1 uma resistência correspondente contra a fricção que resulta a partir dai tem de ser oferecida para manter o desgaste pequeno, de modo que frequentemente o furo 11 é reforçado em que uma bucha correspondentemente endurecida é pressionada para dentro do furo para alavancas de freio de acordo com a técnica anterior.

Uma vez que o ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida para a mesma dureza compreende uma melhor resistência usável também não será necessário mais fornecer uma bucha adicional para o furo 11, uma vez que a superfície interna do furo 11 já como tal é capaz de oferecer uma resistência substancialmente grande para a pressão de contato da cavilha sem deformação. Como consequência os custos podem ser reduzidos adicionalmente por um tempo de montagem encurtado e por omitir uma bucha adicional.

É de auto-explicação que a alavanca de freio, seja para um freio a disco ou seja para um freio a tambor, é um componente critico para segurança substancial do arranjo de freio inteiro, uma vez que em caso de defeito, por exemplo, possivel quebra da alavanca de freio, a perda total da função de frenagem para a roda correspondente pode ocorrer.

Ferros fundidos que compreendem propriedades de usinagem similares e que têm tensão de prova 0,2% similar ao ferro fundido de acordo com a invenção são, entretanto, como já mencionado acima várias vezes, menos homogênea e mostram mais defeitos de fundição que então pode ser a fonte de rachaduras crescentes. Tal risco de quebra, entretanto, será eliminado pela estrutura bem mais homogênea do ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida, de modo que seu uso qualifica em particular para uma alavanca de freio.

Os recessos 6 e 8 com suas superfícies cilíndricas mostram dimensões levemente maiores que a engrenagem helicoidal 5 e o parafuso sem fim 7, de modo que essas superfícies cilíndricas elástica e plasticamente deformação durante acionamento de freio quando forças elevadas são aplicadas aos mesmos pela engrenagem helicoidal 5 e parafuso sem fim 7, respectivamente. Devido à uma pior capacidade de usinagem, frequentemente variações nas dimensões ou também defeitos de fundição ocorrem ao utilizar ferros fundidos convencionais. Devido à ductilidade mais baixa em comparação com o ferro fundido de acordo com a invenção tais defeitos levam ao risco de formação de rachadura durante a deformação. Além disso, tal risco é aumentado uma vez que o endurecimento das superfícies de apoio correspondentes 9, 10 reduz adicionalmente a ductilidade.

As deformações que resultam da pressão aplicada pela engrenagem helicoidal 5 e parafuso sem fim 7, respectivamente, podem ser compensadas de forma melhor por meio da ductilidade mais elevada do material em volta das superficies de apoio 9, 10 ao utilizar o ferro fundido de acordo com a invenção para a alavanca 1, de modo que tais formações de rachadura durante a deformação possam ser excluidas.

Além disso, também é uma vantagem do ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida de acordo com a invenção que a proporção exigida do carbono solidificado em nódulos ou esferas pode ser substancialmente reduzida quando comparado com tipos ferritico e perlitico para atender as propriedades de tração minimas. Na fabricação de ferros fundidos de grafite esferoidal convencionais, o carbono é forçado a solidificar no formato de nódulos esféricos em vez de na forma de flocos como no ferro fundido cinza. Se a nodularização falhar em algum modo ou não puder ser levada a um término totalmente, o ferro fundido serão mais frágil e é inclinado desse modo para causar formação de rachadura mais facilmente, pelo que o risco para quebra é aumentado.

Tais deficiências no material durante fabricação de componentes correspondentes são eliminadas ao utilizar ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida que em particular aumenta a segurança na aplicação substancialmente para uma alavanca de freio.

Claims (13)

1. Alavanca de freio (1) para um freio de um veiculo para transmitir uma força de freio de um acionador para um mecanismo de acionamento de freio para um engate friccionai de pastilhas de freio, em que a alavanca de freio (1) compreende um alojamento feito de ferro fundido, a alavanca sendo caracterizada pelo fato de que o ferro fundido é ferro fundido de grafite esferoidal ferritico reforçado com solução sólida e em que o ferro fundido compreende uma resistência a tração Rm entre 400 e 650 MPa.

2. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende uma tensão de prova RPo,2 0,21 entre 70% e 90%, da resistência a tração Rm.

3. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende uma dureza entre 117 HBW e aproximadamente 293 HBW.

4. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende uma tensão de prova RPo,2 0,2% de 80% da resistência a tração Rm

5. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende um alongamento A entre 8 e 18%.

6. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende um alongamento A entre 10 e 12%.

7. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a matriz do ferro fundido contém predominantemente ferrita com um teor máximo de perlita de 5%.

8. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o freio é um freio a tambor e a alavanca de freio (1) é fornecida para a conexão a um eixo de came-S, em que o alojamento compreendendo uma seção de alojamento (3) que recebe um ajustador de freio (4) .

9. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o freio é um freio a disco e a alavanca de freio se fixa a um elemento de transmissão de força sendo axialmente deslocável em direção ao disco de freio.

10. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende uma resistência à tensão Rm de 600 MPa.

11. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende um teor de silicio entre 3 e 4,5%.

12. Alavanca de freio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende uma dureza de aproximadamente 176 e aproximadamente 270 HBW.

13. Alavanca de ferro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ferro fundido compreende uma dureza entre aproximadamente 200 e aproximadamente 230 HBW.

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