ES2222568T3 - Pastilla de friccion para conjunto de freno de disco. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UN CONJUNTO DE UN FRENO DE DISCO DEL TIPO EN QUE SE COLOCA UN PATIN DE FRICCION (3) EN UNA CARA DE UN DISCO ROTATORIO, TENIENDO EL PATIN DE FRICCION UNO O MAS SALIENTES (8, 9) QUE SE PROYECTAN DESDE EL BORDE RADIAL DELANTERO EN UNA DIRECCION CIRCUNFERENCIAL, SIENDO EL GROSOR RADIAL (R 1 ) DEL SALIENTE PEQUEÑO RESPECTO AL GROSOR RADIAL TOTAL (R) DEL PATIN, SIENDO LA DISPOSICION TAL QUE EN CASO DE INCLINACION DEL CONJUNTO DEL PATIN RESPECTO AL DISCO, CUANDO EL FRENO ESTA EN LA POSICION ABIERTA, EL CONTACTO ENTRE EL SALIENTE Y EL DISCO IMPIDA EL CONTACTO ENTRE EL RESTO DEL PATIN Y EL DISCO. PREFERENTEMENTE HAY UN SALIENTE EN CADA ESQUINA DEL PATIN. ESTO AYUDA A REDUCIR EL DESGASTE DEL DISCO QUE PRODUCE UNA VIBRACION TREPIDANTE DURANTE EL FRENADO A BASE DE REDUCIR LA VARIACION DEL GROSOR DEL DISCO.

Description

Pastilla de fricción para conjunto de freno de disco.

Esta invención se refiere a perfeccionamientos en frenos de disco para vehículos del tipo en el cual un conjunto de pastilla de fricción es aplicado sobre una cara de un disco rotativo por un medio aplicador de freno alojado en una carcasa montada sobre una pieza relativamente estacionaria y adyacente al disco, y el conjunto de pastilla está guiado para que se acerque y se aleje del disco desplazándose por unas superficies resistentes al arrastre que resisten el arrastre que sufre el conjunto de pastilla de fricción cuando se aplica el freno. Esta invención también se refiere a perfeccionamientos en conjuntos de pastillas de fricción para usar en los frenos de disco del tipo citado.

En los frenos de disco del tipo citado, el conjunto de pastilla de fricción comprende una pastilla de un material de fricción soportada por una placa rígida de soporte cuyos bordes extremos delantero y trasero, separados circunferencialmente, colaboran de modo deslizante con las superficies de resistencia al arrastre, y la pastilla tiene una longitud circunferencial inferior a la de la placa soporte.

Cuando se aplica la pastilla de freno, la pastilla hace contacto con el disco sobre una zona anular del disco limitada por unos círculos concéntricos interior y exterior. El círculo interior está definido por el borde interior de la pastilla (con respecto al eje del disco de freno). El círculo exterior está definido por el borde exterior de la pastilla. De aquí en adelante esta zona anular será denominada área frenada del disco de freno.

Es sabido que durante el frenado puede producirse una vibración o trepidación cuando el área frenada del disco de freno tiene un espesor irregular. Una causa habitual de la variación del espesor del disco (DTV) es el desgaste "accidental" de la superficie de frenado provocado por un ligero contacto entre la pastilla y el disco de freno cuando el vehículo está rodando sin que el freno esté aplicado, es decir cuando este se encuentra en posición inactiva. La observación de las pastillas de freno muestra que la superficie de la pastilla suele formar un ligero ángulo con la superficie del disco de freno provocado por un ligero contacto de frotamiento entre el borde delantero de la pastilla y el disco cuando el disco está girando normalmente en el sentido del avance con el freno en posición inactiva.

El ligero roce de la pastilla de freno con el disco de freno en la zona de contacto desgasta el disco y puede provocar una variación del espesor del disco (DTV).

Puede hallarse un ejemplo de una zapata de freno de la técnica anterior en la Patente Estadounidense Nº 4508199, que describe un freno que tiene una sección recortada para sujetarlo a un conjunto de freno.

Se ha observado que el grado de variación del espesor del disco (DTV) que puede tolerarse en los bordes extremos interior y exterior de la pastilla es mayor que el tolerable en la zona central del área frenada, es decir, el desgaste de los bordes puede ser mayor que el desgaste de la zona central antes de que se produzcan grados similares de vibración.

Según la presente invención, en un freno de disco del tipo indicado para vehículos, la pastilla de fricción está provista al menos de una protuberancia que se proyecta desde el borde radial delantero de la pastilla en dirección circunferencial, siendo pequeño el espesor radial de la protuberancia en comparación con el espesor radial total de la pastilla, y siendo la disposición tal que en caso de que el conjunto de pastilla se incline con respecto al disco cuando el freno esté en posición inactiva, el contacto entre la protuberancia y el disco impide el contacto entre el resto de la superficie de la pastilla y el disco.

Preferiblemente la protuberancia forma parte integral del material de la pastilla.

Preferiblemente la pastilla está equipada en los extremos radialmente interior y exterior de sus bordes, al menos de su borde delantero, con unas protuberancias proyectadas circunferencialmente, y la suma de los espesores radiales de las protuberancias es también pequeña en comparación con el espesor radial total de la pastilla.

En una disposición preferida, los bordes delantero y trasero de la pastilla de freno están adaptados para impedir el citado contacto con la parte central del área frenada del disco de freno, estando el borde provisto de un par de protuberancias que se proyectan circunferencialmente.

Así pues, mediante la presente invención, la nueva pastilla puede tener unas "zonas de desgaste" interior y exterior definidas por los bordes delantero y trasero que impiden el desgaste (y por lo tanto la variación del espesor del disco (DTV)) en la parte central del área frenada del disco de freno.

Preferiblemente, la pastilla de freno está preparada de manera que ambos bordes delantero y trasero están provistos de unas protuberancias interior y exterior en unas zonas próximas a las respectivas partes extremas interior y exterior de los bordes de la pastilla de freno. Preferiblemente, cada protuberancia puede definir un único punto de contacto en caso de inclinación de la pastilla. Así pues, cada "zona de desgaste" forma un sólo punto de contacto.

Más preferiblemente las protuberancias están preparadas de manera que los puntos de contacto se encuentren sustancialmente en los extremos interior y exterior del borde de la pastilla.

En una disposición alternativa, las protuberancias interior y exterior están preparadas para que en el caso de inclinación de la pastilla definan cada una de ellas un punto de contacto que se encuentre sustancialmente fuera de la zona circunferencial del disco de freno que está frenada por el cuerpo principal de la pastilla de freno.

En una disposición notable, las protuberancias interior y exterior pueden estar separadas por una parte central del borde radial, cuya forma es adecuadamente curva o recta.

La disposición alternativa asegura que si se produce un desgaste durante el funcionamiento normal sin aplicación de los frenos, dicho desgaste quedará sustancialmente fuera del área frenada principal, y no provocará por lo tanto ninguna vibración o trepidación significativa.

Visto de otra manera, puede considerarse que la pastilla tiene "recortada" una parte central de los bordes delantero y trasero.

Las protuberancias pueden formar parte integral del cuerpo de la pastilla. Pueden estar hechas de un material diferente al del cuerpo principal de la pastilla o al de la parte central de la misma.

Preferiblemente, las protuberancias son de un material más duro que la parte central del cuerpo de la pastilla.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona una pastilla de freno para usar con el conjunto de freno según el primer aspecto de la invención.

Deberá entenderse que las modificaciones de los bordes delantero y trasero no tienen porque hacer que las partes protuberantes sobresalgan de la superficie de la pastilla de freno, ya que esto llegaría a impedir la aplicación de la pastilla de freno sobre el disco durante el frenado. Por el contrario, las protuberancias se encuentran sustancialmente en el mismo plano de la superficie de frenado.

Se prevé que las partes protuberantes formen parte integral del cuerpo principal de la pastilla. No obstante, se entenderá que en una disposición alternativa, la pastilla de freno puede estar provista de una o varias zonas de desgaste independientes. Por ejemplo, la placa de soporte puede tener montados cuatro trozos adicionales de material de fricción (independientes de la pastilla de freno principal), uno en cada esquina. Estos trozos adicionales pueden actuar como puntos de contacto cuando la pastilla se incline durante el funcionamiento normal.

A continuación se describirán varias realizaciones de la presente invención, a título de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Figura 1 ilustra un conjunto típico de freno de disco;

la Figura 2 ilustra una pastilla de freno conocida en la técnica anterior;

la Figura 3 ilustra una primera realización de un freno de disco de la presente invención;

la Figura 5 ilustra el área frenada del disco de freno que queda dentro de los limites definidos por los bordes circunferenciales interior y exterior de la pastilla de freno;

la Figura 6 ilustra las diversas dimensiones de la pastilla de freno de la Figura 3;

la Figura 7 muestra una relación esperable entre la variación del par y las dimensiones de las protuberancias;

la Figura 8 muestra varios resultados experimentales obtenidos con una pastilla de freno como la representada en la Figura 6; y

la Figura 9 es una tabla de los resultados experimentales obtenidos con el uso de una pastilla de freno sustancialmente como la representada en la Figura 6.

En la Figura 1 se muestra un conjunto conocido de freno de disco. El conjunto comprende un disco de freno 1 que está adaptado para girar sobre un eje, una pastilla de freno 3 que está montada sobre una placa soporte 2, y una pinza de freno 2 (representada sólo parcialmente). Generalmente se provee una pareja de conjuntos de placa soporte y pastilla, uno a cada lado del disco, quedando el disco agarrado entre las dos pastillas.

Durante la marcha normal del vehículo, cuando los frenos no están aplicados, queda una pequeña separación entre la cara de contacto 3a de la pastilla 3 del freno y la superficie del disco 1 del freno. Esto permite el giro libre del disco 1 del freno con respecto a la pastilla 3 del freno. Cuando es preciso frenar, la pastilla 3 se desplaza hacia el disco 1, produciéndose un contacto sustancialmente uniforme entre la pastilla 3 y el disco 1 sobre el área frenada 11 (representada en la Figura 5). Este contacto, y la correspondiente fricción producida entre la pastilla 3 y el disco 1, permiten obtener el efecto de frenado deseado.

Según se muestra en la Figura 1, cuando los frenos no están aplicados, puede producirse una ligera inclinación de la superficie 3a de la pastilla con respecto a la superficie del disco 1. Esto puede provocar un contacto 5 entre el disco 1 y la pastilla 3. Aunque típicamente este contacto se efectúa con una presión muy ligera, con el tiempo puede producir un desgaste irregular del disco en el área de contacto 5, haciendo que el disco 1 se desgaste al cabo de un largo tiempo de marcha. Por ejemplo si el disco no gira bien centrado, sino que tiene un "alabeado" normalmente debido a tolerancias de fabricación producidas por cargas termomecánicas, el desgaste puede ser desigual. Si el desgaste del disco es desigual a lo largo del área frenada 11 del disco 1, puede producirse una variación del espesor del disco (DTV) que puede provocar vibraciones y trepidaciones.

La Figura 2 ilustra una pastilla de freno de la técnica anterior para usar en un conjunto como el representado en la Figura 1. Según puede apreciarse, una inclinación de la pastilla 3 con respecto al disco 1 producirá una amplia línea de contacto a lo largo del borde delantero o del trasero (6 ó 7), dependiendo de la dirección de la inclinación. Alternativamente, la inclinación puede producir sustancialmente un punto de contacto. En cualquier caso, el contacto hace que el disco se desgaste sustancialmente por la parte central de la región frenada 11 del disco 1 del freno (es decir la superficie de frenado).

La Figura 3 y la Figura 4 muestran dos realizaciones alternativas de la presente invención. Ambas realizaciones difieren de la técnica anterior en que los bordes delantero y trasero han sido modificados dotándolos de unas protuberancias circunferenciales interior y exterior 8, 9.

Las protuberancias interiores 8 y las protuberancias exteriores 9 están adaptadas para que en caso de inclinación cada una de ellas defina sustancialmente un sólo punto de contacto entre la pastilla 3 y el disco 1. Una protuberancia interior 8 está separada de una protuberancia exterior 9 por una parte de borde central 10, de forma sustancialmente recta o curvada, definiendo un borde delantero 6 y un borde trasero 7 de la pastilla.

En el caso de inclinación de la pastilla, el contacto entre la pastilla 3 y el disco 1 queda limitado a las partes interior y exterior de la región frenada 11 del disco de freno representado en la Figura 5, típicamente dos bandas de sustancialmente 10 mm de espesor radial. Esto evita el desgaste de la parte central de la región 11, y conduce a una reducción de la vibración de la pastilla.

La realización de la Figura 4 difiere de la Figura 3 en que las protuberancias interiores 8 y exteriores 9 se extienden de tal manera que, en caso de inclinación, el punto o puntos de contacto entre la pastilla 3 y el disco 1 quedan radialmente por fuera o por dentro del área frenada principal del disco (es decir, del área cubierta por el cuerpo principal). Esto puede reducir aún más la vibración de la pastilla al eliminar cualquier desgaste del disco 1 en toda la zona frenada principal del disco de freno.

En una modificación de las realizaciones descritas anteriormente, las protuberancias 8 y 9 están provistas de unas zonas de desgaste independientes y separadas.

La Figura 6 ilustra las diversas relaciones entre las dimensiones de las protuberancias exteriores 9, y las protuberancias interiores 8, con las dimensiones del cuerpo de la pastilla.

Según se muestra, la dimensión radial total de la pastilla está definida por R, mientras que las dimensiones radiales de las protuberancias 8 y 9 están definidas respectivamente por r_{1}, r_{2}, r_{3} y r_{4}. La anchura total de la pastilla (incluyendo las protuberancias) está definida por W, mientras que la anchura de cada protuberancia en dirección circunferencial está definida respectivamente por w_{1}, w_{2}, w_{3} y w_{4}.

Aunque debe entenderse que las dimensiones radial y a lo ancho de cada protuberancia no tienen por que ser idénticas, por conveniencia de la explicación se supone, a título de ejemplo, que r_{1} = r_{2} = r_{3} = r_{4} y w_{1} = w_{2} = w_{3} = w_{4}.

Para comprender el efecto de la elección de la dimensión sobre la capacidad de la pastilla para reducir la variación de espesor del disco, conviene expresar en forma de porcentaje la relación entre el ancho total de la pastilla, o el espesor radial, y el ancho/espesor de cada protuberancia, siendo:

%R \ = \frac{r}{R} \ x \ 100%

y

%W \ = \frac{w}{W} \ x \ 100%

Así pues, suponiendo r_{1} = r_{2} y w_{1} = w_{2} etc, %R y %W pueden tener cualquier valor comprendido entre 0% y 50%.

La Figura 7 muestra una gráfica teórica del efecto de la variación de los valores de %R y %W sobre el espesor del disco y sobre la variación del par medido por un dinamómetro. Se aprecia que un aumento gradual del valor de %W produce una correspondiente disminución de la variación del par, obteniéndose retornos decrecientes a medida que aumenta el valor de %W. Similarmente, cuando aumenta el valor de %R disminuye la eficacia de las protuberancias para reducir la trepidación. De ahí que se aprecie en la gráfica un área óptima A, representada dentro de una línea de trazos, que indica una aproximación a las dimensiones deseables para la pastilla. Al menos en un aspecto, se solicita protección para una pastilla que tenga unas protuberancias con unas dimensiones que se encuentren sustancialmente dentro de este área de la gráfica. Dentro del área más pequeña definida por las líneas rayadas se encuentra una solución B óptima, y en otro aspecto se busca protección para una pastilla cuyas dimensiones se encuentren dentro de este área. Naturalmente, se entenderá fácilmente que una vez comprobados los beneficios de proporcionar protuberancias a la pastilla de un sistema de frenado, no desearíamos quedar limitados al suministro de pastillas con las dimensiones contenidas en las zonas marcadas de la Figura 7.

La Figura 8 muestra un conjunto de resultados experimentales reales obtenidos al probar en un dinamómetro un conjunto de pastilla real con un disco de freno. El disco fue acelerado hasta una velocidad que simulara la de un vehículo rodando aproximadamente a 70 mph, y se midió la variación del par cuando los frenos se agarraron al disco. El área rayada C, correspondiente a un valor de %R=5-10% con %W=5-10%, es aquella en la que sería deseable elegir las dimensiones de la pastilla.

Finalmente, la Figura 9 es una tabla de los resultados obtenidos en pruebas experimentales con el dinamómetro, mostrando los cambios de la variación de espesor del disco y otros parámetros para diferentes configuraciones de pastillas.

Claims (13)

1. Un freno de disco en el cual un conjunto de pastilla de fricción está adaptado para ser aplicado sobre una cara de un disco giratorio (1) por un medio de aplicación del freno alojado en una carcasa montada sobre una pieza selectivamente estacionaria y adyacente al disco, y el conjunto de pastilla está guiado para que se acerque y se separe del disco desplazándose sobre unas superficies de resistencia al arrastre que resisten el arrastre del conjunto de pastilla de fricción cuando se aplica el freno, estando provista la pastilla de fricción (3) al menos con una protuberancia (8, 9) que se proyecta desde el borde radial delantero de la pastilla en dirección circunferencial, siendo pequeño el espesor radial de la protuberancia (8, 9) en comparación con el espesor radial total de la pastilla (3), y siendo la disposición tal que en caso de que el conjunto de pastilla se incline con respecto al disco (1) cuando el freno esté en posición inactiva, el contacto entre la protuberancia y el disco (1) impide el contacto entre el resto de la superficie de la pastilla y el disco, estando el freno de disco caracterizado porque la pastilla (3) está equipada en los extremos radialmente interior y exterior de sus bordes, al menos de su borde delantero, con unas protuberancias (8, 9) proyectadas circunferencialmente, siendo pequeña la suma de los espesores radiales de las protuberancias (8, 9) en comparación con el espesor radial total de la pastilla (3).

2. Un conjunto de freno de disco según la reivindicación 1, caracterizado porque las protuberancias (8, 9) forman parte integral del material de la pastilla (3).

3. Un conjunto de freno de disco según la reivindicación 1, caracterizado porque cada protuberancia (8, 9) comprende una zona de desgaste independiente que está separada del cuerpo principal de la pastilla (3).

4. Un conjunto de freno de disco según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los bordes delantero y trasero de la pastilla (3) del freno están adaptados para impedir el citado contacto con la parte central del área frenada del disco (1) del freno, estando cada borde provisto de un par de protuberancias (8, 9) proyectadas circunferencialmente.

5. Un conjunto de freno de disco según la reivindicación 4, caracterizado porque cada uno de los bordes delantero y trasero está provisto de unas protuberancias interior (8) y exterior (9) en una zona próxima a las respectivas partes interior y exterior del borde de la pastilla (3) de freno.

6. Un conjunto de freno de disco según la reivindicación 5, caracterizado porque cada protuberancia (8, 9) define un único punto de contacto en caso de inclinación de la pastilla.

7. Un conjunto de freno de disco según la reivindicación 6, caracterizado porque los puntos de contacto se encuentran sustancialmente en los extremos interior y exterior de los bordes de la pastilla (3).

8. Un conjunto de freno de disco según la reivindicación 5, caracterizado porque las protuberancias interior (8) y exterior (9) están adaptadas para que en caso de inclinación de la pastilla definan cada una un punto de contacto que queda sustancialmente fuera de la región circunferencial del disco de freno frenada por el cuerpo principal de la pastilla de freno.

9. Un conjunto de freno de disco según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque las protuberancias interior (8) y exterior (9) están separadas por una parte radialmente central y lineal del borde.

10. Un conjunto de freno de disco según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el espesor radial de cada protuberancia (8, 9) equivale a un porcentaje del espesor radial total de la pastilla (3) sustancialmente comprendido entre 5% y 15%.

11. Un conjunto de freno de disco según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el ancho de cada una de las protuberancias (8, 9) equivale a un porcentaje del ancho total de la pastilla (3) comprendido entre 5% y 10%.

12. Un conjunto de freno de disco según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque las protuberancias (8, 9) están hechas de un material de desgaste más duro que la parte central del cuerpo principal de la pastilla.

13. Una pastilla (3) de freno para usar en un conjunto de freno según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.