BRPI0820398B1

BRPI0820398B1 - freio a disco anular, e, método para aumentar uma força de sujeição de pastilha de freio

Info

Publication number: BRPI0820398B1
Application number: BRPI0820398A
Authority: BR
Inventors: Constans Alain
Original assignee: Asteria Performance Inc
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2019-08-13
Also published as: US8657080B2; US20100258387A1; BRPI0820398A2; EP2212580A4; EP2212580B1; RU2477398C2; MX2010005729A; CN101878378B; PT2212580E; CA2703557A1; CN101878378A; ES2386598T3; KR20100095540A; WO2009067801A1; EP2212580A1; PL2212580T3; SI2212580T1; RU2010119527A; CA2703557C

Abstract

freio a disco anular, e, método para aumentar uma força de sujeição de pastilha de freio o freio a disco anular (10) compreende um disco de rotor (60) e pelo menos uma pastilha de freio (62, 64) provida em cada lado do disco de rotor (60). a pastilha ou pastilhas de freio (64) em um lado são conectadas a um suporte de pastilha de freio guiado substancialmente axialmente (66). o freio (10) tem um arranjo de transmissão de força criando uma força que aumenta a amplificação entre um membro atuado axialmente (48) e o suporte (66). este arranjo pode aumentar a compacticidade de freio e prover uma distribuição uniforme da força de frenagem em torno de a circunferência do disco de rotor (60). um método para aumentar uma força de sujeição de pastilha de freio é também revelado.

Description

“FREIO A DISCO ANULAR, E, MÉTODO PARA AUMENTAR UMA FORÇA DE SUJEIÇÃO DE PASTILHA DE FREIO”

CAMPO TÉCNICO [001] O campo técnico refere-se a freios a disco anulares e métodos de aumentar forças de sujeição de pastilha de freio em freios a disco anulares.

ANTECEDENTES [002] Freios a disco anulares são algumas vezes referidos em prior referências anteriores como freios a disco anulares de contato completo. Um freio a disco anular compreende pelo menos um disco de rotor que é axialmente móvel com referência a um componente fixo. O disco de rotor está em um engate por transmissão de torque com um elemento rotativo, tal como a roda de um veículo, por exemplo. O disco de rotor é axialmente localizado entre uma ou mais pastilhas de frenagem fixas em um lado, e uma ou mais pastilhas de frenagem axialmente móveis no lado oposto do disco de rotor. O conjunto de pastilhas de freio móveis é axialmente empurrado contra o lado correspondente do disco de rotor por meio de um atuador, por exemplo, um atuador pneumático, hidráulico ou elétrico. Uma fricção de frenagem e calor são gerados quando as pastilhas de freio fixas e móveis estão em um engate por sujeição com os lados do disco de rotor.

[003] Existem inúmeros desafios no projeto de freios a disco anulares. Um é o de ser capaz de gerar uma força de sujeição apropriada usando um atuador que pode se ajustar ao espaço disponível para o freio. Freios a disco anulares são frequentemente providos em veículos e estes freios a disco anulares são geralmente montados dentro de, ou muito próximos, de uma roda de um veículo respectiva. O espaço disponível para cada freio é assim relativamente limitado, mesmo no caso de veículos de grande porte. Além disso, os fabricantes de veículo estão constantemente procurando freios que são crescentemente compactos para reduzir este espaço. As várias exigências podem ser particularmente complexas de serem

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 6/83 / 20 satisfeitas no projeto de freios a disco anulares a serem conectados a um sistema de pneumático usado como uma fonte principal de potência para os freios. Espaço para aperfeiçoamentos sempre existe no projeto de freios a disco anulares.

SUMÁRIO [004] Em um aspecto, é provido um freio a disco anular tendo um eixo central, o freio sendo caracterizado pelo fato de que ele compreende: um suporte principal disposto coaxialmente com referência ao eixo central; um disco de rotor disposto coaxialmente com referência ao eixo central e estando em um engate por deslizamento e por transmissão de torque com o suporte principal, o disco de rotor tendo primeiro e segundo lados opostos; uma carcaça na qual o suporte principal é montado para rotação em torno do eixo central; pelo menos uma primeira pastilha de freio tendo uma superfície voltada para o primeiro lado do disco de rotor, a pelo menos uma primeira pastilha de freio sendo conectada dentro da carcaça; pelo menos uma segunda pastilha de freio tendo uma superfície voltada para o segundo lado do disco de rotor; um suporte de pastilha de freio guiado substancialmente axialmente disposto coaxialmente com referência ao eixo central, o suporte de pastilha de freio tendo primeiro e segundo lados opostos, a pelo menos uma segunda pastilha de freio sendo conectado a o primeiro lado do suporte de pastilha de freio; um conjunto atuador conectado à carcaça, o conjunto atuador compreendendo um membro atuado axialmente; e um arranjo de transmissão de força compreendendo uma primeira interface de came entre o membro atuado axialmente e um membro intermediário localizado entre o membro atuado axialmente e o segundo lado do suporte de pastilha de freio, o membro intermediário sendo disposto coaxialmente com referência ao eixo central e pivotando em um plano radial, o arranjo compreendendo ainda uma segunda interface de came entre o membro intermediário e o segundo lado do suporte de pastilha de freio, o suporte de pastilha de freio se movendo axialmente

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 7/83 / 20 quando o membro intermediário pivota, pelo que o arranjo cria uma força que aumenta a amplificação entre o membro atuado axialmente e o segundo lado do suporte de pastilha de freio.

[005] Em um outro aspecto, é provido um método para aumentar uma força de sujeição de pastilha de freio em um freio a disco anular incluindo um atuador e um disco de rotor tendo um eixo de rotação, o método sendo caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas simultâneas de: gerar uma primeira força com o atuador do freio, a primeira força sendo em uma direção que é paralela do eixo de rotação do disco de rotor; gerar um torque usando a primeira força, o torque tendo um centro de rotação que é substancialmente coincidente com o eixo de rotação do disco de rotor; gerar uma segunda força usando o torque, a segunda força sendo em uma direção que é substancialmente idêntica à direção da primeira força e sendo maior em magnitude que a primeira força; e usar a segunda força para sujeitar pastilhas de freio em lados opostos do disco de rotor.

[006] Os vários aspectos dos aperfeiçoamentos apresentados aqui ficarão aparentes na leitura da seguinte descrição detalhada feita em conjunção com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [007] A figura 1 é uma vista isométrica mostrando o lado externo de um exemplo de um freio a disco anular com um exemplo do arranjo aperfeiçoado;

a figura 2 é uma vista isométrica mostrando o lado interno do freio na figura 1;

a figura 3 é uma vista isométrica ampliada, com uma porção recortada, do freio na figura 1;

a figura 4 é uma vista similar à figura 1, mostrando alguns dos componentes estando destacados a partir do resto do freio;

a figura 5 é uma vista isométrica mostrando a traseira das duas

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 8/83 / 20 metades das partes de carcaça externas do freio na figura 1 e suas correspondentes pastilhas de freio estando separadas;

a figura 6 é uma vista isométrica mostrando o suporte principal, o disco de rotor, o suporte de disco de rotor e os conectores do disco de rotor usado no freio da figura 1;

a figura 7 é uma vista isométrica mostrando os vários componentes ilustrados na figura 6 quando montados conjuntamente;

a figura 8 é uma vista isométrica explodida do freio na figura 1;

a figura 9 é uma vista isométrica da traseira do suporte de pastilha de freio e da luva interna da parte de carcaça interna provida no freio na figura 1;

a figura 10 é uma vista isométrica mostrando alguns dos componentes na traseira do freio na figura 1;

a figura 11 é uma vista mostrando um subconjunto dos componentes da figura 10 a partir de um outro ângulo; e a figura 12 é uma vista mostrando um subconjunto dos componentes da figura 8 a partir de um outro ângulo.

DESCRIÇÃO DETALHADA [008] As figuras 1 a 2 mostram um exemplo de um freio a disco anular 10 montado, com um exemplo do conjunto aperfeiçoado. O freio ilustrado 10 é projetado para ser usado com a roda direita frontal (não mostrada) de um veículo de grande porte, tal como um caminhão ou um ônibus. A figura 1 é uma vista do lado externo e a figura 2 é uma vista do lado interno do freio 10. As palavras externo e interno no presente contexto se referem à posição relativa com referência ao eixo longitudinal no centro do veículo. A roda do veículo gira em a direção de rotação no sentido dos ponteiros do relógio para um observador olhando no lado externo mostrado na

X figura 1 quando o veículo se move à frente. Uma seta com a indicação À

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FRENTE é mostrada na figura 1 e em algumas das outras figuras para indicar a direção de rotação dos componentes rotativos do freio 10 quando o veículo se move à frente. Esta corresponde à direção de rotação principal do freio 10.

[009] Deve ser notado que um freio como o freio 10 que deve ser usado no lado esquerdo frontal do veículo seria uma imagem de espelho daquele que é mostrado. O freio 10 como ilustrado pode também ser modificado para uso em muitos diferentes tipos de veículos, incluindo veículos que não são destinados para rodar em estradas, tais como aeronaves. Além disso, o uso do freio 10 em uma máquina que não é um veículo é também possível. Tal máquina pode ter, por exemplo, uma polia ou um outro elemento rotativo ao qual o freio 10 é conectado. Os usos da palavra veículo” ou seus equivalentes no presente texto somente se referem ao exemplo ilustrado e não necessariamente exclui o uso do freio 10 em outros ambientes.

[0010] O freio ilustrado 10 compreende um suporte principal 12 ao qual a roda do veículo é afixada. O suporte 12 é apoiado em torno de um fuso central interno 14 localizado coaxialmente com referência ao eixo central R do freio 10 (ver a figura 3). O eixo de rotação da roda é coincidente com o eixo central R do freio 10.

[0011] O suporte 12 tem uma pluralidade de pinos rosqueados de montagem axialmente simétricos16 que se projetam para fora a partir de uma porção radial 12a do suporte 12. Dez pinos rosqueados de montagem 16 são mostrados no exemplo ilustrado. Tal configuração é comum para caminhões de grande porte. Deve ser notado que as roscas dos pinos rosqueados de montagem 16 não foram ilustrados.

[0012] O suporte ilustrado 12 tem uma cavidade de mancal 18 no mesmo. Esta cavidade de mancal 18 é mostrada aberta no lado externo. A abertura externa da cavidade de mancal 18 pode ser vedada por uma tampa

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 10/83 / 20 (não mostrada) que é afixada sobre um flange circular 12b localizado em torno da abertura externa. A tampa pode ser útil para prevenir que sujeira ou outros contaminantes entrem na cavidade de mancal 18 no lado externo. Outros conjuntos são também possíveis.

[0013] Muitos dos componentes do freio ilustrado 10 são localizados dentro de uma carcaça. Esta carcaça compreende uma parte de carcaça externa 20 e uma parte de carcaça interna 22. No exemplo ilustrado, a parte de carcaça externa 20 é dividida circunferencialmente em duas metades 20a, 20b. Estas duas metades 20a, 20b são seguras conjuntamente usando dois parafusos 24. Também no exemplo ilustrado, o fuso 14 é conectado a uma parte de carcaça interna 22, como explicado em mais detalhes posteriormente no texto, formando assim uma parte integral com a mesma.

[0014] A parte de carcaça externa 20 é conectada a uma parte de carcaça interna 22 usando uma pluralidade de parafusos 26. A parte de carcaça externa 20 tem uma pluralidade de flanges distribuídos circunferencialmente 28 se estendendo axialmente para a parte de carcaça interna 22 e que provêm pontos de ancoragem para os parafusos correspondentes 26. Os flanges 28 da parte de carcaça externa 20 são espaçados um do outro e têm uma respectiva abertura 30 nos mesmos. Esta configuração aberta promove circulação de ar dentro do freio 10. Variantes são também possíveis.

[0015] A parte de carcaça externa 20 e a parte de carcaça interna 22 da carcaça são partes que não são rotativas com o suporte 12 quando o veículo está em movimento. Todavia, no exemplo ilustrado, elas são conectadas ao chassi ou corpo do veículo através de uma articulação de direção 32. A articulação de direção 32 é aparafusada no lado de traseira da parte de carcaça interna 22. A figura 2 mostra a articulação de direção 32 e alguns dos parafusos 34 providos para conectar a articulação de direção 32 à parte de carcaça interna 22. A articulação de direção 32 é usada uma vez que o freio

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 11/83 / 20 do exemplo ilustrado é para uma roda de direção frontal. Todo o freio 10 pivota assim com a roda do veículo, por exemplo quando um condutor do veículo esterça a roda. Outros arranjos são também possíveis. Por exemplo, se o freio 10 é usado em um ambiente não dirigível, por exemplo uma roda não dirigível, tal como aquelas providas na parte traseira da maioria dos veículos, a parte de carcaça externa 20 e parte de carcaça interna 22 podem ser diretamente conectadas a um componente tal como um elemento transversal ou a um braço de suspensão. A parte de carcaça interna 22 pode então ser conectada de forma dirigida a uma árvore. Outra configuração pode também ser projetada, dependendo das exigências.

[0016] No exemplo ilustrado, um conjunto atuador 40 tem uma configuração geralmente anular e é conectado fora da carcaça, mais particularmente ao lado de traseira da parte de carcaça interna 22, usando os parafusos 36. A parte de carcaça interna 22 é assim localizada entre a parte de carcaça externa 20 e o conjunto atuador 40. O conjunto atuador 40 pode também ser conectado diferentemente à carcaça. Como pode ser apreciado, a montagem do conjunto atuador 40 no lado interno da parte de carcaça interna 22 pode aumentar a compacticidade do freio 10 em comparação com os projetos nos quais um conjunto atuador é provido dentro da carcaça.

[0017] A figura 2 mostra ainda uma entrada de fluido pressurizado 42 para o conjunto atuador 40. No caso de um conjunto atuador pneumático, a entrada 42 pode ser uma conexão pneumática que recebe um gás pressurizado, por exemplo, ar pressurizado, pelo qual o freio 10 é controlado. A força gerada pelo conjunto atuador 40 é então controlada pela pressão de entrada no conjunto atuador 40. É também possível atuar o freio 10 usando líquidos pressurizados, por exemplo, óleo pressurizado, ou usar um atuador elétrico. Ainda, no caso de um veículo que usa um conjunto atuador pneumático, por exemplo um caminhão, o freio 10 pode ser projetado com um modo de segurança contra falha de forma que, quando a entrada não recebe

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 12/83 / 20 nenhuma pressão ou de outra maneira recebe uma pressão insuficiente, o freio 10 é automaticamente ajustado em uma posição de frenagem total ou aproximadamente total. Igualmente, é possível prover válvulas ou outros elementos para controlar o fluido pressurizado diretamente dentro do conjunto atuador 40. A entrada então somente receberia fluido pressurizado a uma pressão relativamente constante e a atuação seria controlada dentro do freio 10 propriamente dito através de um comando remoto. O comando remoto pode ser elétrico, mecânico ou até mesmo usar uma outra linha de fluido pressurizado (não mostrada) conectada ao freio 10 através de uma outra entrada (não mostrado).

[0018] A figura 3 é uma vista ampliada do freio 10 mostrado na figura

1, o freio 10 sendo ilustrado com uma porção recortada. Esta figura mostra o suporte 12 e de que maneira o suporte 12 é montado para rotação em torno de o fuso 14 no exemplo ilustrado. Como pode ser visto, o suporte 12 inclui uma porção de luva que se estende para trás 12c, conectada à porção radial 12a do mesmo. Dois mancais espaçados 50, 52 são localizados dentro da cavidade de mancal 18 do suporte 12. As pistas internas dos mancais 50, 52 são engatadas sobre o fuso 14, enquanto as pistas externas são engatadas dentro da porção radial 12a e da porção de luva 12c do suporte 12, respectivamente. Os mancais 50, 52 são coaxiais com o eixo central R do freio 10. Também na figura 3, o fuso 14 é conectado a um flange disposto radialmente 54 que é propriamente conectado ou de outra maneira feito integral com os outros componentes da parte de carcaça interna 22. O flange ilustrado 54 tem uma pluralidade de furos 56 através dos quais os parafusos 34 que fixam a carcaça à articulação de direção 32 são providos.

[0019] Deve ser notado neste ponto que a configuração específica dos mancais 50, 52 no exemplo ilustrado é somente uma dentre uma pluralidade de configurações possíveis. Por exemplo, algumas configurações podem requerer que a cavidade de mancal 18 seja localizada no lado externo com

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 13/83 / 20 referência à porção radial 12a do suporte 12. O fuso de tal configuração seria mais longo que aquele ilustrado. Muitas outras configurações são também possíveis.

[0020] A figura 3 mostra que a parte de carcaça interna 22 do freio ilustrado 10 compreende um flange interno circular 22a tendo uma pluralidade de furos que estão em alinhamento com os furos 56 do flange 54 ao qual o fuso 14 é conectado. Alguns dos outros componentes que são mostrados na figura 3 são explicados daqui em diante.

[0021] A figura 4 é uma vista isométrica similar à figura 1. Ela mostra as duas metades 20a, 20b da parte de carcaça externa 20 estando separadas uma da outra, expondo assim o disco de rotor 60 do freio 10. Deve ser notado, todavia, que o disco de rotor 60 é ilustrado na figura 4 sem seu suporte. Este suporte será explicado posteriormente. O disco de rotor 60 é localizado coaxialmente com referência ao eixo central R (figura 3). Consequentemente, o disco de rotor 60 sendo uma parte rotativa do freio 10, o eixo de rotação do disco de rotor 60 é coincidente com o eixo central R do freio 10.

[0022] A figura 4 mostra ainda que as pastilhas de freio semicirculares 62 são montadas na traseira das duas metades 20a, 20b da parte de carcaça externa 20. Essas pastilhas de freio 62 são mais bem mostradas na figura 5, figura esta que é uma vista explodida isométrica mostrando a traseira das metades 20a, 20b e suas respectivas pastilhas de freio 62. Cada pastilha de freio 62 é afixada ou é de outra maneira feita integral com as metades 20a, 20b. Embora estejam presentes duas pastilhas de freio semicirculares 62 no exemplo ilustrado, uma para cada metade 20a, 20b, é possível usar uma única pastilha de freio circular (não mostrada) que provê, por exemplo, um contato por 360-graus com o disco de rotor 60, ou usar mais que duas pastilhas de freio semicirculares. A parte de carcaça externa 20 pode também ser feita de um único bloco que não é separado em duas metades.

[0023] As pastilhas de freio 62 podem ser conectadas dentro da

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 14/83 / 20 carcaça usando parafusos ou outros fixadores removíveis, mas pode também ser permanentemente afixadas às metades 20a, 20b. Por exemplo, um lado traseiro metálico das pastilhas de freio 62 pode ser solado ou afixado de outra maneira permanentemente a uma respectiva das metades 20a, 20b. Desta maneira, quando as pastilhas de freio 62 estão desgastadas, não seria possível destacar as pastilhas de freio 62 a partir das metades 20a, 20b para substituílas. A provisão de novos conjuntos de metades de parte de carcaça 20a, 20b com pastilhas de freio integradas 62 simplifica a manutenção e as pastilhas de freio 62 sempre estarão na posição correta dentro das metades 20a, 20b. No exemplo ilustrado, as pastilhas de freio 62 conectadas às metades 20a, 20b têm uma respectiva superfície 62a que engata em uma superfície externa 60a do disco de rotor 60. Uma superfície interna 60b do disco de rotor 60 é engatada por um outro conjunto de pastilhas de freio semicirculares 64, pastilhas de freio 64 estas que são mostradas destacadas do resto do freio 10 na figura 4. As superfícies 60a, 60b do disco de rotor 60 podem ser usinadas de modo a ficarem tão radiais quanto possível e ter o formato e tratamento de superfície desejado. Como será explicado posteriormente, o segundo conjunto de pastilhas de freio 64 é montado sobre um suporte de pastilha de freio guiado axialmente 66.

[0024] Quando as respectivas 64a das pastilhas de freio internas 64 engatam na superfície interna 60b do disco de rotor 60, o disco de rotor 60 é tensionado para se mover para mais perto das pastilhas de freio 62 localizadas no lado externo. Porque elas são conectadas a uma parte de carcaça externa 20, as pastilhas de freio 62 no lado externo são fixadas na posição. Eventualmente, o disco de rotor 60 é engatado pelas pastilhas de freio 62, 64 em ambos os lados. O aumento da força pela qual as pastilhas de freio 64 são engatadas sobre a superfície interna 60b do disco de rotor 60 aumenta a força de sujeição de pastilha de freio, assim a fricção com as pastilhas de frenagem 62, 64 em ambos os lados do disco de rotor 60. A energia cinética que resulta

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 15/83 / 20 do movimento do veículo ou sendo fornecida pelo motor do veículo é então transformada em calor no freio 10 até uma parada total do veículo ou até que a força de sujeição de pastilha de freio seja liberada. O calor no freio 10 eventualmente se dissipa na atmosfera.

[0025] A figura 6 é uma vista explodida isométrica mostrando o disco de rotor 60 em uma vista de seção transversal e o suporte de disco de rotor 70 provido, no exemplo ilustrado, para montar o disco de rotor 60 ao suporte 12. Como dito acima, o suporte de disco de rotor 70 não é mostrado na figura 4. A figura 7 mostra os componentes da figura 6 depois de ser montado. Deve ser notado que nas figuras 6 e 7, somente uma metade do disco de rotor 60 é ilustrada.

[0026] O disco de rotor 60 do exemplo ilustrado é feito usando duas paredes anulares paralelas formando as superfícies externas opostas 60a, 60b. As paredes são conectadas conjuntamente através de uma pluralidade de nervuras que se estendem simétricas ao eixo e radialmente 60c formando canais de ar, como mostrado, por exemplo, na figura 6. O ar aquecido tende a escapar radialmente para fora, enquanto ar frio é admitido em um lado radialmente interno do disco de rotor 60. O interior é conformado para se ajustar sobre o suporte de disco de rotor 70. As várias partes do disco de rotor 60 pode ser feitas integrais uma com a outra. Variantes são também possíveis. [0027] Como dito acima, o disco de rotor 60 está em um engate rotacional com o suporte 12 e o suporte de disco de rotor 70 permite que o disco de rotor 60 se mova em uma direção axial com referência ao suporte 12. Este movimento axial é de uma magnitude que compensa o desgaste de pastilha externo. Deve ser também suficiente mover para fora a partir das pastilhas de freio 62 providas na parte de carcaça externa 20 quando a força de frenagem é liberada. Por conseguinte, quando o freio 10 é inoperante, o disco de rotor 60 não deve engatar excessivamente as pastilhas de freio 62 de modo a minimizar a fricção.

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 16/83 / 20 [0028] O suporte de disco de rotor 70 do exemplo ilustrado é um elemento geralmente anular que é coaxial com o eixo central R do freio 10 (figura 3). Este suporte de disco de rotor 70 tem um interior cilíndrico provido com um material de baixa fricção e é engatado em torno da porção de luva 12c do suporte 12. A periferia do suporte de disco de rotor 70 é provida com uma pluralidade de pinos que se estendem axialmente 72, que são dispostos simetricamente ao eixo sobre a mesma. Os pinos 72 têm um lado externo 72a que se ajusta frouxamente em correspondentes luvas 74 integralmente providas na traseira da porção radial 12a do suporte 12. Cinco pinos 72 e cinco luvas 74 são providos no exemplo ilustrado. Todavia, o uso de um número diferente é também possível e é também possível inverter a posição relativa dos pinos 72 e das luvas 74.

[0029] Como mais bem mostrado nas figuras 6 e 7, as luvas 74 do exemplo ilustrado são dispostas entre as cabeças de dois pinos rosqueados de montagem 16. Duas luvas 74 são separadas pelas cabeças de dois pinos rosqueados de montagem 16. Uma parede de reforço anular 76 conecta as luvas 74 conjuntamente. Pelo menos um dentre os pinos 72 e as luvas 74 é provido com um material de baixa fricção sobre sua superfície conjugada, ou na forma de um revestimento ou uma bucha. Desta maneira, o movimento axial relativo entre o disco de rotor 60 e o suporte 12 pode ser relativamente fácil. Além disso, os pinos 72 do exemplo ilustrado têm uma porção algo central 72c que tem um maior diâmetro que aquele das luvas 74. Essas porções centrais 72c atuam como batentes.

[0030] Como mostrado na figura 7, o disco de rotor 60 é conectado a seu suporte 70 por meio de uma pluralidade de parafusos ou parafusos 78 inseridos em um furo rosqueado na extremidade interna 72b dos pinos 70. Como mostrado, os pinos 72 são conectados ao resto do suporte de disco de rotor 70 usando suportes que se estendem radialmente 80, 82. A figura 7 também mostra que aberturas grandes podem ser providas entre o suporte de

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 17/83 / 20 disco de rotor 70 e o interior do disco de rotor 60 para promover circulação de ar. Variantes são também possíveis.

[0031] Deve ser notado que o diâmetro externo dos pinos 72 não é necessário no mesmo lado externo 72a que o lado interno 72b.

[0032] No uso, quando a roda que é conectada ao suporte 12 gira e o freio 10 é ativado, a força de sujeição aplicada em cada lado do disco de rotor 60 pelas pastilhas de freio 62, 64 tende a reduzir a rotação do disco de rotor 60, criando assim um torque de frenagem na direção oposta à rotação da roda. Este torque de frenagem é transmitido do disco de rotor 60 para a roda pelos pinos que se estendem axialmente 72. Assim, esses pinos 72 recebem substancialmente um torque de frenagem inteiro gerado pelo freio 10.

[0033] Existem muitas outras maneiras que podem ser projetadas para criar o engate rotacional entre o suporte 12 e o disco de rotor 60. Não obstante, o suporte de disco de rotor 70 ilustrado tem boa capacidade de autocentragem e pode manter o disco de rotor 60 dentro de um plano radial em todos os instantes. A histerese do freio 10 pode também ser muito baixa.

[0034] A figura 8 é uma vista explodida isométrica da maioria dos componentes do freio 10 mostrado nas figuras 1 a 3. Deve ser notado, todavia que o interior do disco de rotor ilustrado 60 é ligeiramente diferente daquele que está mostrado nas figuras 6 e 7. Na figura 8, os componentes que estão girando conjuntamente com a roda são o suporte 12 e o disco de rotor 60. Evidentemente, o suporte de disco de rotor 70 (não mostrado na figura 8) também gira conjuntamente com a roda. Como dito acima, a parte de carcaça externa 20 e a parte de carcaça interna 22 da carcaça não estão girando com o suporte 12. Elas podem ser conectadas, no exemplo ilustrado, à articulação de direção 32, como mostrado nas figuras 1 a 3, usando os parafusos 34. Somente alguns dos parafusos 34 são ilustrados na figura 8. O conjunto atuador 40 é conectado à traseira da parte de carcaça interna 22, como é explicado posteriormente.

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 18/83 / 20 [0035] Como dito acima, as pastilhas de freio 64 são conectadas em um lado de um suporte de pastilha de freio guiado axialmente 66. O suporte de pastilha de freio 66 do exemplo ilustrado inclui dois membros de anel concêntricos 66a, 66b (figura 9) que são conectados conjuntamente usando quatro unidades de suporte de cilindro simétricas ao eixo 68. As pastilhas de freio 64 podem ser conectadas removivelmente ao suporte de pastilha de freio 66. Esta conexão removível simplifica a manutenção, uma vez que as pastilhas de freio 64 podem então ser substituídas quando estiverem gastas, sem remover o suporte de pastilha de freio 66 a partir do freio 10. Assim, como mostrado na figura 4, a manutenção do freio 10 pode ser feita no lado interno simplesmente por destacar as duas pastilhas de freio 64 a partir do suporte de pastilha de freio 66. Isto pode ser feito, por exemplo, pelo movimento de um mecanismo de travamento ou parafusos (não mostrados).

[0036] Como para as pastilhas de freio 62 no lado externo, é possível usar uma única pastilha de freio circular em lugar das duas pastilhas de freio semicirculares 64, ou usar mais que duas pastilhas de freio semicirculares 64. Também, em algumas configurações, as pastilhas de freio 64 poderiam ser feitas integrais ou ser fixadas permanentemente de outra maneira ao suporte de pastilha de freio 66. O suporte de pastilha de freio 66 do exemplo ilustrado é axialmente guiado usando uma pluralidade de ranhuras 90 providas em uma luva interna 92 da parte de carcaça interna 22.

[0037] As traseiras do suporte de pastilha de freio 66 e da luva interna são ilustrados na figura 9. Deve ser notado que os outros componentes da parte de carcaça interna 22 foram omitidos. A luva interna 92 pode ser feita integral ou conectada de outra maneira aos outros componentes da parte de carcaça interna 22 ou diretamente apoiada ou permanentemente conectada à articulação ou fuso ou barra de árvore.

[0038] Existem dois conjuntos diferentes de cilindros sobre o suporte de pastilha de freio 66 do exemplo ilustrado. O primeiro conjunto de cilindros

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 19/83 / 20 compreende cilindros 94. Cada cilindro 94 é montado para rotação em torno de uma correspondente árvore 96 que está se estendendo radialmente com referência ao eixo central R (figura 3). Os cilindros 94 se projetam no lado interno do suporte de pastilha de freio 66. Eles são engatados frouxamente nas ranhuras 90 da luva interna 92. A largura das ranhuras 90 é ligeiramente maior que o diâmetro externo dos cilindros 94. Os cilindros 94 são então capazes de se mover facilmente ao longo das ranhuras 90.

[0039] Deve ser notado que os cilindros 94 podem ser substituídos por outros tipos de seguidores, por exemplo botões deslizantes, ou qualquer dispositivo de deslizamento de baixa fricção, dependendo do projeto.

[0040] Com referência de volta à figura 8, as ranhuras 90 do exemplo ilustrado são ligeiramente oblíquas com referência a uma direção que é paralela ao eixo central R (figura 3).

[0041] As ranhuras 90 são deslocadas na direção da rotação da roda quando o veículo se move à frente. Como dito acima, quando o freio 10 é montado, os cilindros 94 no lado interno do suporte de pastilha de freio 66 são engatados nas correspondentes ranhuras 90 da luva interna 92. Isto provê a guia axial do suporte de pastilha de freio 66 quando ela se aproxima ou se afasta do disco de rotor 60. O torque de arraste que pode ser gerado sobre o suporte de pastilha de freio 66 quando o freio 10 é ativado é transmitido para a parte de carcaça interna 22.

[0042] Porque as ranhuras 90 são inclinadas na figura 8 na direção de rotação, o torque de arraste transmitido para o suporte de pastilha de freio 66 pode gerar uma força de reação axial que aumenta a capacidade de frenagem. Esta força de frenagem adicional é, por conseguinte, algo proporcional à intensidade da frenagem. O ângulo das ranhuras 90 pode ser ajustado de acordo com as necessidades específicas e para prevenir que a força de frenagem esteja fora de controle. Por exemplo, o ângulo médio pode ser abaixo de 20°, tal como entre 10 e 20°. Outros valores são possíveis. Ainda, as

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 20/83 / 20 ranhuras 90 podem também ser encurvadas para alterar a força de frenagem adicional quando o suporte de pastilha de freio 66 se aproxima ou se afasta com referência ao disco de rotor 60. É ainda possível prover as ranhuras 90 com paredes opostas não paralelas. Isto pode ser útil para prevenir o efeito oposto se o veículo freia quando ele se move como em uma direção reversa ou se o veículo é paralisado em uma colina íngreme na direção para cima.

[0043] A figura 8 também mostra que um membro intermediário 100 é localizado entre suporte de pastilha de freio 66 e a parte de carcaça interna 22 do freio ilustrado 10. O membro intermediário 100 é também mostrado nas figuras 10 to 12. O membro intermediário 100 tem superfícies de rampa 102 inclinadas axialmente e simétricas ao eixo 102. O membro intermediário 100 é disposto coaxialmente com referência ao eixo central R (figura 3). Ele pivota em um plano radial dentro da parte de carcaça interna 22 e em torno da luva interna 92 da mesma. Mancais 103 ou outros elementos de baixa fricção são providos no exemplo ilustrado entre a traseira da superfície do membro intermediário 100 e a superfície 105 na base da parte de carcaça interna 22 para facilitar a rotação do membro intermediário 100. O membro intermediário 100 não se move em uma direção axial.

[0044] As superfícies de rampa 102 do membro intermediário ilustrado 100 estão voltadas para o lado de traseira do suporte de pastilha de freio 66. Essas superfícies de came 102 são engatadas por correspondentes cilindros 104 providos nas unidades de suporte de cilindro 68 do suporte de pastilha de freio 66. Os cilindros 104 são mostrados, por exemplo, na figura 9. Eles podem ser montados sobre o mesmo eixo 96 que os cilindros 92. Outras configurações são também possíveis. Deve ser notado que a posição relativa das superfícies de rampa 102 e dos cilindros 104 pode ser invertida. Outras variantes são também possíveis.

[0045] A figura 10 é uma vista isométrica mostrando a parte de carcaça interna 22 e alguns dos componentes conectados à mesma. A figura

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 21/83 / 20 é uma vista similar à figura 10 e mostra o mesmo lado traseiro observado a partir de um ângulo diferente. A figura 12 é uma vista isométrica de todas destas partes. A figura 11 não mostra a carcaça 44 do conjunto atuador 40. As figuras 10 e 12 mostram a carcaça 44 do conjunto atuador 40 e a parte de carcaça interna 22 com uma seção cortada parcial.

[0046] Com referência de volta à figura 8, o conjunto atuador 40 do exemplo ilustrado tem uma configuração anular. Ele compreende um atuador de anel inflável pneumaticamente 46 que é inserido na carcaça 44 do conjunto atuador 40. O conjunto atuador 40 também compreende um membro atuado axialmente 48 que é adjacente ao atuador de anel inflável 46. O membro atuado axialmente 48 é localizado coaxialmente com referência ao eixo central R (figura 3). O diâmetro do atuador de anel inflável 46 pode então ser maior em comparação com um anel inflável que seria inserido na carcaça interna 22, por exemplo.

[0047] O membro atuado axialmente 48 compreende quatro cames 49 que se projetam axialmente, com superfícies de came inclinadas 49a que são providas em uma maneira simétrica ao eixo, em torno do membro atuado axialmente 48. Os cames 49 do membro atuado axialmente 48 engatam um correspondente seguidor, por exemplo um cilindro 108, provido na periferia do membro intermediário 100. Esses cilindros 108 têm uma árvore 110 que é radialmente orientada com referência ao eixo central R. Como mais bem mostrado na figura 12, aberturas em forma de arco 112 são providas na periferia da parede de traseira da parte de carcaça interna ilustrada 22 e os cames 49 do membro atuado axialmente 48 estão se estendendo através de uma abertura correspondente destas aberturas 112 para engatar os cilindros externos 108.

[0048] Porque os cames 49 estão em engate com os cilindros 108 do membro intermediário 100 e que o membro atuado axialmente 48 somente se move em uma direção axial, o membro intermediário 100 é forçado a pivotar

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 22/83 / 20 em torno do eixo central R quando o membro 48 se move. O movimento de pivotamento move os cilindros 104 do suporte de pastilha de freio 66 ainda mais para cima das superfícies de rampa 102. Isso resulta em um movimento axial do suporte de pastilha de freio 66 em direção ao disco de rotor 60. O objetivo global do mecanismo de atuador mostrado nas figuras 10 a 12 é reduzir o deslocamento axial do anel inflável por uma razão de fator com o suporte de pastilha de freio 66 e ao mesmo tempo aumentar a força de sujeição de suporte de pastilha de freio por uma razão de fator equivalente a partir da força de atuador de anel inflável. O fator de amplificação de força assim gerado pode ser em torno de um valor de 5 e ser sintonizado pela modificação da razão de ângulo das rampas de atuação 49 e do ângulo das rampas intermediárias 102. Além disso, por causa da configuração específica do exemplo ilustrado, o movimento axial do suporte de pastilha de freio 66 gera um ligeiro movimento de pivotamento do suporte de pastilha de freio 66 na mesma direção que a rotação da roda do veículo que se desloca na direção à frente.

[0049] Um arranjo de mola de retorno é provido, por exemplo como parte do conjunto atuador 40, para mover o suporte de pastilha de freio 66 afastando-se do disco de rotor 60 quando a força de frenagem diminui ou é liberada. O arranjo de mola de retorno pode incluir uma ou mais molas. Uma mola é esquematicamente ilustrada na figura 8 com 120. A mola ou molas 120 podem ser conectadas, por exemplo, entre o suporte de pastilha de freio 66 e a parte de carcaça interna 22. A mola ou molas 120 pode também ser configurada e disposta de outra maneira e muitas configurações diferentes podem ser projetadas para mover o suporte de pastilha de freio 66 de volta para sua posição original.

[0050] No uso, a inflação do atuador de anel inflável do conjunto atuador 40 empurra o membro atuado axialmente 48 em direção ao lado externo. A configuração do freio ilustrado 10, todavia, cria uma força que

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 23/83 / 20 aumenta a amplificação entre o membro atuado axialmente 48 e o suporte de pastilha de freio 66. Esta força amplificação aumenta a força de frenagem no freio 10. Um arranjo de transmissão de força do freio ilustrado 10 compreende a primeira interface de came que é provido entre o membro atuado axialmente 48 e o membro intermediário 100, e a segunda interface de came que é provida entre o membro intermediário 100 e o suporte de pastilha de freio 66. Quando o freio 10 é ativado, tal como quando o condutor de um veículo deprime o pedal de freio para reduzir a marcha do veículo em movimento, uma primeira força é gerada pelo atuador 46 do conjunto atuador 40. A primeira força é em uma direção que é paralela ao eixo de rotação do disco de rotor 60. Um torque é simultaneamente gerado usando a primeira força, o torque tendo um centro de rotação que é substancialmente coincidente com o eixo de rotação do disco de rotor 60. Uma segunda força é simultaneamente gerada usando o torque, a segunda força sendo em uma direção que é substancialmente idêntica à direção da primeira força e sendo maior em magnitude que a primeira força. A segunda força é usada como a força de frenagem para sujeitar as pastilhas de freio 62, 64 em lados opostos 60a, 60b do disco de rotor 60.

[0051] Como pode ser apreciado, o projeto de um freio como o freio pode ser feito mais compacto como nunca antes. O freio 10 pode também ser configurado para prover um auto-aumento estável da capacidade de frenagem durante a frenagem. Sobretudo, muitos aspectos do projeto do freio a disco podem assim ser melhorados pela montagem do conjunto de pastilhas de freio axialmente móvel sobre um suporte de pastilha de freio guiado, que é empurrado contra o disco de rotor por um membro intermediário, como mostrado. Este arranjo pode aumentar, por exemplo, a compacticidade do freio.

[0052] Além disso, a distribuição uniforme da força de frenagem em torno da circunferência do disco de rotor 60 aumenta a vida útil das pastilhas

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 24/83 / 20 de freio 62, 64.

[0053] Se desejado, um mecanismo (não mostrado) pode ser provido para compensar o desgaste das pastilhas de freio 62, 64 ao longo do tempo. Tal sistema pode mover, por exemplo, o ponto mais inferior sobre o membro intermediário 100, para o qual os cilindros 104 na traseira do suporte de pastilha de freio 66 pode ir quando a força de frenagem é liberada. Outras configurações são também possíveis.

[0054] Deve ser notado que muitas modificações podem ser feitas ao freio 10 e ao método apresentados aqui. Por exemplo, mais que um disco de rotor pode ser provido em um freio a disco anular. Neste caso, os dois discos de rotor seriam axialmente móveis um com relação ao outro. Ambos os discos de rotor podem estar em engate rotacional com um suporte principal do freio. Um suporte de pastilha de freio adicional (não mostrado) pode ser provido entre os dois discos de rotor. Este suporte de pastilha de freio intermediário seria nos dois lados e livremente móvel em uma direção axial, mas idealmente, ele pode também estar em engate rotacional com uma estrutura fixa, tal como as carcaças 20, 22 do freio ilustrado 10. Se desejado, o disco de rotor pode ser um rotor sólido sem canais de resfriamento internos, como aqueles canais do exemplo ilustrado. Também, as superfícies opostas do disco de rotor, ou com ou sem os canais de resfriamento internos, podem ser ranhurados ou providos com furos para melhorar ainda mais o resfriamento. Se um atuador pneumático for usado, o atuador pneumático pode ter um formato não circular, por exemplo um formato quadrado com cantos arredondados, de modo a aumentar a área de superfície, onde necessário, e manter o atuador tão compacto quanto possível. Como dito acima, o conjunto atuador que é mostrado e descrito pode ser substituído por um outro tipo de atuador, que pode envolver fluido hidráulico ou até mesmo um mecanismo elétrico. Muitas outras variantes são também possíveis.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Freio a disco anular (10) tendo um eixo central (R), compreendendo:

um suporte principal (12) disposto coaxialmente com referência ao eixo central (R);

um disco de rotor (60) disposto coaxialmente com referência ao eixo central (R) e estando em um engate por deslizamento e por transmissão de torque com o suporte principal (12), o disco de rotor (60) tendo primeiro e segundo lados opostos (60a, 60b);

uma carcaça (20, 22) no interior da qual o suporte principal (12) é montado para rotação em torno do eixo central (R);

pelo menos uma primeira pastilha de freio (62) tendo uma superfície (62a) voltada para o primeiro lado (60a) do disco de rotor (60), a pelo menos uma primeira pastilha de freio (62) sendo conectada dentro da carcaça (20, 22);

pelo menos uma segunda pastilha de freio (64) tendo uma superfície (64a) voltada para o segundo lado (60b) do disco de rotor (60);

um suporte de pastilha de freio guiado substancialmente axialmente (66), disposto coaxialmente com referência ao eixo central (R), o suporte de pastilha de freio (66) tendo primeiro e segundo lados opostos, a pelo menos uma segunda pastilha de freio (64) sendo conectada ao primeiro lado do suporte de pastilha de freio (66); e, um conjunto atuador (40) conectado à carcaça (20, 22), caracterizado pelo fato de que:

o conjunto atuador (40) compreende um membro atuado axialmente (48); e, o freio inclui ainda um arranjo de transmissão de força compreendendo uma primeira interface de came entre o membro atuado axialmente (48) e um membro intermediário (100) localizado entre o membro

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2 / 5 atuado axialmente (48) e o segundo lado do suporte de pastilha de freio (66), o membro intermediário (100) sendo disposto coaxialmente com referência ao eixo central (R) e pivotando em um plano radial, o arranjo compreendendo ainda uma segunda interface de came entre o membro intermediário (100) e o segundo lado do suporte de pastilha de freio (66), o suporte de pastilha de freio (66) se movendo axialmente quando o membro intermediário (100) pivota, pelo qual o arranjo cria uma força que aumenta a amplificação entre o membro atuado axialmente (48) e o segundo lado do suporte de pastilha de freio (66), preferivelmente, a força que aumenta a amplificação tem uma razão entre mais que 1 e 5.

2. Freio (10) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira interface de came compreende cames que se projetam simetricamente ao eixo e axialmente (49) tendo superfícies de came engatando respectivos seguidores (108), um dentre os cames (49) e os seguidores (108) estando sobre o membro atuado axialmente (48) e o outro dentre os cames (49) e os seguidores (108) estando sobre o membro intermediário (100).
3. Freio (10) de acordo com reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os seguidores (108) são cilindros dispostos circunferencialmente em torno de uma periferia do membro intermediário (100) ou do membro atuado axialmente (48), os cilindros (108) sendo montados para rotação em torno de respectivas árvores dispostas radialmente (110).
4. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o membro intermediário (100) é montado pivotadamente dentro da carcaça (20, 22).
5. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a segunda interface de came inclui superfícies de rampa inclinadas simétricas ao eixo e axialmente (102), engatadas por respectivos seguidores (104), preferivelmente, cilindros, uma dentre as superfícies de rampa (102) e dos seguidores (104) estando no primeiro lado de suporte de pastilha de freio (66) e a outra dentre as superfícies de rampa (102) e dos seguidores (104)

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 27/83 estando sobre o membro intermediário (100).
6. Freio (10) de acordo com reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o membro intermediário (100) gira em uma direção de rotação que corresponde a uma direção de rotação do suporte (12) quando o membro intermediário (100) aproxima o suporte de pastilha de freio (66) para mais perto do disco de rotor (60).
7. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o suporte de pastilha de freio (66) é guiado axialmente usando uma pluralidade de ranhuras (90) providas na luva (92) conectada dentro da carcaça (20, 22), a luva (92) sendo disposta coaxialmente com referência ao eixo central (R), as ranhuras (90) sendo engatadas por respectivos seguidores (94) conectados ao suporte de pastilha de freio (66).
8. Freio (10) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as ranhuras (90) são dispostas angularmente com referência a uma direção que é paralela ao eixo central (R), as ranhuras (90) induzindo um movimento de pivotamento do suporte de pastilha de freio (66) na mesma direção de rotação que a do disco de rotor (60) quando o suporte de pastilha de freio (66) se move em direção ao disco de rotor (60), fazendo as ranhuras, preferivelmente um ângulo médio entre 10 e 20° com referência à direção que é paralela ao eixo central (R).
9. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o disco de rotor (60) inclui um suporte (70) montado em torno da luva (12c) que se projeta a partir do suporte (12), o suporte (70) sendo guiado axialmente no suporte (12).
10. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o suporte (12) compreende uma pluralidade de parafusos estendendo-se axialmente, com os quais uma roda de um veículo pode ser conectada.
11. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10,

Petição 870190045285, de 14/05/2019, pág. 28/83 caracterizado pelo fato de que o conjunto atuador (40) compreende um atuador pneumático (46), preferivelmente, o atuador pneumático (46) tem uma configuração substancialmente anular e sendo localizado coaxialmente com referência ao eixo central (R).
12. Freio (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a carcaça (20, 22) compreende duas partes dispostas axialmente, conectadas removivelmente conjuntamente.
13. Freio (10) de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma primeira pastilha de freio (62) são duas em número, uma das duas partes da carcaça (20, 22) sendo divididas circunferencialmente em duas metades (20a, 20b) dentro, que são conectadas a uma respectiva das duas primeiras pastilhas de freio (62).
14. Método para aumentar uma força de sujeição de pastilha de freio em um freio a disco anular (10) incluindo um atuador (46) e um disco de rotor (60) tendo um eixo de rotação, caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas simultâneas de:

gerar uma primeira força com o atuador (46) do freio (10), a primeira força sendo em uma direção que é paralela do eixo de rotação do disco de rotor (60) e movendo um membro atuado axialmente (48);

gerar um torque usando a primeira força, o torque tendo um centro de rotação que é substancialmente coincidente com o eixo de rotação do disco de rotor (60);

gerar uma segunda força usando o torque, a segunda força sendo em uma direção que é substancialmente idêntica à direção da primeira força e sendo maior em magnitude que a primeira força, sendo a segunda força, preferivelmente, de maior magnitude em comparação com a primeira força por uma razão entre mais que 1 e 5; e, usar a segunda força para sujeitar pastilhas de freio (62, 64) em lados opostos (60a, 60b) do disco de rotor (60).

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15. Método de acordo com reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que gerar a segunda força inclui adicionar uma força de reação axial para aumentar ainda mais a segunda força, a força de reação axial sendo gerada por um torque de arraste produzido quando da sujeição das pastilhas de freio sobre o disco de rotor (60).