ES2283549T3 - Una banda de frenado, un disco ventilado de freno de disco y una caja de muestras para la produccion de un nucleo de disco de freno de disco. - Google Patents

Abstract

Una banda (14) de frenado para un disco (10) de freno de disco, que comprende dos placas (16, 18) coaxiales con un eje (Z-Z), enfrentadas cada una con la otra, y separadas para formar un espacio (20) para un flujo de aire desde el eje (Z-Z) hacia el lado exterior de la banda (14), teniendo las placas (16, 18) superficies (22) enfrentadas desde las que se extienden, transversalmente, los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, para conectar las placas (16, 18), estando los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares distribuidos en anillos circulares o filas concéntricas con las placas (16, 18) de modo que están distribuidos uniformemente por el espacio (20), teniendo estos elementos (24, 26) a modo de pilares que están dispuestos en filas interiores de la banda secciones transversales rómbicas, siendo las secciones transversales consideradas en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio (20), en la que una primera placa (16) de las citadas placas ha sido formada de manera continua con la campana (12) de soporte, y la segunda placa (18) está conectada a la primera por medio de los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, y las secciones transversales rómbicas de los elementos (24, 26) a modo de pilares que están en filas interiores de la banda (14) son simétricas con respecto a un eje transversal a la dirección del flujo, y cada uno de dichos elemento (24, 26, 28) a modo de pilares de cada fila tiene sustancialmente la misma extensión radial D en la citada sección transversal, extendiéndose cada elemento (24, 26, 28) adecuado para la conexión entre las placas (16, 18) desde una placa hasta la otra (16, 18) mientras permanece en el interior del espacio (20).

Description

Una banda de frenado, un disco ventilado de freno de disco y una caja de muestras para la producción de un núcleo de disco de freno de disco.

La presente invención se refiere a una banda de frenado y a un disco ventilado para freno de disco, en particular aunque no exclusivamente para aplicaciones en el campo de la automoción.

Un aspecto adicional de la presente invención se refiere a una caja de muestras para la producción de un núcleo de disco para freno de disco.

Como es conocido, un disco del tipo especificado anteriormente está constituido por dos porciones coaxiales. Una primera porción, la campana de soporte, se destina a la conexión con el cubo de rueda de un vehículo, y el resto, la porción periférica, conocida como banda de frenado, se destina a cooperar con los calibradores de freno de disco con el fin de ejercer la fuerza de frenado sobre el vehículo.

Más en particular, la presente invención se refiere a un llamado disco ventilado, es decir, un disco en el que la banda de frenado está constituida por dos placas coaxiales, enfrentadas, separadas de modo que forman un espacio. Las dos placas están conectadas por elementos a modo de pilares que se extienden a través del espacio entre las dos placas. De ese modo, se crean conductos de ventilación entre las placas y el aire circula a través de los conductos en una dirección desde el lado interno de la banda de frenado hacia el lado externo, ayudando con ello a disipar al ambiente el calor generado en la banda durante cada operación de frenado.

Se conocen elementos a modo de pilares de diversas formas, de varios tamaños, y distribuidos de varias maneras alrededor del espacio de la banda de frenado. Se conocen discos para freno de disco en los que los elementos a modo de pilares se encuentran distribuidos en una disposición quincuncial y en tres filas. Además, la forma de la sección transversal de cada elemento a modo de pilar0, tomada según un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio, varía de fila en fila. En particular, los elementos de la fila interior tienen una sección transversal que es ahusada hacia el lado exterior de la banda de frenado.

Un disco de ese tipo se encuentra descrito, por ejemplo, en el documento US-4.865.167.

También son conocidos discos con elementos a modo de pilares de diferentes magnitudes radiales, que están redondeados hacia el interior de la banda de frenado. Un disco de ese tipo se encuentra descrito, por ejemplo, en los documentos US-5.542.503 y US-6.152.270. La solución descrita en el documento US-5.542.503 presenta una banda de frenado que tiene el anillo de fricción lateral de la rueda formado de manera integral con la campana de soporte. Esta solución, aunque resulta satisfactoria bajo muchos puntos de vista, no garantiza un flujo de aire eficiente deseado por los conductos de ventilación.

Se conocen otros discos provistos de elementos a modo de pilares a partir de los documentos EP-A-0318687, EP-A-0989321 y DE-A-4210449.

Aunque estos discos conocidos son satisfactorios desde muchos puntos de vista, tienen desventajas considerables.

En primer lugar, se ha observado una pobre eficacia de ventilación o, en otras palabras, una pobre capacidad de enfriamiento, debido a la resistencia ofrecida al flujo de aire en el interior del espacio presente en la banda de frenado, cuya resistencia está causada por la forma conocida de los elementos que conectan las placas.

Además, se ha observado una pobre resistencia de la banda de frenado a los esfuerzos térmicos y, en algunos casos extremos, a los esfuerzos mecánicos, estando esta pobre resistencia causada principalmente por la disposición geométrica conocida de los elementos que conectan las placas.

También se conoce el hecho de que se producen discos para frenos de disco mediante fundición, y los conductos de ventilación entre las dos placas se forman durante la fundición, con el uso de un núcleo. El núcleo, a su vez, se forma mediante la inyección de arena para núcleos, es decir, un aglomerado de arena y de resinas, en una caja de muestras.

Esta última está constituida por dos semi-carcasas que, cuando se acoplan, definen en el interior de las mismas una cavidad que reproduce, entre otras cosas, la estructura interna del disco y, en particular, el espacio entre las dos placas. Las dos semi-carcasas tienen por consiguiente elementos sobresalientes para definir cavidades en el núcleo que, cuando se funde el disco, formarán los elementos a modo de pilares que conectan las dos placas.

Durante la producción del núcleo, la arena para núcleos se inyecta en las dos semi-carcasas acopladas haciéndola fluir desde el diámetro más interno hasta el diámetro más externo. Cuando la arena empieza a fluir a través de la cavidad que definirá el espacio entre las dos placas, los elementos sobresalientes y, en particular, la fila interna, provocan en consecuencia una obstrucción para el flujo de arena.

La etapa de moldeo de núcleo resulta así crítica, debido a las obstrucciones mencionadas en lo que antecede. De hecho, la arena que se encuentra en las proximidades de los elementos a modo de pilares de la fila más externa y, en particular, en la zona que se enfrenta hacia el exterior en relación con el disco, no tiene la compacidad necesaria para resistir la fundición del metal derretido. Durante la fundición, el flujo de metal derretido puede, de hecho, socavar las zonas menos compactas del núcleo y sustituirlas, dando lugar a protuberancias indeseadas que afectan negativamente a las posteriores etapas de procesamiento y al funcionamiento del disco.

Las protuberancias pueden ocasionar obstrucciones en la primera etapa de procesamiento posterior, en la que el disco es agarrado y posicionado mediante elementos contenedores que están insertados en el espacio entre las placas. Además, las protuberancias pueden conducir, por ejemplo, a un desequilibrio en las masas del disco de modo que se debe eliminar una cantidad mayor de material en la etapa de equilibrado al final del ciclo de procesamiento. Finalmente, cuando el disco está en uso, la presencia de estas protuberancias puede constituir una obstrucción para el flujo de aire a través de los conductos de ventilación dando lugar a perturbaciones del flujo con la consiguiente reducción de la eficacia de enfriamiento.

Queda claro a partir de lo que antecede que, para impedir las desventajas mencionadas anteriormente, existe la necesidad particular en este campo de conseguir un correcto grado de compacidad en cada porción del núcleo que será utilizado posteriormente durante la fundición de un disco para freno de disco.

El objeto de la presente invención consiste en diseñar y proporcionar una banda de frenado, un disco ventilado para freno de disco, y una caja de muestras para la producción del núcleo de disco para freno de disco, que satisfagan los requisitos mencionados en lo que antecede y que, al mismo tiempo, eviten los problemas mencionados con referencia a la técnica anterior.

Este objeto se ha conseguido por medio de una banda de frenado para un disco de freno de disco de acuerdo con la reivindicación 1, por medio de un disco ventilado para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 19, y por medio de una caja de muestras para la producción de un núcleo de disco para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 22.

Características y ventajas adicionales de la banda, del disco y de la caja de muestras de acuerdo con la invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción de una realización preferida de los mismos, dada a título de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva, parcialmente en corte, de un disco para freno de disco de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 es una vista frontal, parcialmente en corte, del disco de la figura 1;

La figura 3 es un corte a través del disco, tomado por la línea III-III de la figura 2;

La figura 4 es un corte a través de una posible variante del disco de la figura 3;

La figura 5 es un corte diametral a través de una caja de muestras de acuerdo con la presente invención;

La figura 6 muestra la caja de muestras de la figura 5 en una condición operativa diferente;

La figura 7 es un corte diametral a través de un núcleo producido mediante la caja de muestras de las figuras 5 y 6;

La figura 8 muestra, en corte diametral, un disco para freno de disco en la etapa de su producción por fundición;

La figura 9 es una vista en perspectiva, parcialmente en corte, de un detalle de la caja de muestras;

La figura 10 es una vista lateral, parcialmente en corte, del detalle de la figura 9; y

La figura 11 es una vista en perspectiva, parcialmente en corte, de un segundo detalle de la caja de muestras.

Con referencia a los dibujos mencionados anteriormente, un disco para freno de disco de acuerdo con la presente invención, en particular un llamado disco ventilado, para uso en un freno de disco (no representado) de un vehículo tal como un coche, ha sido indicado con 10 en general. El disco 10 es sustancialmente circular y se extiende alrededor de su eje indicado como Z-Z en los dibujos.

El disco 10 comprende una campana 12 de soporte y una banda 14 de frenado coaxial con la campana 12.

La banda 14 de frenado, la cual está destinada a cooperar con los calibradores de freno de disco con el fin de ejercer la fuerza de frenado sobre el vehículo, comprende una primera placa 16 y una segunda placa 18 dispuestas coaxialmente en el eje Z-Z. La primera placa 16 está en el mismo lado que el soporte 12 de campana, y la segunda placa 18 está en el lado opuesto.

Las dos placas se enfrentan una a la otra y están separadas para formar un espacio 20 en el que tiene lugar el flujo de aire desde el eje Z-Z hacia el lado externo de la banda 14 de frenado durante la rotación del disco.

Las dos placas tienen superficies 22 enfrentadas desde las que se extienden transversalmente los elementos 24, 26 y 28 a modo de pilares, conocidos también como pernos.

Los elementos a modo de pilares se extienden de modo que conectan las dos placas. En particular, la primera placa está formada de manera continua con la campana 12 de soporte y la segunda placa 18 está conectada a la primera por medio de los elementos a modo de placa.

Los elementos a modo de placa están distribuidos uniformemente alrededor de las superficies 22 enfrentadas de las placas y, en la realización que se muestra, están divididas en tres anillos circulares concéntricos o filas que corresponden con una fila interna, es decir, la fila más cercana al eje Z-Z, una fila intermedia, y una fila externa, es decir, la fila más alejada del eje Z-Z. Por motivos de simplicidad de la descripción, los elementos a modo de pilares de la fila interna se han indicado con 24, los elementos a modo de pilares de la fila intermedia se han indicado con 26 y, finalmente, los elementos a modo de pilares de la fila externa se han indicado con 28.

De acuerdo con una realización, los elementos a modo de pilares comprenden más de una fila intermedia (elementos 26 a modo de pilares intermedios), por ejemplo dos filas intermedias dispuestas entre la fila interna (los elementos 24 a modo de pilares internos) y la fila externa (los elementos 28 a modo de pilares externos).

Los elementos 24 a modo de pilares de la fila interna constituyen los elementos a modo de pilares que están dispuestos en las proximidades del borde de la banda 14 de frenado que se enfrenta al eje Z-Z. La sección transversal de cada uno de estos elementos a modo de pilares que están en un área sustancialmente paralela con la dirección del flujo de aire en el espacio, es ahusada hacia el eje Z-Z. Con mayor detalle, los elementos a modo de pilares tienen una sección transversal que es ahusada tanto hacia el eje Z-Z de las placas como hacia el lado externo de la banda 14 de frenado, formando una sección transversal sustancialmente rómbica.

De acuerdo con una realización, los elementos 24, 26 a modo de pilar dispuestos en filas interiores de la banda, lo que significa la fila interna y al menos una fila intermedia, tienen secciones transversales rómbicas, lo que significa una sección considerada en un área sustancialmente paralela con la dirección del flujo de aire a través del espacio 20, como se describirá mejor en lo que sigue.

La sección transversal rómbica es una sección transversal que tiene cuatro lados al menos parcialmente planos. Un elemento a modo de pilar, que tiene una sección transversal rómbica, es un elemento que posee una superficie o pared lateral que comprende cuatro caras al menos parcialmente planas, adecuadas para definir un conducto de ventilación de la banda de frenado y adecuado para dirigir el flujo de aire desde el interior hacia el exterior del disco de la manera que se va a describir con mayor detalle en lo que sigue.

De acuerdo con una realización, los elementos 24, 26 a modo de pilares tienen superficies planas enlazadas que definen la sección transversal rómbica.

En particular, de acuerdo con una realización, los elementos 24, 26 a modo de pilares de las filas interior e intermedia tienen, en dirección radial, extremos con radios R1 de enlace variables desde 1,5 mm hasta 2,5 mm, y con preferencia son de 2 mm. Los elementos 28 a modo de pilares de la fila externa tienen, en dirección radial, un primer extremo con un radio R1 de enlace variable desde 1,5 mm hasta 2,5 mm y con preferencia es de 2 mm, y un segundo extremo, con preferencia el extremo externo, con un radio R4 de enlace variable desde 4 mm hasta 5 mm y con preferencia es de 4,5 mm. Los elementos 24 a modo de pilares de la fila interior tienen, en dirección transversal a la dirección de flujo, radios R2 de enlace variables desde 3 mm hasta 3,5 mm entre las superficies planas. Los elementos 26 a modo de pilares de dicha al menos una fila intermedia tienen, en una dirección transversal a la dirección de flujo, radios R3 de enlace variables desde 3,5 hasta 4 mm entre las superficies planas.

Con preferencia, todos los elementos 24, 26, 28 a modo de pilares están conectados a las placas 16, 18 con radios R5 de enlace variables desde 3 mm hasta 4 mm, siendo con preferencia de 3,5 mm (figuras 3 y 4).

Ventajosamente, las secciones transversales rómbicas de los elementos 24, 26 a modo de pilares que están en filas interiores de la banda 14, son simétricas con respecto a un eje transversal a la dirección de flujo de cada elemento 24, 26, 28, son adecuados para la conexión entre las placas 16, 18 por extenderse desde una placa 16, 18 hasta la otra, mientras que permanecen en el interior del espacio 20. En otras palabras, partiendo desde una porción central de máxima extensión tangencial o de dimensión más grande, un elemento a modo de pilar de las filas interiores de la banda (la fila interior, o fila más cercana al eje Z-Z y la al menos una fila intermedia) es ahusado hacia el interior y hacia el exterior del disco con porciones de igual extensión y que forman juntas ventajosamente pares de caras paralelas dispuestas para dirigir aire de una manera controlada a través de los conductos o canales definidos en el espacio. Además, cada elemento que sirve para la conexión de las placas no se proyecta o sobresale por fuera del espacio 20, evitando la formación de elementos que desvíen el flujo de aire que se proyecta desde el espacio hasta el exterior de las placas. En otras palabras, la abertura interior y la abertura exterior del espacio 20 están libres de obstáculos respecto a la libre circulación del flujo de aire.

Para mayor ventaja, los extremos radiales de las secciones transversales de filas adyacentes están sustancialmente alineados sobre el mismo círculo (figura 2). En otras palabras, entre filas adyacentes, por ejemplo la fila interna y la fila intermedia, o la fila intermedia y la fila externa, no existe superposición en dirección tangencial entre los elementos 24 y 26 ó 26 y 28 a modo de pilares (ningún círculo concéntrico con el eje Z-Z de las placas 16, 18 y que se extiende a través de elementos a modo de pilares de una fila se extiende a través de elementos a modo de pilares de otra fila).

Ventajosamente, cada uno de los elementos 24, 26, 28 a modo de pilares de cada fila, tiene sustancialmente la misma extensión radial D en la citada dirección transversal. En otras palabras, los elementos de conexión de las placas son áreas de conexión para las placas, y con ello son también áreas de rigidización, que están distribuidas uniformemente sobre la extensión de las placas como conjunto.

Ventajosamente, los elementos 24, 26, 28 a modo de pilares interconectan las placas 16, 18 sobre un área no mayor del 15%-25%, con preferencia el 20% del área superficial enfrentada total de cada placa. En otras palabras, las placas enfrentadas, que tienen un área superficial lateral interna global (sustancialmente igual a un área superficial externa adecuada para interactuar con los patines de un sistema de freno o con una superficie de frenado), están cubiertas por los elementos de conexión sobre un área variable desde el 15% hasta el 25%, y con preferencia es el 20% del área global de la superficie de enfrentamiento.

De acuerdo con una realización, las dos placas 16, 18 están conectadas por medio de elementos 24, 28 a modo de pilares, dispuestos a lo largo de al menos una fila interna y una fila externa, las cuales son concéntricas una con la otra.

De acuerdo con una realización adicional, se proporcionan una o dos filas adicionales intermedias de elementos 26 a modo de pilares.

Con preferencia, los elementos 26 a modo de pilares de la al menos una fila intermedia están desviados con relación a los 24, 28 de las filas interna y externa.

Para mayor ventaja, los elementos 24, 26, 28 a modo de pilares están distribuidos entre las dos placas 16, 18 según una disposición en quincuncial.

Las dimensiones de los elementos a modo de pilares pueden variar en base al vehículo al que está destinado el disco. Por ejemplo, la dimensión en la dirección circunferencial, es decir, la diagonal d más corta del rombo, tiene un valor que es variable dependiendo del tipo de vehículo, por ejemplo, 6 mm para un coche o 10-12 mm para un vehículo comercial, mientras que la dimensión en dirección radial, es decir, la diagonal D más larga, tiene un valor que depende de la anchura h de la banda de frenado, es decir de la diferencia entre el radio exterior y el radio interior de la banda de frenado. Los lados de la sección transversal rómbica están unidos entre sí.

De acuerdo con una realización, los elementos 24 a modo de pilares de la fila interna tienen, en una zona sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio 20, una diagonal de la sección transversal rómbica que es transversal a la dirección del flujo, que tiene dimensiones de entre 6 mm y 7 mm.

De acuerdo con una realización adicional, los elementos 26 a modo de pilares de la al menos una fila intermedia tienen, en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio 20, una diagonal de la sección transversal que es transversal a la dirección del flujo, que tiene dimensiones de entre 7 mm y 8 mm.

Esta sección transversal se muestra, a título de ejemplo, en la figura 2, la cual es una vista frontal del disco y de la banda de frenado, en la que la segunda placa 18 ha sido parcialmente seccionada para mostrar las formas de los elementos a modo de pilares de al menos tres filas. Esta sección transversal corresponde por lo tanto con el área mencionada anteriormente, sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio, y puede corresponder con un plano transversal al eje Z-Z del disco, o con un área arqueada, dependiendo de las formas adoptadas por las dos placas y por el espacio.

La sección transversal de cada uno de los elementos 28 a modo de pilares de la fila más externa en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio, tiene forma de gota. En particular, esta sección transversal es ahusada hacia el eje Z-Z de las placas y posee una porción de enlace externa, por ejemplo, con un radio de 5 mm.

Además, la sección transversal de cada uno de los elementos 26 a modo de pilares de la fila intermedia en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio, es ahusada tanto hacia el eje Z-Z de las placas como hacia el lado externo de la banda de frenado. Los elementos en forma de pilares de la fila intermedia tienen también de ese modo una sección transversal sustancialmente rómbica similar a la de los elementos a modo de pilares de la fila interna.

Lo que sigue son algunas definiciones posibles del área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio.

La realización de la figura 3 tiene, de hecho, un disco en el que las dos placas que constituyen la banda de frenado son sustancialmente paralelas con los planos perpendiculares al eje Z-Z, y el espacio 20 se extiende correspondientemente según un anillo coaxial con el eje Z-Z. La conexión entre la primera placa 16 y la campana 12 se forma entre paredes que son sustancialmente perpendiculares una con otra, aunque están unidas adecuadamente. Con esta configuración, las superficies 22 enfrentadas de las dos placas se extienden en dos planos desde los que se proyectan los elementos 24-28 a modo de pilares perpendicularmente. De acuerdo con esta realización, el flujo de aire entra en el espacio 20 en las proximidades de la zona más cercana al eje Z-Z y pasa a través de la misma hacia el lado externo de la banda de frenado. Como resultado, un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio 20, podría estar constituida por el plano medio del espacio, indicado mediante una línea 30 en la figura 3.

El ejemplo de la figura 4 muestra una realización adicional del disco en el que, con respecto al eje Z-Z, una porción externa de la primera placa 16 es sustancialmente paralela con planos perpendiculares al eje Z-Z, mientras que una porción interna de la primera placa 16 se desvía, curvando hacia la segunda placa 18. El espacio 20 se extiende correspondientemente según un anillo coaxial con el eje Z-Z al menos en la porción externa de la banda mientras que, en la zona de la desviación de la primera placa 16, el espacio se desvía hacia fuera desde la campana. De hecho, la conexión entre la primera placa 16 y la campana se ha formado entre paredes que están sustancialmente inclinadas, una en relación con la otra, y unidas adecuadamente. Con esta configuración, la superficie 22 de la segunda placa 18 se extiende en un plano perpendicular al eje Z-Z, mientras que la superficie 22 de la primera placa tiene forma curva. Las tres filas de elementos a modo de pilares están distribuidas sobre la extensión completa de la banda de frenado. En particular, la fila más interna, indicada mediante los elementos 24 a modo de pilares, sigue también la forma de la porción arqueada del espacio, en virtud de su configuración, ahusada hacia el lado interno de la banda de frenado. En una realización de este tipo, el flujo de aire entra en el espacio de las proximidades de la región más cercana al eje Z-Z, la cual está dispuesta casi enfrentada a la parte delantera del disco, y pasa a través del espacio hacia el lado externo de la banda. Como resultado, un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio podría estar constituida, por ejemplo, por el área central del espacio, la cual se ha indicado mediante una línea 32 en la figura 4.

En la realización mostrada, con referencia por ejemplo a la figura 2, los elementos en forma de pilares de la fila intermedia están desviados en relación a los de la fila interna y a los de la fila externa. En particular, los elementos 24, 26 y 28 a modo de pilares, están distribuidos entre las dos placas según una disposición quincuncial.

Además, según se muestra en las figuras 1 a 4, la campana 12 y la banda 14 de frenado se han formado como elemento único, producido mediante fundición, en el que la banda de frenado se extiende continuamente desde la campana de soporte.

La porción de conexión entre la campana y la banda de frenado puede adoptar diferentes configuraciones, de las que se han mostrado dos, por ejemplo, en las figuras 3 y 4, tal y como se ha descrito anteriormente.

Como se apreciará a partir de la descripción que antecede, en virtud de la provisión de una banda de frenado equipada con placas conectadas por medio de elementos de conexión a modo de pilares que se encuentran dispuestos completamente en el interior del espacio y que, en el caso de los elementos a modo de pilares de las filas interiores, son de configuración rómbica simétrica, es posible superar las desventajas de los discos de la técnica anterior y, en particular, se ha encontrado una mejora significativa en el flujo de aire a través de los conductos de ventilación o canales del espacio.

Además, como se apreciará a partir de la descripción que antecede, en virtud de la provisión de una banda de frenado que posee placas conectadas por medio de elementos de conexión a modo de pilares dispuestos en filas adyacentes en las que los extremos radiales de las secciones transversales están sustancialmente alineados sobre el mismo círculo, y en las que cada uno de los elementos 24, 26, 28 a modo de pilar de cada fila tiene sustancialmente la misma extensión radial en sección transversal, es posible superar las desventajas de los discos de la técnica anterior y, en particular, se ha encontrado una mejora significativa en la resistencia de la banda de frenado, por ejemplo, respecto a los grandes esfuerzos causados por gradientes térmicos considerables, así como también una baja incidencia de escisión o rotura en las placas incluso cuando son forzadas mediante operaciones de frenado severas y repetidas.

Una comparación de las pruebas sobre el comportamiento del flujo de aire en el conducto o canal de ventilación proporcionado en el espacio entre dos placas de un disco que tiene una disposición geométrica de acuerdo con la técnica anterior y un disco que tiene una disposición geométrica de acuerdo con la presente invención, demuestra la mejora significativa en la ventilación conseguida mediante la disposición geométrica de la solución que aquí se propone. En particular, es posible evaluar el campo vector de la velocidad del flujo de aire que pasa a través de una porción de espacio de un disco conocido y del disco que tiene la configuración geométrica resultante de la solución aquí propuesta, cuyo campo se repite circunferencialmente a través del espacio. La prueba comparativa entre la disposición geométrica conocida y la de la solución aquí propuesta se realizó mediante un programa computacional de dinámica de fluidos, estableciendo como condiciones la rotación del disco a una velocidad de 1500 rpm (revoluciones por minuto), una presión ambiental a la entrada y la salida del espacio, y una temperatura de 20ºC. Mediante esta prueba fue posible comparar los campos vectores y concluir que el flujo de aire en la solución aquí propuesta era más uniforme, tanto a la entrada al espacio como a la salida del mismo, y que pasó alrededor de los elementos a modo de pilares mucho mejor o, en otras palabras, fue menos desviado por el impacto contra los elementos a modo de pilares. Desde una comparación cuantitativa, se encontró que la velocidad máxima alcanzada por el aire en la solución aquí propuesta se redujo ligeramente en comparación con la velocidad máxima de la solución conocida, a favor de un incremento considerable de la velocidad mínima del aire, conduciendo en consecuencia a una mejora o incremento del flujo en volumen (en litros de aire por segundo) de más del 5% en comparación con la velocidad de flujo del disco conocido.

Ventajas adicionales de la solución propuesta son:

- la extensión transversal propuesta de los elementos de las filas interna e intermedia (las filas interiores de la banda) permite que se alcance un control mejorado del flujo de aire en el espacio;

- la falta de solapamiento o el espacio entre las filas adyacentes, hace que la rigidez local del disco completo sea más homogénea, evitando la desventaja que se presenta en el caso de solapamiento (aunque sea pequeño) de elementos de conexión de filas adyacentes o, en otras palabras, evitando porciones circulares que tengan el doble de elementos de conexión que otras porciones, y evitando así regiones de la banda que tengan una rigidez no uniforme;

- la provisión de elementos de conexión que tienen secciones transversales simétricas rómbicas permite una mejora en la eficiencia de ventilación y, en particular, un incremento en el flujo de aire que pasa a través del espacio por unidad de tiempo;

- en virtud de los radios de enlace propuestos entre las superficies planas de los elementos de conexión, la consecución de un compromiso significativo entre la provisión de esquinas aguzadas y de elementos excesivamente redondeados que, en ambos casos, podrían afectar negativamente al transporte controlado de aire; en particular, los radios propuestos que unen los elementos a modo de pilares y las placas, evitan ángulos que sean difíciles de conseguir y una sección transversal que sea inadecuada para el flujo de aire deseado;

- en virtud del porcentaje que se propone de superficies totales enfrentadas de las placas que se cubren mediante los elementos de conexión, es posible conseguir una resistencia considerable al fraccionamiento de la superficie de frenado, permitiendo una resistencia controlada a la expansión térmica de las placas que son forzadas por la acción de frenado; y

- un bajo peso del disco.

Las etapas principales de la producción de un disco de acuerdo con la presente invención mediante fundición, han sido ilustradas en las figuras 5 a 8. Las figuras 5 y 6 muestran una caja de muestras 34 que comprende una semi-carcasa 36 para ser dispuesta en la parte superior, y una semi-carcasa 38 para ser dispuesta en la parte inferior. En la figura 5, las dos semi-carcasas están separadas, mientras que en la figura 6 están acopladas y se define una cavidad 40 en el interior de las mismas.

La semi-carcasa 36 superior posee una estructura sustancialmente circular que se extiende alrededor de un eje X-X. En posición central concéntrica con el eje X-X, existe un conducto 42 para la arena para núcleos la cual, al ocupar la cavidad 40, dará lugar a un núcleo 44, por ejemplo, mostrado en la figura 7.

Al menos una porción de una superficie 37 interna de la semi-carcasa mencionada anteriormente sigue sustancialmente la forma de la superficie interior de la primera placa 16 y de la campana 12. En particular, se puede ver que el perfil afectado es del tipo que se muestra en la figura 4, es decir, un perfil en el que la primera placa 16 posee una porción plana y una porción arqueada dispuestas en las proximidades de la campana.

La semi-carcasa 38 inferior también tiene una estructura sustancialmente circular que se extiende alrededor del eje X-X. En posición central, concéntrica con el eje X-X, existe una protuberancia 46 cilíndrica que se enfrenta al conducto 42 de la semi-carcasa 36 superior.

También en la semi-carcasa 38 inferior, al menos una porción de una superficie 38 interna sigue sustancialmente la forma de una porción del disco y, en particular, de la superficie interna de la segunda placa 18.

Cuando las dos semi-carcasas están acopladas, como se muestra en la figura 6, la porción periférica de la cavidad 40 tiene la estructura de un anillo 48 que tiene un espesor mayor que el de la porción adyacente de la cavidad y que puede dar lugar a una porción 50 de núcleo que se extiende periféricamente en relación con el núcleo.

Con referencia a la figura 6, una región de la cavidad 40 que, en las etapas posteriores del proceso dará lugar a al espacio de la banda de frenado, es decir, la región sustancialmente intercalada entre el anuillo 48 anular y la protuberancia 46, ha sido indicada con 51. Los elementos 52, 54, 56 sobresalientes, cuya forma y distribución depende de la forma y de la distribución de los elementos 24-28 a modo de pilares del disco, se extienden a través de esta región.

En particular, los elementos 52 sobresalientes proyectados, son tales que forman en el núcleo 44 correspondiente, cavidades que a su vez pueden dar lugar a los elementos 24 a modo de pilares de la fila interior del disco 10. De manera similar, los elementos 54 proyectados son tales que forman en el núcleo 44 cavidades correspondientes, las cuales, a su vez, pueden dar lugar a los elementos 26 a modo de pilares de la fila intermedia y, finalmente, los elementos 56 sobresalientes son tales que forman en el núcleo 44 cavidades correspondientes que, a su vez, pueden dar lugar a los elementos 28 a modo de pilares de la fila externa.

Por consiguiente, en un área paralela a la dirección de flujo de la arena a través de la cavidad 40, los elementos 52-56 proyectados tienen secciones transversales similares a las secciones transversales de los respectivos elementos 24-28 de modo de pilares. Según se muestra en las figuras 5, 6, 10 y 11, los elementos 54 y 56 proyectados se extienden a través de una porción del espesor de la cavidad 40 entre las dos semi-carcasas, igual a aproximadamente la mitad de este espesor. De hecho, los elementos 54 y 56 sobresalientes de una semi-carcasa tienen una superficie 58 para contactar con los elementos 54 y 56 sobresalientes respectivos de la otra semi-carcasa.

Está claro a partir de las figuras 5, 6, 10 y 11 que los elementos 52 sobresalientes correspondientes a la fila interior de elementos 24 a modo de pilares, están asociados solamente a una de las dos semi-carcasas, es decir, en la realización en cuestión, a la semi-carcasa 36 superior, y se extienden a través de la profundidad completa de la cavidad 40 entre las dos semi-carcasas, contactando con la superficie 39 interna de la semi-carcasa 38 inferior directamente. En particular, queda claro a partir de la figura 10 que la altura de los elementos 52 sobresalientes es mayor que la de los elementos 54 y 56 sobresalientes que de hecho es aproximadamente la mitad que la de los elementos 52 proyectados.

Esta configuración permite que las dos semi-carcasas 36 y 38 sean abiertas a lo largo del eje X-X con el fin de que se pueda extraer el núcleo 44 desde el molde, incluso cuando la porción de conexión entre la banda 14 de frenado y la campana 12 es arqueada, como se muestra, por ejemplo, en la figura 4. De hecho, la configuración del disco 10 se ha reproducido de manera similar a las superficies 37 y 39 internas de la caja 34 de muestras, y la presencia de elementos 52 sobresalientes integrales con la semi-carcasa 36 superior evita la presencia de entalladuras.

El método para la producción de un disco según se ha descrito anteriormente, y en consecuencia las formas en las que se utilizan la caja de muestras y un núcleo según se ha descrito anteriormente, van a ser descritos en lo que sigue.

La figura 5 muestra las dos semi-carcasas en la fase en que son llevadas a una unión entre ambas a lo largo del eje X-X. Cuando las dos semi-carcasas son acopladas como se muestra en la figura 6, la arena para núcleos es enviada hacia la cavidad 40 definida por las dos semi-carcasas, a través del conducto 42. La arena para núcleos consiste en un aglomerado de arena y de resinas que polimerizan como resultado del calentamiento de las paredes de la caja para muestras.

La forma particular de los elementos 52 sobresalientes, cuya configuración depende de la forma de los elementos 24 a modo de pilares, favorece el flujo de arena hacia la caja de muestras y asegura la compacidad necesaria para que se consiga posteriormente el éxito de la fundición, incluso en regiones periféricas de la banda de frenado.

La arena mantiene, de hecho, una alta velocidad hasta la periferia del núcleo, y ésta se ve influenciada positivamente por el ahusamiento de los elementos 52 sobresalientes (correspondientes a los elementos 24 a modo de pilares) que limitan perturbaciones en el flujo de arena.

Cuando la arena ha sido compactada, las dos semi-carcasas son separadas en las direcciones definidas por el eje X-X, y el núcleo 44 es extraído del molde tal y como se muestra en la figura 7.

El núcleo 44 se inserta a continuación en un molde formado con arena para la fundición del disco 10.

Se puede apreciar, a partir de cuanto antecede, que la provisión de que los elementos 24 a modo de pilares dispuestos en las proximidades del borde de la banda de frenado que se enfrenta hacia el eje Z-Z tengan una sección transversal ahusada hacia el eje Z-Z y, en particular, ahusada en ambas direcciones para formar una sección transversal rómbica en un área sustancialmente paralela con la dirección del flujo de aire a través del espacio, resulta particularmente ventajosa.

Una configuración de este tipo se ha reflejado de hecho en una configuración similar de los elementos 52 sobresalientes, y con ello, en un grado óptimo de compacidad del núcleo utilizado para la fundición del disco.

El hecho de que sea posible utilizar un núcleo que tenga características óptimas de compacidad afecta por consiguiente a la calidad del disco producido y reduce el posterior procesamiento. En particular, las masas del disco se distribuyen uniformemente, y la etapa de equilibrado de las masas del disco resulta menos onerosa, especialmente con relación a la cantidad de masa retirada.

Además, la configuración ventajosa de la caja de muestras, y por consiguiente del núcleo, permite la producción de un disco que, a través del espacio 20, está sustancialmente libre de imperfecciones o bloqueos que pudieran afectar negativamente al flujo de aire a través del mismo.

La presencia de una fila interna de elementos 24 a modo de pilares tales como los que se han descrito anteriormente, permite que la presencia de los elementos a modo de pilares también se extienda hasta las proximidades de la campana, en particular en realizaciones que proporcionan una desviación de la primera placa 16 y del espacio 20 como se muestra, por ejemplo, en la figura 4.

En estas condiciones, la presencia de los elementos 52 sobresalientes permite que el núcleo sea retirado fácilmente de la caja de muestras, evitando entalladuras.

Además, la disposición descrita anteriormente resulta particularmente ventajosa, por ejemplo, para discos en los que la campana y la banda definen un único elemento. En este caso, debido a la forma que el disco tendrá que adoptar, el paso para la arena para núcleos a través de la cavidad puede ser, de hecho, particularmente tortuoso debido a la presencia de una pared continua entre la campana y la banda de frenado. La disposición descrita anteriormente puede ser también ventajosa para discos en los que la banda de frenado esté conectada a la campana por medio de elementos de conexión que tienen un primer extremo fijado a la banda de frenado, y un segundo extremo asociado deslizantemente a la campana. En este caso, de hecho, el flujo de arena a lo largo de la caja de muestras puede ser también tortuoso y estar sometido a una turbulencia que podría limitar la compacidad del núcleo, en especial en las regiones que se enfrentan al lado externo de la banda en la región de la fila externa de elementos 56 sobresalientes que se corresponden con los elementos 28 a modo de pilares.

Naturalmente, se pueden proporcionar variantes y/o adiciones respecto a las realizaciones que se han descrito e ilustrado en lo que antecede. La disposición de los elementos a modo de pilares y de los correspondientes elementos sobresalientes, puede variar. En este caso, la configuración ventajosa de los elementos a modo de pilares de la fila interna, según se ha descrito anteriormente, se aplica a cualquiera de los elementos a modo de pilares que están dispuestos en las proximidades del borde de la banda de frenado que se enfrenta al eje Z-Z. Estos elementos a modo de pilares corresponden a los elementos sobresalientes que son alcanzados en primer lugar por el flujo de arena para núcleos durante la formación del núcleo 44.

Naturalmente, el número de elementos a modo de pilares y la configuración de las secciones transversales de los elementos de la fila externa y de la fila intermedia o, en algunos casos, de los elementos a modo de pilares que no se encuentran situados en las proximidades de la banda de frenado que se enfrenta al eje Z-Z, puede variar.

Con el fin de satisfacer exigencias y necesidades específicas, un experto en la materia puede aplicar a la realización preferida descrita anteriormente de la banda de frenado, del disco y de la caja de muestras muchas modificaciones, adaptaciones y sustituciones de los elementos por otros elementos funcionalmente equivalentes sin salir por ello, no obstante, del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (26)

1. Una banda (14) de frenado para un disco (10) de freno de disco, que comprende dos placas (16, 18) coaxiales con un eje (Z-Z), enfrentadas cada una con la otra, y separadas para formar un espacio (20) para un flujo de aire desde el eje (Z-Z) hacia el lado exterior de la banda (14), teniendo las placas (16, 18) superficies (22) enfrentadas desde las que se extienden, transversalmente, los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, para conectar las placas (16, 18), estando los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares distribuidos en anillos circulares o filas concéntricas con las placas (16, 18) de modo que están distribuidos uniformemente por el espacio (20), teniendo estos elementos (24, 26) a modo de pilares que están dispuestos en filas interiores de la banda secciones transversales rómbicas, siendo las secciones transversales consideradas en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio (20), en la que una primera placa (16) de las citadas placas ha sido formada de manera continua con la campana (12) de soporte, y la segunda placa (18) está conectada a la primera por medio de los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares, y las secciones transversales rómbicas de los elementos (24, 26) a modo de pilares que están en filas interiores de la banda (14) son simétricas con respecto a un eje transversal a la dirección del flujo, y cada uno de dichos elemento (24, 26, 28) a modo de pilares de cada fila tiene sustancialmente la misma extensión radial D en la citada sección transversal, extendiéndose cada elemento (24, 26, 28) adecuado para la conexión entre las placas (16, 18) desde una placa hasta la otra (16, 18) mientras permanece en el interior del espacio
(20).

2. Una banda de frenado de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los extremos radiales de las secciones transversales de filas adyacentes, consideradas en un área sustancialmente paralela con la dirección del flujo de aire a través del espacio (20), están sustancialmente alineados sobre un círculo común.

3. Una banda de frenado de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que cada uno de los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares de cada fila tiene sustancialmente la misma extensión radial en la citada sección transversal.

4. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares interconectan las placas (16, 18) sobre un área no mayor del 15%-25%, con preferencia el 20% del total del área superficial enfrentada de cada placa.

5. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24, 26) a modo de pilares tienen superficies planas enlazadas que delimitan las secciones transversales rómbicas.

6. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que las dos placas (16, 18) están conectadas por medio de elementos (24, 28) a modo de pilares, dispuestos a lo largo de al menos una fila interna y una fila externa que son concéntricas cada una con la otra.

7. Una banda de frenado de acuerdo con la reivindicación 6, en la que los elementos (28) a modo de pilares de la fila externa tienen una sección transversal sustancialmente en forma de gota en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio (20).

8. Una banda de frenado de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la sección transversal sustancialmente en forma de gota de los elementos (28) a modo de pilares de la fila externa, es ahusada hacia el eje (Z-Z) de las placas (16, 18).

9. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 8, en la que se proporciona una o dos filas intermedias adicionales de elementos (26) a modo de pilares.

10. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24) a modo de pilares de la fila interna tienen, en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio (20), una diagonal de la sección transversal rómbica, transversal a la dirección del flujo, que tiene unas dimensiones comprendidas entre 6 mm y 7 mm.

11. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (26) a modo de pilares de la citada al menos una fila intermedia tienen, en un área sustancialmente paralela a la dirección del flujo de aire a través del espacio (20), una diagonal de la sección transversal rómbica que es transversal a la dirección del flujo, que tiene unas dimensiones de entre 7 mm y 8 mm.

12. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (26) a modo de pilares de la al menos una fila intermedia, están desviados en relación a los (24, 28) de la fila interna y de la fila externa.

13. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares están distribuidos según una disposición quincuncial entre las dos placas (16, 18).

14. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24, 26) a modo de pilares de las filas interior e intermedia tienen, en dirección radial, extremos con radios de enlace variables desde 1,5 mm hasta 2,5 mm, con preferencia 2 mm.

15. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (28) a modo de pilares de la fila exterior tienen, en dirección radial, un primer extremo con un radio de enlace variable desde 1,5 hasta 2,5 mm, con preferencia 2 mm, y un segundo extremo con un radio de enlace variable desde 4 mm hasta 5 mm, con preferencia 4,5 mm.

16. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24) a modo de pilares de la fila interna tienen, en dirección transversal a la dirección de flujo, radios de enlace variables desde 3 mm hasta 3,5 mm entre las superficies planas.

17. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (26) a modo de pilares de la al menos una fila intermedia tienen, en dirección transversal a la dirección de flujo, radios de enlace variables desde 3,5 mm hasta 4 mm entre las superficies planas.

18. Una banda de frenado de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en la que los elementos (24, 26, 28) a modo de pilares están conectados a las placas (16, 18) con radios de enlace variables desde 3 mm hasta 4 mm, con preferencia 3,5 mm.

19. Un disco (10) para freno de disco, que comprende una banda (14) de frenado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

20. Un disco para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 19, en el que la banda (14) de frenado no posee elementos para su conexión a una campana (12) que tengan un primer extremo fijado a la banda (14) de frenado y un segundo extremo asociado deslizantemente a la campana (12).

21. Un disco para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 19, en el que una placa (16) de la banda (14) de frenado se encuentra conectado a una campana (12).

22. Una caja (34) de muestras para la producción de un núcleo (44) para un disco (10) de un freno de disco, que comprende dos semi-carcasas (36, 38) que, cuando se han acoplado, definen una cavidad (40), y de las que al menos una tiene elementos (52) que se proyectan hacia la otra a través de la cavidad (40) para producir en el núcleo (44) cavidades para la formación de elementos (24) a modo de pilares que se extienden para conectar placas (16, 18) que constituyen una banda (14) de frenado del disco, tal y como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.

23. Una caja de muestras de acuerdo con la reivindicación 22, en la que los elementos (52) sobresalientes están distribuidos alrededor de un anillo circular o fila concéntrica con la semi-carcasa (36) respectiva.

24. Una caja de muestras de acuerdo con la reivindicación 23, en la que cada una de las dos semi-carcasas (36, 38) comprende además elementos (54, 56) sobresalientes, que se extienden a través de una porción de la profundidad de la cavidad (40), entre las dos semi-carcasas.

25. Una caja de muestras de acuerdo con la reivindicación 24, en la que los elementos (54, 56) sobresalientes adicionales de una semi-carcasa tienen una superficie (58) para contactar con respectivos elementos (54, 56) sobresalientes adicionales de la otra semi-carcasa.

26. Una caja de muestras de acuerdo con la reivindicación 24 o la reivindicación 25, en la que los elementos (54, 56) sobresalientes adicionales están distribuidos alrededor de al menos un anillo circular o una fila concéntrica con la semi-carcasa respectiva.