ES2374866T3

ES2374866T3 - Freno de rampa de bolas.

Info

Publication number: ES2374866T3
Application number: ES09153506T
Authority: ES
Inventors: Brian P Dennis; Lynroy Palmer-Coleman; Howard H Baldeosingh; Brett A Starr; Kenneth A Dodd; David Alley; Peter J Pozivilko
Original assignee: Ausco Products Inc
Current assignee: Ausco Products Inc
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: US8235183B2; EP2093450A1; ATE536494T1; EP2093450B1; US20090211855A1

Abstract

Un freno de rampas de bolas (10) que comprende una caja (11), un actuador (70) rotativo selectivamente sobre un eje para producir la actuación del freno, una pluralidad de depresiones (76) orientadas circunferencialmente en dicho actuador y que se hacen progresivamente menos profundas en una primera dirección circunferencial, una pluralidad de depresiones (62) orientadas circunferencialmente en dicha caja adyacentes a dicho actuador, dichas depresiones de caja (62) haciéndose progresivamente menos profundas en una segunda dirección circunferencial, dichas depresiones (62, 76) en dicho actuador y en dicha caja teniendo cada una un primer ángulo de depresión y un segundo ángulo de depresión, siendo dicho primer ángulo mayor que dicho segundo ángulo, caracterizado porque el freno de rampas de bolas comprende además un conjunto de botón y rampa (142) que incluye una pluralidad de botones (144) asegurados en dicho actuador, y una pluralidad de rampas (152) soportadas por dicha caja, estando dichos botones (144) y dichas rampas (152) circunferencial y radialmente alineados de manera que se acoplan unos en otras.

Description

Freno de rampas de bolas.

CAMPO TÉCNICO

Este invento se refiere a un freno de rampas de bolas con un actuador rotativo.

TÉCNICA BÁSICA

Los frenos de pinza de rampas de bolas son un medio útil y conveniente de proporcionar una fuerza de freno. Generalmente tales frenos incluyen un actuador rotativo y una superficie estacionaria, cada uno de los cuales tiene depresiones que están separadas circunferencialmente alrededor de un eje, y que se hacen progresivamente más profundas en una dirección circunferencial. Dentro de estas depresiones están retenidas bolas de acero y cuando el actuador rotativo es hecho girar, las bolas ruedan gradualmente a lo largo de las depresiones alejándose del extremo más profundo. Esto a su vez hace que el actuador rotativo se mueva axialmente alejándose de la superficie estacionaria aplicando con ello una fuerza de freno a un conjunto de discos. Estos frenos son relativamente sencillos de diseño porque no requieren complicados mecanismos hidráulicos. Así, los frenos son relativamente de funcionamiento seguro y fáciles de mantener y de accionar. No obstante, existen algunas deficiencias en los frenos de rampas de bolas de la técnica anterior.

Una de tales deficiencias es la tendencia de los frenos de rampas de bolas al sobrecalentamiento. El conjunto de discos del freno de rampas de bolas contiene una pluralidad de discos estacionarios y una pluralidad de discos giratorios montados todos coaxialmente sobre un eje giratorio. Durante el funcionamiento normal, los discos están separados por una holgura que permite a los discos giratorios girar libremente entre los discos estacionarios. Cuando es accionado el freno, un momento del vehículo es convertido en calor por la fricción entre los discos giratorios y estacionarios dentro del conjunto de discos. El calor es transferido a un fluido dentro de la cámara de freno, el cual típicamente es un aceite. Debido a la gran cantidad de calor producida, y a la falta de medios de refrigeración adecuados para el fluido dentro de la caja del freno, ha habido allí una tendencia para que el freno se sobrecaliente y, consecuentemente, pierda potencia de freno. Una solución al problema del sobrecalentamiento intentada anteriormente fue proporcionar un mayor volumen de lubricante dentro de la cámara de discos para aumentar la capacidad del lubricante para absorber calor. Sin embargo, el volumen adicional de lubricante bajaba la eficiencia del freno de rampas de bolas.

Otra deficiencia en los frenos de rampas de bolas de la técnica anterior se refiere a la fuerza de freno aplicada al conjunto de discos por el actuador rotativo. El ángulo de rampa de las depresiones dentro del actuador rotativo y de la superficie estacionaria está directamente relacionado con el tiempo de respuesta del freno así como a la ganancia mecánica generada por el actuador. En los frenos de rampas de bolas de la técnica anterior, está previsto típicamente un ángulo de rampa pronunciado para disminuir la cantidad de rotación necesaria para acoplar el conjunto de discos. Este ángulo pronunciado, sin embargo, reduce la ganancia mecánica del actuador y baja la fuerza aplicada al conjunto de discos. Si se reduce el ángulo de rampa para aumentar la ganancia mecánica, entonces el ángulo de rampa poco inclinado aumenta la cantidad de rotación necesaria para acoplar el conjunto de discos, y por ello aumenta el tiempo de respuesta y el desplazamiento volumétrico requerido del freno.

Todavía otra deficiencia en los frenos de rampas de bolas de la técnica anterior es la incapacidad para usar dos fluidos lubricantes diferentes dentro de la caja del freno sin contaminación entre ambos fluidos. Esta incapacidad es importante porque varios componentes del conjunto de freno pueden funcionar más eficientemente en presencia de fluidos diferentes. Por ejemplo, se admite ser beneficioso usar fluido de frenos DOT-3 o DOT-4 en un cilindro auxiliar del freno, mientras que es preferible usar un aceite de base petróleo dentro del conjunto de discos. Los frenos de rampas de bolas de la técnica anterior no prevén un medio efectivo de usar ambos fluidos simultáneamente impidiendo la mezcla de los dos fluidos.

La publicación US 5106349 enseña una unidad diferencial que tiene un soporte de diferencial apoyado en una caja. La unidad incluye elementos de salida que son rotativos diferencialmente con relación al soporte y están conectados a los respectivos ejes de salida. La unidad incluye un conjunto de fricción con placas que puede ser cargado por un mecanismo actuador.

La publicación US 6571928 se refiere a un mecanismo acoplable que incluye discos de rampas de bolas primero y segundo. El mecanismo de acoplamiento se usa para acoplar un embrague de fricción de un sistema vehículo motriz-tren.

A la vista de estos problemas, es evidente que existe la necesidad de un freno de rampas de bolas que proporcione capacidades de refrigeración mejoradas, un sistema de actuación mejorado, y un método de separar cámaras llenas de fluido de manera que permita que sean utilizados múltiples fluidos.

EXPOSICIÓN DEL INVENTO

Es así un objeto de un aspecto del presente invento proporcionar un freno de rampas de bolas que tenga una respuesta rápida y una ganancia mecánica grande.

Es un objeto de otro aspecto del presente invento proporcionar un freno de rampas de bolas, como se indica arriba, que tenga la capacidad de usar fluidos diferentes dentro de un cilindro auxiliar y el interior del freno sin permitir la mezcla de los dos fluidos.

Es un objeto de un aspecto adicional del presente invento proporcionar un freno con capacidades de refrigeración de fluido mejoradas aumentando con ello la eficiencia del freno.

Estos y otros objetos del presente invento, así como las ventajas del mismo sobre las formas de la técnica anterior existentes, que resultarán evidentes de la descripción a seguir, se cumplen con las mejoras descritas y reivindicadas más adelante.

Según un aspecto del presente invento, se proporciona un freno de rampas de bolas que comprende una caja, un actuador rotativo selectivamente sobre un eje para producir la actuación del freno, una pluralidad de depresiones orientadas circunferencialmente en dicho actuador y que se hacen progresivamente menos profundas en una primera dirección circunferencial, una pluralidad de depresiones orientadas circunferencialmente en dicha caja adyacentes a dicho actuador, y un conjunto de botones y rampas que incluye una pluralidad de botones asegurados en dicho actuador, y una pluralidad de rampas soportadas por dicha caja, estando dichos botones y dichas rampas circunferencial y radialmente alineados de manera que se acoplan unos en otras, haciéndose las citadas depresiones de la caja progresivamente menos profundas en una segunda dirección circunferencial, dichas depresiones en dicho actuador y en dicha caja teniendo cada una un primer ángulo de depresión y un segundo ángulo de depresión, siendo dicho primer ángulo mayor que dicho segundo ángulo.

Según al menos un aspecto del presente invento, un freno de rampas de bolas incluye una caja que define una cámara interior dentro de ella, y un actuador giratorio dentro de la cámara interior de la caja. Un cilindro está previsto y está adaptado para estar en comunicación de fluido con un mecanismo de actuación hidráulico. El cilindro tiene un taladro dentro de él con una abertura en un extremo, un pistón deslizante alojado dentro del taladro para definir una cámara de fluido, y una varilla de empuje accionada por el pistón y que se extiende a través de la abertura para accionar el actuador giratorio. Una junta está situada alrededor de la varilla de empuje y sobre la abertura, aislando la junta la cámara de fluido de la cámara interior de la caja.

Según al menos un aspecto del presente invento, un freno de rampas de bolas incluye una caja, una cámara del conjunto de discos definida por la caja, un fluido de refrigeración dentro de la cámara del conjunto de discos, y una cámara de refrigeración definida por la caja y en comunicación de fluido con la cámara del conjunto de discos. Un conjunto de discos está situado dentro de la cámara del conjunto de discos e incluye una pluralidad de discos que giran sobre un eje de rotación. El conjunto de discos genera fuerzas centrífugas cuando gira, haciendo con ello que el fluido de refrigeración dentro de la cámara del conjunto de discos fluya a través de la cámara de refrigeración.

Un ejemplar freno de rampas de bolas preferido según los conceptos del presente invento es mostrado a manera de ejemplo en los dibujos que se acompañan sin pretender mostrar todas las varias formas y modificaciones en que el invento podría ser realizado, siendo el invento medido por las reivindicaciones adjuntas y no por los detalles de la memoria descriptiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS REALIZACIONES PREFERIDAS PARA LLEVAR A CABO EL INVENTO

La Figura 1: es una vista lateral en alzado de un freno de rampas de bolas según los conceptos del presente invento.

La Figura 2: es una vista en sección del freno de rampas de bolas tomada esencialmente a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1.

La Figura 3: es una vista en sección aumentada de una parte del freno de rampas de bolas representado en la Figura 2.

La Figura 4: es una vista en sección del freno de rampas de bolas tomada esencialmente a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 1 que muestra una bola dentro y entre depresiones en el actuador y la caja.

La Figura 5: es una vista lateral aumentada de una parte del freno de rampas de bolas representado en la Figura 1.

La Figura 6: es una vista lateral en alzado de una jaula de bolas y un conjunto actuador según los conceptos del presente invento.

La Figura 7: es una vista fragmentaria en sección del freno de rampas de bolas tomada esencialmente a lo largo de la línea 7-7 de la Figura 1 que muestra un cilindro auxiliar y una junta de manguito.

La Figura 8: es una vista fragmentaria en sección de un muelle de carga tomada esencialmente a lo largo de la línea 8-8 de la Figura 1.

La Figura 9: es una vista fragmentaria en sección aumentada del conjunto botón-rampa tomada esencialmente a lo largo de la línea 9-9 de la Figura 6.

La Figura 10A: es una vista en sección del actuador de bola-rampa de dos etapas según los conceptos del presente invento en un estado no accionado.

La Figura 10B: es una vista en sección del conjunto de botón y rampa del presente invento en un estado no accionado.

La Figura 11A: es una vista en sección del actuador de bola-rampa de dos etapas según los conceptos del presente invento en un estado parcialmente accionado.

La Figura 11B: es una vista en sección del conjunto botón y rampa del presente invento en un estado parcialmente accionado.

La Figura 12A: es una vista en sección del actuador de bola-rampa de dos etapas según los conceptos del presente invento en un estado totalmente accionado.

La Figura 12B: es una vista en sección del conjunto botón y rampa del presente invento en accionado. un estado totalmente

La Figura 13: es una vista lateral en alzado de otra realización de un freno de rampas de bolas según los conceptos del presente invento.

La Figura 14: es una vista en sección del freno de rampas de bolas tomada esencialmente a lo largo de la línea 14-14 de la Figura 13.

La Figura 15: es una vista fragmentaria en sección tomada esencialmente a lo largo de la línea 15-15 de la Figura 13 que muestra una cámara de refrigeración según los conceptos del presente invento.

Un freno fabricado según un aspecto del presente invento está indicado en general por el número 10 e incluye una caja 11 que contiene y protege los componentes de trabajo del freno además de proporcionar medios para montar el freno 10 a una pieza de equipo o a un vehículo. La caja 11 es generalmente de sección en forma de copa teniendo una parte trasera 12 y una parte delantera 13.

La parte trasera 12 incluye una pared trasera 14 que en general define la base de la parte trasera 12, y una pared lateral 16 que se extiende desde la periferia exterior de la parte trasera 12 y termina en una superficie de contacto 17. La pared trasera 14 tiene un taladro central 18 situado sobre un eje 20. La pared trasera 14 también incluye un soporte de montaje 22 fijado a ella, con bulones 24 que pasan a través del soporte de montaje 22 y dentro de agujeros 26 situados en la pared trasera 14, asegurando con ello el soporte de montaje 22 a la pared trasera 14. El soporte de montaje 22 puede ser de cualquier forma o construcción adecuada para facilitar el montaje del freno 10 en vehículos o equipamientos particulares así como para permitir la fijación de la caja 11, como se apreciará por las personas expertas en la técnica. El soporte de montaje 22 mostrado incluye dos brazos 28 y 30 que se extienden desde la pared trasera 14, con cada uno de ellos teniendo un taladro 32 que pasa a través de él para permitir la fijación, en este caso, a las horquillas de dirección del vehículo. El soporte de montaje 22 también incluye una pestaña 34 que está situada concéntricamente con un resalte 36 situada en la abertura del taladro 18 en la pared trasera 14. Un rodamiento trasero 38 está situado concéntricamente dentro de la pestaña 34 de tal manera que la pista exterior del rodamiento trasero 38 acopla con un diámetro interior de la pestaña 34.

Como se muestra mejor en la Figura 2, la parte delantera 13 de la caja 11 incluye una pared delantera 40 que en general define la base de la parte delantera 13, y una pared lateral 42 que se extiende desde la periferia de la pared delantera 40 y termina en una superficie de acoplamiento 44. Las superficies de acoplamiento 17 y 44 encajan una en otra para formar una cámara interior encerrada 45 dentro de la caja 11, definida por la parte trasera 12 y la parte delantera 13. Una pluralidad de pasadores se usa para asegurar la parte delantera 13 a la parte trasera 12. Un resalte 48 se extiende axialmente desde la pared delantera 40 alrededor de un taladro 50 que pasa a través de la pared delantera 40 y está centrado sobre el eje 20. Un rodamiento delantero 52 está situado concéntricamente con el taladro 50 de la pared delantera 40 de manera que la pista exterior del rodamiento delantero 52 acopla con la pared delantera 40. Un eje estriado 54 está situado giratorio dentro de las pistas interiores del rodamiento trasero 38, y el rodamiento delantero 52 está centrado sobre el eje 20. El eje 54 incluye una placa de montaje de rueda 56 formada íntegramente con el mismo y que sobresale desde dentro del taladro 50 adyacente a la pared delantera 40. La placa de montaje de rueda 56 incluye una pluralidad de pasadores 58 para asegurar una rueda a ella.

Con referencia ahora a la Figura 3, que muestra una vista aumentada de una parte de la Figura 2, puede observarse que la cámara interior 45 está provista de una superficie de actuador estacionaria 60 (en adelante superficie estacionaria 60) que se extiende radialmente hacia dentro desde la pared trasera 14 dentro de la cámara 45. La superficie estacionaria 60 está provista de una pluralidad de depresiones 62. En la presente realización, están incluidas ocho depresiones y están dispuestas en una configuración circunferencial separada sobre el eje 20; sin embargo, debería apreciarse que pueden emplearse más o menos de ocho depresiones. Como se ve mejor en las Figuras 10A, 11A, y 12A, cada depresión 62 incluye una parte de cabeza 64 y una parte de cola inclinada 66 que se proyecta circunferencialmente desde ella. Las depresiones 62 son más profundas en la parte de cabeza 64 y se hacen relativamente menos profundas a lo largo de la parte de cola 66. Cada depresión 62 está adaptada para alojar una bola 68 en ella. Se prefiere que las depresiones 62 proporcionen una reducción gradual en profundidad desde la parte de cabeza 64 hasta la parte de cola 66. Esta reducción en profundidad también corresponde a la dirección de recorrido de la bola 68, como se describirá más adelante.

La cámara 45 también aloja en ella un actuador rotativo 70, como se observa en la Figura 3. Como resultará evidente, el actuador 70 es rotativo sobre el eje 20 y, con tal rotación, activa el freno 10. El actuador rotativo 70 incluye una parte de cuerpo 72 en general anular centrada alrededor del eje 20. La parte de cuerpo 72 proporciona una superficie de actuador rotativa 74 (en adelante superficie rotativa 74) que es adyacente y está frente a la superficie estacionaria 60. La superficie rotativa 74 tiene en general forma de disco y está provista de una pluralidad de depresiones 76. Como puede verse en la Figura 3, las depresiones 76 del actuador rotativo 70 están orientadas para alinearse con las depresiones 62 de la superficie estacionaria 60. Así, en la presente realización, están incluidas ocho depresiones 76, teniendo cada una una parte de cabeza 78 y una parte de cola inclinada 80 que se proyecta circunferencialmente desde ella, como en las depresiones 62 de la superficie estacionaria. Igual que las depresiones 62 de la superficie estacionaria 60, las depresiones 76 de la superficie rotativa son más profundas en la parte de cabeza, y se hacen relativamente más llanas a lo largo de la parte de cola 80. Además, las depresiones 76 están separadas radialmente la misma distancia del eje 20 que las depresiones 62. Las depresiones 62 de la superficie estacionaria y las depresiones 76 de la superficie rotativa serán explicadas con mayor detalle más adelante.

El actuador rotativo 70 incluye además una superficie de apoyo 82 (Figura 4) que está enfrente alejada de la pared trasera 14 y que está adaptada para entrar en contacto con un conjunto de cojinete de rodillos 84. El cojinete de rodillos 84 es anular e incluye una armadura (no mostrada) que soporta una pluralidad de cojinetes cilíndricos 86 orientados radialmente. En el borde radial interior de la superficie de apoyo 82 está previsto un resalte 88 que sitúa radialmente al conjunto de cojinete de rodillos 84 en el actuador rotativo 70. El actuador rotativo 70 está provisto además de un brazo de actuador 90 que se proyecta radialmente desde el cuerpo 72, como se observa mejor en las Figuras 5 y 6. El brazo de actuador 90 está provisto de una depresión, en la que descansa una varilla de empuje 92 que se proyecta desde un cilindro auxiliar 94. Un muelle de expansión 96 está también fijado al brazo de actuador 90, con el extremo opuesto del muelle de expansión 96 estando fijado a un punto estacionario de la caja 11. El muelle de expansión 96 sirve para mantener el contacto entre la varilla de empuje 92 y el brazo de actuador 90, así como para ayudar al actuador rotativo 70 a retornar a una posición no accionada al cesar una fuerza de freno, como se describirá más adelante.

Con referencia ahora a la Figura 7, se muestra en detalle el cilindro auxiliar 94. Cuando el cilindro auxiliar 94 es accionado hidráulicamente, la varilla de empuje 92 es movida axialmente a lo largo del eje 98 para accionar el actuador rotativo 70 por medio del brazo de actuador 90. El accionamiento hidráulico del cilindro auxiliar 94 se obtiene por medio de un conocido mecanismo hidráulico, como será apreciado por los expertos en la técnica. Un pistón 100 está alojado en un taladro 102 dentro del cilindro auxiliar 94. El pistón 100 aloja dentro de él a la varilla de empuje 92 y está acoplado axialmente con la misma de manera que el movimiento axial del pistón 100 causa el movimiento axial de la varilla de empuje 92. En el pistón 100 está previsto Un rebaje anular 104, y dentro de él está situada una junta anular 106. La junta anular 106 está en contacto con el taladro 102 para crear un cierre hermético entre el pistón 100 y el taladro 102. Entre el taladro 102 y el pistón 100 está definida una cámara de fluido 108 opuesta a la varilla de empuje 92, y está en comunicación de fluido con una fuente de fluido hidráulico. Como será apreciado por los expertos en la técnica, el accionamiento de un mecanismo hidráulico hace que el fluido hidráulico llene la cámara 108 causando con ello el movimiento axial del pistón 100 y la varilla de empuje 92 hacia el brazo de actuador 90. Cuando la presión hidráulica es liberada, el pistón 100 y la varilla de empuje 92 retornan a su posición no accionada, ayudados por el muelle de expansión

96.

Aunque dentro del cilindro auxiliar 94 está prevista una junta anular 106 para impedir las fugas de fluido, tales juntas no siempre son enteramente efectivas en semejantes ambientes de alta presión. Por eso el cilindro auxiliar 94 está provisto de una junta de manguito 110 que además separa una cámara de fluido interna 108 del cilindro auxiliar 94 de la cámara interior 45 de la caja 11. La junta de manguito 110 está hecha de un material flexible que proporciona un cierre fiable a la vez que simultáneamente permite el movimiento axial de la varilla de empuje 92. La presencia del efecto de cierre de la junta de manguito 110 permite que sean usados dos fluidos diferentes, uno en la cámara de fluido 108 del cilindro auxiliar 94, y otro en la cámara interior 45 de la caja 11. Esto es ventajoso porque permite que los fluidos DOT-3 o DOT-4, que son incompatibles con la mayoría de los materiales de goma, se usen dentro del cilindro auxiliar 94, a la vez que permite que dentro de la cámara interior 45 se use un fluido de base petróleo. El material flexible utilizado para fabricar la junta de manguito 110 es preferentemente inatacable frente a la corrosión causada por ambos fluidos utilizados.

Con referencia a las Figuras 4 y 6, la cámara 45 contiene también una jaula de bolas 112 situada entre el actuador rotativo 70 y la superficie estacionaria 60. La jaula de bolas 112 es giratoria sobre el eje 20 y contiene una pluralidad de agujeros 114 separados circunferencialmente alrededor del eje 20. Como puede observarse en la Figura 6, la jaula de bolas 112 contiene ocho agujeros 114 que corresponden a y ajustan sobre las ocho bolas 68 situadas entre las depresiones 62 y 76. La jaula de bolas 112 incluye además un brazo 116 con un ojal 118 que aloja un extremo de un muelle de expansión 120. El muelle de expansión 120 está fijado en su extremo opuesto a un punto estacionario dentro de la cámara 45 y aplica una fuerza rotacional a la jaula de bolas 112 que actúa para mantener las bolas 68 en contacto con las depresiones 62 y 76, como se describirá más adelante.

El freno 10 incluye además un conjunto de discos indicado en general con el número 124, como puede observarse mejor en la Figura 3, que incluye una pluralidad de discos rotativos convencionales 126 y una pluralidad de discos estacionarios convencionales 128, como son bien conocidos en la técnica. Los discos rotativos 126 y los discos estacionarios 128 están situados de una manera alterna axialmente. En la presente realización están mostrados cuatro discos rotativos y cinco estacionarios, pero debería apreciarse que puede ser utilizado cualquier número. Los discos rotativos 126 están provistos de una superficie interior que está estriada para acoplarse a las correspondientes estrías del eje motriz estriado 54. De esta manera, según gira el eje motriz, los discos rotativos 126 giran con él. Los discos rotativos 126 están acoplados en rotación con el eje pero son libres para deslizarse axialmente sobre él. El eje motriz 54 puede ser funcionalmente acoplado a cualquier mecanismo de trabajo. Por ejemplo, el eje motriz 54 puede ser funcionalmente acoplado al eje de un vehículo. Así, cuando es aplicado un par de freno al eje motriz 54, es en consecuencia aplicado al eje, reteniendo con ello el vehículo u otro aparato.

Los discos estacionarios 128 tienen una superficie interior que ajusta sobre, pero no encaja en el eje motriz estriado 54. Los discos estacionarios 128 están provistos de orejetas 130 opuestas diametralmente que se extienden radialmente hacia fura de ellos, como es bien conocido en la técnica. En la realización dada a conocer, está previsto un par de orejetas, pero debería apreciarse que puede emplearse cualquier número de pares. Cada orejeta 130 está adaptada para alojar deslizante en ella un soporte 132. Los soportes 132 están cada uno alojado en una de una pluralidad de cavidades en forma de U (no mostradas) situadas en la caja 11. El extremo opuesto de cada soporte 132 está alojado en una cavidad correspondiente (no mostrada) en la caja 11. De esta manera, los soportes 132 están asegurados entre la parte delantera 13 y la parte trasera 14. Asimismo, los discos estacionarios 128 están así acoplados con la caja 11 por medio de los soportes 132, y de este modo están impedidos para girar. Los discos estacionarios 128 son, sin embargo, libres para deslizarse axialmente a lo largo de los soportes 132 entre los cojinetes cilíndricos 86 y la pared delantera 40. Por esta razón, cuando una fuerza axial es aplicada a un extremo del conjunto de discos 124, los discos son hechos deslizarse axialmente y a su vez los discos son hechos acoplarse unos con otros. Cuando los discos se acoplan unos con otros, es aplicado un par de freno al eje motriz 54 debido a la fricción creada entre los discos giratorios 126 y los discos estacionarios 128, que están impedidos para girar por los soportes 132. Como se ha expuesto arriba, los cojinetes cilíndricos 86 están interpuestos entre el conjunto de discos 124 y el actuador rotativo 70 y de este modo transmiten solamente fuerzas axiales entre ellos, sin transferir un par de rotación significativo.

Una pluralidad de muelles 127, vistos en la Figura 8, que están previstos alrededor de la periferia de la cámara interior 45, actúan para cargar el conjunto de discos 124 y el actuador rotativo 70 en una posición no accionada. Los muelles 127 están situados entre la caja 11 y un disco estacionario primario 134 y, por lo tanto, actuarán para hacer retornar el disco estacionario primario 134 a su posición no accionada al suprimir una fuerza de freno.

Como puede verse mejor en las Figuras 10A, 11A, y 12A, cada depresión 76 está adaptada para alojar una bola 68 en ella. De una manera semejante, cada bola 68 está asegurada entre depresiones adyacentes o enfrentadas 62 y 76. Además, cuando están montadas, la parte de cola 66 de la depresión 62 se enfrenta en la dirección circunferencial opuesta a la parte de cola 80 de la depresión 76. Así, como resultará evidente, cuando el actuador rotativo 70 es hecho girar sobre el eje 20, las bolas 68 ruedan a la largo de las depresiones 62 y 76 desde las partes de cabeza 64 y 78 hacia las partes de cola 66 y 80, moviéndose de ese modo hacia un área de profundidad gradualmente decreciente y en consecuencia forzando al actuador rotativo 70 axialmente alejándolo de la pared extrema 14.

Las depresiones 62 y 76 tienen cada una dos etapas de actuación, causadas las dos etapas por un ángulo de rampa 134 de la primera etapa de las depresiones 62 de la superficie estacionaria, un ángulo de rampa 136 de la primera etapa de las depresiones 76 de la superficie rotativa, un ángulo de rampa 138 de la segunda etapa de las depresiones 62 de la superficie estacionaria, y un ángulo de rampa 140 de la segunda etapa de las depresiones 76 de la superficie rotativa (Figuras 11A y 12A). Los ángulos de rampa 134, 136 de la primera etapa son más pronunciados que los ángulos de rampa 138, 140 de la segunda etapa y, en consecuencia, causan un movimiento axial más rápido del actuador rotativo 70 en una dirección alejándose de la superficie estacionaria 60. Al alcanzarse los ángulos de rampa menos inclinados 138, 140 de la segunda etapa disminuirá la velocidad del movimiento axial del actuador rotativo 70, mientras que la ganancia mecánica generada aumentará. Los ángulos de rampa de la primera etapa y de la segunda etapa pueden ajustarse para obtener el tiempo de respuesta y el desplazamiento volumétrico del freno 10 deseados, y las fuerzas de freno deseadas generadas por el actuador rotativo 70, pero en cada caso los ángulos de rampa 134, 136 de la primera etapa serán más pronunciados que los ángulos de rampa 138, 140 de la segunda etapa.

Además de las bolas 68 y las depresiones 62 y 76, que actúan para proporcionar el movimiento axial del actuador rotativo 70, el freno 10 está provisto también de un conjunto de botón y rampa indicado en general por el número 142 y visto mejor en la Figura 9. El conjunto de botón y rampa 142 ayuda al sistema de bola-rampa a accionar el actuador rotativo e incluye un botón 144 que tiene una superficie superior 146 en general esférica y un vástago 148, estando el vástago 148 situado dentro de un agujero 150 en el actuador rotativo 70 de manera que únicamente está expuesta la superficie superior esférica 146. Aunque en la realización mostrada está mostrado y descrito un botón en general esférico, debería apreciarse que el botón puede estar previsto en formas alternativas tales como, por ejemplo, un botón formado en general cónicamente. El conjunto de botón y rampa 142 también incluye una rampa 152 que tiene una primera superficie angular 154, una segunda superficie angular 156, y dos protuberancias 158. Las protuberancias 158 ajustan en agujeros en la superficie estacionaria 60 de manera que únicamente están expuestas las partes angulares 154 y 156 de la rampa 152.

Como es evidente por los dibujos, la primera superficie angular 154 es más inclinada que la segunda superficie angular 156, y la primera superficie angular 154 es adyacente al botón 144 cuando el freno 10 no está accionado (Figura 10B). Cuando el actuador rotacional 70 es hecho girar, la superficie superior esférica 146 del botón 144 es hecha desplazarse sobre la rampa 152. Los ángulos variables de la rampa 152 hacen que varíen las velocidades del movimiento axial del actuador rotacional 70, así como crean grados variables de ganancia mecánica, creando la segunda superficie angular 156 una ganancia mecánica mayor que la primera superficie angular 154. Los ángulos variables están diseñados también para ayudar a las bolas 68 en las depresiones 62 y 76 en posiciones en las que las bolas 68 están actuando contra mayor resistencia por el conjunto de discos.

En un estado no accionado, como se muestra en las Figuras 10A y 10B, no están siendo aplicadas fuerzas externas al freno 10. En un caso tal, los muelles 96 y 127 cargan al actuador rotativo 70 axialmente hacia la pared trasera 14. Debido a que no están presentes ningunas otras fuerzas, el actuador rotativo 70 se orientará por sí mismo de manera que las bolas 68 estén en las partes de cabeza 64 y 78 de las respectivas depresiones 62 y 76, como se observa en la Figura 10

A. Así, en el estado no accionado, las bolas 68 están en las partes más profundas de las depresiones y por eso el actuador rotativo 70 está situado a la distancia relativa más corta desde la pared trasera 14 de manera que los discos rotativos 126 pueden girar libremente entre los discos estacionarios 128. En este estado no accionado, el conjunto de botón y rampa 142 está situado con el actuador rotativo 70 descansando sobre la superficie más alta de la rampa 152, como muestra la Figura 10B. Existe un espacio D entre el actuador rotativo 70 y la superficie estacionaria 60 en la posición radial del conjunto de botón y rampa 142.

El freno 10 puede ser accionado selectivamente, aplicando de ese modo un par de freno al eje. El accionamiento se realiza aplicando una fuerza en general tangencial sobre el brazo de actuador 90, que es generada por la varilla de empuje 92 del cilindro auxiliar 94. La fuerza de empuje sobre el brazo de actuador 90 hace girar el actuador rotativo 70 alrededor del eje 20, lo que a su vez hace que las depresiones 76 del actuador rotativo 70 se muevan con relación a las depresiones 62 de la superficie estacionaria 60, y también hace que los botones 144 se muevan con relación a las rampas

152. La primera superficie angular 154 de la rampa 152, que es relativamente inclinada, produce el movimiento axial del actuador rotativo 70 más rápidamente que las bolas 68 en las depresiones 62 y 76 lo causarían solas. La jaula de bolas 112, que está cargada por el muelle 120, aplica una fuerza sobre las bolas 68 para mantenerlas en contacto con las depresiones 62 y 76,como se observa en la Figura 11A. De otra manera las bolas 68 podrían permanecer asentadas en las cabeza 64 o 78 debido al espacio creado por el rápido movimiento axial del actuador rotativo 70 desde el conjunto de botón y rampa 142. Como tal, cada bola 68 rueda a lo largo de las partes de cola 66 y 80 hacia las partes progresivamente menos profundas de las respectivas depresiones. El ángulo de la segunda superficie angular 156 de la rampa 152 es ligeramente menor que el de las depresiones 62 y 76, de manera que las bolas 68 y las rampas 152 producen el movimiento axial aproximadamente equivalente del actuador rotativo 70 después de que el botón 144 ha alcanzado la segunda superficie angular 156. Tal movimiento fuerza gradualmente al actuador rotativo 70 axialmente alejándole de la pared extrema 14 de la caja 11. Como se observa en las Figuras 12A y 12B, las bolas 68 continúan a lo largo de las depresiones 62 y 76 hasta una posición totalmente accionada, y en esta posición totalmente accionada las bolas 68 y las depresiones 62, 76 causan un espacio entre los botones 144 y la rampa 152.

La fuerza axial generada como se ha descrito arriba es transferida al conjunto de discos 124 por medio de los cojinetes cilíndricos 86. Debido a que los cojinetes cilíndricos 86 son libres para girar, únicamente es transmitida fuerza axial, y por eso casi ningunas fuerzas rotacionales son transferidas al conjunto de discos 124. La fuerza axial aplicada al conjunto de discos 124 hace a los discos estacionarios 128 y a los discos giratorios 126 deslizarse y comprimirse hacia la pared delantera 40 de la caja 11. Cuando los discos se acoplan unos en otros, es aplicado un par de freno al eje motriz 54 debido a la fricción generada entre los discos giratorios 126 y los discos estacionarios 128, que están impedidos para girar por los soportes 132. Cuando la fuerza es liberada, los muelles 96 y 127 fuerzan al actuador rotativo 70 axialmente hacia la pared trasera 14. Al hacerlo así, el actuador rotativo 70 girará y retornará a su estado no accionado. El estado no accionado se alcanza cuando las bolas 68 descansan de nuevo en las partes más profundas de las depresiones 64 y 78 como se muestra en la Figura 10A.

El conjunto de rampa de dos etapas como se ha descrito arriba proporciona varias ventajas sobre los diseños convencionales que utilizan sólo un único ángulo de rampa para el accionamiento de las rampas de bolas. El conjunto botón rampa 142, así como los ángulos 134, 136 de las depresiones 62 y 76 de la primera etapa, permiten el rápido accionamiento del conjunto de discos 124 debido al pronunciado ángulo inicial de accionamiento. Esto reduce el retraso entre el accionamiento del freno 10 iniciado por el usuario por medio del cilindro auxiliar 94 y la fuerza de freno resultante generada por el conjunto de discos 124, a la vez que también reduce la cantidad de movimiento rotacional requerido para generar las fuerzas de freno. En consecuencia se reduce la cantidad de movimiento requerido de la varilla de empuje 92 y del cilindro auxiliar 94, requiriendo por ello menos desplazamiento de fluido para accionar el freno. Adicionalmente, los segundos ángulos más planos 138, 140 proporcionan una ganancia mecánica al freno 10 superior a la que proporcionarían ángulos más pronunciados. Así, el comportamiento es favorecido en el sentido de que la respuesta es mejorada, sin afectar negativamente a la ganancia mecánica generada por el actuador rotativo.

Otra realización del invento se muestra en las Figuras 13-15. Allí se muestra un freno de rampas de bolas indicado en general por el número 210 y que es similar en la mayoría de los aspectos al freno 10 descrito aquí. El freno 210, como el freno 10, incluye así una caja 211, un conjunto de discos 212 que tiene discos estacionarios 213 y discos giratorios 214. El freno 210 incluye además un actuador de rampas de bolas que incluye un actuador rotativo 220, como se ha descrito arriba. La caja 211 del freno 210 incluye una cámara de refrigeración 224 situada entre una cámara 215 del conjunto de discos y la caja 211 opuesta al actuador rotativo 220. La cámara de refrigeración 224 es de forma anular, está situada alrededor de un eje 222, y está en comunicación de fluido con la cámara 215 del conjunto de discos en una entrada 230 de la cámara de refrigeración y una salida 232 de la cámara de refrigeración (Figura 15). La entrada 230 de la cámara de refrigeración está situada en la periferia del conjunto de discos 212, y la salida 232 de la cámara de refrigeración está situada radialmente más próxima al eje 222. La cámara de refrigeración 224 también puede incluir nervios de convección (no mostrados) que se proyectan desde la caja 211 dentro de la cámara de refrigeración 224, como es bien conocido en la técnica de las cámaras de refrigeración. Estos nervios proporcionan un área superficial adicional en la que puede

5 producirse transferencia de calor entre el fluido y la caja 211.

El fluido dentro de la cámara 215 del conjunto de discos es forzado hacia la periferia de la cámara debido a la rotación de los discos giratorios 214. Este fluido luego fluye a través de la entrada 230 de la cámara de refrigeración, a través de la cámara de refrigeración 224, y vuelve dentro de la cámara 215 del conjunto de discos a través de la salida 232 de la cámara de refrigeración. De esta manera el fluido absorbe el calor generado por el conjunto de discos 212 dentro de la 10 cámara 215 del conjunto de discos, y luego libera el calor a medida que pasa a través de la cámara de refrigeración 224 en un ciclo continuo. Cuando una fuerza de freno es aplicada por el actuador rotativo 220, los discos giratorios 214 dejarán de girar y, en consecuencia, cesará el flujo circular a través de la cámara de refrigeración 224, haciendo que el fluido inunde la cámara 215 del conjunto de discos. Cuando la fuerza de freno es liberada y los discos giratorios 214 comienzan la rotación, el flujo circular a través de la cámara de refrigeración 224 comenzará de nuevo. Así, el fluido es enfriado,

15 aumentando de ese modo la eficiencia sin afectar a las fuerzas de freno generadas por el freno 210.

Es así evidente que un freno de rampas de bolas construido como se ha descrito aquí cumple los objetos del presente invento y por otra parte mejora sustancialmente la técnica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un freno de rampas de bolas (10) que comprende una caja (11), un actuador (70) rotativo selectivamente sobre un eje para producir la actuación del freno, una pluralidad de depresiones (76) orientadas circunferencialmente en dicho actuador y que se hacen progresivamente menos profundas en una primera dirección circunferencial, una pluralidad de depresiones (62) orientadas circunferencialmente en dicha caja adyacentes a dicho actuador, dichas depresiones de caja

(62) haciéndose progresivamente menos profundas en una segunda dirección circunferencial, dichas depresiones (62, 76) en dicho actuador y en dicha caja teniendo cada una un primer ángulo de depresión y un segundo ángulo de depresión, siendo dicho primer ángulo mayor que dicho segundo ángulo, caracterizado porque el freno de rampas de bolas comprende además un conjunto de botón y rampa (142) que incluye una pluralidad de botones (144) asegurados en dicho actuador, y una pluralidad de rampas (152) soportadas por dicha caja, estando dichos botones (144) y dichas rampas

(152) circunferencial y radialmente alineados de manera que se acoplan unos en otras.
2.

El freno de rampas de bolas (10) de la reivindicación 1, teniendo dichas depresiones (62, 76) en dicho actuador y en dicha caja una cabeza (64, 78) cada una, siendo dicha cabeza el punto de mayor depresión, estando cada una de dichas cabezas (64) en dichas depresiones (62) de la caja alineada circunferencialmente con una de dichas cabezas (78) en dicho actuador (70).
3.

El freno de rampas de bolas de la reivindicación 2, siendo el citado primer ángulo de depresión adyacente a dichas cabezas (64, 78) de dichas depresiones en dicha caja y en dicho actuador.
4.

El freno de rampas de bolas de la reivindicación 3, que comprende además una pluralidad de bolas (68) alojadas en y entre las citadas depresiones (62, 76) en dicho actuador y en dicha caja, estando dichas bolas (68) situadas en dichas cabezas (64, 78) de dichas depresiones en dicho actuador y en dicha caja cuando dicho actuador está en una posición no accionada.
5.

El freno de rampas de bolas de la reivindicación 4, que comprende además una jaula de bolas anular (112) situada entre dicho actuador (70) y dicha caja (60) y que tiene en ella una pluralidad de aberturas (114), alojando dichas aberturas a las citadas bolas (68) a través de ellas, y estando dicha jaula de bolas (112) adaptada para restringir el movimiento radial de dichas bolas (68) e incluyendo un muelle (120) fijado a ella para cargar dichas bolas (68) en la citada segunda dirección circunferencial.
6.

El freno de rampas de bolas de la reivindicación 1, incluyendo cada una de las citadas rampas (152) una primera superficie angular (154) y una segunda superficie angular (156), teniendo dicha primera superficie angular un ángulo más pronunciado que dicha segunda superficie angular, estando el citado botón (144) en contacto con dicha primera superficie angular (154) de dicha rampa y estando la citada caja (60) en contacto con dicha segunda superficie angular (156) de dicha rampa (152) cuando el citado actuador está en una posición no accionada, produciendo las citadas bolas (68) y las citadas depresiones (62, 76) en dicho actuador y en dicha caja un espacio entre dicho botón (144) y dicha rampa (152) cuando dicho actuador (70) está en una posición totalmente accionada.
7.

El freno de rampas de bolas de la reivindicación 1, que comprende además una cámara (215) del conjunto de discos definida por la citada caja (211), un fluido de refrigeración en dicha cámara del conjunto de discos, una cámara de refrigeración (224) definida por dicha caja (211) y en comunicación de fluido con dicha cámara (215) del conjunto de discos; y un conjunto de discos (212) situado dentro de dicha cámara (215) del conjunto de discos y que incluye una pluralidad de discos (214) que giran sobre un eje de rotación, generando dicho conjunto de discos fuerzas centrífugas cuando gira, haciendo con ello al citado fluido de refrigeración dentro de dicha cámara (215) del conjunto de discos fluir a través de dicha cámara de refrigeración (224).