ES2938897T3 - Unidad de accionamiento para un freno de estacionamiento eléctrico - Google Patents

Abstract

Una unidad de accionamiento para un freno de estacionamiento en vehículos de motor comprende una unidad conectada operativamente formada por un husillo de accionamiento y una tuerca, que forma un elemento de un accionamiento lineal que es axialmente ajustable en longitud. El husillo de accionamiento tiene un lado de accionamiento para la conexión a un accionamiento eléctrico y una sección de husillo sustancialmente cilíndrica con una rosca exterior. La tuerca, por su parte, tiene un cuerpo central en forma de manguito con rosca interior y también un tramo de cabeza que está diseñado para actuar como pistón de presión sobre un elemento de frenado del freno de estacionamiento. El cuerpo central y la sección de cabeza de la tuerca, al igual que el lado de accionamiento y la sección de husillo del husillo de accionamiento, pueden fabricarse en una sola pieza o estar compuestos por dos componentes en una conexión no positiva o positiva o de material. Las roscas interna y externa de la unidad de accionamiento se engranan como una rosca en la combinación activa y definen un eje de rotación axial común (A). Según la invención, la rosca está configurada como rosca simétrica, en la que los ángulos de flanco (α, α') con respecto a un plano de referencia radial (R) perpendicular al eje de giro (A) tienen valores angulares esencialmente iguales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Unidad de accionamiento para un freno de estacionamiento eléctrico

La presente invención se refiere a una unidad de accionamiento en un diseño de tuerca y husillo para un freno de estacionamiento de vehículos de motor.

Estado de la técnica

Un freno de estacionamiento para vehículos de motor según el estado de la técnica se acciona a menudo mediante tiradores de cable, que pueden mantenerse en una posición final mediante palancas accionadas a mano o con el pie por medio de dispositivos de bloqueo. Normalmente, el elemento de frenado del freno de servicio accionado hidráulica o neumáticamente se bloquea en forma mecánica en esta posición final.

El documento de divulgación DE 1655485 describe un dispositivo de ajuste automático para una combinación de freno de servicio hidráulico y freno de mano accionado mecánicamente. En el pistón (2) de accionamiento de un freno de servicio se enrosca un husillo (6) de rosca empinada accionado por resorte en un orificio (8) de rosca empinada. El extremo libre del husillo se ensancha para formar un manguito (7) cónico que puede interactuar en forma no positiva con un cono (5) exterior. Este cono (5) exterior está, a su vez, conectado operativamente a un manguito (15) de guía. Si el manguito (15) de guía se acciona mecánicamente (proceso de frenado manual) y, por lo tanto, el cono (5) exterior se presiona contra el manguito cónico, este movimiento se traduce en un movimiento de frenado mecánico a través del husillo (6) de rosca empinada. La rosca del regulador mostrada está diseñada como una rosca rectangular.

En los últimos años, estos frenos de estacionamiento puramente mecánicos han sido sustituidos cada vez más por sistemas de frenado eléctricos. Utilizan una combinación de husillo roscado y tuerca como elemento ajustable axialmente de un accionamiento lineal. Un husillo roscado es accionado por un motor eléctrico y actúa sobre la rosca de la tuerca circundante. La rotación del husillo hace que la tuerca se desplace longitudinalmente a lo largo del eje del husillo. Si la tuerca está conectada a un elemento de pistón que actúa sobre una pastilla de freno, se puede conseguir un efecto de frenado (de bloqueo). Un sistema de tuerca-husillo también tiene la ventaja de que es seguro sin corriente, porque el autobloqueo de la rosca, combinado con un engranaje reductor normalmente presente y el motor de accionamiento, mantiene el freno en la posición de bloqueo.

El sistema de tuerca y husillo actúa técnicamente como un engranaje helicoidal, en el que la relación de reducción o transmisión viene determinada por el dimensionamiento del husillo roscado y el paso de la rosca. Normalmente no se requieren tiempos de reacción muy cortos para los sistemas de freno de estacionamiento; por otra parte, debe ser posible generar fuerzas de apriete suficientemente grandes en el freno para que un vehículo pueda mantenerse con seguridad incluso cuando está estacionado en pendientes con carga. Por este motivo, se utilizan sobre todo sistemas de tuerca y husillo y, con menos frecuencia, los husillos de bolas, más complejos y elaborados, pero de funcionamiento más suave.

A continuación, se verá el diseño de rosca que se suele utilizar en la construcción de un sistema de tuerca y husillo. Las fuerzas de accionamiento al aplicar un freno de estacionamiento actúan sobre el sistema de tuerca y husillo esencialmente a lo largo del eje longitudinal central del sistema. La transferencia de fuerzas entre el husillo roscado y la tuerca se produce a través de las roscas entrelazadas, dependiendo de la dirección de la carga, a través de los flancos de las roscas de la tuerca y el husillo roscado que se deslizan entre sí. Dado que la longitud total de la unidad de accionamiento montada, formada por el husillo de accionamiento y la tuerca, varía en función de la posición de la rosca, la superficie total de los flancos transmisores de fuerza también varía. Además, dependiendo de la longitud de extensión de la combinación tuerca/husillo, también puede variar el juego angular, es decir, la posible desviación lateral o inclinación del husillo roscado con respecto a la tuerca.

Para una mejor comprensión, véase la Figura 4, en donde se muestra una rosca asimétrica en la que el vuelo de la rosca dispone de flancos de diferente inclinación. Se muestra una situación en la que la fuerza Fa que actúa sobre la tuerca (fuerza paralela al eje de la unidad tuerca-husillo) presiona los flancos de rosca más inclinados de la tuerca y el husillo roscado entre sí.

Las Figuras 2 y 3 consideran ahora esta situación en un flanco de rosca aislado: Fa actúa axialmente, lo que permite que las fuerzas se distribuyan como se muestra en el paralelogramo de fuerzas. El resultado es un componente de fuerza Fs, que se introduce en la rosca perpendicular al flanco, y un componente radial Fr. Aas y Asy denotan las superficies del flanco que están efectivamente en contacto de fricción con el flanco de acoplamiento. La comparación de las Figuras 2 y 3 muestra que la fuerza Fa que actúa axialmente sobre Aas o Asy puede disiparse mejor en el material en una rosca con flancos empinados que con flancos más planos. Esto tiene dos ventajas obvias: en primer lugar, la carga de presión sobre la superficie es menor porque la componente de fuerza vertical Fs es menor con flancos más planos (para la misma Fa). En segundo lugar, la componente de fuerza radial Fr también es menor. Es cierto que habrá una componente - Fr simétrica al eje central del sistema, que anula (en gran medida) esta componente. Sin embargo, debido a las tolerancias de fabricación, puede surgir una fuerza resultante sobre la longitud de la rosca engranada, lo que provoca un momento de inclinación en el sistema de tuerca y husillo y, por lo tanto, aumenta el desgaste.

Dado que, en los sistemas de freno de estacionamiento, la mayor carga sobre la unidad de accionamiento se produce cuando el sistema se lleva a la posición de frenado, es obvio elegir una rosca asimétrica, porque, de esta manera, los picos de carga se pueden transferir mejor de la tuerca al husillo.

Descripción de la invención

Los sistemas de husillo y tuerca para el uso descrito como parte de un accionamiento lineal se fabrican a menudo como piezas de trabajo conformadas en frío hechas de acero por razones de coste. Las roscas se laminan con máquinas especiales, es decir, en frío. En el proceso, la rosca se ranura en una forma bruta cilíndrica o cilíndrica hueca mediante rodillos de entalladura adecuados. Esto puede hacerse como rosca interior (tuerca) o como rosca exterior (husillo). El conformado en frío proporciona una mayor resistencia de la rosca y puede permitir estructuras superficiales más lisas y mejores sin formación de virutas.

Un efecto secundario del laminado de la rosca es la formación del llamado pliegue de cierre. Durante la producción de roscas, la herramienta presiona el perfil de la rosca en la pieza en bruto y desplaza el material de la base de la rosca a las puntas de la rosca. Por lo tanto, esto ocurre simultáneamente desde ambos flancos para cada tirada de rosca. La interfaz entre estos dos frentes de desplazamiento puede dar lugar a un pliegue de cierre más o menos pronunciado a lo largo de la punta de la rosca, dependiendo del grado de conformado, del material y del control del proceso; allí, donde el desplazamiento del material es máximo, pero la tracción de la rosca es más estrecha. Los pliegues de cierre son perjudiciales para la capacidad de carga de la región de la punta de la rosca.

En una rosca asimétrica, también se produce un pliegue de cierre dispuesto asimétricamente. Las investigaciones han demostrado ahora que este pliegue de cierre no debilita ambos flancos de la rosca por igual; curiosamente, el flanco de la rosca más inclinado se ve más afectado. Esto puede tener un efecto negativo debido a la distribución de fuerzas mostrada con anterioridad. Como muestra la comparación de las Figuras 2 y 3, la componente de fuerza Fs (vectorial) introducida en el material está inevitablemente más inclinada hacia el eje central con flancos más planos que con el flanco más inclinado. En sentido figurado, con el flanco de la rosca más plano, el vector de fuerza tiende a eludir el pliegue y a entrar en el volumen del diente de la rosca que no está perturbado por el pliegue, lo cual es ventajoso para la introducción de la fuerza.

También como resultado de la formación de la rosca, el material en la raíz de las roscas asimétricas, en relación con la superficie original, está más entallado en la raíz de un flanco más pronunciado que con un flanco más plano. Esto significa que el material de la raíz de la rosca está sometido a tensiones localmente más fuertes, lo que puede favorecer la formación de microfisuras.

Todas estas consideraciones hacen que el enfoque del estado de la técnica de diseñar los sistemas de tuerca/husillo de la unidad de accionamiento para sistemas de freno de estacionamiento con una rosca asimétrica no parezca fundamentalmente ventajoso. Las unidades de accionamiento según la presente invención se caracterizan por una fabricación simplificada y una eficacia mejorada, mientras que las fuerzas de bloqueo en la posición final corresponden a las mismas especificaciones.

Un freno de estacionamiento de vehículos de motor según la invención comprende una unidad conectada operativamente que consiste en un husillo de accionamiento y una tuerca, que forma un elemento ajustable axialmente en longitud de un accionamiento lineal y actúa como tal. El husillo de accionamiento presenta un lado de accionamiento para la conexión a un accionamiento eléctrico y una sección de husillo sustancialmente cilíndrica con una rosca exterior. La tuerca, por su parte, presenta un cuerpo central en forma de manguito con una rosca interior y, además, tiene una sección de cabeza diseñada para actuar como pistón de presión sobre un elemento de frenado del freno de estacionamiento. El cuerpo central y la sección de la cabeza de la tuerca, así como el lado de accionamiento y la sección del husillo de accionamiento, pueden fabricarse en una sola pieza o ensamblarse a partir de dos componentes de manera forzada o mediante ajuste de forma o de material. Las roscas interior y exterior de la unidad de accionamiento engranan entre sí como una rosca y definen un eje axial común de rotación (A).

De acuerdo con la invención, la rosca está diseñada como una rosca simétrica en la que los ángulos de flanco (a, a') presentan cantidades angulares esencialmente iguales con respecto a un plano de referencia radial (R) perpendicular al eje de rotación (A).

En una realización preferida de la unidad de accionamiento, el husillo de accionamiento está diseñado principalmente como una pieza metálica conformada en frío. En otra realización, la tuerca es sustancialmente una pieza metálica conformada en frío. En ambos casos, “sustancialmente” significa que, aparte de las fases de pretratamiento y postratamiento (como la producción de la forma bruta antes del laminado de roscas, el tratamiento térmico, el tratamiento superficial, el endurecimiento, la limpieza, el torneado y el rectificado fino), las principales fases de conformado se llevan a cabo mediante conformado en frío y no mediante mecanizado.

En otra realización de una unidad de accionamiento, los ángulos de flanco (a, a') se seleccionan entre 12-18° (inclusive en cada caso), preferiblemente entre 13° y 15°.

La utilización de una unidad de accionamiento como elemento ajustable axialmente en longitud de un accionamiento lineal para un freno de estacionamiento de vehículos de motor se basa en una unidad conectada operativamente que consta de un husillo de accionamiento y una tuerca. El husillo de accionamiento presenta un lado de accionamiento para la conexión a un accionamiento eléctrico y una sección de husillo esencialmente cilindrica con una rosca exterior. La tuerca, por su parte, presenta un cuerpo central en forma de manguito con una rosca interior y también una sección de cabeza que está diseñada para actuar como pistón de presión sobre un elemento de frenado del freno de estacionamiento. El cuerpo central y la sección de la cabeza de la tuerca, así como el lado de accionamiento y la sección del husillo de accionamiento, pueden fabricarse en una sola pieza o pueden ensamblarse a partir de dos componentes de manera forzada o mediante ajuste de forma o de material. Las roscas interior y exterior de la unidad de accionamiento engranan entre sí como una rosca y definen un eje axial común de rotación (A). La rosca está diseñada como una rosca simétrica en la que los ángulos de flanco (a, a') tienen cantidades angulares esencialmente iguales en relación con un plano de referencia radial (R) perpendicular al eje de rotación (A).

Descripción de las figuras

La Figura 1 muestra una unidad de accionamiento formada por una tuerca y un husillo en sección longitudinal. Las Figuras 2 y 3 muestran una sección de rosca en corte transversal. La Figura 2 representa esquemáticamente una rosca asimétrica, la Figura 3, una rosca simétrica.

La Figura 4 muestra una sección de una rosca asimétrica con una rosca engranada.

La Figura 5 muestra un esquema de un diente roscado con un pliegue de cierre en sección transversal.

La Figura 1 muestra una unidad 10 de accionamiento como sistema compuesto por una tuerca 20 y un husillo 11 de accionamiento en acoplamiento activo. Así, un conjunto de este tipo puede utilizarse como elemento de accionamiento lineal en un sistema de estacionamiento eléctrico, pero también es adecuado per se para tareas técnicamente equivalentes, como sistemas de cierre o bloqueo en los que se aplica una fuerza axial constante al conjunto en la posición final.

El husillo 11 de accionamiento puede dividirse esencialmente en dos subsecciones. En primer lugar, el lado 12 de accionamiento, que puede incluir un cojinete 14. En este caso, la potencia se transmite desde un motor de accionamiento. Esta transmisión puede ser directa desde un motor de accionamiento a través de un elemento de acoplamiento, como se conoce en la técnica anterior, o indirecta a través de una caja de cambios, correa dentada u otro medio adecuado. La otra subsección es la propia sección 13 roscada del husillo, que técnicamente está diseñada como un componente esencialmente en forma de varilla con una rosca 15 exterior. Este husillo 11 de accionamiento se muestra en conexión operativa con una tuerca 20. Esta última puede subdividirse en una sección 22 de cabeza y un cuerpo 21 central en forma de manguito, que lleva una rosca 23 interior. En el estado instalado, el husillo 11 de accionamiento suele estar montado en forma estacionaria pero accionado en forma giratoria en un sistema de freno. La tuerca 20 está montada para un movimiento axial relativo al husillo 11 de accionamiento. La sección 22 de cabeza puede estar formada como parte de un pistón de presión que actúa sobre un elemento de frenado como, por ejemplo, una zapata de freno. La tuerca 20 y el husillo 11 de accionamiento tienen un eje central común A en el estado de conexión operativa, que forma un eje longitudinal central para la rosca.

La sección X marcada corresponde (a modo de ejemplo) a la Figura 4. La rosca mostrada es solo esquemática. Las Figuras 2 y 3 muestran una sección parcial a través de un husillo o tuerca a lo largo del eje central con varias vueltas de rosca. La Figura 2 muestra una rosca asimétrica con flancos de rosca de diferente inclinación, la Figura 3 muestra una rosca simétrica. En la Figura 2, un plano radial R pasa por la intersección de la prolongación de los flancos de la rosca, por un lado, y es perpendicular al eje longitudinal central A (no representado aquí), por otro lado. Los dos ángulos 3 y 8 se eligen de diferente tamaño, en el ejemplo mostrado 13 < 8.

Aas indica esquemáticamente la superficie que sirve de superficie de contacto con el flanco opuesto durante el funcionamiento. Se puede observar que la fuerza indicada Fa golpea la superficie de contacto en un ángulo de 90°-l3. Cuanto más inclinado es el flanco, menor es 3 y menor es el componente de fuerza Fr que actúa en dirección radial. La inclinación del segundo flanco para un ángulo 3 determinado depende, entre otras cosas, del paso de la rosca. La Figura 3 muestra, de manera análoga a la Figura 2, las condiciones en una rosca simétrica idealizada con ángulos de flanco a, a' esencialmente iguales. El paralelogramo de fuerzas muestra por qué en el pasado no se favorecía un diseño de rosca simétrica para la aplicación descrita: la presión superficial, calculada con Fs, es mayor para la misma Fa en la Figura 3 que en la Figura 2. Asy indica esquemáticamente la superficie de contacto con el flanco de acoplamiento en la unión efectiva.

La Figura 4 corresponde aproximadamente a la sección X de la Figura 1, pero se muestra un detalle 70 con una rosca asimétrica. La parte 71 roscada se asigna ejemplarmente a la tuerca, la parte 80 roscada (inferior), al husillo de accionamiento. Las holguras 73, 74, 83, 84 mostradas en la Figura 4 se crean porque la base de la rosca y la punta de la rosca de un engranaje permiten una holgura limitada entre la tuerca y el husillo y también actúan como depósitos de lubricante durante el funcionamiento. Un diente 75 de rosca de la tuerca entra en contacto con un diente 85 de rosca del husillo de accionamiento en una zona limitada marcada como superficie 81 u 82 de flanco, correspondiente a Aas en la Figura 2. En la zona de la holgura 83, en la base de la rosca, se puede reconocer que el efecto de entalladura es mayor en la transición 86 del flanco más inclinado hacia la base de la rosca que en la transición 87. La flecha Fa indica el efecto de fuerza axial que presiona los flancos de la rosca entre sí, tal como se muestra.

La Figura 5 muestra una sección esquemática de una punta 90 de la rosca con dos flancos 94 y 95 de diferente pendiente de una rosca asimétrica con un pliegue 92 de cierre.

Las características de la invención divulgadas en la descripción anterior, en los dibujos así como en las reivindicaciones pueden ser esenciales para la realización de la invención tanto individualmente como en cualquier combinación.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Freno de estacionamiento de vehículos de motor con una unidad (10) de accionamiento, que comprende una unidad conectada operativamente de husillo (11) de accionamiento y tuerca (20), que actúa como elemento ajustable axialmente en longitud de un accionamiento lineal,

- en donde el husillo (11) de accionamiento presenta un lado (12) de accionamiento para la conexión a un accionamiento eléctrico y una sección (13) de husillo sustancialmente cilíndrica con una rosca (15) exterior; - en donde la tuerca (20) comprende un cuerpo (21) central en forma de manguito con una rosca (23) interior y, además, una sección (22) de cabeza adaptada para actuar como pistón de presión sobre un elemento de frenado del freno de estacionamiento;

- en donde las roscas interior y exterior engranan entre sí como una rosca y presentan un eje axial de rotación común (A);

caracterizado porque

la rosca es una rosca simétrica en la que los ángulos de flanco (a, a') presentan cantidades angulares sustancialmente iguales con respecto a un plano de referencia radial (R) perpendicular al eje de rotación (A).

2. Freno de estacionamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el husillo (11) de accionamiento está diseñado sustancialmente como una pieza moldeada de metal conformada en frío.

3. Freno de estacionamiento de acuerdo con la reivindicación 1-2, caracterizado porque la tuerca (20) está diseñada sustancialmente como una pieza moldeada de metal conformada en frío.

4. Freno de estacionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los ángulos de flanco (a, a') se seleccionan entre 12°-18° (inclusive en cada caso).