ES2282710T3 - Piston para un sistema hidraulico de freno y cilindro princial equipado con este. - Google Patents

Abstract

Pistón (10) con una disposición de válvula para un sistema hidráulico de freno de vehículo con un canal (14) de pistón, que atraviesa el pistón (10), un asiento (38) de válvula, configurado alrededor de un orificio (22) del canal (14) del pistón, y un elemento (26) de válvula que se puede desplazar de forma relativa al pistón (10) y poner en contacto con el asiento (38) de válvula de forma estanca al fluido para cerrar el canal (14) del pistón, estando configurado el asiento (38) de válvula como resalto anular en un componente (16) de obturación que presenta un elemento elástico (18) de obturación y un elemento (20) de apoyo que lo estabiliza, caracterizado porque el elemento (20) de apoyo está configurado con una hendidura anular (54) correspondiente en una zona cercana al resalto (38) de obturación.

Description

Pistón para un sistema hidráulico de freno y cilindro principal equipado con éste.

La presente invención se refiere a un pistón con una disposición de válvula para un sistema hidráulico de freno de vehículo con un canal de pistón, que atraviesa el pistón, un asiento de válvula, configurado alrededor de un orificio del canal del pistón, y un elemento de válvula que se puede desplazar de forma relativa al pistón y poner en contacto con el asiento de válvula de forma estanca al fluido para cerrar el canal del pistón, estando configurado el asiento de obturación como resalto anular en un componente de obturación que presenta un elemento elástico de obturación y un elemento de apoyo que lo estabiliza.

Un pistón de este tipo se conoce del documento EP0607370B2 y según este estado de la técnica se usa en un cilindro principal de freno de un sistema de freno de vehículo. El pistón encierra con el cilindro principal de freno una cámara de presión. En una posición de espera antes de accionarse el freno, la disposición de válvula se encuentra en una posición abierta, en la que la cámara de presión se comunica con un depósito de fluido hidráulico. Si un conductor del vehículo inicia un frenado, el pistón se desplaza dentro del cilindro principal de freno. En este caso, la disposición de válvula se cierra al hacer contacto el elemento de válvula con el asiento de obturación de forma estanca al fluido, interrumpiéndose así la unión fluida entre la cámara de presión y el depósito de fluido hidráulico. En lo sucesivo se establece una alta presión hidráulica en la cámara de presión que provoca el control del circuito de freno del vehículo y la activación de los frenos del vehículo. Al finalizar el frenado, el pistón retrocede nuevamente a su posición de espera, abriéndose la disposición de válvula y reduciéndose la presión en la cámara de presión.

En sistemas modernos de freno de vehículo se producen de forma adicional al aumento de la presión, inducido por el frenado y descrito arriba, aumentos considerables de la presión en la cámara de presión, si se activan sistemas automáticos de generación de presión de frenado, por ejemplo, un control de tracción del vehículo o un control de estabilidad del vehículo. Los sistemas automáticos de generación de presión de frenado de este tipo sirven para que el conductor controle de forma selectiva un circuito de freno independientemente de un frenado activo con el fin de activar los frenos individuales de la rueda y aumentar así la seguridad del vehículo. El aumento de la presión en la cámara de presión se realiza, por ejemplo, con una bomba hidráulica adicional. La presión aumentada así se tiene que reducir nuevamente mediante una apertura de la disposición de válvula.

Se ha demostrado que el elemento elástico de obturación tiende, según el estado de la técnica, a deformarse elásticamente y especialmente a "fluir" en caso de altas presiones hidráulicas en la zona, en la que está sometido al fluido hidráulico a presión en la cámara de presión. Si el pistón retrocede a su posición de espera al existir una alta presión hidráulica en la cámara de presión, el elemento de obturación se deforma al abrirse la disposición de válvula, es decir, al comenzar el movimiento del elemento de válvula, en la zona del asiento de obturación debido al efecto de la presión hidráulica de tal modo que el asiento de obturación se expande y se mueve con el elemento de válvula por una parte del recorrido de este elemento. Este comportamiento del elemento de obturación se ha de tener en cuenta al dimensionar la disposición de válvula. Por tanto, hay que prever un recorrido suficientemente grande para garantizar una apertura fiable de la disposición de válvula a pesar de la deformación del asiento de válvula, condicionada por la presión. No obstante, el elemento de válvula tiene que realizar este recorrido al iniciarse también un frenado, retrasándose así la respuesta del sistema de freno.

Para evitar este tipo de deformaciones, condicionadas por la presión, en el elemento de obturación, también se conoce del documento EP0607370B2 una válvula adicional que separa la cámara de presión de la disposición de válvula al establecerse la presión e impide así altas presiones hidráulicas en la disposición de válvula. Sin embargo, esta solución es considerablemente más costosa en la fabricación y más propensa a fallos durante el funcionamiento.

Los documentos DE3932248A1 y US2136835 muestran en cada caso un pistón con disposición de válvula, en el que el elemento de válvula se introduce a presión con un talón anular en el elemento de obturación al establecerse la presión. Estas soluciones son propensas al desgaste debido a las altas cargas mecánicas que actúan sobre el elemento de obturación.

El objetivo de la presente invención es crear un pistón del tipo mencionado al principio que con una construcción simple y una alta resistencia al desgaste posibilite un establecimiento rápido de la presión en la cámara de presión.

Este objetivo se consigue según la invención mediante un pistón con una disposición de válvula para un sistema hidráulico de freno de vehículo, presentando el pistón un canal de pistón, que lo atraviesa, un asiento de válvula, configurado alrededor de un orificio del canal del pistón, y un elemento de válvula que se puede desplazar de forma relativa al pistón y poner en contacto con el asiento de válvula de forma estanca al fluido para cerrar el canal del pistón, estando configurado el asiento de obturación como resalto anular en un componente de obturación que presenta un elemento elástico de obturación y un elemento de apoyo que lo estabiliza. Para conseguir el objetivo mencionado antes está previsto además, según la invención, que el elemento de apoyo esté configurado con una hendidura anular correspondiente en una zona cercana al resalto de obturación.

La hendidura anular tiene la función de alojar el material del elemento de obturación, deformado a alta presión, en la zona del asiento de obturación y dirigir así la deformación hacia el elemento de apoyo. Esto se logra especialmente también cuando la superficie del elemento de apoyo estabiliza mejor y soporta con una forma más estable el material del elemento de obturación en la zona de la hendidura anular que en el caso del estado de la técnica descrito antes. El material elástico del elemento de obturación se refuerza mejor mediante la superficie del elemento de apoyo, ampliada por la hendidura anular, que en el estado de la técnica.

Según la invención se puede lograr otro aumento de la estabilidad de la forma del elemento de obturación al estar unido el elemento de obturación de forma adhesiva al elemento de apoyo. Esto reduce nuevamente la capacidad de deformación del elemento de obturación y se estabiliza en general el componente de obturación. La unión adhesiva se puede realizar mediante pegado o mediante vulcanización del elemento de obturación en el elemento de apoyo.

En otra variante de la invención está previsto que el resalto anular de obturación presente, visto en sección transversal, un contorno redondo con flanco que discurre de forma plana hacia la cámara de presión. Debido al desarrollo redondo y continuo del contorno en sección transversal del resalto de obturación no se produce en éste ningún pico de presión que provoca una solicitación mecánica fuerte y localmente concentrada. El flanco, que discurre de forma plana, garantiza precisamente en la zona del elemento de obturación, solicitada con alta presión, una distribución equilibrada de la presión en una superficie proporcionalmente grande y, por tanto, una reducción de la deformación.

Para lograr también mediante la configuración de la hendidura anular una distribución lo más uniforme posible de las cargas mecánicas, inducidas por la presión y la deformación, en el material del elemento de obturación está previsto en una variante de la invención que la hendidura anular presente, vista en sección transversal, un contorno redondo, preferentemente redondo de segmento circular. Sin embargo, como alternativa al respecto puede estar previsto también que la hendidura anular presente, vista en sección transversal, un contorno anguloso, preferentemente trapecial. En el caso mencionado por último, los cantos sirven como resistencias mecánicas contra una deformación o una fluencia del material elástico del elemento de obturación.

Se explicó arriba que mediante la forma de la hendidura anular se puede influir sobre el comportamiento de deformación y de fluencia del material del elemento de obturación. Como otra medida para el control adecuado de la deformación del elemento de obturación al estar sometido a la presión está previsto en una variante de la invención que la hendidura anular se encuentre dispuesta más cerca del orificio del canal del pistón relativamente respecto al resalto de obturación. Dicho con otras palabras, esto significa que el resalto de obturación está situado más cerca de la cámara de presión relativamente respecto a la hendidura anular. Si en la cámara de presión impera una presión alta, existe entonces una diferencia proporcionalmente alta de presión en el elemento de obturación entre la cámara de presión y el canal del pistón. Esta diferencia de presión provoca una deformación del material del elemento de válvula en la zona del resalto de obturación en dirección al canal del pistón. Mediante la disposición desplazada del resalto de obturación y de la hendidura anular, el material del resalto de obturación se introduce a presión primero en dirección radial en la hendidura anular, de modo que en dirección axial se puede impedir una deformación no deseada del elemento de obturación, que provoca una ampliación del recorrido, como sucede en el estado de la técnica.

En relación con la disposición de válvula está previsto en una variante de la invención que el elemento de válvula presente un empujador de válvula, guiado en un elemento de guía, y un disco de válvula que interactúa con el asiento de obturación. Puede estar previsto además que el elemento de guía se encuentre dispuesto en un canal de alojamiento, previsto en el componente de obturación y que el disco de válvula presente una superficie esencialmente plana que interactúa con el asiento de obturación. De este modo, el elemento de válvula y el componente de obturación tienen una configuración simple con una alta funcionalidad y se pueden fabricar con un costo reducido. En relación con la configuración detallada del elemento de guía está previsto en una variante de la invención que éste presente un manguito de guía que guía al empujador de válvula, quedando sujetado, preferentemente en el centro, el manguito de guía en el componente de obturación mediante al menos un nervio de sujeción y estando configurado un canal de fluido entre el manguito de guía y el componente de obturación.

Para garantizar un cierre fiable y rápido de la disposición de válvula al realizarse un frenado puede estar previsto también, según la invención, que el elemento de válvula esté pretensado mediante elementos de pretensión en una posición de obturación, en la que hace contacto de forma estanca al fluido con el asiento de válvula. El elemento de válvula, en la posición de espera del pistón, se empuja después fuera de su posición de obturación y de tal modo que la disposición de válvula se abre. El elemento de válvula se sujeta en esta posición abierta hasta que el pistón se mueve para establecer la presión en la cámara de presión.

Los elementos de pretensión provocan a continuación un paso del elemento de válvula a la posición de obturación con la reducción del riesgo de un atascamiento o bloqueo.

Según la invención, el elemento de obturación puede estar configurado a partir de un plástico flexible, especialmente de un elastómero, y el elemento de apoyo, a partir de un material más duro que el plástico flexible, especialmente de un material metálico.

La invención se refiere además a una disposición de cilindro principal de freno con un cilindro principal, un pistón del tipo mencionado anteriormente, guiado de forma desplazable en el cilindro principal, elementos de tope que establecen una posición inicial predeterminada del pistón y elementos de pretensión que pretensan el pistón a la posición inicial, encerrando el pistón con el cilindro principal una cámara de presión, estando levantado el elemento de válvula del asiento de obturación en la posición inicial, estando unida la cámara de presión hidráulicamente a través del canal del pistón con el depósito de fluido, así como haciendo contacto el elemento de válvula con el asiento de obturación al desplazarse el pistón fuera de su posición inicial en contra de la acción de los elementos de pretensión y estableciéndose una presión de frenado en la cámara de presión.

A continuación se explica la invención a modo de ejemplo con ayuda de las figuras adjuntas. Muestran:

Fig. 1 un corte parcial con eje de una disposición de cilindro principal según la invención,

Fig. 2 una vista en planta desde arriba del pistón por la izquierda y

Fig. 3 una sección detallada a escala ampliada, identificada en la figura 1 con III.

En la figura 1 está representado en una vista en corte parcial con eje un pistón, según la invención, designado en general con 10. El pistón 10 está guiado de forma móvil en una carcasa 12 de cilindro de un cilindro principal en dirección al eje A. El pistón 10 está configurado con un canal escalonado 14 de pistón que lo atraviesa axialmente. En el canal 14 del pistón está insertado un componente 16 de obturación con adherencia al asiento de sujeción, que presenta un elemento 18 de obturación y un elemento 20 de apoyo. La configuración del componente 16 de obturación se explica a continuación en detalle.

El componente 16 de obturación está configurado asimismo con un canal central escalonado 22 de paso, en el que está alojado e introducido a presión un elemento 24 de guía de forma segura al desplazamiento. En el elemento 24 de guía está guiado un elemento 26 de válvula con posibilidad de desplazamiento axial. El elemento 26 de válvula comprende un empujador 28 de válvula y un disco 30 de válvula. Para guiar el elemento 26 de válvula en el elemento 24 de guía, el empujador 28 de válvula está alojado con una pequeña holgura en un manguito correspondiente 32 de guía del elemento 24 de guía (véase figura 2). El manguito 32 de guía está introducido a presión mediante nervios 34 de sujeción en el canal 22 de paso del componente 16 de obturación y sujetado aquí de forma axial. Mediante un muelle 35 de retroceso, dispuesto entre el manguito 32 de guía y el extremo libre, provisto de una arandela 37 de seguridad, del empujador 28 de válvula, el elemento 26 de válvula está pretensado de modo que el disco 30 de válvula se empuja con su lado inferior 36 en contacto con un asiento 38 de válvula en el lado frontal 40, dirigido hacia el disco 30 de válvula.

Para la descripción más exacta del componente 16 de obturación se remite a la figura 3 que muestra a escala ampliada la sección parcial de la figura 1 identificada con III. El componente 16 de obturación comprende el elemento 18 de obturación y el elemento 20 de apoyo. Ambos están unidos entre sí de forma adhesiva por su superficie común 42 de contacto, por ejemplo, mediante vulcanización del elemento 18 de obturación en el elemento 20 de apoyo o mediante pegado mutuo.

El elemento 18 de obturación presenta en su superficie frontal 40 el asiento 38 de válvula configurado como resalto anular de obturación. Su contorno, visto en sección transversal con eje, discurre esencialmente en forma de segmento circular a partir del lado interior radial y dirigido hacia el canal 22 de paso y discurre en la zona identificada con 46 con flanco aplanado. El elemento 18 de obturación presenta además en su superficie circunferencial exterior 44 varios resaltos 48 de obturación en forma de talones que circulan en dirección circunferencial, así como un resalto 50 de apoyo en forma de talón que circula en dirección circunferencial y está dispuesto cerca del asiento de válvula. Los resaltos 48 de obturación sirven para poder introducir a presión con asiento de sujeción y de forma estanca al fluido el componente 16 de obturación en el pistón 10, según muestra la figura 1. El resalto 50 de apoyo estabiliza adicionalmente la zona del lado frontal 40 del elemento 18 de obturación al apoyarse en la pared interior del canal 14 del pistón.

El elemento 20 de apoyo presenta en su zona frontal 52, dirigida hacia el lado frontal 40, una hendidura anular 54 que discurre en dirección circunferencial alrededor del eje. La hendidura anular 54 tiene, vista en sección transversal con eje, un contorno mayormente redondo de segmento circular con pasos redondeados armónicamente. La hendidura anular 54 está rellenada con un material elástico del elemento 18 de obturación. El elemento 20 de apoyo presenta en su zona exterior radial un canto circular 56 de estabilización que estabiliza la zona exterior radial del elemento 18 de obturación. En la zona interior radial del componente 16 de obturación, el material del elemento 18 de obturación no cubre una sección 58 de la superficie frontal del elemento 20 de apoyo.

Si se observa nuevamente la figura 1, se puede ver que el pistón 10 está alojado en una cavidad cilíndrica 60, cerrada por un lado, de la carcasa 12 del cilindro y encierra con la carcasa 12 del cilindro una cámara 61 de presión llena de fluido hidráulico. El pistón 10 se pretensa mediante un muelle 62 en la figura 1 en dirección hacia la derecha a su posición de espera mostrada en la figura 1 y hace contacto, por tanto, bajo pretensión con un perno 64 de tope que discurre transversalmente a través de la carcasa 12 del cilindro y está fijado en ésta. En la carcasa 12 del cilindro está prevista una conexión 66 de unión, mediante la que la cavidad 60 se comunica con un depósito de fluido no mostrado. La carcasa 12 del cilindro presenta además otra conexión de unión no mostrada, mediante la que la cámara 61 de presión está unida al circuito de freno de un vehículo de motor.

En el contorno exterior del pistón 10 está prevista una junta 68 de fluido que impide una circulación del fluido a lo largo del contorno exterior del pistón 10 durante su movimiento axial en la carcasa 12 del cilindro y permite así guiar el pistón en el cilindro de forma estanca al fluido.

La disposición según la figura 1 funciona de la siguiente forma. Antes de que el conductor inicie un frenado, el pistón 10 se encuentra en su posición de espera mostrada en la figura 1. En esta posición de espera, el pistón 10 es presionado por el muelle 62 contra el perno 64 de tope. En este caso, el empujador 28 de válvula presiona con su extremo libre el perno 64 de tope. La fuerza elástica del muelle 62 supera la fuerza elástica del muelle 35 de retroceso, por lo que el elemento 26 de válvula asume su posición abierta mostrada en la figura 1, en la que el disco 30 de válvula está levantado del asiento 38 de válvula. De este modo, la cámara 61 de presión está unida de forma fluida con el extremo del canal 14 del pistón, alejado de la cámara de presión.

Al accionarse el freno, el pistón 10 se desplaza hacia la izquierda en la figura 1 según la flecha P_{1}. En este caso, el disco 30 de válvula se acerca más y más al asiento 38 de válvula hasta que ambos entran finalmente en contacto. A partir de esto se establece con un movimiento ulterior del pistón en la dirección de la flecha P_{1} una sobrepresión en la cámara 61 de presión que se transmite al circuito de freno. Al finalizar el proceso de frenado, el pistón 10 retrocede en correspondencia con la flecha P_{2} a su posición inicial mostrada en la figura 1. El elemento 26 de válvula asume también nuevamente su posición abierta mostrada en la figura 1.

Con la presión hidráulica creciente, el elemento 26 de válvula, dicho más exactamente, su disco 30 de válvula, se presiona con una fuerza creciente contra el asiento 38 de válvula, deformándose por tanto el asiento 38 de válvula a esta presión. Además, el fluido hidráulico bajo sobrepresión actúa en la zona 46 de flanco que está en contacto con éste y se deforma también por este motivo. En caso de presiones hidráulicas muy altas se produce incluso una fluencia del material del elemento 18 de obturación en esta zona.

Debido a la configuración de la zona 46 de flanco y de la zona frontal 52 del elemento 20 de apoyo, la deformación mencionada antes no provoca, sin embargo, que en caso de levantarse el disco 30 de válvula del asiento 38 de obturación a una presión alta en la cámara 61 de presión se deforme el asiento 38 de obturación en dirección axial según la flecha P_{1} y debido a esta deformación axial se impide una separación rápida del lado inferior 36 del disco de válvula y del asiento 38 de obturación con el fin de reducir rápidamente la presión en la cámara 61 de presión. En su lugar, el material del elemento 18 de obturación bajo la presión del fluido hidráulico en la cámara 61 de presión se deforma de tal modo que penetra en la hendidura anular 54 y desde ésta se sigue desplazando radialmente hacia el interior. El desarrollo plano del flanco 46 provoca además una separación rápida del lado inferior 36 del disco de válvula y del asiento 38 de válvula. De este modo, la invención garantiza, incluso al existir altas presiones hidráulicas en la cámara 61 de presión, un levantamiento rápido del disco 30 de válvula del asiento 38 de válvula en caso también de un recorrido pequeño del elemento 26 de válvula. Con esto se puede mejorar el comportamiento de respuesta del sistema de freno.

La invención muestra una posibilidad simple y, sin embargo, eficiente para la configuración del pistón con válvula central de un sistema de freno de vehículo, que garantiza una reducción rápida de la presión después de finalizar el frenado al existir también altas presiones hidráulicas en la cámara de presión, provocadas, dado el caso, por un sistema automático, por ejemplo, un control de tracción o un programa de estabilidad. Esto se logra especialmente con medidas relativas a la configuración del asiento de válvula, de modo que se puede atenuar ampliamente una deformación no deseada del asiento de válvula condicionada por la presión hidráulica.

Claims (12)

1. Pistón (10) con una disposición de válvula para un sistema hidráulico de freno de vehículo con un canal (14) de pistón, que atraviesa el pistón (10), un asiento (38) de válvula, configurado alrededor de un orificio (22) del canal (14) del pistón, y un elemento (26) de válvula que se puede desplazar de forma relativa al pistón (10) y poner en contacto con el asiento (38) de válvula de forma estanca al fluido para cerrar el canal (14) del pistón, estando configurado el asiento (38) de válvula como resalto anular en un componente (16) de obturación que presenta un elemento elástico (18) de obturación y un elemento (20) de apoyo que lo estabiliza, caracterizado porque el elemento (20) de apoyo está configurado con una hendidura anular (54) correspondiente en una zona cercana al resalto (38) de obturación.

2. Pistón según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento (18) de obturación está unido de forma adhesiva con el elemento (20) de apoyo.

3. Pistón según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el resalto anular (38) de obturación presenta, visto en sección transversal, un contorno redondo con flanco (46) que discurre de forma plana hacia una cámara (61) de presión.

4. Pistón según la reivindicación 3, caracterizado porque la hendidura anular (54) presenta, vista en sección transversal, un contorno redondo, preferentemente redondo de segmento circular.

5. Pistón según la reivindicación 3, caracterizado porque la hendidura anular presenta, vista en sección transversal, un contorno anguloso, preferentemente trapecial.

6. Pistón según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la hendidura anular (54) se encuentra dispuesta más cerca del orificio (22) del canal (14) del pistón relativamente respecto al resalto (38) de obturación.

7. Pistón según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento (26) de válvula presenta un empujador (28) de válvula, guiado en un elemento (24) de guía, y un disco (30) de válvula que interactúa con el asiento (38) de obturación.

8. Pistón según la reivindicación 7, caracterizado porque el elemento (24) de guía se encuentra dispuesto en un canal (22) de alojamiento, previsto en el componente (16) de obturación, y porque el disco (30) de válvula presenta una superficie esencialmente plana (36) que interactúa con el asiento (38) de obturación.

9. Pistón según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el elemento (24) de guía presenta un manguito (32) de guía que guía al empujador (28) de válvula, quedando sujetado, preferentemente en el centro, el manguito (32) de guía en el componente (16) de obturación mediante al menos un nervio (34) de sujeción y estando configurado un canal (22) de fluido entre el manguito (32) de guía y el componente (16) de obturación.

10. Pistón según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento (26) de válvula está pretensado mediante elementos (35) de pretensión a una posición de obturación, en la que hace contacto de forma estanca al fluido con el asiento (38) de válvula.

11. Pistón según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento (18) de obturación está configurado a partir de un plástico flexible, especialmente de un elastómero, y porque el elemento (20) de apoyo está configurado a partir de un material más duro que el plástico flexible, especialmente de un material metálico.

12. Disposición de cilindro principal para un sistema hidráulico de freno de vehículo con un cilindro principal (12), un pistón (10), guiado de forma desplazable en el cilindro principal (12), según una de las reivindicaciones precedentes, elementos (64) de tope que establecen una posición inicial predefinida del pistón (10) y elementos (62) de pretensión que pretensan el pistón (10) a la posición inicial, encerrando el pistón (10) con el cilindro principal (12) una cámara (61) de presión, estando levantado el elemento (26) de válvula del asiento (38) de válvula en la posición inicial, estando unida la cámara (61) de presión hidráulicamente a través del canal (14) del pistón con un depósito de fluido, así como haciendo contacto el elemento (26) de válvula con el asiento (38) de obturación al desplazarse el pistón (10) fuera de su posición inicial en contra de la acción de los elementos (62) de pretensión y estableciéndose una presión de frenado en la cámara (61) de presión.