BR112021014137A2 - Método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária e dispositivo de frenagem ferroviária - Google Patents
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Abstract
método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária e dispositivo de frenagem ferroviária. um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária (d) é descrito compreendendo um corpo principal (mb) disposto para receber pelo menos parcialmente: pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos diferentes (rv, 414, 416); e canais (c) conectando os pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (rv, 414, 416); o método de fabricação compreendendo a etapa de: construir o referido corpo principal (mb) do dispositivo de frenagem ferroviária (d) através da fabricação aditiva de um bloco monolítico fornecido com pelo menos dois assentos (600, 602) para os referidos pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (rv, 414, 416) e os referidos canais; um dispositivo de frenagem ferroviária (d) é ainda descrito construído por meio de um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária (d).
Description
[001] A presente invenção está, em geral, no campo dos sistemas de frenagem ferroviária; em particular, a invenção refere-se a um dispositivo de frenagem ferroviária e um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária.
[002] Os sistemas de frenagem ferroviária conhecidos, aplicados em veículos ferroviários genéricos, geralmente consistem em uma pluralidade de componentes pneumáticos instalados em um painel, conhecido como painel pneumático, que atua tanto como um suporte físico quanto como uma interface de conexão pneumática entre os componentes pneumáticos. Além disso, o painel atua como uma interface de conexão entre o sistema de frenagem ferroviária e o veículo.
[003] Em um sistema de frenagem típico, por exemplo, pneumático, feito usando técnicas tradicionais, um painel de metal (100) suporta os vários componentes pneumáticos e eletropneumáticos. O painel (100), além de atuar como um flange de suporte para os componentes pneumáticos acima mencionados, atua como uma interface pneumática entre os componentes pneumáticos por meio de canais de conexão (102) obtidos dentro do mesmo painel. Se o número de componentes a serem suportados e interfaceados for limitado e as dimensões do referido painel forem limitadas, por exemplo, mas não exclusivamente inferior a 500 mm x 500 mm x 30 mm, os canais podem ser feitos através de cruzamentos de canal obtidos por perfuração (104), como mostrado em Figura 2. Se as dimensões dos painéis forem maiores ou o número de conexões exigir um número de cruzamentos impossíveis de construir, o painel (100) é, em vez disso, obtido por estratificações de duas ou mais camadas de metal (106) trabalhadas nas faces internas para obter os canais (102). As camadas de metal são então ligadas ou aparafusadas juntas por meio de aparafusamento (108), como mostrado na Figura 1.
[004] Desvantajosamente, as soluções que acabamos de descrever têm várias desvantagens. Em primeiro lugar, elas exigem longos tempos de usinagem, que normalmente são realizados em máquinas de controle numérico computadorizado. A solução mais simples descrita acima, isto é, perfurar canais (104), possivelmente cruzados, é limitada pelas dimensões máximas que são perfuráveis sem que as brocas sejam capazes de flexionar durante a usinagem e perder os cruzamentos ou interceptar indevidamente outros canais. Já as soluções multicamadas requerem múltiplas etapas de processamento, desde o processamento para obtenção dos canais, até a colagem obtida por meio de colas especiais e tratamento em altas temperaturas para secagem das colas. Se a área de superfície equivalente representada pelos canais for significativamente maior do que a área de superfície restante disponível para ligação, existe o risco de que as pressões de operação, por exemplo em torno de 10 bar, resultem em forças que façam com que os canais se desconectem. Neste caso, o conjunto aparafusado é usado, mas requer juntas de vedação ao redor de cada canal. Este processo, que normalmente é manual, é trabalhoso e sujeito a altas taxas de falha durante a produção devido à instalação inadequada da junta.
[005] Uma outra desvantagem comum a todas as soluções descritas até agora é representada pelo peso final do painel (100) que, somado ao peso dos componentes, pode ser de 50 kg a 100 kg para cada veículo que compõe o trem. Esse peso resulta em um desperdício alto e contínuo de energia para o operador, pois o trem tem que acelerar e desacelerar continuamente essa massa.
[006] Uma etapa de integração significativa é representada pela solução descrita em EP 1 588 913. A referida patente reivindica a fabricação de um sistema de frenagem eletropneumática (300) de alta complexidade, por meio de três camadas de metal (302, 304, 306) como mostrado na Figura 3, as duas camadas externas das quais suportam os canais (308) obtidos por usinagem nas faces internas e uma camada intermediária perfurada usada para interconectar os canais nas faces internas das camadas externas. Além disso, no que diz respeito às soluções multicamadas descritas acima, as camadas externas são usinadas para obter e integrar parte ou todo o corpo externo dos componentes pneumáticos mostrados no diagrama. Desta forma, uma maior integração, redução dos requisitos de espaço e redução de peso são alcançados. No entanto, alguns dos inconvenientes acima descritos não foram resolvidos por esta solução.
[007] Um dos objetivos da presente invenção é, portanto, proporcionar uma solução que permita obter um dispositivo de frenagem ferroviária com peso reduzido, tempos de processamento reduzidos em relação às soluções conhecidas, e que simplifique a construção de canais no dispositivo de frenagem ferroviária.
[008] O supracitado e outros objetos e vantagens são alcançados, de acordo com um aspecto da invenção, por um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária tendo as características definidas na reivindicação 1 e um dispositivo de frenagem tendo as características definidas na reivindicação 5. Formas de realização preferidas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes, cujo conteúdo se destina como uma parte integrante da presente descrição.
[009] As características funcionais e estruturais de algumas formas de realização preferidas de um método de fabricação de um sistema de frenagem ferroviária e de um dispositivo de frenagem ferroviária de acordo com a invenção serão agora descritas. É feita referência aos desenhos anexos, em que: - A Figura 1 mostra um painel de um sistema de frenagem construído de acordo com o estado da técnica; - A Figura 2 mostra os canais de uma camada de um painel de um sistema de frenagem construído de acordo com o estado da técnica; - A Figura 3 mostra um sistema de frenagem feito de acordo com o estado da técnica; - A Figura 4A é uma primeira vista de um exemplo de dispositivo de frenagem construído com três camadas de metal de acordo com o estado da técnica; - A Figura 4B mostra uma segunda vista do dispositivo de frenagem de exemplo na Figura 4A; - A Figura 5A é uma primeira vista de um exemplo de dispositivo de frenagem no caso em que é construído usando o método da invenção; - A Figura 5B mostra uma segunda vista do dispositivo de frenagem de exemplo na Figura 5A; e - A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um exemplo de corpo principal de um dispositivo de frenagem ferroviária, quando construído por meio de fabricação aditiva.
[0010] Antes de explicar em detalhes uma pluralidade de formas de realização da invenção, deve ser esclarecido que a invenção não se restringe em sua aplicação aos detalhes construtivos e à configuração dos componentes apresentados na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. A invenção pode assumir outras formas de realização e pode, na prática, ser implementada ou alcançada de maneiras diferentes. Também deve ser entendido que a fraseologia e a terminologia têm finalidades descritivas e não devem ser interpretadas como restritivas. O uso de "incluir" e "compreender" e as variações dos mesmos devem ser entendidos como abrangendo os elementos declarados a seguir e seus equivalentes, bem como elementos adicionais e seus equivalentes.
[0011] A seguir são descritas algumas formas de realização de um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária que compreende um corpo principal (MB) disposto para receber, pelo menos parcialmente, pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos diferentes (RV, 414, 416) conectando os pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416).
[0012] Diferentes elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) podem significar dois elementos com diferenças estruturais ou funcionais.
[0013] Este método de fabricação compreende a etapa de realizar o corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviárias através da fabricação aditiva de um bloco monolítico dotado de pelo menos dois assentos (600, 602) para os, pelo menos, dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) e dos referidos canais.
[0014] No presente texto, “fabricação aditiva” significa o processo também conhecido em inglês como “Additive Manufacturing”.
[0015] Desta forma, com vantagem, não é mais necessário realizar o corpo principal em uma pluralidade de camadas a serem montadas.
[0016] A fabricação aditiva é conhecida em inglês como “Additive Manufacturing” ou “3D printing”.
[0017] O método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária pode ainda compreender a etapa de alojar componentes dos, pelo menos, dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) no corpo principal, depois de completada a realização do corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária, e a etapa de acoplamento ao corpo principal (MB), fechando elementos (CE) dispostos para segurar os componentes dos, pelo menos, dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) em posição no dispositivo de frenagem ferroviária.
[0018] Por exemplo, os componentes dos, pelo menos, dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) são hastes e/ou membranas e/ou O-rings e/ou de molas, etc.
[0019] Os elementos de fechamento (CE) podem ser tampas simples feitas de plástico ou metal que podem ser acopladas ao corpo principal (MB) por meio de engate/ intertravamento ou por meios de fixação, como colas, parafusos, etc. Os elementos de fechamento podem, mas não necessariamente, ser fabricados também por fabricação aditiva.
[0020] Em um aspecto adicional, o material utilizado para a fabricação aditiva da etapa de realização do referido corpo principal (MB) é de um tipo metálico, e/ou o material usado para a fabricação aditiva da etapa de realização dos referidos elementos de fechamento (CE) é do tipo metálico.
[0021] Pelo menos um dos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) do dispositivo de frenagem ferroviária pode ser uma válvula de relé pneumática (RV). Além disso, ou alternativamente, pelo menos um dos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) do dispositivo de frenagem ferroviária pode ser uma válvula de alívio de pressão (414, 416).
[0022] A Figura 6 ilustra uma vista em perspectiva de um exemplo de corpo principal (MB) de um dispositivo de frenagem ferroviária (D), quando realizada por meios de fabricação aditiva.
[0023] Com (600, 602) são ilustrados os assentos/ compartimentos em que os pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) devem ser alojados. Em particular, com (600) são ilustrados os assentos/ compartimentos em que as válvulas de relé pneumático (RV) devem ser alojadas e em (602) os assentos/ compartimentos em que as válvulas de alívio de pressão (414, 416) devem ser alojadas.
[0024] Os elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) podem ter suas respectivas portas pneumáticas dispostas para fazer a interface do referido dispositivo de frenagem ferroviária (D) com um flange de suporte compreendendo portas pneumáticas correspondentes. Neste caso, o método de fabricação pode compreender a etapa de realizar o corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária (D) por meio de fabricação aditiva, de modo que as portas pneumáticas dos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) sejam dispostas no corpo principal (MB) de modo a emergir de uma única face do corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária (D).
[0025] De preferência, em um exemplo, as portas pneumáticas são portas pneumáticas destinadas a uma interface funcional e não destinadas a uma interface de diagnóstico.
[0026] A invenção refere-se ainda a um dispositivo de frenagem ferroviária (D) construído de acordo com qualquer uma das formas de realização descritas acima.
[0027] Além disso, o corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária pode compreender um volume funcional nele. Por exemplo, o volume funcional pode ser disposto para conter nele um gás ou fluido a partir do qual os elementos pneumáticos podem extrair ou introduzir o referido gás ou fluido.
[0028] Os elementos pneumáticos ou eletropneumáticos do dispositivo de frenagem ferroviária (D) podem ter suas respectivas portas pneumáticas dispostas para fazer a interface do dispositivo de frenagem ferroviária com um flange de suporte compreendendo portas pneumáticas correspondentes. As portas pneumáticas dos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) podem, assim, ser dispostas no corpo principal de modo a emergir de uma única face do corpo principal do dispositivo de frenagem ferroviária. De preferência, em um exemplo, as portas pneumáticas são portas pneumáticas destinadas a uma interface funcional e não destinadas a uma interface de diagnóstico.
[0029] Com referência às figuras 4A e 4B, duas vistas de um exemplo de um dispositivo de frenagem (D) construído com três camadas de metal de acordo com o estado da técnica são ilustradas. Neste exemplo, o corpo principal é realizado usando técnicas tradicionais de processamento mecânico.
[0030] O dispositivo de frenagem (D) compreende elementos pneumáticos ou eletropneumáticos na forma de válvulas de relé (RV). As partes móveis das válvulas de relé (RV) são formadas pelas partes (401, 402), respectivamente. O corpo principal das referidas válvulas de relé (RV) que constituem o assento e quaisquer canais de conexão pneumática é feito das camadas (407, 408), respectivamente. As tampas (403, 404) formam passagens perfuradas adicionais, não visíveis na figura, para fornecer e esvaziar as câmaras piloto, respectivamente. As membranas (409, 410) são suportadas respectivamente por dois anéis (411, 412), que requerem O-rings, respectivamente, para garantir a vedação pneumática.
[0031] Além disso, o corpo principal, composto pelas duas placas (407 e 408) aparafusadas entre si, desempenha a função de painel de suporte, conexão pneumática e integração às outras funções eletropneumáticos.
[0032] Em suma, o corpo principal do dispositivo de frenagem (D) compreende as camadas/ placas (403, 404, 407 e 408).
[0033] Devido ao acoplamento das duas placas (407 e 408), é possível obter um volume funcional nas partes volumétricas das placas (407, 408) não ocupadas pelos canais de conexão. A vedação pneumática das duas placas (407, 408) necessária para isolar os canais uns dos outros e para gerar o volume funcional é garantida por juntas.
[0034] A Figura 4B mostra as válvulas de alívio (414, 416). Um bloco metálico (418) forma uma base de suporte para ambas as válvulas de alívio (414, 416). Este suporte é feito separadamente da placa (407), a fim de ser capaz de construir os canais que conectam as válvulas de alívio (414, 416), bem como válvulas eletropneumáticas e sensores de pressão.
[0035] No estado da técnica, os canais não podiam ser obtidos diretamente na placa (407) devido ao número e à complexidade das travessias.
Assim, o bloco de metal (418) é subsequentemente acoplado à placa (407) por meio de parafusos e a vedação entre as duas partes é assegurada por O-rings.
[0036] A Figura 5A e a Figura 5B ilustram duas vistas de um exemplo de um dispositivo de frenagem, semelhante aos da Figura 4A e 4B, no caso em que o corpo principal é feito pelo método da invenção.
[0037] Como visto na Figura 5A, o corpo principal do dispositivo de frenagem, isto é, as camadas/ placas (403, 404, 407 e 408) da Figura 4A, são construídas em um bloco monolítico por meio de fabricação aditiva.
[0038] O corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem é construído em um bloco monolítico por fabricação aditiva. O corpo principal (MB) também forma os canais de alimentação, não visíveis nas figuras, para as câmaras piloto, bem como os canais necessários para conectar as válvulas de relé (RV) a outros componentes do dispositivo de frenagem. O bloco metálico (418) é eliminado na solução equivalente feita com um processo de fabricação aditiva. Com efeito, todos os canais de interconexão (C) entre as válvulas de alívio (414, 416) são obtidos diretamente no único corpo principal (MB). A Figura 5A também mostra os elementos de fechamento (CE) para o corpo principal (MB)
dispostos para manter os pelo menos dois elementos pneumáticos em posição no dispositivo de frenagem ferroviária (D).
[0039] O método da presente invenção tem, portanto, as seguintes vantagens: - redução do número de componentes que constituem o dispositivo de frenagem; - redução da quantidade de trabalho de montagem manual do dispositivo de frenagem, resultando em tempo de produção reduzido e menos falhas; - eliminação de eventuais O-rings e juntas, com consequente aprimoramento da perfeita vedação pneumática, redução do tempo de montagem, redução de falhas de produção; - otimização dos comprimentos dos canais de conexão entre os elementos pneumáticos ou eletropneumáticos, por exemplo, entre as válvulas eletropneumáticos e as câmaras piloto das válvulas de relé, reduzindo os atrasos de implementação das referidas válvulas de relé; - integração direta entre o corpo dos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos e o painel que compõe o sistema de conexão entre os vários elementos pneumáticos ou eletropneumáticos; - otimização das trajetórias dos canais entre os diversos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos, evitando, por exemplo, conexões em ângulo reto típicas das soluções obtidas por perfuração, o que provoca vórtices e consequentes atrasos na propagação do ar; e - redução da espessura das paredes do corpo principal do dispositivo de frenagem, impossíveis de obter por usinagem por ferramenta de usinagem ou fundições em areia, com consequente leveza de todo o sistema.
[0040] Vários aspectos e formas de realização de um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária e um dispositivo de frenagem ferroviária de acordo com a invenção foram descritos.
Entende-se que cada forma de realização pode ser combinada com qualquer outra forma de realização.
A invenção, além disso, não se restringe às formas de realização descritas, mas pode ser variada dentro do escopo definido pelas reivindicações anexas.
Claims (10)
1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), caracterizado por compreender um corpo principal (MB) disposto para receber, pelo menos parcialmente: - pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos diferentes (RV, 414, 416); e - canais (C) conectando os referidos pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416); o método de fabricação compreendendo a etapa de: - realizar o referido corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária (D) através da fabricação aditiva de um bloco monolítico fornecido com pelo menos dois assentos (600, 602) para os referidos pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) e os referidos canais.
2. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda as etapas de: - após a realização do corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem, alojar componentes dos referidos pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) no corpo principal (MB); e - elementos de fechamento de acoplamento (CE) ao corpo principal (MB); os elementos de fechamento (CE) sendo dispostos para reter os componentes dos referidos pelo menos dois elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) em posição no dispositivo de frenagem ferroviária (D).
3. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda a etapa de:
- construir os referidos elementos de fechamento (CE) por meio de fabricação aditiva.
4. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo material utilizado para a fabricação aditiva da etapa de realização do referido corpo principal (MB) ser de um tipo metálico, e/ou o material utilizado para a fabricação aditiva da etapa de realização dos referidos elementos de fechamento (CE) ser do tipo metálico.
5. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) terem respectivas portas pneumáticas dispostas para fazer interface com o referido dispositivo de frenagem ferroviária (D) com um flange de suporte compreendendo portas pneumáticas correspondentes: o método de fabricação compreendendo a etapa de: - realizar o referido corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária (D) por meio de fabricação aditiva, de modo que as portas pneumáticas dos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) sejam dispostos no corpo principal (MB) de modo a emergir de uma única face do corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária (D).
6. DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), caracterizado por ser realizado por meio de um método de fabricação de um dispositivo de frenagem ferroviária (D), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
7. DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por pelo menos um dos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) ser uma válvula de relé pneumática (RV).
8. DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado por pelo menos um dos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) ser uma válvula de alívio de pressão (414, 416).
9. DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo corpo principal (MB) compreender um volume funcional no mesmo.
10. DISPOSITIVO DE FRENAGEM FERROVIÁRIA (D), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) terem respectivas portas pneumáticas dispostas para fazer a interface do referido dispositivo de frenagem ferroviária (D) com um flange de suporte compreendendo portas pneumáticas correspondentes: as portas pneumáticas dos referidos elementos pneumáticos ou eletropneumáticos (RV, 414, 416) sendo dispostas no corpo principal (MB) de modo a emergir de uma única face do corpo principal (MB) do dispositivo de frenagem ferroviária (D).
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