ES2238601T3 - Unidad de freno de calzo, en especial para vehiculos sobre railes. - Google Patents

Abstract

Unidad de freno de calzo, en especial para vehículos sobre raíles con al menos un calzo de freno (8), que puede aplicarse a una rueda (4) de un vehículo para generar una fuerza de frenado, una suspensión (11, 12, 15, 18, 19, 21) para el calzo de freno (8) que puede unirse a un chasis, y un dispositivo de accionamiento para mover al menos un calzo de freno (8), pudiéndose aplicar al menos un calzo de freno (8) a una superficie (7) de la rueda (4) dirigida radialmente hacia el interior para generar la fuerza de frenado, caracterizada porque se han previsto al menos dos calzos de freno (8) que encajan en la rueda (4), a través de una suspensión basculante (11, 12, 15, 18, 19, 21) y casi radialmente hacia fuera en cada caso en contra de una superficie (7) de la rueda (4), en lados opuestos de un alma de rueda (2).

Description

Unidad de freno de calzo, en especial para vehículos sobre raíles.

La invención se refiere a una unidad de freno de calzo según el preámbulo de la reivindicación 1.

Del documento EP 0 665 154 B1 se conoce una unidad de freno de calzo para vehículos sobre raíles que comprende un calzo de freno que, por medio de un dispositivo de tensión por tracción, puede presionarse sobre la superficie de rodadura de una rueda de raíl. Para el accionamiento del freno de calzo se ha previsto un dispositivo de suspensión, que hace posible que el calzo de freno ejecute un determinado movimiento lateral simultáneamente con las ruedas. Mediante elementos de presión o tracción correspondientes de la suspensión se presionan con ello los calzos de freno, para generar una fuerza de fricción, sobre las superficies de rodadura de la rueda. El elevado esfuerzo resultante que sufren las superficies de rodadura de la rueda a causa de esto supone un inconveniente, ya que se reduce la vida útil de la rueda y se genera un rascado o formación de acanaladuras de la superficie de rodadura. El rascado o la formación de acanaladuras de la superficie de rodadura de la rueda conducen a un elevado ruido de rodadura durante el proceso de rodadura de la rueda, por lo que en el caso de vehículos sobre raíles modernos se prevén con frecuencia frenos de disco específicos, que sin embargo son comparativamente caros. Asimismo la carga de frenado unilateral de la rueda conduce a elevadas tensiones térmicas.

Para reducir estos inconvenientes se hace patente en el documento DE 19840065 un cuerpo de freno elástico, en el que está previsto un cuerpo soporte con rebajos, en los que se han incorporado elementos de material de fricción. Estos elementos de material de fricción forman una superficie de fricción común y están montados elásticamente. Estos cuerpos de freno elásticos posibilitan sin duda, en cierta medida, poner o quitar muelles en/de los elementos de material de fricción cuando éstos se presionan sobre la superficie de rodadura de la rueda de raíl y, por medio de esto, evitan la formación de puntos calientes. Sin embargo, no se evita por completo el rascado y la formación de acanaladuras sobre la superficie de rodadura.

Del documento CH 119 108 A se conoce por último una unidad de freno de calzo de la clase citada al comienzo, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

Es por tanto tarea de la presente invención crear una unidad de freno de calzo de la clase citada al comienzo que, en el caso de una estructura sencilla y de la generación de elevadas fuerzas de frenado, evite en gran medida o completamente los esfuerzos que sufren las superficies de rodadura de la rueda.

Esta tarea es resuelta con una unidad de freno de calzo con las particularidades de la reivindicación 1.

Si en el caso de la unidad de freno de calzo puede aplicarse al menos un calzo de freno a una superficie dirigida radialmente hacia dentro de la rueda, para generar la fuerza de frenado, la superficie de rodadura de la rueda no se carga a causa de este calzo de freno. Esto evita por un lado tensiones obligadas por la temperatura durante el proceso de frenado y, por otro lado, se evita también el rascado antes citado de la superficie de rodadura de la rueda a causa del calzo de freno. De este modo puede evitarse la generación de ruidos durante el proceso de rodadura de la rueda. Asimismo, con la disposición del calzo de freno sobre una superficie dirigida hacia dentro de la rueda, puede mejorarse el gráfico de contacto entre el calzo de freno y la superficie de rodadura de la rueda.

Conforme a la invención, al menos dos calzos de freno pueden moverse a través de una suspensión basculante, casi radialmente hacia fuera en contra de una superficie de la rueda. Con ello la suspensión basculante hace posible una compensación de movimientos verticales entre el chasis y la rueda, que se producen por ejemplo al cargar o descargar el vehículo.

Como se han previsto al menos dos calzos de freno que se aplican a la rueda por lados opuestos del alma de rueda, en el alma de rueda no se forma ningún par a causa de la aplicación de fuerza, ya que por la aplicación de las fuerzas por ambos lados el alma de rueda solamente sufre un esfuerzo por tracción. Para una aplicación efectiva de las fuerzas cada calzo de freno está articulado con preferencia en dos estribos de tracción, que están articulados entre sí a través de bridas transversales y, de este modo, pueden desplazarse uno con relación al otro a modo de paralelogramo. Esta clase de suspensión hace posible adaptar la posición de cada calzo de freno a la superficie de fricción de la rueda, en el caso de poner o quitar muelles en/de la rueda. El estribo de tracción puede estar con ello unido de forma articulada al chasis, a través de una o varias bridas de sujeción.

Conforme a una forma de ejecución preferida se ha articulado una brida de sujeción a un estribo de tracción muy cerca del calzo de freno. Por medio de esto puede desviarse la fuerza de fricción del calzo, en el punto en el que se genera, directamente a través de la brida de sujeción, provocando menores ruidos de frenado la conexión más rígida del calzo de freno. Con ello la brida de sujeción puede estar articulada, de forma adyacente al calzo de freno, tanto a un único estribo de tracción como a uno de dos estribos de tracción.

Asimismo es posible montar la brida de sujeción en una pieza de presión que, durante el proceso de frenado, actúa sobre el calzo de freno.

Si en la suspensión de la unidad de freno de calzo se ha previsto un segundo calzo de freno, que puede moverse en contra de la superficie de rodadura de la rueda, puede generarse una fuerza de frenado especialmente intensa. Esta disposición de calzo doble con calzos de freno exteriores e interiores es especialmente adecuada para vehículos sobre raíles pesados, como locomotoras. Mediante la disposición de calzos de freno a ambos lados se produce también un calentamiento más uniforme de la rueda.

Si la unidad de freno de calzo comprende varios calzos de freno, que pueden aplicarse en contra de en cada caso una superficie dirigida radialmente hacia el interior de dos ruedas adyacentes, puede estar prevista una mordaza de freno entre las ruedas.

Conforme a otra forma de ejecución preferida de la invención, la superficie de la rueda y la superficie opuesta del calzo de rueda están configuradas con una ligera inclinación hacia un alma de rueda, de tal modo que cada calzo de freno es presionado hacia el alma de rueda al moverse radialmente hacia el exterior, a causa de la inclinación de la superficie del freno hacia el interior. Mediante la generación de una fuerza de frenado tanto sobre un sector del alma de rueda como sobre la superficie dirigida radialmente hacia el interior pueden reducirse tensiones térmicas entre la pestaña y el alma de rueda, ya que se produce un calentamiento más uniforme de la rueda. La inclinación de la superficie de freno tiene además la ventaja de que los calzos de freno se centran y se dispone de una asociación clara entre la superficie de rueda y la de fricción del calzo, incluso si se producen desplazamientos axiales. La inclinación se sitúa con ello por ejemplo dentro de un margen de entre 3º y 30º.

La invención se explica con más detalle a continuación con base en varios ejemplos de ejecución, haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Aquí muestran:

la figura 1 una vista delantera cortada sobre la unidad de freno de calzo conforme a un ejemplo de ejecución;

la figura 2 una vista lateral sobre la unidad de freno de calzo de la figura 1;

la figura 3 una vista lateral sobre la unidad de freno de calzo de la figura 1 con el vehículo muy cargado;

la figura 4 una vista delantera cortada sobre una unidad de freno de calzo conforme a un segundo ejemplo de ejecución;

la figura 5 una vista lateral sobre una unidad de freno de calzo conforme a un tercer ejemplo de ejecución;

la figura 6 una vista lateral sobre una unidad de freno de calzo conforme a un cuarto ejemplo de ejecución;

la figura 7 una vista lateral sobre una unidad de freno de calzo conforme a un quinto ejemplo de ejecución;

la figura 8 una vista lateral sobre una unidad de freno de calzo conforme a un sexto ejemplo de ejecución.

La unidad de freno de calzo mostrada en las figuras 1 a 3 comprende una rueda 4, que está aplicada a un eje 1 de un vehículo sobre raíles, estando inmovilizado un cubo de rueda 3 sobre el eje 1. Desde el cubo de rueda 3 se extiende en dirección radial un alma de rueda 2 configurada de forma estrecha, que desemboca en una pestaña 5 de la rueda 4. En el lado vuelto hacia el exterior está configurada una superficie de rodadura 6, que está inclinada algo oblicuamente respecto a la horizontal. En el lado vuelto radialmente hacia el interior de la pestaña 5 están configuradas, por ambos lados del alma de rueda 2, unas superficies 7 a las que puede aplicarse un calzo de freno 8. Los calzos de freno 8 están alojados en cada caso en un soporte 9, que está configurado curvado y está inmovilizado sobre un brazo 10 de un estribo de tracción 11. En la figura 1 el calzo de freno derecho 8 puede accionarse mediante un estribo de tracción 11, mientras que el calzo de freno izquierdo 8 puede moverse a través de otro estribo de tracción 12, como se indica mediante las flechas.

La suspensión de los calzos de freno 8 comprende dos estribos de tracción 11 que están unidos en cada caso, a una distancia vertical a través de articulaciones 13, al soporte 9 de un calzo de freno 8. Los estribos de tracción 11 están unidos entre si con ello a través de una primera brida transversal 15 y una segunda brida transversal 18. Los dos ejes 14 de la brida transversal 15 y los ejes 17 de la brida transversal 18 forman un rectángulo, con lo que los estribos de tracción 11 pueden desplazarse a modo de un paralelogramo. A la brida transversal 15 se ha aplicado de forma articulada un tirante 16, a través del cual puede aplicarse una fuerza de accionamiento F, para presionar los calzos de freno 8 sobre la superficie de freno 7.

El estribo de tracción superior 11 está unido, a través de dos bridas de sujeción 19 y 21, al chasis del vehículo sobre raíles. La brida de sujeción 19 está aplicada con ello de forma articulada a una suspensión 20 y la brida de sujeción 21, de forma articulada, a una suspensión 22. En el caso de carga representado en la figura 2 el punto central M de la rueda 4 está a la misma altura que el eje central del tirante 16, de tal modo que al aplicar la fuerza F el calzo de freno 8 está dispuesto centralmente sobre la rueda 4. La rueda 4 rueda con ello sobre un raíl 50 no representado con más detalle.

En el caso de carga representado en la figura 3, el chasis está descendido ligeramente por ejemplo a causa de una mayor carga, de tal manera que el punto central M de la rueda 4 está dispuesto, desplazado verticalmente respecto a M', distanciado con relación al eje de la fuerza F. Para que, al aplicar la fuerza de frenado F, el calzo de freno pueda adaptarse a la respectiva posición de la superficie 7, los estribos de tracción 11 están desplazados a modo de paralelogramo a través de los ejes 14 y 17, de tal modo que es posible una aplicación óptima del calzo de freno 8 a la superficie 7.

Para iniciar el proceso de frenado se aplica, a través de una mordaza de freno no representada, una fuerza de tracción F que presiona sobre la superficie 7 el calzo de freno 8 a través de la suspensión, para generar el momento de frenado deseado. Mediante la aplicación de la fuerza de tracción F en el centro de la brida transversal 15 se consigue que los dos estribos de tracción 11 puedan desplazarse uno con relación al otro, si esto es necesario mediante una modificación de inclinación del calzo de freno 8 o en el caso de un movimiento vertical de la rueda 4. Mediante una tensión previa en unión por fricción en las articulaciones 14 y 17 puede conseguirse con ello que, tras soltar el freno, se mantenga la inclinación del calzo de freno 8 y no se modifique hasta que se prefije otro ángulo de inclinación, mediante una modificación de la rueda mediante la colocación de muelles. La fuerza aplicada sobre el calzo de freno 8 durante el frenado conduce después a una modificación angular entre los estribos de tracción 11 y las bridas transversales 15 y 18, superándose después la tensión previa en unión por fricción.

Para el calzo de freno 8 pueden usarse calzos tanto de material sinterizado, material sintético como fundición gris. También es posible utilizar los llamados calzos de freno elásticos, que están formados por varios elementos de material de fricción aislados que están pretensados hacia la superficie de freno. Con relación a la posible configuración de los calzos de freno se hace referencia a la publicación de patente DE 19840065.

En el caso del ejemplo de ejecución mostrado en la figura 4 se ha previsto una unidad de calzo de freno, en la que se han previsto calzos de freno 8' ligeramente modificados que se sujetan, a ambos lados de un alma de rueda 2', en cada caso en estribos de tracción 11 y 12. La suspensión de los calzos de freno 8' se realiza como en el ejemplo de ejecución anterior.

Los calzos de freno 8' presentan una superficie de fricción que, al igual que la superficie 7' sobre la pestaña 5', está configurada ligeramente inclinada con relación al alma de rueda 2', de tal modo que al aplicar una fuerza F a través de los estribos de tracción 11 y 12 se genera una fuerza normal F_{N} ligeramente inclinada con respecto a la vertical que presiona el calzo de freno 8' hacia el alma de rueda 2'. Por medio de esto el calzo de freno 8' no sólo roza con la superficie 7', sino también con un sector 25' del alma de rueda 2' al que se ha aplicado la fuerza de frenado F_{ax}. En el caso de un proceso de frenado se calienta de este modo también, adicionalmente, el sector 25' del alma de rueda 2', lo que reduce las tensiones térmicas en el interior de la rueda 4'. Asimismo, mediante la configuración inclinada de la superficie 7' se produce un centrado de los calzos de freno 8' hacia el centro. Debido a que a ambos lados del alma de rueda 2' están previstos calzos de freno 8', se compensan las fuerzas axiales que se producen.

En el caso del ejemplo de ejecución mostrado en la figura 5, además del calzo de freno 8' situado interiormente, se monta sobre la suspensión un calzo de freno 30 situado exteriormente. Para esto se ha aplicado a una brida transversal 15' un cilindro 31 que actúa neumática o hidráulicamente, cuya fuerza de vástago del émbolo actúa sobre el calzo de freno 8 situado en el interior y cuya fuerza reactiva de carcasa actúa sobre el calzo de freno 30 situado en el exterior. La suspensión basculante con las bridas transversales 15' y 18 y las bridas suspendidas 19 y 21 se realiza como en el primer ejemplo de ejecución. Mediante la combinación de un calzo de freno 8 situado en el interior y de un calzo de freno 30 situado en el exterior se consigue un considerable aumento de potencia del freno de calzo, ocupándose la disposición a ambos lados de un calzo de freno 8 ó 30 de un calentamiento térmico uniforme de la rueda 4 durante el proceso de frenado, de tal manera que se reducen tensiones térmicas.

En el caso del ejemplo de ejecución mostrado en la figura 6 se ha previsto a ambos lados de un alma de rueda, en cada caso, un calzo de freno 8 situado en el interior que se sujeta a través de dos estribos de tracción 11. En comparación con el ejemplo de ejecución de las figuras 1 a 3 se ha sustituido la brida de sujeción 19, que estaba articulada al eje 14 del estribo de tracción superior 11, por una brida de sujeción específica 40 que está articulada en un eje 42 sobre el estribo de tracción 11 y, en otro eje 41, sobre el chasis. El eje 42 se encuentra con ello muy cerca del calzo de freno 8, al menos todavía en la región de la rueda 4, de tal modo que puede aplicarse una fuerza de fricción del calzo en el punto de su origen directamente a la brida de sujeción 40. La conexión más rígida del calzo de freno 8 durante el accionamiento produce entonces unos menores ruidos de frenado.

En la figura 7 se ha montado un calzo de freno sobre el chasis a través de un llamado varillaje sencillo. Para esto se ha previsto, por uno o ambos lados de la rueda 4, un estribo de tracción 60 que forma al mismo tiempo también el tirante. El estribo de tracción 60 está unido de forma articulada a dos bridas de sujeción 61 y 62 que, a su vez, están articuladas a un chasis no representado con más detalle. En el extremo del estribo de tracción 60 vuelto hacia la rueda 4, éste está unido a una pieza de presión 65 a través de un eje 64, la cual presiona durante un proceso de frenado el calzo de freno 8 contra la superficie 7 de la rueda 4. La brida de sujeción 62 está articulada con ello al estribo de tracción 60 muy cerca del calzo de freno.

En el caso del ejemplo de ejecución mostrado en la figura 8, la unidad de freno de calzo se ha aplicado al chasis a través de un varillaje de palanca. Para generar una fuerza de frenado se presiona el calzo de freno 8 contra la superficie 7 en la rueda 4 a través de una pieza de presión 74, pudiendo moverse la pieza de presión 74 a través de un estribo de tracción 70 alojado por el extremo en un cilindro 71. El cilindro 71 está inmovilizado sobre el chasis a través de una placa 72 y puede actuar hidráulica o neumáticamente, o bien estar dotado de una mecánica de accionamiento. La pieza de presión 74 está unida a través de un eje 73 a una brida de sujeción 75, que está aplicada al chasis a través de una articulación 76. También en el caso de esta forma de ejecución la brida de sujeción 75 está articulada muy cerca del calzo de freno 8.

Los ejemplos de ejecuciones mostrados pueden estar también combinados entre ellos, para crear una unidad de freno de calzo conforme a la invención. La disposición inclinada de las superficies de freno puede aplicarse por ejemplo también en los ejemplos de ejecución de las figuras 5 y 6. Asimismo es posible configurar de otra manera la suspensión del calzo de freno 8 y provocar el accionamiento del calzo de freno 8 a través de un mecanismo de palanca conocido.

Claims (18)

1. Unidad de freno de calzo, en especial para vehículos sobre raíles con al menos un calzo de freno (8), que puede aplicarse a una rueda (4) de un vehículo para generar una fuerza de frenado, una suspensión (11, 12, 15, 18, 19, 21) para el calzo de freno (8) que puede unirse a un chasis, y un dispositivo de accionamiento para mover al menos un calzo de freno (8), pudiéndose aplicar al menos un calzo de freno (8) a una superficie (7) de la rueda (4) dirigida radialmente hacia el interior para generar la fuerza de frenado, caracterizada porque se han previsto al menos dos calzos de freno (8) que encajan en la rueda (4), a través de una suspensión basculante (11, 12, 15, 18, 19, 21) y casi radialmente hacia fuera en cada caso en contra de una superficie (7) de la rueda (4), en lados opuestos de un alma de rueda (2).

2. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie (7) configurada sobre una pestaña (5) está configurada inclinada hacia el alma de rueda (2).

3. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 2, caracterizada porque al aplicar una fuerza a través de estribos de tracción (11, 12) se genera una fuerza normal entre el calzo de freno (8) y la superficie (7) y, en un sector (25) del alma de rueda (2) y el calzo de freno (8), se genera una fuerza de freno que actúa axialmente.

4. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque al menos cada calzo de freno (8) está articulado en dos estribos de tracción (11).

5. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 4, caracterizada porque los estribos de tracción (11) están articulados entre sí a través de bridas transversales (15, 18) y pueden desplazarse uno con relación al otro a modo de paralelogramo.

6. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque un estribo de tracción (11) unido a cada calzo de freno (8) está unido de forma articulada, a través de una brida de sujeción (19, 21, 40), al chasis.

7. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 6, caracterizada porque dos bridas de sujeción (19, 21, 40) distanciadas entre sí están articuladas al estribo de tracción y al chasis.

8. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 7, caracterizada porque los ejes articulados (14, 17) de las bridas de sujeción (19, 21) están alineados con los ejes articulados (14, 17) de las bridas transversales (15, 18) unidas al estribo de tracción (11).

9. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque una brida de sujeción (40) está articulada a un estribo de tracción (11) muy cerca de cada calzo de freno (8).

10. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque un estribo de tracción (60, 70) está unido a cada calzo de freno (8) a través de una pieza de presión (65, 74).

11. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque para accionar cada calzo de freno (8) se ha previsto un estribo de tracción (60), que está articulado al chasis a través de dos bridas de sujeción (61, 62).

12. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque cada calzo de freno se sujeta sobre el chasis a través de una brida de sujeción (75) y puede accionarse, a través de un estribo de tracción (70), hidráulica, neumática o mecánicamente.

13. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque en la suspensión se ha previsto un segundo calzo de freno (30), que puede moverse en contra de la superficie de rodadura (6) de la rueda (4).

14. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la unidad de freno de calzo comprende varios calzos de freno (8), que pueden aplicarse en contra de en cada caso una superficie, dirigida radialmente hacia el interior, de dos ruedas adyacentes (4).

15. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque la superficie (7') de la rueda (4') y la superficie opuesta del calzo de freno (8') están configuradas inclinadas hacia un alma de rueda (2').

16. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 15, caracterizada porque el calzo de freno (8') puede moverse en contra de un sector del alma de rueda (2') para generar una fuerza de frenado.

17. Unidad de freno de calzo según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque cada calzo de freno (8) posee una superficie de fricción elástica.

18. Unidad de freno de calzo según la reivindicación 17, caracterizada porque cada calzo de freno (8) comprende varios elementos de fricción que están pretensados, en cada caso, por medio de un muelle hacia la superficie de fricción.