ES2316884T3

ES2316884T3 - Uso de un manguito en un mecanismo de rodadura para un vehiculo ferroviario.

Info

Publication number: ES2316884T3
Application number: ES04003095T
Authority: ES
Inventors: Wolfgang Marzillier; Daniel Gurtler; Rolf Biber; Peter Schwab
Original assignee: Schwab Schwingungstechnik AG; Carl Freudenberg KG
Current assignee: Trelleborg Antivibration Solutions Switzerland AG; Carl Freudenberg KG
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: DE502004008373D1; DE10310633A1; EP1457707A1; ATE413547T1; EP1457707B1

Abstract

Uso de un manguito como componente de un cojinete para unir elásticamente partes de un mecanismo de rodadura para vehículos ferroviarios, en donde el manguito comprende una carcasa exterior y una carcasa interior que se circundan una a otra a cierta distancia radial para formar una rendija anular, estando previsto en la rendija anular un elemento caucho elástico que limita, al menos en parte, al menos dos cámaras diametralmente enfrentadas una a otra, las cuales están llenas de un fluido hidráulico y unidas una con otra a través de al menos un canal de rebose, caracterizado porque el canal de rebose está construido como un atenuador de vibraciones pasivo sin control externo de la corriente de fluido.

Description

Uso de un manguito en un mecanismo de rodadura para un vehículo ferroviario.

Campo técnico

La invención concierne al uso de un manguito como componente de un cojinete para la unión elástica de partes de un mecanismo de rodadura para vehículos ferroviarios, en donde el manguito comprende una carcasa exterior y una carcasa interior que se circundan una a otra a cierta distancia radial para formar una rendija anular, estando previsto en la rendija anular un elemento cauchoelástico que limita, al menos en parte, al menos dos cámaras diametralmente enfrentadas una a otra, las cuales están llenas de un fluido hidráulico y unidas una con otra a través de al menos un canal de rebose.

Estado de la técnica

Se conoce por el documento EP 0 360 783 B1 una disposición de cojinete de un juego de ruedas con una guía cilíndrica del juego de ruedas que está dotada de un manguito hidráulico de guía de dicho juego de ruedas. Una guía cilíndrica de juego de ruedas se caracteriza porque está dispuesto un muelle primario a ambos lados de la caja de cojinete del juego de ruedas. Centrado en cada muelle está dispuesto un vástago cilíndrico que está unido con el chasis y sobre el cual está montado el llamado manguito de guía del juego de ruedas. Éste se desliza axialmente (en dirección vertical) en un taladro practicado en la caja de cojinete del juego de ruedas. El manguito absorbe fuerzas en la dirección de circulación y en dirección transversal. Las fuerzas axiales pueden actuar sobre el manguito en función de las condiciones de rozamiento en el sitio de deslizamiento.

En el manguito conocido está vulcanizado entre dos anillos concéntricos un elemento cauchoelástico que limita al menos en parte dos cámaras con un fluido hidráulico que están diametralmente enfrentadas una a otra en la dirección de circulación, tienen forma de sector anular en sección transversal y están unidas una con otra por medio de al menos un canal de rebose. En una forma de realización preferida está previsto en el canal de rebose un dispositivo de regulación con una estrangulación variable en su sección transversal. El cometido de este dispositivo de regulación pretende ser el de poder ajustar a voluntad el comportamiento de rigidez del manguito, según sea necesario, por ejemplo también durante la marcha, mediante la apertura o el bloqueo (parcial) del canal de rebose. A este fin, el elemento cauchoelástico está subdividido en segmentos individuales que están dispuestos de modo que, según que el fluido hidráulico pueda circular sin impedimentos de una cámara a la otra o se suprima total o parcialmente este flujo de rebose y se produzca así una acumulación de presión en una cámara, contribuían individual o conjuntamente a la rigidez total del sistema.

En el manguito conocido es desventajoso el hecho de que para el ajuste de una evolución deseada de la rigidez se necesita un dispositivo de regulación que, además, sigue dependiendo de energía auxiliar. Además, el dispositivo de regulación está dispuesto en una zona del chasis que está sometida a cargas mecánicas muy grandes, de modo que apenas puede garantizarse un correcto funcionamiento. Sin embargo, en caso de un fallo del dispositivo de regulación, ya no es posible una adaptación de la rigidez a la situación de marcha especial. Esto puede conducir a problemas de seguridad que llegan hasta un descarrilamiento.

En el documento EP-A-1 228 937, que forma el estado genérico de la técnica, se describe un dispositivo para guiar los ejes del bogie de un vehículo ferroviario, que comprende una articulación de accionamiento elastohidráulica para ajustar la rigidez del bogie en función de la situación de marcha. La articulación de accionamiento elastohidráulica trabaja según el principio de un cilindro hidráulico. A este fin, presenta un manguito de fluido de forma cilíndrica que comprende un cuerpo de elastómero y dos cavidades llenas de un líquido hidráulico. El manguito de fluido rodea a un árbol central unido con el bastidor del bogie. Las cavidades son solicitadas con fluido desde una fuente distribuidora exterior a través de una respectiva tubería de tal manera que el árbol es desplazado en la dirección longitudinal x de la marcha hacia un lado o hacia el lado opuesto del manguito de fluido. Entre las cavidades se encuentra una tubería intermedia con una sección transversal prefijada para la transferencia controlada del líquido de una cavidad a la otra. El flujo controlado del líquido de una cavidad a la otra a través de la tubería intermedia se efectúa de tal manera que se provoca una acción amortiguadora de un movimiento en la dirección longitudinal x del bogie y se logra una adaptación de los valores de rigidez de la suspensión elástica del bogie en ambas situaciones de circulación del vehículo, en trayecto recto y en curvas, en función de la frecuencia de excitación.

Este dispositivo presenta también los inconvenientes anteriormente descritos de la alta propensión a errores y, por tanto, la reducida seguridad de funcionamiento.

Exposición de la invención

El problema de la invención consiste en perfeccionar un dispositivo de la clase antes citada de modo que se reduzcan fuentes de errores al ajustar una evolución deseada de la rigidez, especialmente al adaptar la rigidez a la situación de marcha actual, y se incremente así la seguridad de funcionamiento.

Este problema se resuelve con el uso de un manguito según todas las características de la reivindicación 1. Formas de realización preferidas se encuentran descritas en las reivindicaciones 3 a 5.

Según la invención, se usa como componente de un cojinete para unir elásticamente partes de un mecanismo de rodadura para vehículos ferroviarios un manguito que comprende una carcasa exterior y una carcasa interior que se circundan una a otra a cierta distancia radial para formar una rendija anular, estando previsto en la rendija anular un elemento cauchoelástico que limita, al menos en parte, al menos dos cámaras diametralmente enfrentadas una a otra, las cuales están llenas de un fluido hidráulico y unidas una con otra a través de un canal de rebose, estando construido el canal de rebose como un atenuador pasivo de vibraciones sin control externo de la corriente de fluido.

La presente invención hace uso del efecto conocido, por ejemplo, por el sector de los cojinetes hidráulicos, consistente en que una columna de líquido en un canal que limita dos cámaras con paredes cauchoelásticas representa un sistema vibrante con frecuencias propias determinadas. Cuando esta columna de líquido vibra en contrafase con una vibración impartida desde fuera, dicha columna actúa como atenuador. Se puede lograr así no sólo una amortiguación netamente mayor que la que podría lograrse solamente mediante un estrechamiento de la sección transversal de flujo. La ventaja decisiva consiste en que solamente mediante una configuración constructiva correspondiente del canal de amortiguación se puede ajustar una evolución de la rigidez que conduzca tanto a un desgaste rueda-carril reducido como a una seguridad de marcha incrementada a altas velocidades. Así, por ejemplo, en el caso de deformaciones lentas, es decir, a bajas frecuencias de la vibración excitadora, tal como las que se presentan, por ejemplo, en recorridos en curva, se desea una pequeña rigidez. A altas velocidades y, por tanto, a altas frecuencias, la blandura conduce a problemas de estabilidad, de modo que en este dominio se desea un cojinete duro. La transición de rigidez baja a alta deberá realizarse con la mayor pendiente posible al sobrepasarse una llamada frecuencia de conmutación. Con ayuda del manguito se puede ajustar esta evolución de la rigidez solamente por medio de la configuración del canal, sin que se requiera para ello un dispositivo de conmutación o regulación correspondiente. Se reduce así netamente el número de posibles fuentes de error y se aumenta la seguridad de funcionamiento.

Dado que la atenuación de vibraciones por medio de columnas de líquido vibrantes es una técnica que ciertamente no se ha utilizado todavía en el presente campo de aplicación, pero que, no obstante, es en sí conocida, le resulta fácilmente posible al experto encontrar parámetros adecuados para lograr una característica de amortiguación deseada. Así, es sabido que la característica de amortiguación, es decir, la posición del máximo de amortiguación, la anchura de la zona de amortiguación y especialmente la pendiente de la transición de la rigidez, puede ser influenciada de manera sencilla por medio de la longitud del canal, el tamaño y la geometría de la sección transversal del canal de amortiguación y la viscosidad del fluido hidráulico. El ajuste de los parámetros anteriores depende del respectivo caso de aplicación, es decir, de la característica de amortiguación que especialmente se desee.

Se ha visto que el efecto de atenuador deseado se puede materializar del modo más sencillo prolongado el canal de rebose y conservando las geometrías de manguito usuales en otros casos. Esto tiene la gran ventaja de que se puede instalar un manguito según la invención en espacios de montaje usuales. No es necesaria una adaptación especial al manguito según la invención.

Un neto aumento de la rigidez a altas frecuencias y una evolución de la rigidez con fuerte pendiente en el rango de la frecuencia de conmutación pueden ser conseguidos con longitudes de canal que asciendan a un múltiplo del diámetro del manguito. Se pueden materializar grandes longitudes de canal del modo más sencillo configurando el canal de rebose sustancialmente en forma de hélice, de espiral y/o de meandros. Ventajosamente, este canal es conducido aquí a lo largo del perímetro exterior y/o el perímetro interior del manguito y/o de una parte de carcasa del manguito. La exigencia de conservar el espacio de montaje usual se puede materializar de esta manera con especial sencillez.

En una forma de realización especialmente preferida de la invención se limita el canal de rebose por medio de la pared interior de la parte de carcasa interior y una ranura que se extiende por el perímetro exterior del elemento de forma de bulón rodeado por el manguito. Esta forma de realización se puede fabricar de manera especialmente sencilla.

El uso según la invención no queda limitado a la guía cilíndrica de un juego de ruedas descrita al principio. Se puede aplicar en todos los sitios en los que se deban unir elásticamente entre sí partes de un mecanismo de rodadura de un vehículo ferroviario a través de un cojinete. Un uso preferido es la utilización de un manguito según la invención en un cojinete de biela de eje en caso de una guía de un juego de ruedas por medio de bielas en un mecanismo de rodadura para vehículos ferroviarios, tal como se describe seguidamente con más detalle haciendo referencia a las figuras.

Breve descripción de los dibujos

Se explica seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a las figuras.

Muestran:

La figura 1, un cojinete de biela de eje con un manguito según la invención en una representación esquemática en sección longitudinal;

La figura 2, el cojinete de biela de eje de la figura 1 en una representación esquemática en sección transversal;

La figura 3, en una representación esquemática en sección longitudinal, la situación de montaje de un cojinete de biela de eje con un manguito según la invención; y

La figura 4, la influencia ejercida sobre la evolución de la rigidez y la amortiguación de un cojinete de biela de eje con un manguito según la invención por variación de la longitud del canal de rebose.

Explicación de la invención

Se aprecia en las figuras 1 y 2 un cojinete de biela de eje 20 con un manguito 1 inserto según la invención que abraza a un bulón 2, el llamado bulón de biela. El manguito 1 comprende una parte de carcasa exterior 3 y una parte de carcasa interior 4, estando formada la parte de carcasa exterior 3 en la figura, sin limitación de la generalidad, por un casquillo 3a y un anillo de apoyo 3b. Las partes de carcasa exterior e interior 3 y 4 se circundan una a otra a cierta distancia radial para formar así una rendija anular 5 en la que está dispuesto un elemento cauchoelástico 6. El elemento cauchoelástico 6 está subdividido en la figura, sin limitación de la generalidad, entre tres segmentos, de los que los segmentos 6a dispuestos por el lado frontal forman el muelle hinchable de los segmentos 6b forman elementos de tope. En la representación en sección de la figura 1 no pueden apreciarse los segmentos que forman el muelle portante.

El elemento cauchoelástico 6 limita radialmente hacia dentro dos cámaras 7a, 7b que están diametralmente enfrentadas una a otra en la dirección de marcha y que están llenas de un fluido hidráulico. La limitación exterior está formada, sin limitación de la generalidad, por la pared interior de la parte de carcasa exterior 3. Las cámaras 7a, 7b pueden ser limitadas alternativamente también en su totalidad por el elemento cauchoelástico 6.

La característica de rigidez del cojinete 20 es influenciada decisivamente, entre otras cosas, por la geometría del elemento cauchoelástico 6 y la configuración geométrica de las cámaras 7a, 7b, estando dentro del ámbito del conocimiento especializado del experto medio el establecimiento de una configuración geométrica adecuada para lograr una influencia deseada sobre la evolución de la rigidez, tal como ya se ha descrito más arriba.

Las partes de carcasa 3a, 3b y 4 están hechas preferiblemente de acero y el elemento cauchoelástico 6 está hecho preferiblemente de un elastómero vulcanizado, por ejemplo de caucho natural.

Las cámaras 7a y 7b están unidas hidráulicamente una con otra a través de un canal 9. El canal 9 está concebido como un atenuador de vibraciones y se encuentra limitado en su zona central por una ranura que corre en forma helicoidal por el perímetro exterior del elemento 2 de forma de bulón y la pared interior de la parte de carcasa interior 4. En los extremos superior e inferior de la hélice, el canal 9 se continúa en respectivos elementos de canal 9a, 9b que se extienden en dirección sustancialmente horizontal a través de la pared de la parte de carcasa interior 4 y que, para establecer la unión hidráulica, desembocan en las respectivas cámaras asociadas 7a y 7b. La relación entre la sección transversal y la longitud del canal se ha elegido de modo que el atenuador, en la zona de transición de la rigidez, reaccione a vibraciones originadas por el funcionamiento. La columna del líquido vibra aquí en contrafase con la vibración impartida desde fuera y actúa como atenuador.

La figura 3 muestra la situación de montaje de un cojinete de biela de eje 20 con un manguito 1 según la invención. Se aprecia en la figura una caja de cojinete 30 de un juego de ruedas sobre la cual está dispuesto un muelle primario 31 con topes 32. Se aprecia también un amortiguador de choques 33. La caja de cojinete 30 del juego de ruedas está unida con el chasis de, por ejemplo, un vehículo ferroviario a través de una biela de eje 35 y el cojinete 20 de dicha biela de eje. El cojinete de la biela de eje comprende un bulón 2, llamado bulón de biela, que está abrazado por el buje 35a de la biela de eje 35. Entre el bulón de la biela y el buje 35a de la misma se encuentra como elemento de muelle el manguito 1 según la invención. El cojinete 20 de la biela de eje tiene el cometido de transmitir fuerzas longitudinales (dirección de marcha y dirección de la hidráulica) y fuerzas transversales, así como los movimientos de torsión durante la retracción elástica del muelle primario y la movilidad cardánica.

La figura 4 muestra como ejemplo de una posible influenciación de la característica de cojinete de un manguito hidráulico por medio de un canal de unión concebido como atenuador de vibraciones la evolución de la rigidez en función de la frecuencia para dos longitudes de canal diferentes. Se representan en cada caso la amortiguación y rigidez relativas, es decir, referidas a los valores estáticos, en función de la frecuencia relativa, referida al máximo de amortiguación. Los valores de medida se han obtenido en manguitos de modelo. La relación de longitud de canal a sección transversal de canal del manguito sin atenuador ascendió a 40:1 y la relación correspondiente del manguito con atenuador fue de 400:1. La mayor longitud del canal se materializó por medio de una ranura que corría a manera de hélice por el perímetro exterior del bulón. Como fluido hidráulico se empleó una mezcla de glicol-agua.

Se aprecia en la figura que en ambas curvas es pequeña la rigidez a bajas frecuencias, mientras que la amortiguación alcanza un máximo. Tal como era de esperar, el máximo es netamente más alto en el caso de una relación mayor de longitud de canal a sección transversal de canal. Ambos cojinetes son blandos, las columnas de líquido vibran en contrafase con la vibración excitadora y la amortiguación es grande. Al aumentar la frecuencia tiene lugar en ambos cojinetes una transición de rigidez baja a rigidez alta, efectuándose la transición con una pendiente netamente mayor en el caso del manguito con atenuador más marcado. Por tanto, al alcanzarse una frecuencia de conmutación prefijada por la geometría del manguito, tal como se desea para el caso de aplicación en un vehículo ferroviario, ambos cojinetes según la invención conmutan a una rigidez más alta en forma automática, es decir, sin ningún mecanismo de conmutación o regulación, estando definida la frecuencia de conmutación con una nitidez netamente mayor en el manguito con atenuador más marcado.

El comportamiento descrito puede atribuirse a que, al aumentar la frecuencia de excitación, la columna de líquido en el canal ya no puede seguir en grado creciente a la vibración excitadora y queda prácticamente suspendido el paso de líquido de una cámara a la otra. Resulta de esto una acumulación de presión en las cámaras, el muelle portante y el muelle hinchable entran en acción con sus rigideces y la rigidez converge hacia un valor límite máximo que viene determinado por la suma de las rigideces del muelle portante y el muelle hinchable.

La frecuencia de conmutación está comprendida preferiblemente entre 0,1 y 1 Hz, lo que se puede ajustar sin dificultades, por ejemplo, por medio de la geometría del canal.

Según la invención, el manguito descrito en la reivindicación 1 y en las reivindicaciones subordinadas se utiliza para el guiado de un eje en vehículos ferroviarios en la dirección de marcha con rigidez y amortiguación dependientes de la frecuencia en el punto de conmutación, especialmente por medio de una biela de eje, empleándose el manguito en el cojinete de biela de eje.

Claims

1. Uso de un manguito como componente de un cojinete para unir elásticamente partes de un mecanismo de rodadura para vehículos ferroviarios, en donde el manguito comprende una carcasa exterior y una carcasa interior que se circundan una a otra a cierta distancia radial para formar una rendija anular, estando previsto en la rendija anular un elemento cauchoelástico que limita, al menos en parte, al menos dos cámaras diametralmente enfrentadas una a otra, las cuales están llenas de un fluido hidráulico y unidas una con otra a través de al menos un canal de rebose, caracterizado porque el canal de rebose está construido como un atenuador de vibraciones pasivo sin control externo de la corriente de fluido.

2. Uso de un manguito según la reivindicación 1, caracterizado porque el canal de rebose (9) está configurado en forma de espiral, de hélice o de meandros.

3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el canal de rebose se extiende por el perímetro exterior y/o el perímetro interior del manguito (1).

4. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el canal de rebose (9) está limitado por la pared interior de la parte de carcasa interior (4) y una ranura de forma helicoidal practicada en el perímetro exterior de un elemento (2) de forma de bulón abrazado por el manguito (1).

5. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el cojinete es un cojinete de biela de eje.