ES2318781T3 - Rueda de vehiculo sobre carril con suspension elastica de goma. - Google Patents

Rueda de vehiculo sobre carril con suspension elastica de goma. Download PDF

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Abstract

Rueda para carril con suspensión elástica de goma en la que un aro de rueda (2) está unido a un disco de rueda (3) a través de un suplemento de goma que está formado por dos anillos planos (11, 12) exentos de perforaciones, dispuestos entre inclinados y perpendiculares al eje de rueda, estando sujetos los anillos (11, 12) exclusivamente entre un alma central (5) periférica situada en el lado interior del aro de rueda (2), dispuesto entre inclinado y perpendicular al eje de rueda y las superficies de apoyo formadas por dos bridas exteriores (6, 8) del disco de rueda (3), con tensión axial inicial, que en caso de carga radial de la rueda del vehículo están solicitados principalmente a cortadura, donde por lo menos una de las bridas (8) va sujeta directamente al disco (3) por bulones roscados (10) situados fuera de los anillos (11, 12) del suplemento de goma, caracterizada porque la brida (8) sujeta por los bulones roscados asienta con un ajuste fino (9) sobre el disco (3), estando realizado el ajuste fino (9) como ajuste prensado cónico, en el que el cono (N'') de la brida (8) presenta en estado sin tensiones una conicidad menor (alfa'') que el cono (N) del disco de rueda (3), y que en estado calado a presión asienta con toda su superficie en el cono (N) del disco de rueda (3).

Description

Rueda de vehículo sobre carril con suspensión elástica de goma.
La invención se refiere a una rueda para carril con suspensión elástica de goma en la que un aro de rueda está unido a un disco de rueda a través de un suplemento de goma que está formado por dos anillos planos, dispuestos en posición entre inclinada a vertical respecto al eje de la rueda, exentos de perforaciones, estando los anillos sujetos por un alma central periférica del lado interior del aro de rueda y dos superficies de apoyo formadas por las bridas exteriores del disco de rueda, bajo tensión axial inicial y que durante la carga radial de la rueda del vehículo están solicitados principalmente a cortadura, estando por lo menos una de las bridas sujeta en el disco de rueda mediante unos bulones roscados dispuestos en el exterior de los anillos del suplemento de goma.
Una rueda para carril de esta clase se conoce por la bibliografía y por la práctica. Ruedas sobre carril con suspensión elástica de goma se conocen hace más de medio siglo y se han acreditado en la práctica. En una rueda sobre carril con suspensión elástica de goma empleada cientos de miles de veces, el suplemento de goma está constituido por una pluralidad de tacos de goma sometidos a una elevada tensión inicial radial, que van asentados en ranuras anulares opuestas entre sí de la llanta de rueda y del disco de rueda. Con respecto a una rueda de vehículo sobre carril de esta clase, la rueda para vehículo sobre carril de la clase citada inicialmente con el suplemento de goma orientado de otro modo y pretensado axialmente, ofrece la ventaja de una mayor rigidez axial para cargas laterales tales como durante la marcha en curva y una constante elástica menor en el caso de cargas verticales. No obstante tiene el inconveniente de que el suplemento de goma está sometido considerablemente a cortadura al estar bajo carga vertical.
Para poder soportar estas elevadas cargas de cortadura se ha intentado emplear la mayor cantidad posible de volumen de goma, y someter el suplemento de goma a una pretensión axial elevada. Para aplicar la elevada tensión axial inicial se tensan entre sí las bridas que rodean por el exterior al suplemento de goma mediante unos bulones roscados que atraviesan las bridas y el suplemento de goma y el alma. Aunque de este modo se puede conseguir una tensión axial inicial uniforme en el suplemento de goma a lo largo de todo el diámetro, sin embargo para esta clase de tensión inicial se pierde volumen de goma. Pero una superficie radial mayor para alojamiento de más volumen de goma resulta prohibitiva para diversas aplicaciones, en particular para coches de piso bajo, para los que se exigen unos diámetros de rueda comparativamente pequeños.
Por el documento DE 44 30 342 A1 se conoce una rueda para carril con suspensión elástica de goma que comprende un disco de rueda, una llanta de rueda, así como unos suplementos de goma en forma de anillos. Estos se sujetan exclusivamente entre las superficies de asiento del alma y de las bridas bajo una tensión inicial esencialmente axial en espacios anulares formados a ambos lados del plano central de la rueda, en espacios anulares formados por un alma que sobresale radialmente hacia el interior de la llanta de la rueda y de unas bridas que salen hacia el exterior en dirección correspondientemente radial desde el disco de la rueda. Mientras que una de las bridas está realizada de una misma pieza con el cuerpo del disco de rueda, la otra brida va unida al cuerpo del disco de la rueda con una prolongación anular formada de la misma pieza con sección rectangular, situado en un alojamiento anular previsto en el cuerpo del disco y unido directamente con el cuerpo del disco por medio de una unión atornillada, formando la pieza de suplemento de forma anular y el alojamiento de forma anular un asiento cilíndrico. La tensión axial inicial de los suplementos de goma aplica aquí íntegramente por la unión atornillada. Con el fin de pretensar uniformemente los suplementos de goma en toda su anchura radial, se requiere una construcción correspondientemente rígida de las bridas y de la unión atornillada.
En una rueda para carril con suspensión elástica de goma conocida por el documento genérico DE 24 06 206 C3, los suplementos de goma de forma anular van sujetos entre una superficie de apoyo cilíndrica y una superficie de apoyo radial de un aro de rueda y una superficie de apoyo radial de un disco de rueda por una parte, y las superficies de asiento esencialmente radiales de un alma central y los flancos esencialmente cilíndricos situados contiguos a ésta del aro de rueda por otra parte. Para ello el aro de rueda ranurado radialmente asienta con una superficie de asiento de forma cónica sobre una superficie de apoyo del disco de rueda realizada correspondientemente con forma cónica, y está unido con él por medio de bulones roscados situados fuera del suplemento de goma. Debido a la inclinación de las superficies cónicas se consigue un asiento autofrenante del aro de llanta, que a causa de la ranura radial se puede abrir radialmente en el diámetro, sobre el disco de rueda. Debido a este asiento los bulones roscados quedan descargados de las fuerzas de recuperación del suplemento de goma pretensado.
La invención tiene como objetivo crear una rueda para vehículos sobre carril con suspensión elástica de goma, que presente una elevada rigidez axial y tenga buenas características elásticas radiales, incluso en el caso de diámetros de rueda pequeños tales como aparecen por ejemplo en coches de piso bajo.
Este objetivo se resuelve en una rueda para vehículos sobre carril con suspensión elástica de goma de la clase citada inicialmente, por el hecho de que la brida sujeta por los bulones roscados asienta con ajuste fino sobre el disco de rueda, estando realizado el ajuste fino como ajuste prensado cónico, en el que el cono de la brida presenta en estado sin tensiones una conicidad menor del cono del disco de rueda, y en estado calado a presión asienta en toda su superficie en el cono del disco de rueda.
En la rueda para carril conforme a la invención se consigue mediante la elección de las diferentes conicidades de los conos del ajuste fino, que teniendo en cuenta su deformación elástica, la brida calada a presión por una parte quede sujeta segura sobre el cono del disco de rueda, y que por otra parte el suplemento de goma tenga una tensión inicial óptima en toda su anchura radial. El bulón roscado tiene esencialmente sólo la función de mantener la brida sobre el asiento. Por parte de la fuerza de recuperación elástica del suplemento de goma, no sufre prácticamente ninguna carga. Debido a la nueva fijación de la brida sobre el disco, queda disponible todo el espacio entre el alma y las bridas para alojar los suplementos de goma. En comparación con el diseño conocido con los bulones roscados que atraviesan el suplemento de goma, se gana un volumen adicional de goma de hasta un 30%. Esto repercute positivamente en la capacidad de carga del suplemento de goma sometido a cortadura. También permite unas alturas de construcción relativamente bajas.
En este sentido y de acuerdo con una realización de la invención, las conicidades de los conos del disco y del aro se han elegido, teniendo en cuenta la deformación por flexión de la brida debido a la fuerza de recuperación del suplemento de goma pretensado que actúa sobre él, se elige de tal modo que la fuerza adherente axial por fricción del ajuste prensado sea de 0,2 a 1 veces la fuerza de recuperación del suplemento de goma pretensado. Con estas dimensiones, los bulones roscados por lo tanto apenas tienen que soportar fuerza alguna.
La rueda para vehículos sobre carril presenta un diseño óptimo de acuerdo con una realización de la invención cuando las conicidades de los conos de la brida y del disco se han elegido, de tal modo que la presión superficial del ajuste prensado sea igual en toda su anchura axial teniendo en cuenta la deformación por flexión de la brida a causa de la fuerza de recuperación del suplemento de goma pretensado que actúa sobre ella. Esto quiere decir concretamente que en estado sin tensiones, el diámetro D_{1} del cono de la brida presenta respecto al diámetro D_{2} del cono de la llanta y respectivamente por el lado interior de la rueda, una falta de dimensión de \DeltaÜ_{1} = 0,0005 a 0,0035 D_{1}, y por el lado exterior de la rueda una falta de dimensión de \DeltaÜ_{2} = 0,25 a 0,75 \DeltaÜ_{1} para una anchura axial del ajuste fino de
B = 0,06 a 0,25 D_{1}. El ángulo de inclinación del asiento forzado cónico debería ser de \alpha = 0,3º a 3,0º.
Existen diversas posibilidades para realizar la brida. La brida está formada preferentemente como anillo plano que va apoyado en un anillo atornillado mediante los bulones roscados. La brida y el anillo sin embargo también pueden estar realizados de una sola pieza.
Cuando los dos anillos del suplemento de goma están dispuestos exactamente perpendiculares al eje de la rueda, quedan sometidos exclusivamente a una carga de cortadura en el caso de carga radial sobre la rueda. Sin embargo es ventajoso que estén dispuestos con una ligera inclinación de sentido opuesto entre ellas, de tal modo que en caso de una carga radial sobre el eje los anillos de goma no estén sometidos exclusivamente a cortadura sino también a compresión. Su ángulo de inclinación respecto al eje de la rueda puede alcanzar hasta 75º. Los ángulos de inclinación de los dos anillos pueden ser distintos entre sí.
En la práctica se han acreditado suplementos de goma con una dureza Shore de 60 a 85 y que en estado instalado están comprimidos en un 5 a 17% de su espesor. Los suplementos de goma llevan preferentemente unas arandelas vulcanizadas sobre sus caras exteriores.
Cuando las ruedas del vehículo sobre carril sean ruedas frenadas y/o sirvan como ruedas de tracción, no quedan solamente sometidas a una carga en dirección axial y radial sino también en dirección periférica. Esta carga tiene que ser asumida entonces también por los anillos de goma. Para evitar que el suplemento de goma se desplace respecto al alma y a las bridas, el aro de rueda puede tener como seguro contra el giro respecto a la llanta unos salientes en los lados exteriores de los dos anillos del suplemento de goma que encajan con ajuste positivo en alojamientos en los lados contiguos de las bridas y del alma.
Para dar por una parte suficiente espacio libre al alma y al suplemento de goma durante la compresión elástica, y por otra evitar concentraciones de tensiones en las transiciones entre el disco y las bridas, el disco puede presentar en su periferia exterior, en la zona de los suplementos de goma, un lecho de compresión elástica periférico de baja profundidad para el alma del aro de rueda y el suplemento de goma, cuyas zonas del borde vayan teniendo hacia el exterior un radio de curvatura paulatinamente más pequeño.
A continuación se explica la invención con mayor detalle mediante unos ejemplos de realización representados en los dibujos. Éstos muestran en particular:
Figura 1 una rueda para carril para vehículos de piso bajo con rodámenes convencionales, en una media sección radial,
Figura 2 una rueda para carril para vehículos de piso en una media sección, en una realización modificada con respecto a la Figura 1,
Figura 3 una rueda para carril en una media sección radial para vehículos de piso bajo con ruedas locas, en media sección radial,
Figura 4 una rueda para carril para vehículos de piso bajo en una realización modificada respecto a la Figura 1, en una media sección radial,
Figura 5 una rueda para vehículo sobre carril en una realización modificada respecto a la Figura 1, en una media sección radial,
Figura 6 una rueda para vehículo sobre carril en una realización modificada respecto a la Figura 1, en una media sección radial,
Figura 7 un ajuste prensado cónico de las ruedas para vehículos sobre carril de las Figuras 1 a 6 en detalle y representación esquemática, y
Figura 8 una llanta de la rueda del vehículo sobre carril de la Figura 3 en una media sección radial.
La rueda para vehículos sobre carril representada en la Figura 1 está destinada a vehículos de piso bajo. Presenta un cuerpo de rueda de disco 1 y un aro de rueda 2. El cuerpo de rueda de disco 1 comprende un disco de rueda 3 y un buje de rueda 4. El aro de rueda 2 presenta por el lado interior un alma periférica centrada 5. El disco 3 lleva dos bridas 7, 8, de las cuales una de las bridas 7 está unida formando una sola pieza con el disco 3, y la otra brida 8 asienta con un ajuste fino 9 sobre el disco 3, estando sujeta adicionalmente por bulones roscados 10. El aro de rueda 2 está unido con el disco 3 a través de un suplemento de goma, que está compuesto por dos anillos planos 11, 12 en cuyas caras exteriores van vulcanizadas arandelas 11a, 11b, 12a, 12b. Los anillos 11, 12 que forman el suplemento de goma tienen una dureza Shore de 60 a 85 y están sometidos a una tensión inicial axial elevada. En la dirección de su espesor están comprimidos en un 5% al 17%. Debido a esta elevada tensión inicial axial que ha de ser aplicada por la brida 8, el ajuste fino 9 está realizado de forma especial.
El ajuste fino 9 es un ajuste prensado cónico. Tal como muestra la Figura 9, de forma exagerada por motivos de representación, el ángulo de inclinación \alpha del cono N del disco 3 es mayor que el ángulo de inclinación \alpha' del cono N' de la brida 8. Los ángulos de inclinación \alpha, \alpha' están entre 0,3º y 3º. En estado sin tensiones el diámetro D_{1} del cono N' de la brida 8 presenta respecto al diámetro D_{2} del cono N del disco de rueda 3 respectivamente por el lado interior de la rueda una sobremedida de de \DeltaÜ_{1} = 0,0005 a 0,0035 D_{1}, y por el lado exterior de la rueda tienen los correspondientes diámetros D_{3}, D_{4} una sobremedida de \DeltaÜ_{2} = 0,25 a 0,75 \DeltaÜ_{1}. Con estas condiciones dimensionales de los componentes que participan, en estado de partida, es decir antes del montaje, se obtiene en estado montado un asiento firme del ajuste prensado con la deseada elevada tensión axial inicial de los anillos 11, 12 del suplemento de goma. Para ello se tiene en cuenta el efecto de separación de la brida 8, que actúa debido a la fuerza de recuperación de los anillos 11, 12 del suplemento de goma pretensada que actúa sobre él. El resultado es que este efecto de separación en combinación con la configuración cónica especial del ajuste fino 9 da lugar a que la presión superficial sea igual en toda la anchura del ajuste fino. Dado que la brida 8 está sujeta por este ajuste fino, los bulones roscados 10 quedan descargados. En un caso ideal tienen que cumplir únicamente funciones de seguridad.
Para darle por una parte al aro de rueda 2 con los anillos 11, 12 del suplemento de goma suficiente espacio libre para la compresión elástica radial y para evitar por otra parte concentraciones de tensiones en la zona de transición desde el disco 3 a la brida 6 formada de una misma pieza, el disco 3 presenta en su periferia exterior y en la zona de los anillos 11, 12 un lecho de compresión elástica 13 para el alma 5 del aro de rueda 2 y de los anillos 11, 12, cuyas zonas del borde tienen hacia el exterior un radio de curvatura paulatinamente más pequeño. Utilizando las designaciones representadas en la Figura 8, el trazado del lecho de compresión elástica 13 satisface la siguiente función:
y = f (x) = 0,07045 - 0,30105x + 0,18546x^{2} - 0,03849x^{3} + 0,003756x^{4} - 0,000169x^{5} + 2,854. 10^{-6}. x^{6}, estando situado el punto de origen en L = 0,3 a 0,5 B de la anchura del lecho de compresión elástica. El radio de curvatura termina en H = 0,1 a 0,3 L.
Mientras que en el ejemplo de realización de la Figura 1, la brida 8 está sujeta por los bulones roscados 10 a través de un anillo de sujeción 14 formado de la misma pieza, en el ejemplo de realización de la Figura 2 va sujeto por un anillo de sujeción independiente, que sobresale sólo escasamente de la brida 8 por su borde interior.
Mientras que en el ejemplo de realización de la Figura 2, el disco 3 forma parte de un cuerpo de rueda 1, en el ejemplo de realización de la Figura 3 va conformada en el disco 3 una brida de montaje 16 que se puede fijar en una brida contraria correspondiente de un accionamiento o similar.
En la rueda de vehículo según el ejemplo de realización 4 y a diferencia de los ejemplos de realización descritos hasta ahora, los anillos 11, 12 del suplemento de goma están situados ligeramente inclinados en sentido opuesto con relación al eje de rueda, y esto de tal modo que para una carga de rueda radial los suplementos de goma 11, 12 no solamente estén sometidos a un esfuerzo de cortadura sino también a compresión. La posición inclinada de los anillos 11, 12 del suplemento de goma da lugar a la forma cónica del alma 5. El ángulo de inclinación \beta_{1}, \beta_{2} de los suplementos de goma está entre 75º y 90º. Puede ser diferente en los dos lados. También las respectivas caras exteriores de un anillo 11, 12 pueden tener una inclinación diferente. La diferencia entre los ángulos \beta_{1}, \beta'_{1} o \beta_{2}, \beta'_{2} puede estar dentro de la gama de 15º. Los ángulos \beta_{1}, \beta'_{1}, \beta_{2}, \beta'_{2} de las caras exteriores de un anillo 11, 12 están elegidos de tal modo que los anillos 11, 12 tengan en su zona radial exterior un grosor algo superior que en la zona radial interior.
Mientras que en el ejemplo de realización de la Figura 1 las caras exteriores de los anillos 11, 12 del suplemento de goma dotados de las arandelas vulcanizadas 11a, 11b, 12a, 12b son lisos, en el ejemplo de realización de la Figura 5 presentan unos salientes. Por ello encajan con ajuste positivo con los salientes 11c, 11d, 12c, 12d en los correspondientes alojamientos en las bridas 6, 8 y en el alma 5. De este modo se consigue un seguro contra la torsión entre el disco de rueda 2 y el cuerpo de rueda 1. En el ejemplo de realización de la Figura 6 se consigue este seguro contra la torsión de un modo algo diferente. En este ejemplo de realización, las chapas en forma de disco presentan unas espigas salientes 11e, 11f, 12e, 12f mediante las cuales penetran en los correspondientes alojamientos existentes en las bridas 6, 8 y en el alma 4.

Claims (12)

1. Rueda para carril con suspensión elástica de goma en la que un aro de rueda (2) está unido a un disco de rueda (3) a través de un suplemento de goma que está formado por dos anillos planos (11, 12) exentos de perforaciones, dispuestos entre inclinados y perpendiculares al eje de rueda, estando sujetos los anillos (11, 12) exclusivamente entre un alma central (5) periférica situada en el lado interior del aro de rueda (2), dispuesto entre inclinado y perpendicular al eje de rueda y las superficies de apoyo formadas por dos bridas exteriores (6, 8) del disco de rueda (3), con tensión axial inicial, que en caso de carga radial de la rueda del vehículo están solicitados principalmente a cortadura, donde por lo menos una de las bridas (8) va sujeta directamente al disco (3) por bulones roscados (10) situados fuera de los anillos (11, 12) del suplemento de goma,
caracterizada porque la brida (8) sujeta por los bulones roscados asienta con un ajuste fino (9) sobre el disco (3), estando realizado el ajuste fino (9) como ajuste prensado cónico, en el que el cono (N') de la brida (8) presenta en estado sin tensiones una conicidad menor (\alpha') que el cono (N) del disco de rueda (3), y que en estado calado a presión asienta con toda su superficie en el cono (N) del disco de rueda (3).
2. Rueda para vehículo sobre carril según la reivindicación 1, caracterizada porque las conicidades (\alpha, \alpha') de los conos (N, N') del disco (3) y de la brida (8) están elegidos, teniendo en cuenta la deformación por flexión de la brida (8) debida a la fuerza de recuperación de los anillos (11, 12) del suplemento de goma pretensado que actúa sobre ella, están elegidos de tal modo que la fuerza de rozamiento en reposo del ajuste prensado supone 0,2 a 1 veces la fuerza de recuperación del suplemento de goma pretensado.
3. Rueda para vehículo sobre carril según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las conicidades (\alpha, \alpha') de los conos (N, N') del disco de rueda (3) y de la brida (8) están elegidas, teniendo en cuenta la deformación por flexión de la brida (8) debida a la fuerza de recuperación de los anillos (11, 12) del suplemento de goma pretensado que actúan sobre ella, de tal modo que la presión superficial del ajuste prensado sea uniforme en toda su anchura axial.
4. Rueda para vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque en estado sin tensiones el diámetro (D_{1}) del cono (N') de la brida (8) presenta respecto al diámetro (D_{2}) del cono (N) del disco de rueda (3) respectivamente por el lado interior de la rueda una sobremedida de de \DeltaÜ_{1} = 0,0005 a 0,0035 D_{1}, y por el lado exterior de la rueda una sobremedida de \DeltaÜ_{2} = 0,25 a 0,75 \DeltaÜ_{1}, para una anchura axial del ajuste fino (9) de
B = 0,006 a 0,25 D_{1}.
5. Rueda para vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el ángulo de inclinación del ajuste prensado cónico \alpha, \alpha' es igual a 0,3º a 3,0º.
6. Rueda de vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la brida (8) del ajuste fino (9) está realizada como anillo plano, que va apoyado sobre un anillo (14) atornillado mediante los bulones roscados (10).
7. Rueda de vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los dos anillos (11, 12) del suplemento de goma tienen inclinaciones en sentido opuesto.
8. Rueda de vehículo sobre carril según la reivindicación 7, caracterizada porque los ángulos de inclinación (\beta_{1}, \beta_{2}, \beta_{1}', \beta_{2}') de los anillos (11, 12) respecto al eje de rueda están entre 75º y 90º.
9. Rueda de vehículo sobre carril según la reivindicación 8, caracterizada porque los ángulos de inclinación (\beta_{1}, \beta_{2}, \beta_{1}', \beta_{2}') de los dos anillos (11, 12) son diferentes entre sí.
10. Rueda de vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque los dos anillos (11, 12) del suplemento de goma presentan una dureza Shore de 60 a 85, y en estado instalado están comprimidos en un 5% a 17% de su espesor.
11. Rueda de vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el aro de rueda (2) presenta como seguro contra la torsión respecto al disco (3) unos salientes (11c, 11d, 12c, 12d, 11e, 11f, 12e, 12f) en las caras exteriores de los dos anillos (11, 12) del suplemento de goma, que encajan con ajuste positivo en rebajes en las caras contiguas de las bridas (6, 8) y del alma (5).
12. Rueda de vehículo sobre carril según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el disco de rueda (3) presenta en su periferia exterior en la zona del suplemento de goma un lecho plano periférico para compresión elástica (13) para el alma (5) del aro de rueda (2) y para los anillos del suplemento de goma (11, 12), cuyas zonas del borde tienen un radio de curvatura paulatinamente más pequeño.
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