ES2431081T3 - Disco de freno para vehículo ferroviario - Google Patents

Abstract

Disco de freno (30) destinado a ser montado solidario de un eje (1) de vehículo ferroviario montado rotatorioalrededor de un eje geométrico determinado (XX'), comprendiendo el disco de freno (30) dos caras lateralesopuestas, estando dispuesto el disco de freno (30) para vibrar según una pluralidad de modos propios a unafrecuencia de vibración determinada, haciéndose inestables al menos dos modos propios principales del disco defreno (30) durante la aplicación de una fuerza de rozamiento, para un coeficiente de rozamiento determinado, sobreal menos una cara lateral del disco de freno (30), comprendiendo la periferia del disco de freno (30) un relieve ypresentando una disimetría alrededor del citado eje geométrico (XX') de manera que las frecuencias de vibración delos modos propios principales del disco de freno (30) están distantes una de otra, disco caracterizado por el hecho de que el disco de freno (30) comprende un cuerpo axisimétrico, preferentemente circular, y al menos un segmentoen saliente (P1-P3) formado en el citado cuerpo, comprendiendo el cuerpo axisimétrico un centro de gravedad decuerpo (Gc) colocado en su eje geométrico, comprendiendo el disco de freno (30) un centro de gravedad de disco(Gd) desplazado con respecto al eje geométrico del cuerpo axisimétrico.

Description

Disco de freno para vehiculo ferroviario�

La invencion concierne a un dispositivo de frenado para vehiculo ferroviario y, de modo mas particular, a un dispositivo de frenado que comprende un disco de freno destinado a ser montado en un eje de vehiculo ferroviario.

5 Un vehiculo ferroviario tal como un tren de gran velocidad TGV comprende de manera clasica una pluralidad de vagones. Cada vagon es soportado por al menos un bogie que comprende dos ejes provistos de ruedas destinadas a estar en contacto con los railes de la via de ferrocarril.

Para permitir disminuir la velocidad del vehiculo ferroviario durante su entrada en una estacion, el vehiculo comprende al menos un dispositivo de frenado que comprende, por una parte, un disco de freno y, por otra, una

10 guarnicion de frenado destinada a entrar en contacto con la superficie del disco de freno con el fin de transformar la energia cinetica del eje en energia termica disipada en el disco de freno.

De manera clasica, en las extremidades del eje estan montadas ruedas, quedando zunchados cuatro discos de freno alrededor del eje entre las ruedas. Asi, las ruedas, el eje y los discos de freno son solidarios en rotacion en el transcurso del desplazamiento del vehiculo ferroviario. A cada disco de freno esta asociada una guarnicion de freno

15 montada solidariamente con el bogie.

El dispositivo de frenado de acuerdo con la tecnica anterior comprende un disco de freno de forma circular asi como una guarnicion, conocida por el especialista en la materia, en la cual estan situados salientes destinados a entrar en contacto con la superficie lateral del disco de freno.

De manera clasica, la guarnicion es arrastrada a contacto con el disco de freno por una palanca amplificadora,

20 denominada igualmente timoneria por el especialista en la materia, unida por una union pivote al bogie y de la cual una primera extremidad es solidaria de la guarnicion y una segunda extremidad es solidaria de un vastago de un gato neumatico que puede ser mandado por un operario. A la llegada del tren a una estacion, el operario activa el dispositivo de frenado, lo que manda al gato neumatico de manera que desplaza a la segunda extremidad de la palanca amplificadora. Debido a la union pivote, la guarnicion se adhiere firmemente contra la superficie lateral del

25 disco de freno para disipar la energia cinetica del tren y hacerle disminuir la velocidad. En la practica, cada disco de freno queda « cogido en sandwich » por dos guarniciones de frenado.

El principal inconveniente de los dispositivos de frenado actuales es que estos generan un chirrido casi sistematicamente durante la llegada a una estacion. Un chirrido es un crujido agudo, un ruido estridente cuyo nivel sonoro maximo oscila, a un metro del canto del anden, entre 100 dB y 110 dB durante el paso de un tren. Aunque el

30 chirrido no afecta en modo alguno a la seguridad del frenado, este presenta una molestia importante tanto para los viajeros como para los que se encuentran en las estaciones.

El chirrido resulta de vibraciones autoentretenidas generadas por los diferentes constituyentes del dispositivo de frenado en el transcurso del rozamiento de las guarniciones contra el disco de freno.

El fenomeno de rozamiento a escala microscopica induce vibraciones del disco de freno a escala macroscopica. Asi,

35 contrariamente a la idea recibida, el chirrido no resulta del ruido que proviene del contacto de las guarniciones con el disco de freno, sino que resulta principalmente de una vibracion del disco de freno.

El documento US 4 523 666 A muestra un disco de freno de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.

Con el fin de eliminar al menos algunos de estos inconvenientes, la invencion concierne a un disco de freno destinado a ser montado solidario de un eje de vehiculo ferroviario montado rotatorio alrededor de un eje geometrico 40 determinado, comprendiendo el disco de freno dos caras laterales opuestas, estando dispuesto el disco de freno para vibrar segun una pluralidad de modos propios, haciendose inestables al menos dos modos propios principales del disco de freno durante la aplicacion de una fuerza de rozamiento, para un coeficiente de rozamiento determinado, sobre al menos una cara lateral del disco de freno, estando definido cada modo propio principal inestable por una tasa de divergencia, comprendiendo la periferia del disco de freno un relieve y presentando una

45 disimetria alrededor del citado eje geometrico de manera que las tasas de divergencia de los citados modos propios principales permanezcan negativas o nulas durante la aplicacion de la fuerza de rozamiento para el coeficiente de rozamiento determinado, preferentemente del orden de 0,4.

Asi, de manera ventajosa, la forma del disco de freno permite liberarse del acoplamiento de modos propios de vibracion intrinsecos al disco durante el frenado. Dado que las tasas de divergencia de los modos propios no son

50 positivas, los modos propios principales no se hacen inestables durante la aplicacion de la fuerza de frenado, lo que limita el chirrido.

Dicho de otro modo, la invencion concierne a un disco de freno destinado a ser montado solidario de un eje de vehiculo ferroviario montado rotatorio alrededor de un eje geometrico determinado, comprendiendo el disco de freno dos caras laterales opuestas, estando dispuesto el disco de freno para vibrar segun una pluralidad de modos propios

a una frecuencia de vibracion determinada, haciendose inestables al menos dos modos propios principales del disco de freno durante la aplicacion de una fuerza de rozamiento de coeficiente de rozamiento determinado sobre al menos una cara lateral del disco de freno, comprendiendo la periferia del disco de freno un relieve y presentando una disimetria alrededor del citado eje geometrico de manera que las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno esten distantes una de otra.

Una disimetria periferica del disco implica una separacion de las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno. Resulta asi que, durante el frenado, el coeficiente de rozamiento de las guarniciones contra las superficies laterales del disco de freno no es suficiente para provocar un acoplamiento de los modos propios principales y por tanto un chirrido. El chirrido ligado al frenado queda por tanto atenuado. Preferentemente, las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno estan distantes una de otra al menos en 80 Hz. De manera preferida, las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno distan una de otra al menos en 100 Hz.

Ademas, una disimetria periferica no perturba el frenado, al no ser modificadas las superficies laterales del disco de freno destinadas a entrar en contacto con las guarniciones. Esto permite reemplazar un disco de freno de acuerdo con la tecnica anterior por un disco de freno de acuerdo con la invencion sin modificar otros elementos de los dispositivos de frenado.

El disco de freno comprende un cuerpo axisimetrico, preferentemente circular, y al menos un segmento en saliente formado en el citado cuerpo. Asi, solo la periferia del disco de freno tiene un relieve. El cuerpo axisimetrico comprende un centro de gravedad de cuerpo colocado en su eje geometrico, el disco de freno comprende un centro de gravedad de disco desplazado con respecto al eje geometrico del cuerpo axisimetrico. Debido al desplazamiento de su centro de gravedad, el disco de freno tiene un desequilibrio que permite separar las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno. Dicho de otro modo, el desequilibrio del disco de freno permite atenuar el chirrido de freno, lo que es ventajoso.

De manera preferida, el cuerpo axisimetrico y el segmento en saliente forman un conjunto monobloque.

De acuerdo con un aspecto de la invencion, el cuerpo axisimetrico comprende dos caras laterales opuestas separadas por un canto periferico, estando formado el segmento en saliente en el canto periferico del citado cuerpo del disco.

De acuerdo con otro aspecto de la invencion, comprendiendo el disco de freno un centro, el segmento en saliente se extiende en un arco circular cuyo angulo abierto esta definido con respecto al centro del disco. Un arco circular perturba solo debilmente la rotacion del disco de freno, siendo el desequilibrio limitado.

De acuerdo con un aspecto preferido, el angulo abierto esta comprendido entre 100 y 300, preferentemente igual a 200, lo que permite evitar un acoplamiento de los modos principales y por tanto un chirrido de gran amplitud.

Preferentemente, el segmento en saliente comprende un material amortiguador a fin de limitar la amplitud de las vibraciones del disco de freno y por tanto la amplitud del chirrido.

De acuerdo con una forma de realizacion preferida, el disco de freno comprende al menos dos segmentos en saliente formados en el citado cuerpo. Parametrizando la separacion angular de los segmentos en saliente, se pueden separar frecuencias de modos principales de bajas o altas frecuencias.

Preferentemente, los segmentos en saliente estan distantes una distancia angular al menos igual a 800, preferentemente igual a �00 a fin de separar frecuencias de modos principales de bajas frecuencias.

Preferentemente, los segmentos en saliente estan distantes uno de otro una distancia angular de aproximadamente 200 con el fin de separar frecuencias de modos principales de altas frecuencias.

De acuerdo con una forma de realizacion preferida, el disco de freno comprende al menos tres segmentos en saliente formados en el citado cuerpo. Tal disimetria periferica permite separar simultaneamente las frecuencias de modos principales de bajas y altas frecuencias.

Preferentemente, las separaciones angulares definidas entre dos segmentos en saliente consecutivos son diferentes. A titulo de ejemplo, las separaciones angulares formadas entre los segmentos en saliente son diferentes de 1200. Existe, asi, una disimetria axial del disco de freno, lo que induce un desequilibrio del disco y limita el chirrido.

Preferentemente, el disco de freno comprende un segmento en saliente principal y dos segmentos en saliente auxiliares de dimensiones inferiores a las del segmento en saliente principal. Los segmentos en saliente limitan de manera localizada el acoplamiento de los modos principales de altas frecuencias y bajas frecuencias.

Preferentemente todavia, el segmento en saliente principal esta distante del segmento en saliente auxiliar mas proximo una distancia angular al menos igual a 800, preferentemente igual a �00. El segmento en saliente principal

en combinacion con los segmentos en saliente auxiliares limitan el acoplamiento de los modos principales de bajas frecuencias.

Preferentemente todavia, los segmentos en saliente auxiliares estan separados uno de otro una distancia angular de aproximadamente 200. Los segmentos en saliente auxiliares limitan el acoplamiento de los modos principales de altas frecuencias.

La invencion concierne ademas a un dispositivo de frenado que comprenda al menos un disco de freno tal como el presentado anteriormente y una guarnicion destinada a aplicar una fuerza de rozamiento sobre el citado disco de freno.

Cuanto mas separadas estan las frecuencias de los modos de vibracion principales del disco, menos susceptibles son de acoplarse las frecuencias de los modos de vibracion principales del conjunto formado por el disco de freno y la guarnicion y por tanto de generar un chirrido de gran amplitud.

La invencion tiene por objeto igualmente un vehiculo ferroviario que comprenda un eje y al menos un dispositivo de frenado tal como el presentado anteriormente, estando montado el disco de freno del dispositivo de frenado en el citado eje.

Preferentemente, el vehiculo ferroviario comprende un eje y al menos cuatro dispositivos de frenado tales como los presentados anteriormente, estando montados los discos de freno de los dispositivos de frenado en el citado eje.

Preferentemente todavia, los discos de freno estan desplazados angularmente uno de otro en el eje de manera que se limite el desequilibrio del eje en el transcurso de su rotacion. El eje queda asi equilibrado globalmente, lo que aumenta su duracion de vida de servicio.

La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion que sigue, dada unicamente a titulo de ejemplo, y refiriendose a los dibujos anejos, en los cuales:

la figura 1 es una representacion parcial en perspectiva de un eje de vehiculo ferroviario en el cual estan montados una rueda y dos discos de freno de acuerdo con la invencion;

la figura 2 es una representacion esquematica de un dispositivo de frenado de acuerdo con la invencion;

la figura 3 es una modelacion de la deformacion de acuerdo con un modo propio de vibracion determinado del conjunto de un disco de freno de acuerdo con la tecnica anterior durante el contacto con su guarnicion durante el frenado, estando representado el disco de freno sin su guarnicion;

la figura 4A es una representacion esquematica vista de frente de un disco de freno de acuerdo con una primera forma de realizacion de la invencion;

la figura 4B es una representacion esquematica vista de frente de un disco de freno de acuerdo con una segunda forma de realizacion de la invencion;

la figura 4C es una representacion esquematica vista de frente de un disco de freno de acuerdo con una tercera forma de realizacion de la invencion;

la figura 5 es una representacion esquematica en perspectiva del disco de freno de la figura 4C;

la figura 6 es una representacion esquematica de una forma de realizacion particular de un segmento en saliente del disco de freno de acuerdo con la invencion visto de costado;

la figura es un grafico que representa la evolucion de las frecuencias de dos modos propios de deformacion principales para un disco de freno de acuerdo con la tecnica anterior (trazo discontinuo) y para un disco de freno de acuerdo con la invencion (trazo continuo) en funcion del coeficiente de rozamiento;

la figura 8 es un grafico que representa la evolucion de la tasa de divergencia de dos modos propios de deformacion principales para un disco de freno de acuerdo con la tecnica anterior (trazo discontinuo) en funcion de la frecuencia de los citados modos propios en el transcurso de la aplicacion de una fuerza de rozamiento con un coeficiente de rozamiento creciente;

la figura es un grafico que representa la evolucion de la tasa de divergencia de los dos modos propios de deformacion principales para un disco de freno de acuerdo con la invencion (trazo continuo) en funcion de la frecuencia de los citados modos propios en el transcurso de la aplicacion de una fuerza de rozamiento con coeficiente de rozamiento creciente; y

la figura 10 es un grafico que representa la evolucion de la tasa de divergencia de los modos propios de deformacion principales para un disco de freno de acuerdo con la tecnica anterior (trazo discontinuo) y para un disco de freno de acuerdo con la invencion (trazo continuo) en funcion del coeficiente de rozamiento.

El dispositivo de frenado para vehiculo ferroviario de acuerdo con la invencion se distingue de un dispositivo de frenado de acuerdo con la tecnica anterior por su disco de freno que es de naturaleza diferente. El dispositivo de frenado esta montado clasicamente en un eje del vehiculo ferroviario con el fin de transformar la energia cinetica del eje en energia termica que es disipada en el disco de freno.

De manera clasica, refiriendose a la figura 1 que representa una vista parcial de un eje 1 de eje geometrico XX' de un bogie de un vehiculo ferroviario, en las extremidades del eje 1 estan montadas ruedas 2 e, independientemente de las ruedas 2, cuatro discos de freno 30 estan zunchados alrededor del eje 1 entre las ruedas 2. Asi, las ruedas 2, el eje 1 y los discos de freno 30 son solidarios en rotacion en el transcurso del desplazamiento del vehiculo ferroviario.

Refiriendose a la figura 2 que representa un dispositivo de frenado de acuerdo con la invencion, este ultimo comprende un disco de freno 30 de eje geometrico XX' asi como una guarnicion 4, conocida por el especialista en la materia, en la cual estan situados salientes de rozamiento 5 destinados a entrar en contacto con la superficie lateral del disco de freno 30. A cada disco de freno 30 esta asociada una guarnicion de freno 4, montada solidariamente con el bogie.

De manera clasica, la guarnicion 4 es arrastrada a contacto con el disco de freno 30 por una palanca amplificadora 6 unida por una union pivote 8 al bogie y de la cual una primera extremidad es solidaria de la guarnicion 4 y una segunda extremidad es solidaria de un vastago de un gato neumatico que puede ser mandado por un operario. A la llegada de un tren a una estacion, el operario activa el dispositivo de frenado, lo que manda al gato neumatico de manera que desplace la segunda extremidad de la palanca amplificadora 6. Debido a la union pivote 8, los salientes de rozamiento 5 de la guarnicion 4 se adhieren firmemente contra la superficie lateral del disco de freno 30 para disipar la energia cinetica del tren y hacerle disminuir la velocidad. En la practica, cada disco de freno 30 queda « cogido en sandwich » por dos guarniciones de frenado 4.

Para actuar sobre los cuatro discos de freno 30, cada eje 1 comprende cuatro gatos neumaticos unidos al mismo circuito neumatico. El bogie comprende a su vez dos circuitos neumaticos independientes, uno para cada eje 1.

Un disco de freno estandar 3 es una pieza de revolucion y tiene una forma circular. Dicho de otro modo, un disco de freno estandar 3 tiene una simetria axial de eje geometrico XX' y se denomina, de manera clasica, disco axisimetrico.

De manera conocida, un disco de freno estandar 3 esta configurado para vibrar segun una pluralidad de modos propios de vibracion, designados igualmente modos propios estructurales, cuya frecuencia de vibracion esta definida en funcion de la estructura dimensional del disco de freno 3. A titulo de ejemplo, un modo de vibracion de un disco de freno estandar 3 asociado a salientes de rozamiento 5 de la guarnicion 4 esta representado en la figura 3, estando representado el disco de freno estandar 3 sin la guarnicion 4.

Debido a su forma circular y a su caracter axisimetrico, las frecuencias de los modos propios de vibracion de un disco de freno estandar 3 en contacto con una guarnicion (de diametro 640 mm y de espesor 45 mm) estan proximas una a otra. Refiriendose a la figura �, un disco de freno estandar 3 comprende dos modos propios de vibracion principales cuyas frecuencias de vibracion f1, f2 son, a titulo de ejemplo, respectivamente iguales a 10050 Hz y 10030 Hz en ausencia de frenado, es decir en contacto pero con un coeficiente de rozamiento nulo.

Un modo propio de vibracion principal es un modo propio de vibracion que es susceptible de acoplarse con otro modo propio de vibracion a consecuencia de la aplicacion de una fuerza de rozamiento con coeficiente de rozamiento guarnicion/disco determinado para formar modos inestables del sistema concernido. Un modo propio de vibracion principal se distingue de los otros modos debido a su contribucion importante al chirrido durante su acoplamiento. Con fines de claridad, los modos propios de vibracion principales son designados en lo que sigue modos principales.

Para un disco de freno dado, se puede calcular, de manera conocida, un campo de desplazamiento del citado disco de freno que corresponde a los vectores de desplazamiento de cualquier punto del disco en el transcurso del tiempo. Un campo de desplazamiento u es funcion de una posicion x y del tiempo t y asi clasicamente es indicado por u(x,t).

De manera conocida, el campo de desplazamiento del disco u(x,t) comprende, por una parte, un campo de desplazamiento de equilibrio indicado por ue(x) y, por otra, un campo de desplazamiento vibratorio indicado por u*(x,t).

De manera igualmente conocida, el campo de desplazamiento vibratorio u*(x,t) esta definido para cada uno de los modos vibratorios del disco. A titulo de ejemplo, para un modo vibratorio de inestabilidad u0, el campo de desplazamiento vibratorio se expresa asi:

u*(x,t) = Re(u0(x)ej2Tft)eαt

con Re correspondiente a la parte real, u0(x) un modo vibratorio de inestabilidad dado, f la frecuencia asociada al modo de inestabilidad u0, j la unidad imaginaria y α la tasa de divergencia asociada al modo de inestabilidad u0.

La tasa de divergencia α, conocida igualmente por el especialista en la materia con la designacion de tasa de crecimiento modal, es obtenida por calculo a partir, por ejemplo, de una modelacion en forma de una malla del disco de freno. El metodo de calculo de una tasa de divergencia para un disco de freno durante un frenado con uncoeficiente de rozamiento determinado es conocido en particular por la tesis doctoral de L'Ecole Polytechnique de Xavier Lorang titulada « Instabilite vibratoire des structures en contact frottant: Application au crissement des freins de TGV » que ha sido presentada el 4 de octubre de 200�.

Durante el frenado, los salientes de rozamiento 5 de la guarnicion 4 del dispositivo de frenado son puestos en contacto con la superficie lateral del disco de freno estandar 3 de manera que rocen contra este ultimo a fin de disminuir la velocidad del vehiculo ferroviario. El coeficiente de rozamiento μ aplicado por la guarnicion 4 sobre el disco de freno estandar 3 corresponde a la relacion entre la fuerza tangencial y la fuerza normal con respecto a la superficie lateral del disco estandar 3. Este coeficiente de rozamiento μ induce una excitacion del disco de freno estandar 3, lo que modifica la frecuencia de los modos principales. Refiriendose a la figura que representa en trazos discontinuos la evolucion de las frecuencias a medida que se produce el frenado, las dos frecuencias f1 y f2 tienen tendencia a aproximarse una a la otra, lo que provoca un acoplamiento de los dos modos principales, siendo entonces las frecuencias iguales. El acoplamiento de los modos principales genera un chirrido para el coeficiente de rozamiento μf asociado al frenado.

Refiriendose a las figuras 8 y 10, las tasas de divergencia αa asociadas a los modos principales de un disco de freno estandar 3 tienen tendencia a aumentar en valor absoluto en el transcurso del frenado, lo que provoca un desplazamiento importante de las frecuencias f1, f2 de los citados modos principales. Cuanto mas elevas son las tasas de divergencia, mas inestables son los modos lo que aumenta el chirrido. Asi, para un coeficiente de rozamiento μf asociado al frenado, las frecuencias de los modos principales son iguales como esta representado en la figura 8 y aparece un acoplamiento de los modos, lo que genera el chirrido.

Para eliminar este inconveniente, la solicitante propone un disco de freno 30 que comprende una disimetria periferica de manera que las frecuencias de modos principales del disco de freno 30 esten distantes una de otra, preferentemente al menos 80 Hz.

Modificando la estructura dimensional de un disco de freno estandar 3 para crear un disco de freno mejorado 30, se modifica directamente la tasa de divergencia α asociada a los modos propios principales del disco de freno estandar

3. De manera preferida, el disco de freno 30 de acuerdo con la invencion 30 comprende una disimetria periferica dispuesta para que la tasa de divergencia αinv asociada a los modos principales del disco de freno 30 sea nula en el transcurso del frenado, en particular, para un coeficiente de rozamiento μf del orden de 0,4 asociado al frenado como esta representado en las figuras y 10. Siendo la tasa de divergencia αinv nula, los modos propios principales se mantienen estables.

Asi, durante el frenado, las frecuencias de los modos principales se aproximan pero no se acoplan para un coeficiente de rozamiento μf asociado al frenado como esta representado en trazos continuos en la figura �. Siendo eliminado el acoplamiento de los modos principales del disco de freno 30, el chirrido se limita.

•� Primera�oormade�realizaci6n

De acuerdo con una primera forma de realizacion de la invencion, refiriendose a la figura 4A, el disco de freno 30 comprende un segmento en saliente P1 situado en la periferia del disco de freno 30 de manera que forma un relieve periferico. Dicho de otro modo, el disco de freno 30 comprende un cuerpo circular y un segmento en saliente P1 formado en el canto del cuerpo circular. Preferentemente, el cuerpo circular corresponde a un disco de freno estandar 3 conocido por la tecnica anterior. De manera clasica, el centro de gravedad del cuerpo circular esta colocado en su eje geometrico.

Siendo modificada la estructura dimensional del disco de freno 30, resulta una modificacion de las frecuencias y de las tasas de divergencia de los modos principales del disco de freno 30. Un segmento en saliente P1 se extiende en un arco circular β cuyo angulo abierto esta definido con respecto al centro del disco de freno 30.

A titulo de ejemplo, la longitud periferica β1 del segmento en saliente P1 es en este caso igual a 200 como esta representado en la figura 4A y tiene un espesor del orden de 20 mm, preferentemente 1� mm. El espesor de un segmento en saliente se define radialmente con respecto al centro del disco de freno 30. Tal segmento en saliente P1 permite definir un disco de freno 30 cuyas frecuencias de los modos principales esten separadas del orden de 80 Hz. Se evita asi un acoplamiento de los modos principales durante el frenado, lo que limita el chirrido. El centro de gravedad del disco de freno esta desplazado del eje geometrico del cuerpo, lo que genera un desequilibrio del disco.

•� Segunda�oorma�de�realizaci6n

Una segunda forma de realizacion es descrita refiriendose a la figura 4B. Las referencias utilizadas para describir los elementos de estructura o funcion identica, equivalente o similar a las de los elementos de la figura 4A son las mismas, para simplificar la descripcion. Por otra parte, el conjunto de la descripcion de la forma de realizacion de la

figura 4A no es realizada nuevamente, aplicandose esta descripcion a los elementos de la figura 4B cuando no haya incompatibilidades. Solo se describen las diferencias notables, estructurales y funcionales.

Refiriendose a la figura 4B que representa un disco de freno 30 de acuerdo con una segunda forma de realizacion de la invencion, el disco de freno no axisimetrico comprende dos segmentos en saliente P1, P2 formados en la periferia del disco de freno 30, es decir en el canto del disco de freno 30.

Ademas del primer segmento en saliente P1, el disco de freno 30 comprende un segundo segmento en saliente P2 cuya longitud periferica β2 es en este caso igual a 150 y tiene un espesor del orden de 20 mm, preferentemente 1 mm, identico al del primer segmento en saliente P1. Dos segmentos en saliente permiten definir un disco de freno 30 en el que las frecuencias de los modos principales estan separadas del orden de 80 Hz. Se evita asi un acoplamiento de los modos principales durante el frenado, lo que limita el chirrido. En particular, configurando la separacion angular Δ1 entre los dos segmentos en saliente P1, P2 en la periferia del disco de freno 30, se determinan los modos propios que se desean separar.

En este ejemplo, refiriendose a la figura 4B, el primer segmento en saliente P1 esta separado del segundo segmento en saliente P2 una distancia angular de aproximadamente 00, lo que permite impedir el acoplamiento de los modos propios cuyas frecuencias son las mas bajas. El centro de gravedad del disco de freno esta desplazado del eje geometrico del cuerpo, lo que genera un desequilibrio del disco.

Debido al relieve formado en la periferia del disco de freno 30, las frecuencias de vibracion f1', f2' de los modos principales del disco de freno 30 de la figura 4B son respectivamente iguales a 10080 Hz y 10000 Hz en ausencia de frenado como esta representado en la figura �.

Durante el frenado, los salientes de rozamiento 5 de la guarnicion 4 son puestos en contacto con la superficie lateral del disco de freno 30 de manera que rocen contra este ultimo a fin de disminuir la velocidad del vehiculo ferroviario. El coeficiente de rozamiento μf relativo a la fuerza de rozamiento aplicada por la guarnicion 4 modifica las frecuencias f1', f2' de los modos principales. A medida que se produce el frenado, las dos frecuencias f1', f2' tienen tendencia a aproximarse una hacia la otra como esta representado en las figuras a �.

En el caso presente, las frecuencias de vibracion f1', f2' del disco de freno de acuerdo con la invencion 30 estan alejadas una de la otra un intervalo de frecuencia de 80 Hz. Asi, a pesar de la aproximacion de las frecuencias de vibracion f1', f2' no aparece ningun acoplamiento de modos como esta representado en la figura �. Refiriendose a la figura �, debido a la presencia de los dos segmentos en saliente P1, P2 en la periferia del disco de freno 30, la tasa de convergencia αa permanece nula en el transcurso del frenado y las frecuencias f1', f2' no se hacen nunca iguales. Las fuentes de chirrido quedan entonces limitadas de modo importante. En efecto, no siendo nunca positivas las tasas de divergencia de los modos principales, estos ultimos no se hacen nunca inestables durante el frenado, lo que limita el chirrido por acoplamiento de modos.

•� Tercera�oorma�de �realizaci6n

Se describe una tercera forma de realizacion refiriendose a la figura 4C. Las referencias utilizadas para describir los elementos de estructura o funcion identica, equivalente o similar a las de los elementos de la figura 4B son las mismas, para simplificar la descripcion. Por otra parte, el conjunto de la descripcion de la forma de realizacion de la figura 4B no es descrito nuevamente, aplicandose esta descripcion a los elementos de la figura 4C cuando no haya incompatibilidades. Solo se describen las diferentas notables, estructurales y funcionales.

Refiriendose a la figura 4C que representa un disco de freno 30 de acuerdo con una tercera forma de realizacion de la invencion, el disco de freno 30 comprende tres segmentos en saliente P1, P2, P3 formados en la periferia del disco de freno 30, es decir en el canto del disco de freno 30.

Refiriendose a las figuras 4C, 5 y 6, el disco de freno 30 comprende, en este ejemplo, un primer segmento en saliente P1 cuya longitud periferica es superior a la del segundo y tercer segmentos en saliente P2�P3. En lo que sigue, el primer segmento en saliente P1 es designado segmento principal P1 mientras que los segundo y tercer segmentos en saliente P2�P3 son designados segmentos auxiliares P2�P3.

La longitud periferica β1 del segmento principal P1 es en este caso de aproximadamente 200 mientras que la longitud periferica β2, β3 de un segmento auxiliar P2�P3 es de aproximadamente 150. Los segmentos en saliente P1, P2, P3 tienen, en este ejemplo, un espesor del orden de 20 mm, preferentemente 1� mm.

Los segmentos en saliente P1 �P3 estan repartidos en la periferia del disco de freno 30 de manera que modifican la estructura del disco de freno 30 a fin de que las frecuencias de los modos principales esten distantes una de otra. Refiriendose a las figuras 5 y 6, el segmento principal P1 esta separado del segmento auxiliar P2 mas proximo una distancia angular Δ1 de aproximadamente �00 de manera que se separen las frecuencias de los modos principales de bajas frecuencias, como se detallo en el segundo modo de realizacion de la invencion. El centro de gravedad del disco de freno esta desplazado del eje geometrico del cuerpo, lo que genera un desequilibrio del disco.

Los segmentos auxiliares P2� P3 estan separados uno del otro una distancia angular Δ2 de aproximadamente 200 de manera que se separen las frecuencias de los modos principales de altas frecuencias. Asi, unicamente con tres segmentos en saliente P1�P3, se elimina, por una parte, un riesgo de acoplamiento a bajas frecuencias y, por otra, un riesgo de acoplamiento a altas frecuencias. Las fuentes de chirrido resultan entonces limitadas de modo importante.

De manera preferida, para un disco de freno dado, se identifican los modos principales que contribuyen mas al chirrido. Siendo los modos principales identicos, se definen el numero, la longitud, el espesor y el material de los segmentos en saliente para formar un disco de freno 30 cuyos modos principales esten separados uno de otro para un coeficiente de rozamiento dado.

Parametrizando la distancia angular entre los segmentos en saliente P1�P3, se puede actuar sobre toda la banda de frecuencia de interes de los modos principales de un disco de freno 30.

En los modos de realizacion precedentes, los segmentos en saliente P1�P3 estan formados del mismo material que el disco de freno 30, preferentemente de acero. Ademas, el disco de freno 30 y los segmentos en saliente P1�P3 forman un conjunto monobloque. Es evidente que los segmentos en saliente P1�P3 podrian ser anadidos a la periferia del disco de freno 30, por ejemplo, por soldadura. En comparacion con un conjunto de varios elementos, un conjunto monobloque permite separar de manera precisa frecuencias de modos principales determinados sin tener en cuenta las perturbaciones ligadas a la interfaz entre los segmentos en saliente P1�P3 y el disco de freno 30.

En una variante de la invencion, refiriendose a la figura 6, uno o varios segmentos en saliente P1�P3 comprenden un material amortiguador del tipo elastomero dispuesto para modificar la amplitud de los modos propios de vibracion del disco de freno 30. Refiriendose a la figura 6, el segmento en saliente de acero es mecanizado en su espesor de manera que forma un alojamiento radial en el cual esta dispuesta una capa de elastomero �1.

Dicho de otro modo, la disimetria periferica del disco de freno 30 permite atenuar el riesgo de acoplamiento de modos, es decir las causas de chirrido, mientras que el material amortiguador �2 permite atenuar la amplitud de las vibraciones, es decir los efectos del chirrido.

La invencion se ha presentado con uno, dos o tres segmentos en saliente P1�P3, pero evidentemente podria convenir cualquier disco de freno 30 con al menos un segmento en saliente periferico P1�P3.

A fin de que el disco de freno presente una disimetria alrededor de su eje geometrico, las separaciones angulares entre segmentos en saliente consecutivos son diferentes. Asi, para un disco de freno que comprenda unicamente dos segmentos en saliente, los segmentos en saliente no estan separados angularmente 1800. Asimismo, para un disco de freno que comprenda unicamente tres segmentos en saliente, los segmentos en saliente no estan separados angularmente 1200. Es evidente que los segmentos en saliente pueden tener las mismas dimensiones o dimensiones diferentes.

De manera muy ventajosa, la superficie lateral del disco de freno 30, que es utilizada para el frenado con guarniciones 4, es identica a la de un disco de freno estandar 3 lo que no perturba la calidad del frenado, al ser modificado el disco 30 unicamente en su periferia.

Asi, los discos de freno 30 de acuerdo con la invencion pueden ventajosamente reemplazar a los discos de freno de acuerdo con la tecnica anterior en los dispositivos de frenado existentes, no siendo modificados los otros elementos de los dispositivos de frenado, lo que limita los costes.

De manera preferida, varios dispositivos de frenado estan motados en un eje 1 de vehiculo ferroviario, estando los discos de freno 30 de los dispositivos de frenado desplazados angularmente con respecto al eje geometrico XX' del eje 1 de manera que se limite un desequilibrio del eje 1 en el transcurso de su rotacion. A titulo de ejemplo, refiriendose a la figura 1, para cuatro discos de freno 30 zunchados alrededor de un eje 1, los discos de freno 30 estan desplazados angularmente �00 uno de otro, lo que permite equilibrar el eje 1 de manera global. En efecto, aunque el disco de freno comprenda individualmente un desequilibrio, el conjunto de los discos de freno queda ventajosamente equilibrado.

La invencion se ha presentado para separar las frecuencias de los modos principales de un disco de freno 30 de un dispositivo de frenado, pero es evidente que este permite igualmente separar las frecuencias de los modos principales del sistema que comprenda un disco de freno 30 y salientes de rozamiento 5 de las guarniciones 4. De manera ventajosa, considerando un sistema de este tipo, se analiza de manera muy precisa el acoplamiento de los modos principales del sistema teniendo en cuenta el aspecto vibratorio ligado a los salientes de rozamiento 5.

De manera muy ventajosa, un disco de freno 30 con al menos dos segmentos en saliente P1�P3 desplazados al menos 800 como esta representado en las figuras 4B y 4C permite crear una disimetria circunferencial para un sistema que comprenda un disco de freno 30 y salientes de rozamiento 5 de las guarniciones 4.

En efecto, desde un punto de vista vibratorio, es importante que los salientes de rozamiento 5 y el disco de freno 30 no formen un sistema que presente una simetria periferica. Como esta ilustrado en las figuras 4A�4C, cada cuerpo axisimetrico de los discos de freno 30 comprende un centro de gravedad de cuerpo Gc situado en su eje geometrico. Cada disco de freno 30 comprende un centro de gravedad de disco Gd que esta desplazado del eje geometrico del cuerpo axisimetrico debido a la presencia de segmentos en saliente P1�P3 en la periferia del cuerpo axisimetrico. Resulta asi un desequilibrio del disco de freno 30 que separa las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno y limita asi el fenomeno de chirrido.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Disco de freno (30) destinado a ser montado solidario de un eje (1) de vehiculo ferroviario montado rotatorio alrededor de un eje geometrico determinado (XX'), comprendiendo el disco de freno (30) dos caras laterales opuestas, estando dispuesto el disco de freno (30) para vibrar segun una pluralidad de modos propios a una frecuencia de vibracion determinada, haciendose inestables al menos dos modos propios principales del disco de freno (30) durante la aplicacion de una fuerza de rozamiento, para un coeficiente de rozamiento determinado, sobre al menos una cara lateral del disco de freno (30), comprendiendo la periferia del disco de freno (30) un relieve y presentando una disimetria alrededor del citado eje geometrico (XX') de manera que las frecuencias de vibracion de los modos propios principales del disco de freno (30) estan distantes una de otra, disco caracterizado por el hecho de que el disco de freno (30) comprende un cuerpo axisimetrico, preferentemente circular, y al menos un segmento en saliente (P1�P3) formado en el citado cuerpo, comprendiendo el cuerpo axisimetrico un centro de gravedad de cuerpo (Gc) colocado en su eje geometrico, comprendiendo el disco de freno (30) un centro de gravedad de disco (Gd) desplazado con respecto al eje geometrico del cuerpo axisimetrico.

2. 2.

   Disco de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el cuerpo axisimetrico y el segmento en saliente (P1�P3) forman un conjunto monobloque.

3. 3.

   Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual el cuerpo axisimetrico comprende dos caras laterales opuestas separadas por un canto periferico, estando formado el segmento en saliente (P1�P3) en el canto periferico del citado cuerpo del disco.

4. 4.

   Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual, comprendiendo el disco de freno (30) un centro, el segmento en saliente (P1�P3) se extiende en un arco circular cuyo angulo abierto esta definido con respecto al centro del disco.

5. 5.

   Disco de acuerdo con la reivindicacion 4, en el cual el angulo abierto esta comprendido entre 100 y 300, preferentemente igual a 200.

6. 6.

   Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el segmento en saliente (P1�P3) comprende un material amortiguador (�1).

   �. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el disco de freno (30) comprende al menos dos segmentos en saliente (P1�P3) formados en el citado cuerpo.
7. 8. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a , en el cual el disco de freno (30) comprende al menos tres segmentos en saliente (P1�P3) formados en el citado cuerpo.

   �. Disco de acuerdo con la reivindicacion 8, en el cual las separaciones angulares definidas entre dos segmentos en saliente consecutivos (P1 �P2, P2�P3; P3�P1) son diferentes.

8. 10.

   Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a , en el cual el disco de freno (30) comprende un segmento en saliente principal (P1) y dos segmentos en saliente auxiliares (P2�P3) de dimensiones inferiores a las del segmento en saliente principal (P1).

9. 11.

   Disco de acuerdo con la reivindicacion 10, en el cual el segmento en saliente principal (P1) esta distante del segmento en saliente auxiliar (P2�P3) mas proximo una distancia angular al menos igual a 800, preferentemente igual a �00.

10. 12.

    Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 11, en el cual los segmentos en saliente auxiliares (P2�P3) estan distantes uno de otro una distancia angular de aproximadamente 200.

11. 13.

    Dispositivo de frenado que comprende al menos un disco de freno (30) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes y una guarnicion (4) destinada a aplicar una fuerza de rozamiento contra el disco de freno (30).

12. 14.

    Vehiculo ferroviario que comprende un eje (1) y al menos dos dispositivos de frenado de acuerdo con la reivindicacion 13, estando montados los discos de freno (30) de los dos dispositivos de frenado en el citado eje (1) y desplazados angularmente uno respecto de otro con respecto al eje geometrico (XX') del citado eje (1) de manera que se limita un desequilibrio del citado eje (1).