ES2640639T3 - Disco de rueda para vehículo ferroviario - Google Patents

Abstract

Disco de rueda (1) para un vehículo ferroviario con 1.1 un cubo de rueda (3) que rodea el eje de giro (2); 1.2 una corona de rueda (5); y 1.3 una nervadura (4) que conecta el cubo de la rueda (3) con la corona de la rueda (5), caracterizado por que 1.4 una curva de transición (6) entre la nervadura (4) y el cubo de la rueda (3) y/o una curva de transición (6) entre la nervadura (4) y la corona de la rueda (5) están configuradas sobre al menos un lado axial en cada plano de corte radial, de manera que 1.5 la o bien cada curva de transición (6) está configurada como una curva de Bézier (B), 1.6 la curva de Bézier (B) pasa tangencialmente al contorno de la nervadura (4); y 1.7 la curva de Bézier (B) pasa tangencialmente al contorno del cubo de la rueda (3) o de la corona de la rueda (5).

Description

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DESCRIPCION

Disco de rueda para vehnculo ferroviario

La invencion se refiere a un disco de rueda para un vehnculo ferroviario del tipo definido en detalle en el preambulo de la reivindicacion 1.

Se conocen discos de ruedas para vehnculos ferroviarios a partir del estado general de la tecnica. Estan constituidos tipicamente de un cubo de rueda circundante alrededor de un eje de giro asf como de una corona dentada, que esta destinada para la rodadura sobre los carriles. El cubo de rueda colocado central y la corona de rueda colocada en la periferia exterior estan unidos entre sf por medio de una llamada nervadura. Esta nervadura, que esta realizada en direccion radial recta, inclinada o doblada, esta configurada tipicamente como disco circundante. Puede estar constituida especialmente en gran medida simetrica rotatoria y de esta manera puede presentan en cada seccion radial el mismo contorno o un contorno comparable. Por el contorno en el sentido de la invencion presentada aqu debe entenderse en este caso la forma de la superficie de limitacion lateral del disco de la rueda en la seccion radial. Por lo tanto, un disco de rueda recto tendna un contorno configurado por una recta, un disco de rueda doblado tendna un contorno configurado por un arco en forma de S o en forma de C.

Sucede ahora que especialmente la curva de transicion desde el cubo de la rueda hacia la nervadura y especialmente en discos de rueda mas pequenos, tambien o alternativamente a ello la curva de transicion entre la nervadura y la corona de la rueda estan sometidas a una carga muy alta. Para contrarrestar esta carga, son necesarios espesores correspondientes del material o etapas de mecanizacion apropiadas para la consolidacion del material en las zonas cnticas. Esto es costoso y caro y de manera correspondiente hace diffcil el empleo del disco de rueda con altos espesores del material.

Para contrarrestar esta problematica, se conoce a partir del documento EP 0 794 872 A1 que a traves de una prevision de diseno compleja para las transiciones, se compensan las tensiones en el disco de la rueda, de manera que con espesores mas reducidos del material se puede conseguir una resistencia alta. La estructura es en este caso extraordinariamente compleja y utiliza una funcion (parabola) de quinto orden para el diseno de las transiciones. Esto es costoso, por una parte, en el diseno y, por otra parte, en la fabricacion en la programacion.

El estado mas proximo de la tecnica esta formado por el documento DE 23 20 726 A1, que muestra un disco de rueda comparable para un vehnculo ferroviario con un cubo de rueda circundante alrededor de un eje de giro. Entre la nervadura y la corona de rueda esta configurada en este caso sobre un lado en cada plano de corte radial la curva de transicion a traves de una funcion, de manera que esta funcion pasa tangencialmente tanto en el contorno de la nervadura como tambien del cubo de la rueda o de la corona de la rueda.

Ademas, se remite al estado de la tecnica el documento WO 03/064 182 A1 asf como al documento US 2013/026723 A1.

El cometido de la presente invencion consiste ahora en indicar un disco de rueda para un vetnculo ferroviario, que posibilita una resistencia todavfa mejor y que, ademas, se puede disenar y fabricada sencillo y eficiente. Segun la invencion, este cometido se soluciona por medio de un disco de rueda con las caractensticas de la parte de caracterizacion de la reivindicacion 1 de la patente. Las configuraciones ventajosas se deducen a partir de las restantes reivindicaciones dependientes de ellas.

En el disco de rueda segun la invencion para un vehnculo ferroviario esta previsto que al menos una de las curvas de transicion entre la nervadura y el cubo de la rueda y/o entre la nervadura y la corona de la rueda este configurada sobre al menos un lado axial en casa uno de sus planos de corte radiales de tal manera que se cumplan las tres condiciones siguientes. La curva de transicion se configura, en principio, a traves de una curva de Bezier. Tal curva de Bezier es sencilla, eficiente y posibilita una transicion muy uniforme con alta resistencia y muy buena distribucion de la tension en toda la zona de a transicion. Esta curva de Bezier pasa en uno de sus extremos tangencialmente al contorno de la nervadura. Ademas, la curva de Bezier pasa en su otro extremo tangencialmente al contorno del cubo de la rueda y/o de la corona dentada, segun cual de las curvas de transicion se configure. A traves de esta conexion tangencial de la curva de Bezier en el contorno o bien del cubo de la rueda y/o de la corona de la rueda resulta una estructura, que esta disenada muy sencilla y eficiente y se puede programar para la fabricacion. Posibilita con un empleo mmimo de material a traves de la homogeneizacion de la distribucion de la tension una resistencia muy alta del disco de la rueda.

Un desarrollo ventajoso del disco de la rueda segun la invencion preve en este caso que le curva de Bezier este configurada como curva de Bezier de segundo o tercer grado. Una curva de Bezier cuadrada o cubica de este tipo tiene en este caso la ventaja de que solamente se necesitan tres o cuatro puntos de apoyo (puntos principales y puntos de control) y, por lo tanto, es especialmente sencilla y eficiente en el calculo. A traves de un grado mas elevado de la curva de Bezier no se mejoran o solo de forma no esencial los resultados con respecto a la capacidad

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de carga mecanica, de manera que una curva de Bezier cuadrada o cubica con el gasto de calculo correspondiente reducido para el disco de rueda segun la invencion es especialmente ventajosa.

De acuerdo con una configuracion especialmente ventajosa del disco de rueda segun la invencion, puede estar previsto, ademas, que la curva de Bezier presente dos puntos principales y uno o dos puntos de control, donde los puntos principales se encuentran en una zona, en la que la curva de Bezier pasa tangencial al contorno de la nervadura y del cubo de la rueda o de la corona de la rueda, y donde los dos puntos de control se encuentran sobre dos tangentes en los puntos principales en las transiciones tangenciales. En esta configuracion especialmente favorable de la curva de transicion segun la invencion en forma de una curva de Bezier se trata, por lo tanto, de una curva de Bezier cubica con cuatro puntos de apoyo. Los dos puntos principales se encuentran en este caso exactamente en los puntos, en los que termina el contorno de conexion y comienza la curva de Bezier o bien termina la curva de Bezier y comienza el contorno de conexion. Los dos puntos de control se encuentran entonces sobre tangentes, que prolongan las transiciones tangenciales de manera correspondiente a los dos puntos principales. Con preferencia, los puntos de control se encuentran en este caso entre los puntos principales y el punto de corte que aparece siempre tipicamente de las dos tangentes. Con gasto de calculo mmimo se puede conseguir asf un disco de rueda con una transicion muy estable entre la nervadura y el cubo de la rueda o bien la nervadura y la corona de la rueda.

En otra configuracion muy favorable de la misma, esta previsto ahora, ademas, que los dos puntos de control sobre las tangentes coincidan en un punto de corte de las tangentes con respecto a un punto de control. A traves de la seleccion directa de los dos puntos de control, de manera que estos configuran un punto de control comun. que esta exactamente sobre el punto de corte de las tangentes, se simplifica adicionalmente el gasto de calculo, con lo que el diseno, la programacion y la fabricacion son de nuevo mas eficientes.

En otra configuracion muy favorable del disco de rueda, esta previsto, ademas, que el contorno del cubo de la rueda presente a continuacion de la curva de Bezier un contorno de conexion en forma de una recta, que se extiende en un angulo diferente de cero, en particular un angulo de mas de 5°, con respecto a la direccion axial. El disco de la rueda puede estar configurado tambien de tal manera que el cubo de la rueda y la corona de la rueda no se superponen en el centro, sino que estan unidos entre sf por una nervadura que se extiende inclinada, que es similar en su forma general a la envolvente de un tronco de piramide. Esto puede tener una importancia decisiva con respecto a las fuerzas introducidas y/o el espacio de construccion para eventuales piezas de montaje que deben fijarse en la nervadura.

En un desarrollo ventajoso del disco de rueda segun la invencion, puede estar previsto, ademas, que el contorno de la nervadura presenta a continuacion de la curva de Bezier un contorno de conexion en forma de arco. Tal arco, que pasa tangencialmente a la curva de Bezier, aparece especialmente en nervaduras curvadas, es decir, en nervaduras que se extienden en forma de S o en forma de C en la seccion radial. En cambio, en una configuracion alternativa de ella, esta previsto que el contorno de la nervadura presenta a continuacion de la curva de Bezier un contorno exterior en forma de una recta.

En una configuracion favorable, la nervadura se estrecha en la direccion de la corona de la rueda. Independientemente de la configuracion exacta de la nervadura, por ejemplo sobre contornos exteriores que se extienden rectos o en forma de arco, la nervadura se puede estrechar en la direccion desde el cubo de la rueda hacia la corona de la rueda un angulo de este estrechamiento frente al eje medio de la nervadura puede ser en este caso con preferencia mayor que 0,5°. En general, tendra menos de 20°, con preferencia menos de 15°. Un angulo seleccionado adecuado en esta zona posibilita de esta manera una transicion tangencial muy armonica desde a curva de Bezier hasta el contorno de la nervadura y de este modo reduce los picos de tension en la zona de la nervadura, de manera que se puede elevar adicionalmente la resistencia con un empleo mmimo de material.

En un desarrollo muy ventajoso de ella, independientemente de si el contorno de conexion esta configurado como recta o como arco, esta previsto que la curva de Bezier este configurada de tal forma que la transicion tangencial se termine antes de que en al menos una de las secciones radiales una zona de conexion este dispuesta para un elemento de alojamiento y/o elemento de montaje en la nervadura. La curva de Bezier como curva de transicion al contorno de conexion de la nervadura esta seleccionada en su dilatacion radial de tal manera que esta se termina en cualquier caso antes de que esten previstos elementos de montaje y/o elementos de alojamiento, por ejemplo elementos de alojamiento para un disco de freno u otros elementos que se conectan en el disco de la rueda. Esto garantiza que tales elementos de montaje y/o elementos de alojamiento, que perturbanan el desarrollo de la curva de Bezier imaginaria, no aparezcan en su zona. La curva de Bezier se adapta, por lo tanto, en su dilatacion radial de tal forma que la transicion armonica creada a traves de la curva de Bezier con propiedades optimas de resistencia no se interrumpe por tales "puntos de interferencia". Esto garantiza la resistencia optima. Aparte de ello, puede estar previsto que en la zona de base de la nervadura, en el material del cubo de la rueda este previsto un talado de expulsion de aceite o un taladro lubricante para la lubricacion del cubo de la rueda sobre un eje. Tal taladro no debe entenderse en este caso como punto perturbador en el sentido de la invencion presentada aqrn.

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Otras configuraciones ventajosas del disco de rueda segun la invencion resultan a partir del ejemplo de realizacion que se describe en detalle a continuacion con referencia a las figuras. En este caso:

La figura 1 muestra una vista lateral de un disco de rueda.

La figura 2 muestra una seccion radial a traves de una mitad de un disco de rueda.

La figura 3 muestra varias configuraciones posibles del disco de rueda en representaciones esquematicas similares a la representacion en la figura 2; y

La figura 4 muestra una configuracion segun la invencion de la transicion entre el cubo de la rueda y la nervadura.

En la representacion de la figura 1 se puede reconocer de manera puramente ejemplar una vista lateral de un disco de rueda 1. Tal disco de rueda 1 se utiliza como rueda para veldculos ferroviarios. La estructura se representa en detalle a partir de la seccion designada con II-II en la figura 1, que se puede reconocer en la figura 2. La estructura representada de la figura 2 debe entenderse de forma puramente esquematica para la ilustracion de los elementos del disco de rueda. La estructura segun la invencion se explica todavfa mas adelante con la ayuda de la figura 4. En la seccion radial de la figura 2 se puede reconocer que el disco de rueda 1 esta constituido por un cubo de rueda 3 que rodea el eje de giro 2. Este cubo de rueda 3 se conecta a traves de un componente en forma de disco, que se designa como nervadura 4, con una corona de rueda 5, que rueda sobre los carriles cuando se emplea el disco de rueda 1. Esta estructura, como se representa en la figura 2, se conoce en general y es habitual. En la representacion en la figura 2 se trata de una estructura con una llamada nervadura recta 4, que se extiende perpendicularmente al eje de giro 2 en direccion radial.

En lugar de tal nervadura recta 4 se pueden prever tambien otras construcciones. Estas se indican de forma esquematica en la figura 3. En la figura 3a) se puede reconocer en este caso una nervadura 4 que se extiende inclinada, cuyo eje medio M esta configurado en un angulo a frente a la direccion radial R. El angulo a puede ser en este caso con preferencia mayor de 5°. En la representacion de la figura 3b) se puede reconocer una nervadura 4 curvada en forma de C en la seccion radial, en la figura 3c una nervadura 4 en forma de S. La configuracion de la nervadura 4 en forma de C o bien en forma de S se compone de manera correspondiente de un arco continuo o bien de dos o mas arcos opuestos.

En discos de ruedas 1 son especialmente cnticas las curvas de transicion 6 entre el cubo de la rueda 3 y la nervadura 4 o bien la nervadura 4 y la corona de la rueda 5. Por lo tanto, esta previsto que al menos una de estas curvas de transicion designadas con 6 en la representacion de la figura 2 este configurada de la manera descrita a continuacion en la figura 4 en el ejemplo de juna transicion entre el cubo de la rueda 3 y la nervadura recta 4. La curva de transicion 6 esta configurada en este caso de tal forma que termina en la direccion radial R, perpendicular al eje de giro 2 o bien a la direccion axial A, respectivamente, antes de que comience la zona de conexion 7 representada espesada en la representacion de la figura 2, que esta prevista para el alojamiento de elementos de montaje o elementos de alojamiento para elementos de montaje. Por ejemplo, esto se indica en la representacion de la figura 2 por un taladro 8, que sirve para el alojamiento de elementos de montaje. Estos pueden ser, por ejemplo, discos de freno, aisladores acusticos de la rueda o similares.

Las curvas de transicion 6 o al menos una de las curvas de transicion 6 representadas en la figura 2 del disco de rueda 1 son como se indica ahora, como se explica a continuacion en un ejemplo de realizacion preferido. Esto se puede reconocer en la representacion esquematica de la figura 4. Las secciones individuales no se representan en este caso a escala. La representacion de la figura 4 debe entenderse esquematica y sirve para facilitar la descripcion del contorno. La curva de transicion 6 se configura en este caso por una curva de Bezier designada con B en la representacion de la figura 4.

En principio e independientemente de una forma de realizacion espedfica representada en la figura 4, la curva de Bezier se puede representan matematicamente como sigue por medio del polinomio de Bernstein:

imagen1

En este caso, Pi son los vectores de direccion hacia los puntos de apoyo (puntos principales y puntos de control)

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imagen2

fPo*^

ro fP^

P0y

Pl = Piy P2 = P2y P3 = P3y

L 0 J

Para curvas de Bezier cubicas se aplica, por ejemplo:

i(3')

*(*) = £ • t; -{l-tf1 ■Pl+3t2(\-t)-P2+ti -P,

i=*V)

imagen3

Con la introduccion de los factores vectoriales se aplica:

D = —Pq + 3 • P^ — 3 • P2 + P3 C = 3P0-6P1+3P2 B = -3 • P0 + 3 • F\

A = P0

De esta manera resulta para la forma de los parametros de la curva de Bezier B:

imagen4

Si se calculan todos los puntos X para t e [0;1], entonces resulta la curva de Bezier B entre P0 y P3 con los puntos de control Pi y P2.

Los puntos principales P0 y P3 de la curva de Bezier B se encuentran en este caso en la transicion de una recta 9, que esta configurada inclinada en un angulo p frente a la direccion radial R, la curva de Bezier B. El otro punto principal P3 se encuentra en la transicion de la curva de Bezier B a otra recta 10, que forma parte, en el ejemplo de realizacion representado en la figura 4, del cubo de la rueda 3 y que esta configurada inclinada en un angulo y con respecto a la direccion axial A. El cubo de la rueda 3 se estrecha, por lo tanto, en el ejemplo de realizacion representado en la figura 4 partiendo de la nervadura 4 en la direccion de su extremo axial. De la misma manera, la nervadura 4 se estrecha partiendo desde el cubo de la rueda 3 en la direccion de la corona de la rueda 5 no representada aqrn. Los angulos p, y son en este caso tipicamente inferiores a 20°, el angulo p en la zona de la nervadura 4 que se estrecha esta tipicamente entre 1,5 - 2°, el angulo y esta en el orden de magnitud entre 5 y 15°.

Las transiciones entre la curva de Bezier B y las rectas 9 y 10, que en otra configuracion pueden estar realizadas, dado el caso, tambien como arco, se realizan en este caso tangencialmente en los puntos principales P0, P3 respectivos. Las tangentes t1, t2 en los puntos P0, P3 se representan con puntos en la representacion de la figura 4. Por ejemplo, en una configuracion cubica de la curva de Bezier B ahora, respectivamente, uno de los puntos de control P1, P2 se encuentran en la tangente t1, t2 respectiva y de esta manera se pueden desplazar de manera correspondiente para la configuracion de la curva de Bezier B. En el ejemplo de realizacion especialmente favorable representado aqrn, los dos puntos de control Pi, P2 coinciden y ambos se encuentran sobre un punto de corte S entre las dos tangentes t1, t2. Este punto de corte S configura, por lo tanto, al mismo tiempo ambos puntos de control Pi, P2. Por lo tanto, tenemos aqrn el caso especial de una curva de Bezier cuadrada B, que presenta su tercer punto de control Pi = P2 exactamente en el punto de corte S de las dos tangentes ti, t2. Esto es especialmente sencillo y eficiente en el calculo y, por consiguiente, en la programacion de las maquinas necesarias para la fabricacion. El disco de rueda 1 configurado de esta manera se puede fabricar, por lo tanto, especialmente sencillo y eficiente en la zona de su curva de transicion 6.

En general, la estructura permite a traves de una armonizacion de las distribuciones de la tension una resistencia muy alta con un gasto mrnimo de material y sin que sean necesarios procedimientos costosos como por ejemplo una

consolidacion del material en la zona de la transicion. Independientemente de ello, adicionalmente la resistencia a traves de tales procedimientos para la consolidacion procedimientos pueden estar configurados en este caso tanto mecanicamente (chorro de como tambien segun la tecnica del material / qmmicamente (cementacion, nitracion, etc.).

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se puede incrementar de la superficie. Los bolas, laminacion, etc.)

Claims (9)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Disco de rueda (1) para un vetuculo ferroviario con

   1.1 un cubo de rueda (3) que rodea el eje de giro (2);

   1.2 una corona de rueda (5); y

   1.3 una nervadura (4) que conecta el cubo de la rueda (3) con la corona de la rueda (5), caracterizado por que

   1.4 una curva de transicion (6) entre la nervadura (4) y el cubo de la rueda (3) y/o una curva de transicion (6) entre la nervadura (4) y la corona de la rueda (5) estan configuradas sobre al menos un lado axial en cada plano de corte radial, de manera que

   1.5 la o bien cada curva de transicion (6) esta configurada como una curva de Bezier (B),

   1.6 la curva de Bezier (B) pasa tangencialmente al contorno de la nervadura (4); y

   1.7 la curva de Bezier (B) pasa tangencialmente al contorno del cubo de la rueda (3) o de la corona de la rueda (5).
2. 2. - Disco de la rueda (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la curva de Bezier (B) esta configurada como curva de Bezier (B) de segundo o tercer grado.
3. 3. - Disco de la rueda (1) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la curva de Bezier (B) presenta dos

   puntos principales (Po, P3) y uno o dos puntos de control (P1, P2), en el que los puntos principales (Po, P3) se

   encuentran en la zona, en la que la curva de Bezier (B) pasa tangencialmente al contorno de la nervadura (4) y del cubo de la rueda (3) o de la corona de la rueda (5), y en el que los puntos de control (P1, P2) se encuentran sobre dos tangentes (t-i, t2) a los puntos principales (Po, P3) en las transiciones tangenciales.
4. 4. - Disco de la rueda (1) segun la reivindicacion 3, caracterizado por que los dos puntos de control (P1, P2) coinciden sobre las tangentes (t1, t2) en un punto de corte (S) de las tangentes (t1, t2) a un punto de control (P1 = P2).
5. 5. - Disco de rueda (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el contorno del cubo de la rueda (3) presenta a continuacion de la curva de Bezier (B) un contorno de conexion en forma de una recta (10), que se extiende en un angulo diferente de cero, en particular un angulo (y) mayor de 5°, con respecto a la direccion axial (A).
6. 6. - Disco de rueda (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el contorno de la nervadura (4) presenta a continuacion de la curva de Bezier (B) un contorno de conexion en forma de un arco.
7. 7. - Disco de rueda (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el contorno de la nervadura (4) presenta a continuacion de la curva de Bezier (B) un contorno de conexion en forma de una recta (9).
8. 8. - Disco de rueda (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la nervadura (4) se estrecha en direccion desde el cubo de la rueda (3) hacia la corona de la rueda (3).
9. 9. - Disco de rueda (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la curva de Bezier (B) esta configurada de tal manera que la transicion tangencial hacia el contorno de conexion se termina antes de que en al menos una de las secciones radiales una zona de conexion (7) este dispuesta para un elemento de alojamiento y/o elemento de montaje en la nervadura (4).