ES2824102A1 - Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril - Google Patents

Abstract

Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril. Absorbedor de sonido para una rueda de ferrocarril, que comprende una carcasa (2) a la cual están anclados uno o varios paneles microperforados (1) o MPPs, de tal manera que el plénum de aire entre las caras internas de la carcasa y de cada uno de los MPPs se escoge de modo que se alcancen las frecuencias y los coeficientes de absorción deseados. La carcasa (2) está fijada a la rueda (8), preferiblemente en la cara opuesta a la pestaña (es decir, entre la rueda y el observador), a través de un anillo (5) acoplado al cubo de la rueda por medio de apriete o unión roscada (6-7) o adhesivo o todos estos métodos juntos.

Description

DESCRIPCIÓN

Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril

Sector de la técnica

El ruido ferroviario es, aún hoy, uno de los efectos colaterales más molestos del tráfico ferroviario. Por un lado, es un hecho reconocido que el transporte por ferrocarril de personas y bienes materiales es un medio de transporte particularmente sostenible, comparado con el transporte aéreo o por carretera. En particular, la huella de carbono del transporte por ferrocarril es sustancialmente menor que la de los otros dos medios de transporte citados. Sin embargo, diversos factores impiden que el transporte ferroviario alcance una mayor utilización. En particular, el ruido ferroviario originado por los vagones de mercancías es visto como uno de los impedimentos cruciales para el deseado aumento del transporte de bienes materiales por ferrocarril. La presente invención trata de solucionar de modo efectivo este problema, usando un nuevo enfoque, nunca antes usado para ruedas de ferrocarril.

Antecedentes de la invención

La principal fuente de ruido de un vehículo ferroviario entre aproximadamente 60 km/h y 200 km/h es el ruido debido a la rodadura, en el contacto rueda-carril. En algunos casos particulares de marcha en curva, el ruido debido a la rodadura puede ser solapado por un chirrido aún más desagradable.

Hasta ahora, la inmensa mayoría de los absorbedores de sonido actualmente en uso, han tratado de reducir las emisiones por medio de la disipación de energía vibratoria, bien por pura fricción (véase, por ejemplo, la patente DE19542342) o por medio de cualquier tipo de materiales disipadores, comúnmente goma (véanse las patentes TN2009000009 o US2016297238). Una minoría de absorbedores de sonido tratan de actuar sencillamente como una barrera entre la rueda y el observador (por ejemplo, DE2722249 o DE2558676) aunque este concepto está hoy día prácticamente fuera de uso. En algunos casos, las barreras acústicas están directamente acopladas a la rueda y sintonizadas, también haciendo uso de la disipación de energía vibratoria (véase DE10161006). Este último tipo de absorbedores presenta la desventaja de que no permiten la inspección visual de la rueda durante las operaciones de mantenimiento ligero, de modo que tienden a ser evitados. La reducción usual del nivel de ruido de la mayor parte de los absorbedores es de unos 3 dB, con valores máximos de 6 dB. Muchos de ellos ni siquiera alcanzan este límite en condiciones normales. Otro inconveniente de algunos de los absorbedores referidos es el hecho de que trabajan de modo efectivo solo para ruido debido a la rodadura o solo para chirrido en curva, pero de modo habitual no pueden ser efectivos frente a ambos modos de emisión al mismo tiempo. Desventajas adicionales, en particular de los absorbedores de altas prestaciones, son el aumento de peso y la pérdida de eficiencia con el cambio de frecuencia debido al desgaste de la llanta de la rueda.

Se puede mencionar como un inconveniente muy particular de la práctica totalidad de los absorbedores de sonido el hecho de que no se pueden utilizar en ruedas frenadas en la llanta, las cuales son con frecuencia (aunque no solo) usadas en mercancías, debido a las altas temperaturas. Es conocido que estas ruedas son las más ruidosas, debido al diseño habitualmente curvo de su velo (e independientemente de si son frenadas con zapatas LL o K, las cuales pueden reducir las emisiones de ruido en unos 8 dB respecto de las antiguas zapatas de fundición).

A este respecto, se debe hacer notar que existen absorbedores multicapa para ruedas de mercancías, en los que el material especial de la capa elástica puede soportar altas temperaturas. Por otro lado, tal material de altas prestaciones encarece de modo obvio todo el absorbedor, de modo que el precio impide que este sistema sea ampliamente implementado en ruedas de ferrocarril.

Explicación de la invención

En vista de todo lo dicho, la invención propone un tipo de absorbedor de sonido que aplique las ventajas técnicas de los paneles microperforados (o MPPs) a la reducción del ruido generado en el contacto rueda-carril. La aplicación de MPPs al campo de los absorbedores de sonido para ruedas de ferrocarril puede evitar al mismo tiempo todas las desventajas mencionadas anteriormente, ya que su principio de funcionamiento es puramente acústico. Una reducción eficiente del ruido en todos los rangos de frecuencias relevantes puede ser alcanzada con dispositivos extraordinariamente ligeros y baratos.

Estos y otros objetivos y ventajas son conseguidos de acuerdo con la invención de un absorbedor de sonido para una rueda de ferrocarril, que comprende una carcasa a la cual están anclados uno o varios MPPs, de tal manera que el plénum de aire entre las caras internas de la carcasa y de cada uno de los MPPs se escoge de modo que se alcancen las frecuencias y los coeficientes de absorción deseados. La carcasa está fijada a la rueda, preferiblemente en la cara opuesta a la pestaña (es decir, entre la rueda y el observador), a través de un anillo acoplado al cubo de la rueda por medio de apriete o unión roscada o adhesivo o todos estos métodos juntos.

Los paneles microperforados o MPPs representan el principio de funcionamiento fundamental de esta invención, así como la principal diferencia con todos los demás dispositivos de mitigación del ruido usados hasta ahora en ruedas de ferrocarril. El diseño y cálculo de MPPs es estado de la técnica y por tanto no constituye el objeto de la presente patente, la cual se centra en una aplicación de estos principios generales al caso particular de una rueda de ferrocarril.

Existen cuatro parámetros de diseño de un MPP, a saber: 1) El espesor del MPP, 2) el diámetro de los agujeros, 3) la distancia entre los centros de los mismos, 4) el plénum de aire.

En el caso presente, se desea absorber ruido en el intervalo de frecuencias entre aproximadamente 1 kHz y 5 kHz, con altos coeficientes de absorción. Por debajo de 1 kHz, la contribución fundamental a la emisión de ruido está relacionada con la vibración del raíl, no de la rueda, y por encima de 5 kHz la emisión de ruido generada en el contacto ruedacarril se vuelve despreciable. Para este intervalo de frecuencias, los rangos de los diversos parámetros son los siguientes.

El espesor t del MPP deberá ser de entre 0.6 mm y 1.6 mm. Los espesores preferentes se encuentran entre 0.8 mm y 1.2 mm.

El diámetro D^h de los agujeros será preferiblemente igual al espesor del MPP, aunque, por razones diversas, se puede decidir escogerlos diversos. En cualquier caso, también los diámetros de los agujeros se deberán encontrar entre 0.6 mm y 1.6 mm, y los diámetros preferentes se encuentran entre 0.8 mm y 1.2 mm.

La distancia d entre los centros de los agujeros se deberá encontrar entre 2 mm y 14 mm, preferiblemente entre 3.5 mm y 10.5 mm.

El ángulo entre líneas concurrentes que pasan por los centros de agujeros adyacentes será preferiblemente de 60°, aunque otros ángulos (por ejemplo 45° y 90°) son posibles.

El plénum de aire se define como la distancia entre las caras internas de los MPPs y la carcasa. Para el correcto funcionamiento de la invención, estas caras deben ser paralelas o prácticamente paralelas. El plénum de aire definido así deberá se deberá encontrar entre los 3 mm y los 9 mm para esta invención, preferiblemente entre los 5 mm y los 7 mm.

El MPP está acoplado a la carcasa por medio de una unión roscada o un cierre de forma. La junta entre ambas piezas se puede sellar por medio de silicona o algún tipo de adhesivo. Si es técnicamente posible y económicamente conveniente, el MPP y la carcasa pueden estar hechos de en una misma pieza.

Al contrario que en el caso de absorbedores basados en la amortiguación de energía, que han de ser montados sobre la llanta o el velo de la rueda para vibrar junto con dicha llanta o velo para amortiguar sus vibraciones, en el caso de absorbedores basados en MPPs no es necesario que el montaje se haga sobre el velo o la llanta, de modo que es posible hacerlo sobre el cubo.

La fijación del sistema sobre el cubo tiene múltiples ventajas. La primera: el cubo muestra una menor utilización dinámica, de tal modo que le riesgo de propagación de fisuras desde taladros o ranuras mecanizados en el cubo de la rueda para la fijación de la invención es mucho menor que en el caso de que tales taladros o ranuras sean mecanizados en la llanta o el velo, como de hecho lo son habitualmente para los absorbedores de sonido comunes. La segunda: en el caso de ruedas frenadas en la llanta, la fijación al cubo tendrá, además de la primera ventaja mencionada (mucho más importante para este tipo de ruedas), la ventaja adicional de que la transferencia de calor al absorbedor puede ser evitada en gran medida, evitando así el uso de caros materiales resistentes a las altas temperaturas.

En particular, la carcasa será fijada, por medio de uniones roscadas u otros medios, a un anillo que será acoplado a la rueda. Dependiendo del material y del espesor del anillo, y ya que la invención no está pensada para resistir otras cargas mecánicas que las provenientes de la fuerza centrífuga, eventualmente la fijación se puede hacer simplemente a través de un apriete entre el anillo y el cubo. En los casos en los que este tipo de fijación no sea suficiente para resistir las cargas mecánicas, será necesario usar adicionalmente uniones roscadas, o adhesivas, o ambas dos, por ejemplo mediante un anillo atornillado al cubo. En los casos y para los materiales para los que sea recomendable o rentable hacerlo así, el anillo y la carcasa pueden ser hechos de una sola pieza. En dicho caso, todo lo dicho respecto de la fijación al cubo permanece inalterado.

La selección de materiales para el MPP, la carcasa y (en el caso de que no esté integrado en esta última) el anillo, no tiene otras restricciones que las de que las cargas mecánicas y térmicas sean soportadas, además del precio y la masa.

Así, en el caso de que la invención sea usada en ruedas que no son frenadas en la llanta, es preferible el uso de materiales plásticos transparentes, con el objeto de obtener una reducción efectiva de precio y masa, así como por razón de la transparencia, una propiedad que permitiría la inspección visual de la rueda.

En el caso de que la invención se use en ruedas frenadas en la llanta, se preferirán materiales metálicos, como acero o aluminio (o sus aleaciones), por razón de las altas temperaturas.

En el caso de que se escojan materiales plásticos, como queda dicho, se podrían utilizar materiales transparentes. Esto permitiría la inspección visual del velo de la rueda sin la necesidad de desmontar el absorbedor de sonido. De este modo, la carcasa y el MPP podrían diseñarse como disco continuo que abarca un ángulo de 360°.

En el caso de que se usen materiales opacos, la carcasa y los MPPs se dispondrán en sectores, entre los cuales haya suficiente espacio como para permitir la inspección visual de la rueda.

Tanto el panel microperforado como la carcasa están divididos en varios sectores, cada uno de los cuales abarca un ángulo de entre 22.5° y 120°, y están homogéneamente espaciados, de tal modo que se permite la inspección visual de la rueda, o sin espacio alguno entre ellos, en caso de que se usen materiales transparentes tanto para el panel microperforado como para la carcasa.

En cualquier caso, el diámetro límite exterior D^a de los absorbedores estará comprendido entre 0.5 y 0.92 D^wn veces el diámetro nominal de la rueda, preferiblemente entre 0.7 y 0.9 veces D^wn. Bajo ningún concepto Da será mayor que el diámetro de la rueda al límite de desgaste, D^wn. En otras palabras, el absorbedor nunca debe cubrir la ranura de reperfilado de la rueda.

Para evitar la interferencia entre el absorbedor y el velo de la rueda u otros elementos, el absorbedor debe ser montado preferiblemente de tal modo que se asegure una distancia de 10 mm entre el absorbedor y el velo. Si el diámetro exterior Da del absorbedor es mayor que el diámetro interior de la llanta, la misma distancia mínima de 10 mm se debe garantizar entre la cara externa de la llanta y la interna del absorbedor.

Con el objeto de cubrir del modo más eficiente posible un amplio rango de frecuencias, varios MPPs con distintos parámetros pueden ser unidos a la carcasa en un mismo sector.

Por razones de simplicidad, sin embargo, puede ser deseable que solo un MPP sea acoplado a la carcasa en cada sector, siendo esta la configuración más sencilla posible. En este caso, los paneles unidos a diferentes sectores deben también tener parámetros diferentes, de modo que el intervalo de frecuencias abarcado sea los más amplio posible.

Se recomienda una configuración con varios MPPs para el caso en el que la carcasa y los MPPs se configuren según la forma referida de disco continuo.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Fig. 1 muestra un panel y tres de los parámetros que determinan su diseño, a saber, el espesor t, el diámetro de agujero D^h y la distancia entre los centros de los agujeros d.

En la Fig. 2 se define el plénum de aire entre el MPP y la carcasa.

La Fig. 3 muestra el modo en el que un MPP se une a la carcasa por medio de una unión roscada constituida de un tornillo y una tuerca.

La Fig. 4 muestra el modo en que un MPP se une a la carcasa por medio de una unión con cierre de forma.

La Fig. 5 muestra el MPP unido a la carcasa por medio de una unión roscada y la carcasa unida al anillo de fijación por medio de una unión roscada.

La Fig. 6 muestra un detalle del anillo de fijación acoplado al cubo de la rueda por medio de una unión roscada.

La Fig. 7 muestra el diseño según el cual el MPP y la carcasa están hechos de una sola pieza y configurados como un disco continuo, que es posible para materiales transparentes que permitan la inspección visual del velo de la rueda.

La Fig. 8 muestra el diseño según el cual tanto el MPP como la carcasa están constituidos como un grupo de distintos sectores.

La Fig. 9 muestra el diámetro exterior del absorbedor en comparación con la rueda, así como la mínima distancia entre el absorbedor y la llanta o el velo de la rueda.

La Fig. 10 muestra una sección transversal de la configuración según la cual varios MPPs con distintos parámetros están unidos a la misma carcasa, que está unida por medio de unión roscada al anillo de fijación.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras reseñadas, y en relación concretamente con la figura 1, puede observarse cómo el absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril está constituido a partir de un panel microperforado (1), en el que los parámetros correspondientes al espesor (t), al diámetro de agujero (D^h) y la distancia entre los centros de los agujeros (d), son los que determinan el diseño del propio panel.

En la figura 2 puede verse el panel microperforado (1) y la correspondiente carcasa (2), definiéndose un plénum de aire (GAP), entre dicha carcasa (2) y el panel microperforado (1). En la figura 3 se muestra la unión mecánica, mediante tornillo (3) y tuerca (4) entre la carcasa (2) y el panel microperforado (1), mientras que en la figura 4 se muestra como la unión entre dicho panel microperforado (1) y carcasa (2) se realiza por una unión por cierre de forma.

En la figura 5 se muestra el panel microperforado (1) unido a la carcasa (2) por medio de una unión roscada formada por el tornillo (3) y la tuerca (4) como se decía anteriormente, estando la carcasa (2) unida al anillo de fijación (5) por medio de otra unión roscada constituida en este caso por un tornillo (6) y una tuerca (7), de tal modo que el anillo de fijación (5) está acoplado al cubo de la rueda (8) por medio de apriete.

En la figura 6 se muestra un detalle del anillo de fijación (5) referido anteriormente, acoplado al cubo de la rueda (8) por medio de una unión mecánica constituida por tornillos (9).

Por su parte, en la figura 7 se muestra el diseño según el cual el panel microperforado (1) y la carcasa (2) están hechos de una sola pieza y configurados como un disco continuo, pudiendo ser de materiales transparentes para permitir la inspección visual del velo de la rueda (8).

En la figura 8, se muestra el diseño según el cual tanto el panel microperforado como la carcasa están formados por N distintos sectores (1A, 1B...1N) y (2A, 2B...2N).

En la figura 9, se deja ver una vista en sección en la que puede observarse el diámetro exterior del absorbedor (D^a), en comparación con la rueda (8), así como la mínima distancia entre dicho absorbedor y la llanta o velo de dicha rueda (8).

En cualquier caso, dicho diámetro exterior del absorbedor (D^a) del absorbedor o absorbedores estará comprendido entre 0,5 y 0,92 veces el diámetro nominal de la rueda Dwn, preferentemente entre 0,7 y 0,9 veces D^wn de manera que bajo ningún concepto dicho diámetro exterior (D^a) será mayor que el diámetro de la rueda al límite del desgaste D^wn, es decir que el absorbedor nunca debe cubrir la ranura de reperfilado de la rueda.

Por último, en la figura 10 se muestra una sección transversal de la configuración según la cual varios paneles microperforados, (1.1, 1.2, y 1.3), con distintos parámetros, están unidos a la misma carcasa (2), la cual está a su vez unida al anillo de fijación (5) por medios mecánicos, mediante un tornillo (6) y tuerca (7).

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, caracterizado por que comprende al menos un panel microperforado (1), una carcasa (2) para la sujeción del panel o paneles microperforados y un anillo (5) para la fijación de la carcasa a la rueda (8), habiéndose previsto que el anillo y la carcasa, o la carcasa y el panel microperforado, o las tres partes sean susceptibles de estar fabricadas de una sola pieza.

2. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 1a, caracterizado por que los paneles microperforados (1) incluyen orificios o agujeros cuyo diámetro (D^h) está comprendido entre 0.6 mm y 1.6 mm.

3. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 2a, caracterizado por que el espesor (t) del panel microperforado (1) está comprendido entre 0.6 mm y 1.6 mm, y es preferiblemente igual que el diámetro de los agujeros (D^h) del panel microperforado.

4. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 3a, caracterizado por que la longitud (d) de una línea que una los centros de dos agujeros adyacentes está comprendida entre 2 mm y 14 mm.

5. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 4a, caracterizado por que el plénum de aire (GAP) definido como la distancia entre la cara interna del panel microperforado (1) y la cara interna de la carcasa (2) está comprendido entre 3 mm y 9 mm.

6. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 5a, caracterizado por que las líneas que unen los centros de tres agujeros adyacentes (d) conforman un ángulo de 60°, 45° o 90°.

7. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 6a, caracterizado por que tanto el panel mircoperforado como el absorbedor consisten en un solo disco continuo que abarca un ángulo de 360°.

8. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 6a, caracterizado por que tanto el panel microperforado como la carcasa están divididos en varios sectores (1A, 1B...1N) y (2A, 2B...2N), cada uno de los cuales abarca un ángulo de entre 22.5° y 120°, y que están homogéneamente espaciados, de tal modo que se permite la inspección visual de la rueda.

9. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 6a, caracterizado por que tanto el panel microperforado como la carcasa están divididos en varios sectores, de naturaleza transparente, dispuestos sin espacios entre ellos.

10. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 7a a 9a, caracterizado por que solo un panel microperforado está acoplado a cada sector de carcasa.

11. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 7a a 9a, caracterizado por que dos o más paneles microperforados están unidos a cada sector de carcasa.

12. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 10a, caracterizado por que el sector de panel microperforado acoplado a cada sector de carcasa tiene el mismo diámetro de agujeros, distancia entre centros de agujeros, y espesor del panel que los otros sectores de paneles microperforados.

13. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 10a, caracterizado por que el sector de panel microperforado acoplado a cada sector de carcasa tiene distinto diámetro de agujeros y / o distinta distancia entre centros de agujeros y / o distinto espesor del panel que los otros sectores de paneles microperforados.

14. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 11a, caracterizado por que cada sector de panel microperforado acoplado a un mismo sector de carcasa tiene distinto diámetro de agujeros y / o distinta distancia entre centros de agujeros y / o distinto espesor del panel que los otros sectores de paneles microperforados unidos al mismo sector de carcasa.

15. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 12a o 13a, caracterizado por que el sector de panel microperforado está acoplado al sector de carcasa por medio de una unión roscada, o por medio de una unión con cierre de forma, pudiendo incluir algún tipo de adhesivo para el sellado entre ambas partes.

16. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según reivindicación 14a, caracterizado por que los sectores de paneles microperforados están unidos al sector de carcasa por medio de una unión roscada, o por medio de una unión con cierre de forma, pudiendo incluir algún tipo de adhesivo para el sellado entre las distintas partes.

17. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 15a o 16a, caracterizado por que la carcasa está unida al anillo de fijación por medio de una unión roscada.

18. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 15a o 16a, caracterizado por que la carcasa y el anillo de fijación están hechos de la misma pieza.

19. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 17a o 18a, caracterizado por que el anillo de fijación está unido al cubo por medio de apriete y / o por medio de unión roscada, pudiendo incluir algún tipo de adhesivo para el sellado entre ambas partes.

20. Absorbedor de sonido para ruedas de ferrocarril, según cualquiera de las reivindicaciones 17a o 18a, caracterizado por que los sectores de paneles microperforados, los sectores de carcasa y el anillo de fijación están hechos de materiales plásticos, o metálicos, o compuestos.