ES2915203T3 - Disco de freno de rueda para una rueda ferroviaria de un vehículo ferroviario y rueda ferroviaria - Google Patents
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Abstract
Disco de freno de rueda (3) para una rueda ferroviaria (1) de un vehículo ferroviario, que presenta - una correa de fricción anular (31); - una pluralidad de aletas de refrigeración (32, 36) que están conformadas en un lado de montaje opuesto a una superficie de fricción (311) de la correa de fricción (31); - múltiples alojamientos para tornillos (33) conformados en el lado de montaje de la correa de fricción (31) para el alojamiento de una tuerca (5) o de una cabeza de tornillo (41) de un tornillo (4) para la fijación del disco de freno de rueda (3) a un puente de rueda (21) de un cuerpo de rueda (2) de la rueda ferroviaria (1); caracterizado porque - el grosor (d1) de la correa de fricción (31) es inferior a un tercio del grosor máximo (d2) del disco de freno de la rueda (3).
Description
DESCRIPCIÓN
Disco de freno de rueda para una rueda ferroviaria de un vehículo ferroviario y rueda ferroviaria
La presente invención hace referencia a un disco de freno de rueda para una rueda ferroviaria de un vehículo ferroviario de acuerdo con el concepto general de la reivindicación 1.
Un disco de freno de la clase mencionada para una rueda ferroviaria se conoce, por ejemplo, de la solicitud DE 10 2011 102 518 A1. Dichos discos de freno de rueda se fijan por lo general a un puente de rueda de un cuerpo de rueda de una rueda ferroviaria mediante un atornillando.
Importante en tales discos de freno de rueda es la capacidad de absorción de la energía de frenado, en la cual la masa del disco de freno de rueda juega un papel decisivo en el aumento de temperatura durante el frenado. La temperatura del disco de freno de la rueda debe limitarse por razones de rendimiento de fricción y por razones de resistencia y deformación.
Por otro lado, justamente en el caso de discos de freno de rueda que se van a utilizar en vehículos ferroviarios que circulan a velocidades superiores a 120 km/h y también están expuestos a aceleraciones y deceleraciones frecuentes, como es el caso, por ejemplo, de los vehículos ferroviarios utilizados en el tráfico urbano, tales como tranvías, trenes suburbanos y similares, minimizar la masa representa un criterio importante para todos los componentes en el bogie de dicho vehículo ferroviario. Con referencia al ahorro de energía, la masa de los discos de freno es de particular importancia, especialmente debido a la absorción de energía debida a la rotación adicional del disco de freno durante el régimen de marcha.
De las solicitudes DE 1158095 B, FR 2101277 A5 y EP 0564942 A1 se conocen discos de freno de rueda que, a diferencia del disco de freno de rueda mencionado anteriormente conocido de la solicitud DE 102011 102518 A1, están unidos a un buje de una rueda ferroviaria.
Otros discos de freno de ruedas de la clase mencionada se conocen de las solicitudes US 2015/247541 A1, DE 38 39073 A1 y DE 102012015378 A1.
El objeto de la presente invención consiste en optimizar un disco de freno de rueda y una rueda ferroviaria con respecto a su estabilidad térmica y masa.
Dicho objeto se resuelve mediante un disco de freno de rueda con las características de la reivindicación 1 así como mediante una rueda ferroviaria con las características de la reivindicación 9.
El disco de freno de rueda conforme a la invención presenta una pluralidad de aletas de refrigeración que están conformadas en un lado de montaje opuesto a una superficie de fricción de la correa de fricción. El disco de freno de la rueda presenta, además, múltiples alojamientos para tornillos conformados en el lado de montaje de la correa de fricción para el alojamiento de una tuerca o de una cabeza de tornillo de un tornillo para la fijación del disco de freno de rueda a un puente de rueda de un cuerpo de rueda de la rueda ferroviaria. El grosor de la correa de fricción alcanza menos de un tercio del grosor máximo del disco de freno de rueda.
Reduciendo el grosor de la correa de fricción por debajo de las dimensiones convencionales, se garantiza una temperatura de fricción todavía admisible con la masa reducida resultante incluso en el estado de desgaste admisible de la correa de fricción.
Las variantes de ejecución ventajosas de la presente invención son objeto de las reivindicaciones relacionadas. De acuerdo con una variante de ejecución ventajosa, el grosor de la correa de fricción alcanza entre un 26 % y 30 % del grosor máximo del disco de freno de rueda.
De acuerdo con otra variante de la invención, una superficie de contacto de los alojamientos de tornillos alejada de la superficie de fricción de la correa de fricción presenta una ranura que se extiende radialmente hasta el origen de la correa de fricción que sirve para el alojamiento de una pieza final de un casquillo deslizante que atraviesa el puente de la rueda del cuerpo de la rueda, en donde en la ranura está proporcionado una perforación dispuesta central que sirve para el paso de un cuello de tornillo del tornillo.
Para reducir las fuerzas dinámicas de tornillo sobre el disco de freno de rueda, una zona de los alojamientos de tornillos del disco de freno de rueda que rodea la perforación está diseñada de forma elástica en una dirección axial al eje longitudinal del cuello del tornillo, según una variante de realización ventajosa.
Las perforaciones a través de las ranuras en la superficie de contacto de los alojamientos de tomillos están conformados coaxialmente con respecto a los casquillos deslizantes que pasan a través del puente de la rueda del cuerpo de la rueda.
Con un disco de freno de rueda configurado de esta manera, resulta posible prescindir por completo de los bloques deslizantes convencionales utilizados en el estado del arte, que sirven para centrar el disco del freno de la rueda. En particular, las acumulaciones de material para fijar los bloques deslizantes en el lado del montaje de la correa de fricción se pueden ahorrar por completo.
La sustitución de bloques deslizantes por casquillos deslizantes conduce también a una reducción adicional de la masa del disco de freno de la rueda o de la rueda ferroviaria en su conjunto.
Para reducir el blindaje de la superficie de fricción de la correa de fricción, la superficie de fricción de la correa de fricción presenta al menos una ranura anular.
Una ranura anular de este tipo interrumpe la transferencia de expansión térmica en la zona de la superficie de fricción en la dirección radial hacia el origen del disco del freno de la rueda.
De esta manera se admiten gradientes de temperatura significativamente mayores dentro del grosor de la correa de fricción como resultado de potencia de fricción muy elevada, sin exceder la deformación permitida inducida térmicamente de la correa de fricción o sin generar plastificación y, por lo tanto, deformaciones permanentes de la correa de fricción.
Según otra variante de ejecución preferida, para mantener el grosor de la correa de fricción en la zona de una ranura anular de este tipo, se conforma un engrosamiento anular en el lado de montaje de la correa de fricción opuesto a la ranura anular.
Según otra variante preferida de ejecución, las primeras aletas de refrigeración presentan cúpulas radialmente exteriores con superficies de contacto para el apoyo sobre el puente de la rueda del cuerpo de la rueda, entre las cuales se conforma una zona aplanada.
Debido a las áreas aplanadas de las primeras aletas de refrigeración, resulta posible una reducción adicional de la masa mientras se mantienen superficies de apoyo suficientemente mayores con respecto al puente de la rueda del cuerpo de rueda de la rueda ferroviaria.
El área omitida de las aletas de refrigeración presenta poco efecto de enfriamiento debido a su gran distancia de la superficie de fricción de la correa de fricción y, por lo tanto, sólo puede calentarse ligeramente durante un frenado. De acuerdo con otra variante preferida de ejecución, las segundas aletas de refrigeración están diseñadas como cúpulas que se extienden radialmente hacia los alojamientos de tornillos desde el lado de montaje de la correa de fricción, con superficies de contacto para el apoyo en el puente de la rueda del cuerpo de la rueda.
La rueda ferroviaria de un vehículo ferroviario según la invención, con un cuerpo de rueda y un disco de freno de rueda fijado al menos en un lado de un puente de la rueda del cuerpo de la rueda con tornillos y tuercas, se caracteriza por un disco de freno de rueda como el que se ha descrito anteriormente.
Dichos discos de freno de rueda están dispuestos preferentemente a ambos lados del puente de la rueda.
Según una variante de ejecución ventajosa, el puente de la rueda presenta múltiples orificios pasantes en los que están alojados casquillos deslizantes, en cada uno de los cuales se aloja un cuello de tornillo de un respectivo tornillo; en donde las piezas finales de los casquillos deslizantes sobresalen de la superficie de montaje del puente de la rueda; en donde las piezas finales de los casquillos deslizantes son guiadas en ranuras de las superficies de contacto de los alojamientos de tornillos que se extienden radialmente con respecto al eje de rotación de la rueda ferroviaria.
A continuación, se explican en detalle ejemplos de ejecución preferidos de acuerdo con los dibujos incluidos.
Las figuras muestran:
Figura 1: un recorte parcial de una rueda ferroviaria, en una vista en corte transversal.
Figura 2: una representación en perspectiva de un lado de montaje del disco de freno de rueda según la figura 1.
Figura 3: una representación en perspectiva de la superficie de fricción del disco de freno de rueda según la figura 1. Figuras 4 y 5: recortes en perspectiva del disco de freno de rueda con representación de aletas de refrigeración y alojamientos de tornillos.
En la descripción a continuación, los términos como arriba, abajo, a la izquierda, a la derecha, delante, detrás, y demás, se refieren exclusivamente a la representación elegida a modo de ejemplo en las respectivas figuras, y a la posición del disco de freno de la rueda, de la rueda ferroviaria, de la correa de fricción, de la aleta de refrigeración, de la superficie de fricción, del alojamiento de tornillos y similares. Estos términos no se deben considerar como limitantes, es decir, que estas referencias pueden modificarse por diferentes posiciones de trabajo o por el diseño con simetría especular o similares.
En la figura 1, el número de referencia 1 indica en general una variante de ejecución de una rueda ferroviaria conforme a la invención, de la cual en la figura 1 se muestra un recorte en un corte transversal, en la cual un disco de freno de rueda 3 está dispuesto en un puente de rueda 21 que se extiende radialmente hacia el interior desde la superficie de rodadura del cuerpo de la rueda 2.
El disco de freno de la rueda 3 anular presenta, como se muestra en las figuras 2 y 3, una correa de fricción 31 de forma anular.
La correa de fricción 31 presenta una superficie de fricción 311 en su lado exterior orientado a una pastilla de freno (no mostrada) y opuesto al puente de la rueda 21.
En el lado de montaje orientado al puente de la rueda 21 están conformadas Una pluralidad de aletas de refrigeración 32, 36. Además, en este lado del montaje de la correa de fricción 31 están conformados múltiples alojamientos de tornillos 33 para el alojamiento de una tuerca 5, que se muestra en la figura 1, o de una cabeza de tornillo 41 de un tornillo 4, que se muestra en la figura 1.
El tornillo 4 sirve en este caso para la fijación del disco del freno de la rueda 3 al puente de la rueda 21 del cuerpo de rueda 2 de la rueda ferroviaria 1. Además, el tornillo 4 está configurado preferentemente como un tornillo de expansión.
Los tornillos 4 se pueden insertar en el alojamiento de tornillos 33 a través de un rebaje 313 abierto hacia la superficie de fricción 311. Como se muestra en la figura 1, la cavidad de estos alojamientos de tornillos 33 consta preferentemente de un área cilindrica 335 cercana a la superficie de fricción 311 y una muesca trasera 336 que se extiende en la dirección de la rueda 21.
Hacia el puente de la rueda 21, esta cavidad está delimitada por una base con una perforación central 333. A través de esta perforación 333, el vástago de tornillo 42 del tornillo 4 se conduce con un juego reducido.
En el lado derecho del puente de la rueda 21 en la figura 1, en el ejemplo de ejecución mostrado aquí, está dispuesta la cabeza del tornillo 41 que está colocada en la parte cilindrica 335 del alojamiento de tornillos 33. Un casquillo de expansión 43 se desliza sobre una primera sección del vástago de tornillo 42 contigua a la cabeza del tornillo 41. El casquillo de expansión 43 se apoya, por un lado, en un cuello de la cabeza del tornillo 41 y, por otro lado, en la base de la cavidad del alojamiento de tornillos.
Una tuerca 5 para fijar el tornillo 4 se muestra en el lado izquierdo del puente de la rueda 21 de la rueda ferroviaria 1 que se muestra en la figura 1, la cual también se apoya en la base de la cavidad del alojamiento de tornillos 33. La base de la cavidad del alojamiento del tornillo 33 es preferentemente elástica en una dirección axial con respecto al eje longitudinal del cuello del tornillo 42, lo que se debe en particular a la muesca trasera 336.
Como también se muestra en las figuras 2, 4 y 5, en el lado de montaje de la correa de fricción 31 están conformadas múltiples aletas de refrigeración 32, 36, tal como ya se mencionó anteriormente. Las primeras aletas de refrigeración 32 están conformadas en una zona de la correa de fricción 31 entre alojamientos de tornillos 33 adyacentes.
Las segundas aletas de refrigeración 36, que están diseñadas en forma de cúpulas con una sección transversal preferentemente elíptica, están conformadas radialmente con respecto a los alojamientos de tornillos 33, extendiéndose desde el lado de montaje de la correa de fricción 31.
Las primeras aletas de refrigeración 32 presentan cúpulas radialmente exteriores 321 con superficies de contacto 323 para el apoyo en el puente de la rueda 21 del cuerpo de la rueda 2.
Entre las cúpulas radialmente exteriores 321 está conformada una zona aplanada 322, a través de la cual, durante el funcionamiento, a través de los canales de refrigeración 34, puede fluir aire de refrigeración al igual que entre las primeras aletas de refrigeración 32 dispuestas adyacentes entre sí.
Los canales de refrigeración 34 están conformados por los espacios intermedios entre las aletas de refrigeración adyacentes 32, 36 y los alojamientos de tornillos 33.
Las cúpulas 321 de las primeras aletas de refrigeración 32 y las segundas aletas de refrigeración 36 realizadas como cúpulas presentan superficies de contacto 323, 361 en sus superficies frontales opuestas a la correa de fricción 31 para el apoyo sobre el puente de la rueda 21 del cuerpo de la rueda 2.
Como se puede observar además en las figuras 4 y 5, a dichas superficies de contacto 323, 361 se unen áreas biseladas 324, 362 radialmente hacia el exterior.
Como también se puede observar en las figuras 1 y 5, el grosor d1 de la correa de fricción 31 es inferior a un tercio del grosor máximo d2 del disco de freno de rueda 3.
El grosor máximo d2 del disco de freno de rueda 3 está definido aquí por la distancia entre la superficie de fricción 311 y la superficie de contacto 323 de la aleta de refrigeración 32 o de la superficie de contacto 361 de la aleta de refrigeración 36.
El grosor d1 de la correa de fricción 31 alcanza preferentemente entre el 26% y el 30% del grosor máximo d2 del disco de freno de rueda 3.
Los alojamientos de tornillos 33, realizados preferentemente en forma de casquillo presentan, en una superficie de contacto 332 del alojamiento de tornillos 33 opuesta a la superficie de fricción 311 de la correa de fricción 31, una ranura 334 que se extiende radialmente hacia el origen de la correa de fricción 31 para el alojamiento de una pieza final de un casquillo deslizante 6 que atraviesa el puente de la rueda 21 del cuerpo de la rueda 2.
La base de esta ranura 334 conforma el lado posterior de la base de la cavidad del alojamiento del tornillos 33. Como también se muestra en las figuras 1 y 3 a 5, la superficie de fricción 311 de la correa de fricción 31 presenta dos ranuras anulares 312.
También es concebible conformar sólo una ranura anular 312 de este tipo o más de dos ranuras anulares 312 de este tipo.
Estas ranuras anulares 312 interrumpen así la transmisión de expansión térmica en la zona de la superficie de fricción 311 en la dirección radial al origen del disco de freno de la rueda 3.
Para no reducir aún más el grosor d1 de la correa de fricción 31, como se muestra a modo de ejemplo en la figura 4, en la zona de dichas ranuras anulares 312 se conforman engrosamientos anulares 314 en el lado de montaje de la correa de fricción 31 opuesto a la ranura anular 312.
Como se muestra adicionalmente en la figura 1, el puente de la rueda 21 presenta una pluralidad de perforaciones pasantes en las cuales se alojan casquillos deslizantes 6, en los cuales se aloja el respectivo cuello de tornillo 42 de un tornillo.
Las piezas finales de estos casquillos deslizantes 6 sobresalen de las superficies de montaje del puente de la rueda 21.
Dichas piezas finales de los casquillos deslizantes 6 se guían en ranuras 334 de las superficies de contacto 332 de los alojamientos de tornillos 33, que se extienden radialmente al eje de rotación de la rueda ferroviaria 1 y permiten tanto un montaje previo centrado del respectivo disco de freno de la rueda 3 en el puente de la rueda 21 del cuerpo de rueda 2 de la rueda ferroviaria 1, así como, un centrado del disco de freno de la rueda 3 en el puente de la rueda 21 durante el funcionamiento cuando el diámetro del disco de freno de la rueda 3 aumenta debido a la expansión térmica o cuando el diámetro del disco de freno de la rueda 3 vuelve a disminuir cuando se enfría.
Lista de símbolos de referencia
1 Rueda ferroviaria
Cuerpo de la rueda Puente de la rueda Disco de freno de la rueda
Correa de fricción
1 Superficie de fricción 2 Ranura anular
3 Rebaje
4 Engrasamiento Aleta de refrigeración 1 Cúpula
2 Zona aplanada
3 Superficie de contacto 4 Área biselada Alojamiento de tornillos 1 Superficie exterior 2 Superficie de contacto 3 Perforación
4 Ranura
5 Zona cilíndrica
6 Muesca
Canal de refrigeración Canal de refrigeración Aleta de refrigeración 1 Superficie de contacto 2 Área biselada
Tornillo
Cabeza de tornillo Vástago de tornillo Casquillo de ajuste
5 Tuerca
6 Casquillo deslizante
di Grosor de la correa de fricción d2 Grosor del disco de freno
Claims (10)
1. Disco de freno de rueda (3) para una rueda ferroviaria (1) de un vehículo ferroviario, que presenta
- una correa de fricción anular (31);
- una pluralidad de aletas de refrigeración (32, 36) que están conformadas en un lado de montaje opuesto a una superficie de fricción (311) de la correa de fricción (31);
- múltiples alojamientos para tornillos (33) conformados en el lado de montaje de la correa de fricción (31) para el alojamiento de una tuerca (5) o de una cabeza de tornillo (41) de un tornillo (4) para la fijación del disco de freno de rueda (3) a un puente de rueda (21) de un cuerpo de rueda (2) de la rueda ferroviaria (1); caracterizado porque
- el grosor (d1) de la correa de fricción (31) es inferior a un tercio del grosor máximo (d2) del disco de freno de la rueda (3).
2. Disco de freno de rueda (3) según la reivindicación 1, caracterizado porque el grosor (d1) de la correa de fricción (31) está entre el 26% y el 30% del grosor máximo (d2) del disco de freno de rueda (3).
3. Disco de freno de rueda (3) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque una superficie de contacto (332) de los alojamientos de tornillos (33) alejada de la superficie de fricción (311) de la correa de fricción (31) presenta una ranura (334) que se extiende radialmente hasta el origen de la correa de fricción (31) para el alojamiento de una pieza final de un casquillo deslizante (6) que atraviesa el puente de la rueda (21) del cuerpo de la rueda (2), con una perforación dispuesta en el centro (333) para el paso de un cuello de tornillo (42) del tornillo (4).
4. Disco de freno de rueda (3) según la reivindicación 3, caracterizado porque una zona de los alojamientos de tornillos (33) que rodea la perforación (333) está diseñada elástica en dirección axial con respecto al eje longitudinal del cuello del tornillo (42).
5. Disco de freno de rueda (3) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la superficie de fricción (311) de la correa de fricción (31) presenta al menos una ranura anular (312).
6. Disco de freno de rueda (3) según la reivindicación 5, caracterizado porque para mantener el grosor (d1) de la correa de fricción (31) se conforma un engrosamiento anular (314) en el lado de montaje de la correa de fricción (31) opuesto a la ranura anular (312).
7. Disco de freno de rueda (3) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las primeras aletas de refrigeración (32) presentan cúpulas radialmente exteriores (321) con superficies de contacto (323) para el apoyo sobre el puente de la rueda (21) del cuerpo de la rueda (2), entre las cuales se conforma una zona aplanada (322).
8. Disco de freno de rueda (3) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las segundas aletas de refrigeración (36) están diseñadas como cúpulas que se extienden radialmente hacia los alojamientos de tornillos (33) desde el lado de montaje de la correa de fricción (31), con superficies de contacto (361) para el apoyo en el puente de la rueda (21) del cuerpo de la rueda (2).
9. Rueda ferroviaria (1) de un vehículo ferroviario, con un cuerpo de rueda (2) y un disco de freno de rueda (3) fijado al menos en un lado de un puente de la rueda (21) del cuerpo de la rueda (2) con tornillos (4) y tuercas (5), caracterizado porque el disco de freno de rueda (3) está conformado según una de las reivindicaciones precedentes.
10. Rueda ferroviaria (1) según la reivindicación 9, caracterizada porque el puente de la rueda (21) presenta múltiples orificios pasantes en los que están alojados casquillos deslizantes (6), en cada uno de los cuales se aloja un cuello de tornillo (42) de un respectivo tornillo (4); en donde las piezas finales de los casquillos deslizantes (6) sobresalen de la superficie de montaje del puente de la rueda (21); en donde las piezas finales de los casquillos deslizantes (6) son guiadas en ranuras (334) de las superficies de contacto ( 332) de los alojamientos de tornillos (33) que se extienden radialmente con respecto al eje de rotación de la rueda ferroviaria (1).
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