ZAPATA DE FRENO PARA FRENOS DE FRICCION DE VEHICULOS FERROVIARIOS.

Zapata de freno (20) para frenos de fricción de vehículos ferroviarios,

que comprende una plancha de freno (23) resistente al desgaste, hecha de hierro fundido, especialmente de alto contenido de fósforo, cuya superficie de fricción está curvada de manera correspondiente a la circunferencia de la rueda de traslación que se debe frenar, y una protección antirrotura de la pieza de fundición mediante una armadura de acero recubierta al menos parcialmente por material fundido, sobresaliendo del lomo de freno (21) de la zapata de freno un puente transversal para trasmitir la fuerza de frenado generada por la instalación de freno, estando reunidos la plancha de freno (23) y el lomo de freno (21) de la zapata de freno (20), con extensa incrustación de la armadura de acero, para formar una pieza de fundición integral que comprende también el puente transversal (22) de la zapata de freno (20), caracterizada porque la pieza de fundición integral consiste en una aleación de fundición apta para ser sometida a altas cargas térmicas y mecánicas, cuya dureza no es mayor que 275 HB, y porque la aleación de fundición consiste en un hierro de base que, además de hierro, contiene

C2,6 a 3,4% en peso

Si1,2 a 2,6% en peso

P2,0 a 3,5% en peso

Mn< 0,9% en peso

S< 0,2% en peso

y con el que están aleadas pequeñas cantidades de cobre y/o vanadio y/o cerio y/o materiales de las tierras raras

Zapata de freno para frenos de fricción de vehículos ferroviarios.

La invención concierne a una zapata de freno para frenos de fricción de vehículos ferroviarios, que comprende una plancha de freno resistente al desgaste, hecha de hierro fundido fosforado, cuya superficie de fricción está curvada de manera correspondiente a la circunferencia de la rueda de traslación que se debe frenar, y una protección antirrotura de la pieza de fundición por medio de una armadura de acero recubierta al menos parcialmente por material fundido, sobresaliendo del lomo de freno de la zapata de freno un puente transversal para transmitir la fuerza de frenado generada por la instalación de freno.

Una zapata de freno de esta clase es ya conocida por el documento US 1,749,760, en donde la zapata de freno comprende un lomo prefabricado de chapa de acero, una plancha de freno colada contra éste y un puente transversal parcialmente embutido en material fundido para sujetar la zapata de freno, hecho de una pieza curvada de chapa varias veces plegada. La propia pieza curvada de chapa presenta una forma básica en U, estando ajustada la distancia entre las alas laterales a la anchura de un tramo central estrechado del lomo de chapa de acero. Las zonas extremas inferiores de las alas laterales de la pieza curvada de chapa están plegadas en ángulo recto una hacia otra y soldadas sobre el lado cóncavo de la circunferencia interior del lomo de chapa de acero. Para lograr un mejor anclaje del lomo de chapa de acero en el material de fundición de la plancha de freno colada contra el mismo sobresalen radialmente del lado de la circunferencia interior del lomo de chapa un total de doce lengüetas de chapa. Estas lengüetas de chapa consisten en orejetas dobladas del propio lomo de chapa de acero que se han cortado en todo su contorno, salvo un pequeño puente de unión, por medio de un troquelado de forma aproximadamente circular y que a continuación se han puesto de canto. Las lengüetas de chapa de dos filas de agujeros especularmente simétricas están dobladas aquí de modo que, visto desde un lado, se cruzan entre ellas. Además, en las zonas extremas del lomo de chapa de acero están previstas en el lomo de chapa dos respectivas incisiones paralelas que parten de su extremo. Los puentes de unión de chapa obtenidos por incisiones laterales están plegados y sobresalen de la circunferencia interior del lomo de chapa en dirección aproximadamente radial.

En esta zapata de freno conocida puede considerarse como desventajosa la circunstancia de que el lomo de chapa, a pesar de su modo de construcción integral, tiene que prefabricarse de una manera técnicamente complicada. Además, debido al procedimiento de colada de la plancha de freno que resulta necesario para la fabricación de la zapata de freno puede resultar un lomo de chapa cuya estabilidad de cotas no sea suficiente, de modo que éste tiene que mecanizarse posteriormente con un gran consumo de tiempo. En conjunto, la fabricación de la zapata de freno conocida es complicada y, por tanto, cara. Además no está claro si la armadura de la zapata de freno aplicada al lomo de chapa como sistema de protección antirrotura es suficiente aún cuando la plancha de freno sea relativamente frágil, puesto que consiste en hierro fundido con alto contenido de fósforo.

Además, se conoce por zapatas de freno utilizadas de serie en vehículos ferroviarios, por ejemplo la zapata de freno usual en el mercado (por ejemplo, Samson), el recurso de colar la plancha de freno de hierro fundido fosforado contra un lomo curvado de chapa de acero. Esta pieza de chapa de acero comprende también un puente de forma de arco a través del cual la zapata de freno, en su posición de montaje, está apoyada centralmente en su cabeza de freno, la cual, al iniciar el frenado, se mueve hacia la circunferencia de rodadura de la rueda que se debe frenar. En el lado de la circunferencia interior del lomo de chapa están fijadas por soldadura varias capas superpuestas de rejillas de chapa de metal desplegado. El hierro plano y las rejillas de chapa se extienden casi por toda la longitud periférica de la zapata de freno y las rejillas de chapa se extienden también a lo largo de la mayor parte de la anchura de la misma. Al colar la plancha de freno contra el lomo de chapa de acero se incrustan así completamente las rejillas de chapa en la fundición de la plancha de freno, con lo que resulta una resistente pieza compuesta. Sin embargo, debido al espesor total de la pila de metal desplegado se reducen netamente el espesor útil de la plancha de la zapata de freno y, por tanto, su posible vida útil. La seguridad a la rotura y la aptitud funcional de esta construcción ya acreditada son ciertamente muy grandes, pero esta zapata de freno requiere también una técnica de producción relativamente compleja y resulta correspondientemente cara en su fabricación.

Asimismo, se conoce el recurso de colar previamente un lomo de zapata de freno con alta resistencia -por ejemplo, de fundición de acero o de fundición esferoidal-, colocar éste dentro del molde de colada y colar el hierro fundido más fosforado de la plancha de freno. Sin embargo, el espesor constructivamente posible de la plancha de freno en condiciones de montaje prefijadas puede estar así netamente reducido, ya que el lomo de la zapata de freno provisto de la plancha de freno tiene que ser, como pieza de fundición de acero o de fundición de grafito esferoidal, relativamente grueso. Además, la fundición de acero o la fundición esferoidal no disponen de un comportamiento de dilatación a la rotura comparablemente ventajoso, tal como ocurre, por ejemplo, en aleaciones de forja usuales de chapa de acero utilizadas como protección antirrotura. Además, el procedimiento de colada con dos pasadas consume mucho tiempo y es correspondientemente caro.

En el documento EP 0 026 578 A1 se revela una zapata de freno para frenos de fricción de vehículos ferroviarios que presenta un lomo de acero curvado. Desde el lomo de acero sobresalen, distribuidos por toda su longitud, varios bloques de fundición que se han colado contra el lomo de acero y que están reforzados cada uno de ellos por unas inserciones metálicas que sobresalen radialmente del lomo de acero. Los bloques de fundición de la zapata de freno yuxtapuestos a cierta distancia uno de otro forman conjuntamente la plancha de freno de la misma y, para lograr las propiedades deseadas, deberán presentar un contenido de fósforo de más de 5% en peso. El lomo de acero y los refuerzos de acero de la plancha de freno segmentada sobresalientes de éste tienen que construirse de manera que sean muy rígidos a la flexión para impedir fiablemente que se ladeen los bloques de fundición bajo las fuerzas que actúan sobre el lado de fricción durante el proceso de frenado. Este ladeo conducirla de manera no deseada a un desgaste incrementado de la plancha de freno y a una formación reforzada de estrías en la superficie de rodadura de la rueda solicitada. Ateniéndose a los requisitos de construcción, esta zapata de freno seria también de fabricación relativamente cara.

El documento genérico FR 1103866 revela una zapata de freno según el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención se basa en el problema de mejorar una zapata de freno de la clase indicada en el preámbulo de la reivindicación 1 en el sentido de que se la pueda fabricar a bajo coste sin inconvenientes para su seguridad frente a la rotura.

El problema se resuelve según la invención por el hecho de que la plancha de freno y preferiblemente la pieza de fundición integral consisten en una aleación de fundición apta para ser sometida a altas cargas térmicas y mecánicas, cuya dureza no es mayor de 275 HB, consistiendo la aleación de fundición en un hierro de base con la composición siguiente

con el que están aleadas pequeñas cantidades de cobre y/o vanadio y/o cerio y/o minerales de las tierras raras. Las zapatas de freno hechas de estas aleaciones presentan frente a las aleaciones conocidas un comportamiento de dilatación a la rotura sensiblemente mejorado. Por tanto, los medios de protección antirrotura pueden diseñarse con una construcción relativamente débil, con lo que ocupan un espacio correspondientemente más pequeño en la pieza...

1. Zapata de freno (20) para frenos de fricción de vehículos ferroviarios, que comprende una plancha de freno (23) resistente al desgaste, hecha de hierro fundido, especialmente de alto contenido de fósforo, cuya superficie de fricción está curvada de manera correspondiente a la circunferencia de la rueda de traslación que se debe frenar, y una protección antirrotura de la pieza de fundición mediante una armadura de acero recubierta al menos parcialmente por material fundido, sobresaliendo del lomo de freno (21) de la zapata de freno un puente transversal para trasmitir la fuerza de frenado generada por la instalación de freno, estando reunidos la plancha de freno (23) y el lomo de freno (21) de la zapata de freno (20), con extensa incrustación de la armadura de acero, para formar una pieza de fundición integral que comprende también el puente transversal (22) de la zapata de freno (20), caracterizada porque la pieza de fundición integral consiste en una aleación de fundición apta para ser sometida a altas cargas térmicas y mecánicas, cuya dureza no es mayor que 275 HB, y porque la aleación de fundición consiste en un hierro de base que, además de hierro, contiene

y con el que están aleadas pequeñas cantidades de cobre y/o vanadio y/o cerio y/o materiales de las tierras raras.

2. Zapata de freno según la reivindicación 1, caracterizada porque la armadura de acero de la zapata de freno (20) consiste en un material plano que está incrustado en la pieza de fundición cerca de su lado trasero dotado de curvatura cóncava y presenta una sección transversal de al menos 100 mm², extendiéndose el material plano por casi toda la longitud de la zapata de freno (20) y estando curvado a lo largo de su longitud de manera que se adapta a la curvatura de la superficie de fricción de la zapata de freno (20).

3. Zapata de freno según la reivindicación 2, caracterizada porque está prevista como armadura de acero una inserción estrecha (30) de fleje de acero que está ensanchada por medio de una tira soldada de chapa agujereada o de chapa de rejilla (rejilla 31 de metal desplegado).

4. Zapata de freno según la reivindicación 2, caracterizada porque está prevista como armadura de acero una inserción ancha (40, 43) de fleje de acero que está atravesada por varias aberturas de paso para la masa fundida del hierro fundido.

5. Zapata de freno según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque la inserción (32, 40) de fleje de acero está provista de un nervio (32, escalón 42) conformado en ella.

6. Zapata de freno según la reivindicación 5, caracterizada porque, estando incrustada la inserción (32, 40) en material fundido, la zona de superficie realzada del nervio (32, escalón 42) está encajada ajustadamente en el lado trasero de curvatura cóncava de la zapata de freno (20) de manera que queda enrasada con la superficie de éste.

7. Zapata de freno según la reivindicación 1, caracterizada porque la plancha de freno (23) presenta varias juntas de dilatación (25) que parten de la superficie de fricción de la plancha de freno (23) y están distribuidas por toda la longitud de ésta, extendiéndose dichas juntas en la dirección de la anchura de la plancha de freno (23).

8. Zapata de freno según la reivindicación 7, caracterizada porque las juntas de dilatación (25) parten alternativamente del lado derecho y del lado izquierdo de la plancha de freno (23) y se extienden hasta la zona central de la superficie de fricción.

9. Zapata de freno según la reivindicación 1, caracterizada porque la plancha de freno (23) presenta en cada uno de sus dos extremos un bombeado de retención (27).

10. Zapata de freno según la reivindicación 2, caracterizada porque en el lado exterior de la plancha de freno (23) están dispuestas varias marcas de desgaste (24) a una pequeña distancia de la armadura de acero.