SISTEMA DE VOLANTE DE INERCIA.

Sistema de volante de inercia para un vehículo que comprende un volante (2),

un cuerpo envolvente (70) y, como mínimo, dos aros anulares (64a-c, 56a-c), en el que el volante (2) comprende un cubo (4) y una llanta (6) de manera que la periferia del cubo (4) está rodeada por la llanta (6), y en el que como mínimo un aro anular (54a-c) está dispuesto en un primer lado del volante (2) dentro del cuerpo envolvente (70) y, como mínimo, un aro anular (56a-c) está dispuesto en un segundo lado del volante (2) dentro del cuerpo envolvente (70), y en el que los aros anulares (54a-c, 56a-c) tienen un diámetro menor que la periferia (16, 18) del cubo del volante; y en el que una superficie de contacto de cada aro anular(54a-c, 56a-c) se encuentra con gran proximidad a una respectiva superficie de contacto (66, 68) de la periferia (16, 18) del cubo del volante, de manera tal que, al oscilar el volante (2), la superficie de contacto de cada aro anular (54a-c, 56a-c) establece contacto contra la respectiva superficie de contacto (66, 68) de la periferia (16, 18) del cubo del volante, provocando el rozamiento

La presente invención se refiere a volantes de inercia, y en especial a volantes de inercia de alta velocidad para su utilización en vehículos.

El documento GB2033977A da a conocer un sistema de volante de inercia para un vehículo que comprende un volante de inercia, un cuerpo envolvente y dos aros anulares, comprendiendo el volante un cubo y una llanta o limbo, de manera que se consigue un aro de forma anular, dispuesto en un primer lado del volante dentro del cuerpo envolvente, y un aro anular queda dispuesto en un segundo lado del volante de inercia dentro del cuerpo envolvente, de manera que los aros anulares tienen un diámetro menor que la periferia del cubo del volante de inercia, y en el que una superficie de contacto de cada aro anular se encuentra con gran proximidad con respecto a la superficie de contacto de la periferia del cubo del volante de inercia, de manera que al oscilar el volante, la superficie de contacto de cada aro anular establece contacto contra la superficie de contacto del cubo del volante.

Los volantes de inercia comprenden típicamente una masa relativamente pesada, dispuesta para girar alrededor de un eje. Se disponen cojinetes para acoplar en rotación el eje con un cuerpo envolvente. La utilización de volantes en vehículos es conocida, por ejemplo, como ayuda para la aceleración o desaceleración del vehículo. También es conocida la utilización de un volante de inercia como batería, de manera que la energía cinética del volante es convertida en inercia eléctrica. La energía cinética del volante de inercia es directamente proporcional al momento de inercia y al cuadrado de la velocidad angular. Un volante utilizado para el almacenamiento de energía en un vehículo debe conseguir un equilibrio óptimo de masa, inercia y velocidad de rotación. Cuanto más rápido se puede lograr que gire el volante, éste será más reducido y más ligero para una capacidad de almacenamiento de energía determinada.

Los volantes estacionarios son capaces de elevadas velocidades, por ejemplo, superiores a 100.000 revoluciones por minuto. No obstante, los volantes utilizados en vehículos típicamente giran a velocidades alrededor de 20.000 revoluciones por minuto o menos, debido a ciertas limitaciones. En primer lugar, la velocidad a la que puede funcionar un volante dentro de un vehículo está limitada por la susceptibilidad a las vibraciones provocadas en el funcionamiento del vehículo, que pueden provocar significativos esfuerzos sobre el montaje y cojinetes del vehículo, incrementando, por lo tanto, los rozamientos y desgaste y reduciendo el rendimiento del volante, y constituyendo además un peligro potencial de seguridad. La susceptibilidad del volante a las vibraciones se puede minimizar al disponer un volante que tiene una frecuencia natural elevada de vibración.

Por las razones anteriores, los volantes en vehículos deben cumplir estrictos criterios de seguridad, incluyendo la disposición de una modalidad de fallo suave o, como mínimo, controlable. Cuando se alcanza la modalidad de fallo primaria, es decir, la modalidad que tiene lugar a la velocidad de rotación más baja, el volante y su cuerpo envolvente deben ser diseñados para contener todos los desperdicios generados en la rotura de los componentes del volante.

Cuando tiene lugar el fallo del volante, se produce una grieta en el cubo en un lugar de agrietamiento, provocando una pérdida de rigidez de la conexión entre el volante y los cojinetes. Como resultado de ello, el volante resulta inestable provocando su oscilación sobre el eje. Si la oscilación no es controlada se hará más grande, generando, por lo tanto, un esfuerzo excesivo en el lugar de la grieta y provocando que ésta aumente hasta la rotura completa del volante, es decir, la llanta queda desconectada de los cojinetes.

Cuando el volante se rompe, la gran cantidad de energía cinética almacenada en el mismo se disipa muy rápidamente y se genera una gran presión instantánea dentro del cuerpo envolvente del volante. Es necesario retener los desperdicios generados por la rotura, lo que puede requerir medios grandes y pesados de contención. Los problemas que se encuentran en la rotura de un volante y en la contención de los desperdicios quedan aumentados por el tiempo muy reducido, durante el cual se disipa la energía.

Un objetivo de la presente invención consiste en tratar los problemas que se encuentran en la rotura de un volante, y particularmente incrementar el tiempo durante el cual se disipa la energía del volante.

De acuerdo con ello, la presente invención da a conocer el sistema de volante según se reivindica en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.

Una ventaja de la presente invención es que al producirse la rotura del volante, el tiempo que transcurre para la rotura del volante aumenta, y la energía es liberada durante un periodo de tiempo más largo. Por lo tanto, es más fácil contener de manera segura los desperdicios producidos, y ello puede permitir suficiente tiempo para que un sistema de control reduzca de manera segura la velocidad del volante roto.

Preferentemente el aro anular está dispuesto en una pestaña del cuerpo envolvente, de manera tal que la superficie con la que establece contacto el aro anular está situada en la superficie interior de la periferia. Una ventaja de ello es que cuando el cubo establece contacto con el aro en la oscilación del volante, la velocidad superficial y, por lo tanto la energía generada por el contacto de rozamiento es mucho menor que lo que ocurriría si el contacto se realizara en el exterior de la llanta o limbo del volante.

Los aros anulares pueden estar dotados de pestañas dirigidas hacia dentro y/o hacia fuera, de manera que las pestañas tienen una cara de tope muy próxima a las caras extremas de la periferia, las partes laminares u otra superficie sustancialmente radial. Una ventaja de disponer pestañas en los aros anulares con caras de tope es que al producirse la rotura del volante, éste establece contacto con un área superficial incrementada, provocando, por lo tanto, un mayor rozamiento, lo que provoca una mayor reducción de la velocidad del volante. Además, si la rotura del volante avanza hasta el punto en el que la llanta y el eje se desconectan o la rigidez en la conexión se ha deteriorado suficientemente, el movimiento axial de la llanta del volante queda controlado, y el periodo durante el cual la llanta gira sustancialmente en su posición original alrededor del eje geométrico del eje o árbol del volante aumenta, disipando energía adicionalmente.

Se puede aplicar un recubrimiento superficial al aro anular y/o en la parte del cubo que establece contacto con el aro en la oscilación del volante. El recubrimiento superficial se podría seleccionar, por ejemplo, para controlar la velocidad de desaceleración o la generación de calor. Un recubrimiento con un coeficiente de rozamiento elevado, tal como un material de forro de freno proporcionaría una elevada desaceleración, lo que puede ser apropiado en algunas aplicaciones. En otras aplicaciones, un recubrimiento con bajo coeficiente de rozamiento tal como Diamond Like Carbon (carbono similar al diamante) (DLC) reduciría la desaceleración y reduciría la generación de calor.

Preferentemente, el diseño del cubo es tal que los mayores esfuerzos se encuentran en los elementos laminares que conectan el árbol a la llanta, provocando que la modalidad principal de fallo del volante sea el fallo del cubo metálico por agrietamiento. Características específicas de diseño que asegurarían que la modalidad de fallo principal es el agrietamiento del cubo metálico podrían incluir, por ejemplo, distribuciones específicas de masas para diferentes radios. Los esfuerzos que tienen lugar en los elementos laminares cuando tiene lugar la rotación del volante están también afectados por el grosor del elemento laminar. Por ejemplo, un elemento laminar con un grosor sustancialmente constante tendría como resultado el máximo esfuerzo hacia el centro del volante, debido al efecto de la masa de la parte más alejada del centro que tiraría de manera efectiva de la parte del centro al girar el volante.

Una ventaja de la modalidad principal de rotura del volante constituida por el agrietamiento del cubo es que el cubo falla por agrietamiento y se rompe, la llanta combinada, que tiene una considerable reserva de energía, actúa conteniendo los desperdicios resultantes.

La figura 1 es una vista lateral en alzado de un volante, de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista... [Seguir leyendo]

1. Sistema de volante de inercia para un vehículo que comprende un volante (2), un cuerpo envolvente (70) y, como mínimo, dos aros anulares (64a-c, 56a-c), en el que el volante (2) comprende un cubo (4) y una llanta (6) de manera que la periferia del cubo (4) está rodeada por la llanta (6), y en el que como mínimo un aro anular (54a-c) está dispuesto en un primer lado del volante (2) dentro del cuerpo envolvente (70) y, como mínimo, un aro anular (56a-c) está dispuesto en un segundo lado del volante (2) dentro del cuerpo envolvente (70), y en el que los aros anulares (54a-c, 56a-c) tienen un diámetro menor que la periferia (16, 18) del cubo del volante; y en el que una superficie de contacto de cada aro anular(54a-c, 56a-c) se encuentra con gran proximidad a una respectiva superficie de contacto (66, 68) de la periferia (16, 18) del cubo del volante, de manera tal que, al oscilar el volante (2), la superficie de contacto de cada aro anular (54a-c, 56a-c) establece contacto contra la respectiva superficie de contacto (66, 68) de la periferia (16, 18) del cubo del volante, provocando el rozamiento.

2. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 1, en el que cada uno de los aros anulares (54a-c, 56a-c) está montado con acoplamiento por interferencia sobre una pestaña (62, 64) dispuesta en el cuerpo envolvente (70).

3. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 1 ó 2, en el que cada aro anular (54c, 56c) tiene una pestaña dirigida hacia dentro que tiene una cara de tope con gran proximidad a una superficie sustancialmente radial del volante (2).

4. Sistema de volante de inercia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada aro anular (54b, 56b) tiene una pestaña dirigida hacia fuera que tiene una cara de tope con gran proximidad a una superficie sustancialmente radial del volante (2).

5. Sistema de volante de inercia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sistema de control para reducir la velocidad del volante (2) cuando tiene lugar su fallo.

6. Sistema de volante de inercia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se aplica un recubrimiento a la superficie de contacto del aro anular (54a-c, 56a-c).

7. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 3, en el que se aplica un recubrimiento a la cara de tope.

8. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 6 ó 7, en el que el recubrimiento tiene un elevado coeficiente de rozamiento.

9. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 8, en que el recubrimiento es un material de forro de frenos.

10. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 6 ó 7, en el que el recubrimiento tiene un bajo coeficiente de rozamiento.

11. Sistema de volante de inercia, según la reivindicación 10, en el que el recubrimiento es de carbono similar al diamante.

12. Sistema de volante de inercia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se aplica un recubrimiento a la superficie de contacto del volante (2).

13. Sistema de volante de inercia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el diseño del conjunto del volante es tal que la modalidad primaria de fallo es el agrietamiento del cubo (4) del volante.

14. Sistema de volante de inercia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los, como mínimo, dos aros anulares (54a-c, 56a-c) están realizados en acero.