Disco de freno para vehículo ferroviario.

Un disco (1) de freno para un vehículo ferroviario de acuerdo con la presente invención,

en el cual seproporciona una porción (1a) de plato con forma de anillo, con un lado delantero que sirve como superficie defricción, y una pluralidad de aletas (1b) sobresalen y están dispuestas radialmente sobre el lado trasero de dichaporción de plato, estando configurada dicha porción de plato para su fijación a una rueda, caracterizado porqueentre las aletas (1b) adyacentes se proporciona un nervio (1c), y

una ranura (1d) que se desarrolla en la dirección desde una cara de dicho nervio (1c), enfrentada a la rueda, haciael lado trasero de dicha porción (1a) de plato está dispuesta en una porción circunferencialmente intermedia dedicho nervio (1c).

Disco de freno para vehículo ferroviario Campo Técnico La invención se refiere a un freno de disco para un vehículo ferroviario en el cual una porción de plato que sirve como superficie de fricción está fijada a una rueda. En particular, la presente invención se refiere a un freno de disco para un vehículo ferroviario que permite suprimir la deformación causada por el calor de fricción durante el frenado.

Técnica Antecedente En lo que se refiere a sistemas de freno para vehículos de transporte terrestre, representados por vehículos ferroviarios, existen frenos de bloque, frenos de tambor, frenos de disco, etc. Entre ellos, recientemente ha aumentado el uso de los frenos de disco en asociación con un aumento en la velocidad y el tamaño de los vehículos.

El freno de disco es un dispositivo que obtiene una fuerza de frenado mediante la fricción entre un disco de freno y una guarnición de freno. Normalmente, en el disco de freno se genera una fuerza de frenado al apretar una guarnición de freno contra una superficie de fricción de un disco de freno con forma de anillo que está fijado con pernos a un eje o una rueda. Con la fuerza de frenado se regula la rotación del eje o la rueda para controlar la velocidad del vehículo.

Los vehículos ferroviarios de super alta velocidad, tal como el Shinkansen, han aumentado aún más su velocidad y se les exige un funcionamiento a una velocidad superior a 300 km por hora. Para aumentar adicionalmente la velocidad de los vehículos ferroviarios es necesario reducir el peso del vehículo, y resulta adecuado un disco de freno en el cual una porción de plato que sirve como superficie de fricción está fijada directamente a una rueda. Esto es debido a que dicho disco de freno fijo con superficie de fricción no precisa una parte dedicada que sirva exclusivamente para la fijación, y por lo tanto es posible obtener una reducción del peso, en comparación con el disco de freno convencional de fijación por la periferia interior.

En un disco de freno fijo con superficie de fricción, con el fin de suprimir la deformación, tal como el alabeo, causada por el calor de fricción durante el frenado, una porción cóncava de ajuste forzado con una porción convexa formada sobre un elemento a fijar (p. ej., una rueda) , está formada sobre la superficie del disco de freno para su fijación (Literatura de Patente 1) . Existen discos de freno fijos con superficie de fricción convencionales para los que se ha prescrito una relación de volumen total entre las partes de fijación y las porciones antagonistas a fijar (Literatura de Patente 2) .

En tales discos de freno fijos con superficie de fricción, el problema de aumento del ruido, que convencionalmente no se ha tenido en consideración, está cobrando importancia en una condición de desplazamiento a alta velocidad como la que supera los 300 km por hora.

El disco de freno gira a una velocidad elevada junto con la rueda asociada. Con esta rotación, el aire que rodea el disco de freno es aspirado desde la periferia interior y descargado por el lado de la periferia exterior. Por consiguiente, se produce un flujo de aire a alta velocidad en el lado trasero del disco de freno.

El flujo de aire juega un papel importante en la refrigeración del disco de freno, pero en un intervalo de alta velocidad que supere los 300 km por hora, el flujo de aire de alta velocidad no sólo refrigera el disco de freno sino que también genera ruido, denominado “ruido aerodinámico”.

Para reducir el ruido aerodinámico, resulta efectivo suprimir el flujo de aire entre el lado trasero de la porción de plato de freno, así como unas aletas formadas en la misma, y una porción de plato de la rueda.

Los presentes solicitantes han propuesto un disco 1 de freno, tal como el mostrado en la Fig. 10, en el cual se proporcionan unos nervios 1c, interconectados circunferencialmente, en unos espacios definidos por el lado trasero de una porción 1a de plato y unas aletas 1b, siendo ambas constituyentes del disco 1 de freno, y una porción 2a de plato de la rueda 2, para minimizar un área abierta total en una dirección circunferencial (Literatura de Patente 3) . En la Fig. 10, el número “1d” denota un huelgo entre una punta de cada nervio 1c y la porción 2a de plato de la rueda 2, estando configurada la punta del nervio para generar el huelgo. El número “2b” denota una porción de llanta de la rueda 2. El número “2c” denota una porción de cubo de la rueda 2, el número “3a” denota un perno para fijar el disco 1 de freno, y el número “3b” denota una tuerca para fijar el disco 1 de freno.

El documento DE 39 35 635 A1 describe un conjunto de disco de freno para un vehículo ferroviario. El conjunto incluye un disco de rueda y unos platos de fricción dispuestos en ambos lados del disco de rueda. Los platos de

fricción tienen unos anillos de refuerzo dispuestos en el lado de la rueda encarado con el disco. Los anillos de refuerzo están conectados con los platos de fricción mediante unos nervios. Junto con los anillos de fricción, los anillos de refuerzo forman unos canales internos de aire para ventilación.

Lista de Citas Literatura de Patente Literatura de Patente 1: Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Nº 2001-311441

Literatura de Patente 2: Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Nº 2005-321091

Literatura de Patente 3: Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Nº 2007-205428

Sumario de la Invención Problema técnico Sin embargo, en el caso del disco de freno propuesto en la Literatura de Patente 3, la deformación del disco de freno causada por el calor de fricción durante el frenado puede plantear problemas, dependiendo de la forma de los nervios formados en unos espacios entre el lado trasero de la porción de plato y de las aletas del disco de freno y la porción de plato de la rueda.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un disco de freno fijo con superficie de fricción para un vehículo ferroviario, cuyo disco de freno puede suprimir la deformación del mismo causada por el calor de fricción durante el frenado si se forman unos nervios en unos espacios formados entre el lado trasero de una porción de plato y de unas aletas del disco de freno, y una porción de plato de una rueda.

Solución al problema Para reducir el ruido aerodinámico, tal como se da a conocer en la Literatura de Patente 3, resulta efectivo reducir el área abierta total existente en el lado trasero del disco de freno. Los presentes inventores han efectuado diversos experimentos y análisis, ideando una condición de desplazamiento a alta velocidad que excede los 300 km por hora, para una rueda equipada con un disco de freno fijo con superficie de fricción, adicionalmente a los hallazgos anteriores.

Como resultado, se ha confirmado que la forma del nervio dispuesto en cada espacio situado entre el lado trasero de la porción de plato y de las aletas del disco de freno y la porción de plato de la rueda no ejerce ninguna influencia sobre un efecto de reducción del ruido aerodinámico siempre que el área abierta total sea la misma. Hemos observado que la deformación del disco de freno causada por el calor de fricción puede suprimirse si se define la forma del nervio apropiadamente.

La Fig. 3 es un ejemplo de resultados de los experimentos y análisis llevados a cabo por los presentes inventores, que muestra las relaciones del área total de las aberturas que quedan en los espacios que tienen nervios con el nivel de ruido aerodinámico obtenido por los experimentos, y con la cantidad de aire que pasa obtenida por los análisis.

El área abierta se refiere al área de la abertura que se identifica, al mirar desde el lado interior de la periferia del disco de freno, en los espacios definidos por el lado trasero de la porción de plato del disco de freno, aletas y nervios dispuestos en el lado trasero de la misma, y la porción de plato de la rueda, cuando el disco de freno y la rueda están fijados. El área abierta total se refiere al área total de las aberturas sumadas de los espacios en una dirección circunferencial relevante para el paso de aire.

De la Fig. 3 resulta evidente que una menor área abierta total permite un menor ruido aerodinámico, más específicamente, puede reducirse el ruido aerodinámico a medida que el área abierta total se vuelve más pequeña, por ejemplo desde 10000 mm2 o menos hasta 7000 mm2 o menos, e incluso hasta 5000 mm2 o menos, y que en el caso de 3000 mm2 o menos apenas se produce un cambio en el grado de disminución del ruido aerodinámico en términos de un área abierta total. Adicionalmente, resulta evidente que la menor área abierta total... [Seguir leyendo]

1. Un disco (1) de freno para un vehículo ferroviario de acuerdo con la presente invención, en el cual se proporciona una porción (1a) de plato con forma de anillo, con un lado delantero que sirve como superficie de fricción, y una pluralidad de aletas (1b) sobresalen y están dispuestas radialmente sobre el lado trasero de dicha porción de plato, estando configurada dicha porción de plato para su fijación a una rueda, caracterizado porque entre las aletas (1b) adyacentes se proporciona un nervio (1c) , y

una ranura (1d) que se desarrolla en la dirección desde una cara de dicho nervio (1c) , enfrentada a la rueda, hacia el lado trasero de dicha porción (1a) de plato está dispuesta en una porción circunferencialmente intermedia de dicho nervio (1c) .

2. Un disco de freno para un vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación (L1/L2) entre una profundidad L1 de una ranura y una altura L2 de un nervio está en el intervalo de 0, 5 a 1, siendo la profundidad en la dirección desde la cara de dicho nervio (1c) , enfrentada a la rueda, hacia el lado trasero de dicha porción (1a) de plato, siendo la altura del nervio desde la cara de dicho nervio (1c) , enfrentada a la rueda, hasta el lado trasero de dicha porción (1a) de plato.

3. Un disco de freno para un vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque un área total de aberturas, cada una formada por una ranura (1d) en una sección circunferencial en el sentido longitudinal de dicho nervio, no es superior a 7000 mm2 en un estado en el que el disco (1) de freno está fijado a la rueda (2) .

4. Un disco de freno para un vehículo ferroviario de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las puntas de las aletas (1b) están configuradas para hacer contacto con una porción (2a) de plato de la rueda (2) .

5. Un disco de freno para un vehículo ferroviario de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los nervios (1c) son trapezoidales y están dispuestos circunferencialmente.

6. Un conjunto de disco de freno y rueda para un vehículo ferroviario que comprende un disco (1) de freno de 25 acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando el disco (1) de freno fijado a la rueda (2) .

7. Un conjunto de disco de freno y rueda de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el disco (1) de freno pertenece a una pareja de discos (1) de freno que están dispuestos para emparedar una porción (2a) de plato de la rueda (2) .