ES2207926T3 - Rueda insonorizada. - Google Patents

Abstract

Rueda insonorizada (10) para ferrocarriles, tranvías o vehículos urbanos, que comprende un cubo (12) que rodea un agujero pasante (14), un aro periférico (16) que se extiende en el lado interior hacia un borde perfilado (18) y una placa central (20) que tiene un grosor menor que el de dicho cubo (12) y dicho aro (16) y que está conectada a dicho cubo (12) y dicho aro (16) por medio de partes arqueadas; presentando dicha placa (20) a lo largo de su lado interno y/o externo una cubierta compuesta (26) aplicada a presión realizada con una capa viscoelástica (34) en la que se superpone una membrana metálica (36), estando fijada dicha cubierta (26) a la superficie perfilada que define dicho o dichos lados de la placa central (20); caracterizada porque dicha capa viscoelástica (34) es un material espumoso constituido por una espuma acrílica.

Description

Rueda insonorizada.

La presente invención se refiere a una rueda insonorizada.

Más particularmente, la presente invención se refiere a una rueda insonorizada que se utiliza específicamente en material rodante cuyas ruedas son del tipo que frenan sin zapatas, incluyendo tranvías o vehículos urbanos.

Tal como es sabido, las ruedas de las que están provistos dichos medios de rodadura sobre raíles tienen, debido a su uso específico, unas características de ruido elevado, provocadas básicamente por el contacto sistemático con el raíl.

La rueda es el elemento principal del ruido producido por un tren, ya que tiene una superficie de radiación amplia y al mismo tiempo un amortiguamiento extremadamente reducido.

Para superar este inconveniente, se han diseñado varios sistemas de insonorización para las ruedas que equipan a los vehículos de rodadura sobre raíles: no obstante, dichos sistemas presentan inconvenientes importantes.

Una solución conocida utiliza bloques de hojas metálicas alternadas con hojas de material viscoelástico. Las hojas metálicas tienen diferentes grosores para vibrar a diferentes frecuencias y para abarcar la banda de frecuencias de resonancia de las ruedas; la deformación del material viscoelástico implica la disipación de la energía de vibración en forma de calor. Esta solución de bloques de hojas requiere un ensamblaje mecánico en la rueda, a través de tornillos o pernos; consecuentemente la misma rueda, según la posición de ensamblaje la cual puede afectar a la placa central o la banda de rodadura, implica un cambio en su geometría habitual, ya que debe estar provista de agujeros o ranuras. Estas operaciones provocan en conjunto un aumento notable del peso para cada rueda individual, del orden de entre 35 y 45 kg. Además, cada rueda está provista de un número elevado de hojas metálicas y hojas viscoelásticas, y cada una de ellas requiere para su ensamblaje de 2 a 4 tornillos o pernos; por esta razón, esta solución es compleja y poco práctica, entre otros motivos porque el material viscoelástico utilizado permanece descubierto, es decir, en contacto con los agentes atmosféricos y la luz, los cuales, con el tiempo, provocan el deterioro de sus propiedades mecánicas.

Además, desde el punto de vista de la seguridad, esta solución conocida presenta inconvenientes, ya que los tornillos o pernos que aseguran los bloques de hojas se pueden aflojar o romper accidentalmente; dicha posibilidad debe ser considerada especialmente, a la vista de los esfuerzos y las vibraciones intensos a los que está sometida la rueda en su conjunto.

Otra solución conocida utilizada para la insonorización del ruido de vehículos de rodadura sobre raíles utiliza uno o más aros metálicos encajados bajo la banda de rodadura de dichas ruedas; dichos aros tienden a disipar la energía de vibración a través de la fricción que se genera entre los mismos aros y la superficie de la cavidad de la rueda. El aro o aros se realizan a partir de una barra de acero laminada a medida, soldada por los extremos e insertada en dicha cavidad. La eficacia de dicha solución, compleja de por sí, está relacionada estrictamente con la calidad del contacto entre el aro o aros y la cavidad, la cual puede ser modificada por la acumulación de polvos o grasa y en la que puede influir la presión, y la cual es difícil de controlar durante el ensamblaje, cuando el aro se encaja en el asiento fijo.

El aumento global del peso de la rueda, aunque inferior con respecto a la solución precedente, también es notable en este caso, estando comprendido en general entre 10 y 15 kg.

El objetivo de la presente invención es superar los inconvenientes mencionados.

Más particularmente, el objetivo de esta invención es realizar una rueda insonorizada, para ser utilizada especialmente para material rodante equipado con ruedas con frenos sin zapatas, y entre los que se incluyen tranvías o vehículos urbanos, para reducir de forma adecuada y sustancial las emisiones sonoras provocadas durante su uso por el contacto con el raíl.

Un objetivo adicional de la invención es realizar una rueda insonorizada tal que no requiera cambios estructurales en la geometría usual de las ruedas utilizadas tradicionalmente en este sector.

Otro objetivo de la invención es realizar una rueda insonorizada que tenga un peso extremadamente limitado por lo que respecta a los medios adicionales utilizados para dicha reducción sustancial de las emisiones sonoras.

Un objetivo adicional es proporcionar a los usuarios una rueda insonorizada tal que garantice un nivel alto de resistencia y fiabilidad con el tiempo, y también que se realice de forma sencilla y económica.

Estos objetivos se consiguen por medio de la rueda insonorizada de la reivindicación 1.

A partir del documento EP-A-0 872 358 se conoce una rueda insonorizada para ferrocarriles, tranvías o vehículos urbanos según el preámbulo de la reivindicación 1. La rueda insonorizada dada a conocer por esta referencia comprende un cubo que rodea un agujero pasante, un aro periférico que se extiende en la parte frontal interior hacia un borde perfilado y una placa central, rebajada y perfilada, conectada a dicho cubo y dicho aro por unas piezas arqueadas; presentando dicha placa en por lo menos una parte frontal una cubierta compuesta aplicada a presión realizada con una capa viscoelástica en la que se superpone una membrana metálica, estando fijada dicha cubierta a la superficie perfilada que define dicha o dichas partes frontales de la placa.

Dicha rueda insonorizada se conoce también a partir del documento JP-A-61 010140.

La rueda insonorizada de la presente invención está caracterizada porque la capa viscoelástica es un material espumoso constituido por una espuma acrílica.

Preferentemente, la espuma acrílica se presenta en forma de una tira adhesiva por ambas caras.

El área de aplicación de dicha membrana metálica se extiende no solamente en la parte recta o plana de la placa central de la rueda, sino también en la parte de conexión entre dicha placa central y la banda de rodadura. Considerando las frecuencias de resonancia de una rueda de ferrocarril que tiene una placa central bastante delgada y un cubo más masivo, y las formas modales según las cuales dicha rueda se deforma dinámica y cíclicamente a cada una de las frecuencias de resonancia, se observa que la producción de ondas sonoras por parte de la rueda depende de esas mismas formas y en particular de la velocidad a la que su superficie en contacto con el aire vibra en la dirección normal, provocando en dicho aire ondas de presión sonora que el oído humano puede oír si la frecuencia está comprendida entre los 20 Hz y los 20 kHz. La reducción de las emisiones sonoras tiene lugar aumentando el amortiguamiento estructural, es decir, aumentando la energía disipada en cada ciclo de deformación de la rueda. El acero tiene un amortiguamiento esencialmente nulo, mientras que los materiales viscoelásticos tienen un amortiguamiento muy elevado.

El aumento del amortiguamiento tiene lugar cuando la deformación dinámica-cíclica de la rueda provoca una deformación dinámica-cíclica suficiente en el material viscoelástico; el sistema de amortiguación es más eficaz cuando más cerca está del área de la rueda en la que la superficie se deforma más.

Incluso aunque las formas modales son diferentes entre ellas e incluso aunque cada una provoca un aumento en la complicación geométrica sobre el aumento de la frecuencia, es posible identificar dos familias de una misma forma, las cuales incluyen sustancialmente todas las formas básicas que provocan ruidos; en algunas formas de un primer tipo, tanto la banda de rodadura como la placa central se deforman, mientras que en otras la deformación afecta únicamente a la banda de rodadura. En este segundo caso, la amortiguación no se puede producir si el tratamiento de amortiguación afecta únicamente a la parte recta de la placa central de la rueda, que continuará generando ruido, mientras que las formas del primer tipo se amortiguarán solo parcialmente. Para ambas familias modales, el área de conexión entre la placa central y la banda de rodadura es aquella en la que la deformación dinámica-cíclica de la rueda se concentra principalmente, y su cubrición, según las pruebas llevadas a cabo por el solicitante, da origen a una amortiguación óptima en todas las formas modales.

La aplicación de una cubierta limitada a la parte recta de la placa central implicaría un desacoplamiento de las formas modales del primer tipo; debido a la masa y el tamaño más grandes de la banda en relación con la placa central, la misma banda continuaría vibrando de forma independiente con respecto a la atenuación de las vibraciones en la placa central.

Las características de construcción y funcionales de la rueda insonorizada de la presente invención se comprenderán mejor gracias a la siguiente descripción, en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos en el presente documento que representan una realización preferida, no limitativa, de la misma, y en los que:

la figura 1 muestra esquemáticamente una sección longitudinal parcial de la rueda insonorizada de la presente invención;

la figura 2 muestra esquemáticamente una ampliación de la rueda de la figura 1 en la parte interna de conexión entre la placa central y la banda de rodadura de dicha rueda;

la figura 3 muestra esquemáticamente una ampliación de la rueda de la figura 1 en la parte externa de conexión entre la placa central y la banda de rodadura de dicha rueda;

la figura 4 muestra esquemáticamente una ampliación de la rueda de la figura 1 en la parte central-superior de la placa central de dicha rueda.

Comenzando con una referencia a la figura 1, la rueda insonorizada de la presente invención, indicada en conjunto por el número 10 en la figura 1 que representa una sección longitudinal parcial de la misma, comprende convencionalmente un cubo 12 que rodea un agujero pasante central 14, un aro periférico 16 que se extiende en el lado interior hacia un borde perfilado 18 que realiza la función de guía a lo largo del raíl (no representado) y una parte central rebajada y perfilada 20 que tiene un desarrollo mixtilíneo, formando la placa, conectada a dicho cubo 12 y dicho aro 16. Dicha placa 20 tiene un grosor notablemente inferior al cubo 12 y al aro periférico 16, definiendo unas coronas circulares 22, 24.

Según la invención, una cubierta compuesta 26, formada por una capa viscoelástica y una membrana metálica, se aplica a lo largo del lado o lados internos y/o externos de la placa 20 de la rueda 10 hasta el área de conexión con la banda de rodadura, rodeada por el aro 16; en el área opuesta, la cubierta 26 se extiende a lo largo de la placa 20 hasta cerca de la parte arqueada interna 30 y externa 32 de conexión con el cubo 12.

La capa viscoelástica de la cubierta 26, indicada por el número 34, se sitúa en contacto con la placa 20 de la rueda 10, mientras que la membrana metálica que completa dicha cubierta, indicada por el número 36, cubre dicha capa 34 y queda al descubierto.

La capa viscoelástica 34 está constituida por una espuma acrílica adhesiva por ambos lados de un grosor limitado, constituida, a modo de ejemplo, por un material adhesivo por ambos lados del tipo conocido con el nombre VHB 4950 producido por 3M.

Preferentemente, la membrana metálica 36 se obtiene a partir de aluminio o acero de grosor uniforme, comprendido a modo de ejemplo entre 1,0 y 2,0 mm.

La espuma acrílica adhesiva por ambos lados que forma la capa viscoelástica 34 tiene forma de tira de una altura adecuada configurada como un aro para cubrir uno o ambos lados de la placa 20 y el área de conexión entre dicha placa y la banda de rodadura rodeada por el aro 16.

Preferentemente, dicha capa se aglomera por medio del laminado con las hojas a partir de las cuales se obtiene la membrana metálica 36; a continuación, el panel formado de esta manera se troquela y se preconforma según la forma de la placa central y se aplica por presión a la rueda.

En la realización de las figuras, la cubierta 26 constituida por la capa viscoelástica 34 y la membrana metálica 36 se aplica, a modo de ejemplo, a los lados tanto interno como externo de la placa 20; no obstante se debe entender que la misma cubierta 26 se puede aplicar a solamente uno de dichos lados de la placa 20.

Dependiendo del material utilizado para la membrana 36, por ejemplo, aluminio o acero, el peso global de la cubierta 26 de cada parte frontal individual de la placa 20 está comprendido aproximadamente entre 1,7 y 4,0 kg.

En la cubierta 26 formada de esta manera, la capa viscoelástica 34 aplicada a la superficie de la estructura vibrante, es decir, la placa 20 de la rueda 10, está cubierta por una membrana metálica 36, de tal manera que se aumenta la denominada deformación por cizallamiento, que tiene lugar en la misma capa 34 tras la deformación dinámica-cíclica de la superficie vibrante; esto provoca un aumento de la disipación de la energía de vibración en forma de calor y por lo tanto un aumento de la amortiguación estructural. Las pruebas experimentales de laboratorio llevadas a cabo en ruedas 10 provistas de la cubierta 26 por ambos lados de la placa han mostrado una reducción notable de las emisiones sonoras con respecto a las ruedas habituales desprovistas de medios de insonorización; en particular en la banda de frecuencias comprendida entre 2 y 6 kHz, que se considera la banda en la que el ruido de la rueda prevalece sobre el ruido provocado por otros componentes tales como el raíl, dichas pruebas han permitido determinar una reducción de más de 20 dB para los picos dominantes.

Tal como se puede deducir a partir de la anterior descripción, las ventajas conseguidas con la invención son evidentes.

La rueda insonorizada de la presente invención, utilizable especialmente en material rodante con ruedas del tipo que frenan sin zapatas, incluyendo tranvías o vehículos urbanos, permite reducir sustancialmente las emisiones sonoras gracias a la cubierta compuesta 27 de la cual está provista por lo menos una de las partes frontales de la placa 20.

Es particularmente ventajosa la posibilidad de aplicar dicha cubierta 26 en una parte frontal o ambos lados de la placa 20, sin necesidad de modificar la geometría habitual de las ruedas; además, la misma cubierta 26, que no requiere conjuntos mecánicos, tiene un peso muy limitado y no está sometida al deterioro debido a agentes atmosféricos, ya que su parte descubierta está constituida por una membrana metálica inalterable.

Aunque la presente invención se ha descrito hasta el momento en referencia a una realización preferida, ilustrativa, aunque no limitativa, son posibles alternativas y variaciones dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

1. Rueda insonorizada (10) para ferrocarriles, tranvías o vehículos urbanos, que comprende un cubo (12) que rodea un agujero pasante (14), un aro periférico (16) que se extiende en el lado interior hacia un borde perfilado (18) y una placa central (20) que tiene un grosor menor que el de dicho cubo (12) y dicho aro (16) y que está conectada a dicho cubo (12) y dicho aro (16) por medio de partes arqueadas; presentando dicha placa (20) a lo largo de su lado interno y/o externo una cubierta compuesta (26) aplicada a presión realizada con una capa viscoelástica (34) en la que se superpone una membrana metálica (36), estando fijada dicha cubierta (26) a la superficie perfilada que define dicho o dichos lados de la placa central (20);

caracterizada porque dicha capa viscoelástica (34) es un material espumoso constituido por una espuma acrílica.

2. Rueda insonorizada según la reivindicación 1, caracterizada porque la espuma acrílica se presenta en forma de una tira adhesiva por ambas caras.

3. Rueda insonorizada según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la capa viscoelástica (34) es una tira continua desarrollada en forma de una corona circular.

4. Rueda insonorizada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cubierta (26) se extiende hasta el área de conexión con la banda de rodadura rodeada por el aro (16), y, en el área opuesta, hasta cerca de la parte arqueada (30, 32) de conexión con el cubo (12).