ES2981125T3 - Disco de freno de una sola pieza para vehículos sobre rieles - Google Patents

Abstract

El objeto de la invención es un disco de freno de una sola pieza para material rodante con un montaje mejorado en el buje, es decir, dos discos de freno están montados en un buje mediante soportes flexibles. El disco de freno (1) consta de dos discos de freno coaxiales (2) que están unidos entre sí por nervaduras de refrigeración (7), un buje (3) y soportes flexibles (4) que están dispuestos de manera equidistante en una circunferencia exterior (3a) del buje (3), estando fijados los discos de freno (2) de manera inseparable al buje (3) mediante los soportes flexibles (4). El soporte (4) está formado por una parte rígida (4a), con la que el soporte (4) está unido inseparablemente a la circunferencia exterior (3a) del buje (3), y por una parte flexible (4b) que continúa desde la parte rígida (4a), estando realizada la parte flexible (4b) con una cierta inclinación con respecto al eje de rotación, y estando provista la parte flexible (4b) en el punto de unión con la placa de freno (2) de un punto de unión (5), con el que está unida inseparablemente a ambas placas de freno (2) a través de una conexión fundida (6). Mediante la unión de la placa de freno (2) al buje (3) a través de soportes flexibles (4), se permite una expansión térmica libre de las placas de freno (2) en la dirección radial, reduciendo así significativamente las tensiones en los soportes (4) causadas por deformaciones térmicas que se producen durante el funcionamiento de frenado del material rodante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Disco de freno de una sola pieza para vehículos sobre rieles

El objeto de la invención es un disco de freno de una sola pieza para vehículos sobre rieles con un montaje de buje mejorado, es decir, dos discos anulares están montados en un buje a través de soportes flexibles.

Un freno de disco de vehículos sobre rieles suele consistir en un disco de freno, un buje y una mordaza de freno. Un disco de freno generalmente está hecho de dos placas de freno que tienen forma de discos anulares coaxiales que están interconectados por nervaduras de enfriamiento radiales, de modo que se formen pasos de aire entre los discos anulares, que mejoran la refrigeración del disco de freno durante la operación de frenado. Adicionalmente, las nervaduras de enfriamiento proporcionan la resistencia requerida del disco de freno, ya que conectan adicionalmente los discos anulares.

El buje está unido a un eje con un ajuste apretado, mientras que el disco de freno está unido o sujeto al buje o a un anillo interior mediante soportes, estando los primeros extremos de los soportes dispuestos circunferencialmente de manera equidistante en el buje, en su circunferencia exterior, mientras que los otros extremos de los soportes están unidos al disco de freno en la superficie interior de ambos discos anulares. De esta forma, se forma una conexión sólida entre los discos anulares y el buje, que debe soportar un par y fuerzas de frenado elevados durante la operación de frenado.

La placa de freno del freno de disco debe ser capaz de acumular una gran cantidad de energía térmica, por ejemplo, durante la operación de frenado del vehículo sobre rieles. En dicho frenado, la energía cinética se convierte a través de la fricción entre el disco de freno y las pastillas de freno en energía térmica que calienta las placas de freno. Debido al calentamiento, el disco de freno se expande, en concreto, el disco de freno se extiende en la dirección radial y, adicionalmente, los discos anulares del disco de freno se deforman convexamente, es decir, las porciones de los discos anulares en la circunferencia interior y en la circunferencia exterior están dobladas una hacia la otra. Debido a la extensión del disco de freno en la dirección radial, los soportes que conectan los discos anulares al buje están sujetos a cargas; debido a la deformación convexa de los discos anulares, las nervaduras de enfriamiento que conectan los dos discos anulares están sujetas a cargas de flexión, es decir, los ubicados a lo largo de la circunferencia interior y a lo largo de la circunferencia exterior de los discos anulares. Las nervaduras de enfriamiento ubicadas a lo largo de los radios intermedios de los discos anulares están sujetas a cargas de flexión más bajas. Los cambios descritos en el disco de freno debido al aumento de temperatura afectan en consecuencia al rendimiento del freno de disco. Las altas temperaturas y las diferencias de temperatura locales pueden causar daños mecánicos en la superficie del disco de freno, que se refleja en grietas y deformaciones plásticas del disco de freno. Cuando el disco de freno se expande a medida que aumenta la temperatura, carga simultáneamente los soportes conectados al buje en la dirección radial, lo que también puede conducir al deterioro del ajuste apretado del buje al eje, es decir, la presión superficial entre el buje y el eje disminuye en el ajuste muy apretado, reduciendo así la capacidad de transmitir par a través de la junta. Debe asegurarse, además, que las tensiones generadas durante la operación de frenado no superen las tensiones dinámicas constantes. De esta forma, se garantiza una larga vida útil del disco de freno, de lo contrario, pueden producirse grietas en los soportes debido a la fatiga del material.

Una realización de un disco de freno de una sola pieza como se muestra en la figura 1 se conoce a partir de la técnica anterior. El disco de freno tiene seis soportes rígidos para transferir cargas desde los discos anulares al buje. Estos soportes tienen una gran sección transversal ya que deben soportar grandes fuerzas durante la expansión térmica de los discos anulares. Sin embargo, dado que la expansión térmica no se puede detener a pesar de la alta rigidez, esto se refleja en un aumento en el diámetro interior del buje, donde está presente un ajuste apretado con el eje, por lo que se produce una disminución en la fuerza de acoplamiento durante la operación de frenado, lo que puede afectar la seguridad durante la operación. Debido a que estos soportes deben tener una gran sección transversal, todo el producto también es más pesado. Sin embargo, se crean tensiones extremadamente altas en estos soportes radiales durante la operación de frenado, lo que puede provocar grietas. Dado que la deformación térmica de los discos de freno es causada por gradientes de temperatura y el propio aumento de temperatura, la carga principal en dicho disco se debe a la expansión térmica. Una nueva configuración flexible permite reducir una gran proporción de cargas mecánicas resultantes de la temperatura elevada con un soporte especial que está configurado de tal manera que las cargas en la dirección radial no se transfieren completamente al buje y es rígido al mismo tiempo para cargas tangenciales durante la operación de frenado.

Por ejemplo, un disco de freno de una sola pieza con una función similar se divulga en la solicitud de patente n.°<a>U 2003262331 A1. La estructura descrita representa solo una propuesta teórica, ya que dicha estructura de un disco de freno no es factible en la práctica. La solicitud de patente n.° WO 2005/052403 A1 también divulga un disco de freno de una sola pieza que tiene soportes provistos de dos brazos que están curvados longitudinalmente en su dirección circunferencial y unidos a un buje. Los soportes son robustos para transmitir fuerzas laterales en la dirección tangencial debido al par provocado por el frenado, aumentando así el peso del disco de freno y, además, los soportes robustos no permiten suficiente flexibilidad de los brazos en la dirección radial. Adicionalmente, estos soportes ocupan mucho espacio, lo que significa que se pueden instalar menos soportes alrededor de la circunferencia del buje, lo que dificulta la distribución del par a través de los soportes.

La técnica anterior relevante también se puede encontrar, por ejemplo, en los documentos US 2011/240422, DE 102009 027116, GB 1149 126 y DE 1200339, en donde se divulgan diferentes diseños de soportes, y en los documentos WO 2015/090890 y US 2019/195300, en donde se divulgan diferentes disposiciones de las nervaduras de enfriamiento.

Las desventajas mencionadas anteriormente se resuelven mediante una construcción mejorada del disco de freno de acuerdo con la invención definida por la reivindicación independiente 1. En las reivindicaciones dependientes se reivindican realizaciones de la invención. El disco de freno de acuerdo con la invención está fundido en un de una sola pieza junto con el buje de hierro dúctil. Al unir el disco de freno, es decir, placas de freno al buje a través de soportes flexibles, se posibilita una expansión térmica más libre de las placas de freno en la dirección radial, reduciendo así significativamente las tensiones en los soportes provocadas por las deformaciones térmicas que se producen durante la operación de frenado del vehículo sobre rieles. Como resultado, los soportes presentan menos carga sobre el buje en la dirección radial, de modo que el ajuste apretado del buje con el eje sea más constante, manteniendo así la capacidad de transmitir el par a través de la junta. La fijación del disco de freno al buje a través de soportes flexibles permite adicionalmente una producción más fácil y económica y una instalación más rápida, ya que no hay necesidad de elementos de conexión, y el peso de todo el disco de freno también es menor.

La invención se describirá con más detalle en el presente documento a continuación y se ilustrará en las figuras:

la figura 1 muestra un disco de freno de la técnica anterior

la figura 2 muestra un disco de freno de la invención

la figura 3 muestra una sección del disco de freno de la invención sin una placa de freno

la figura 4 muestra una sección transversal del disco de freno de la invención

la figura 5 muestra una sección transversal de un soporte flexible

la figura 6 muestra la deformación del soporte flexible durante el calentamiento del disco de freno

la figura 7 muestra un cambio en la fuerza de acoplamiento en el ajuste apretado del buje con el eje. Un disco de freno 1 consiste en dos discos anulares coaxiales, es decir, las placas de freno 2, que están interconectados por las nervaduras de enfriamiento 7, un buje 3 y unos soportes flexibles 4. Los primeros extremos de los soportes flexibles 4 están dispuestos circunferencialmente de manera equidistante en una circunferencia exterior 3a del buje 3, estando unidos los segundos extremos de los soportes 4 a la superficie interior de las placas de freno 2, por lo que las placas de freno 2 están unidas inseparablemente al buje 3 a través de los soportes flexibles 4.

El soporte 4 está formado por una porción rígida 4a, con la que el soporte 4 está unido de manera inseparable a la circunferencia exterior 3a del buje 3, y de una porción flexible 4b que continúa desde la porción rígida 4a, estando hecha la porción flexible 4b con una cierta inclinación con respecto a un eje radial R, y la porción flexible 4b está provista en el punto de unión a la placa de freno 2 con un punto de unión 5, con la que se une inseparablemente a ambas placas de freno 2 a través de una conexión de fundición 6.

El ángulo a de inclinación de la porción flexible 4b del soporte 4 también depende del punto de unión de la porción flexible 4b a la placa de freno 2. El punto de unión se selecciona de manera que el ángulo a de inclinación encerrado por el eje radial R que pasa a través del centro del punto de unión 5 y una línea longitudinal S que conecta los puntos al principio y al final de la porción flexible 4b del soporte 4 y pasando a través del centro del punto de fijación 5, está entre 35 y 50°.

Para lograr las características óptimas del disco de freno 1, es deseable que el ángulo a de inclinación sea mayor, ya que permite una mayor liberación de tensión durante la deformación térmica, reduciendo así las tensiones que actúan sobre el disco de freno 1 durante la operación de frenado.

En concreto, un ángulo a suficientemente grande permite que la expansión de las placas de freno 2 en la dirección radial debido al aumento de temperatura no provoque la fuerza de tracción del soporte flexible 4 sobre el buje 3 en la dirección radial, como sucedería en un ángulo a = 0, pero provocando la flexión de la porción flexible 4b del soporte 4, lo que permite que el punto de fijación 5 del soporte 4, que es al mismo tiempo el punto de unión en la placa de freno 2, para alejarse en la dirección radial desde el buje 3 sin fuerza no deseada en la dirección radial del soporte 4 hacia el buje 3.

La longitud L de la porción flexible 4b del soporte 4 se define en cada caso de modo que se consigan las características óptimas del disco de freno 1 y es interdependiente del ángulo a. También depende de las dimensiones del disco de freno 1, en las limitaciones espaciales del disco de freno 1 debido a la disposición más optimizada de las nervaduras de enfriamiento 7 y en el punto de unión de la porción flexible 4b en la placa de freno 2. Es deseable que la longitud L de la porción flexible 4b se determine de manera que el punto de unión permita la disposición óptima de las nervaduras de enfriamiento 7, especialmente a lo largo de la circunferencia interior 1a del disco de freno 1, es decir, la circunferencia interior de las placas de freno 2, mientras proporciona un ángulo a suficiente.

Los puntos de unión 5 también conectan ambas placas de freno 2 entre sí, por lo que también tienen la función de proporcionar resistencia estructural entre ambas placas de freno 2, y las nervaduras de enfriamiento 7 tienen la misma función.

Si el punto de unión está más cerca de la circunferencia exterior 1b del disco de freno 1 mientras proporciona un ángulo definido a, esto significa longitudes más largas L de la porción flexible 4b y, por lo tanto, soportes 4 más largos. Cuanto más cerca esté el punto de unión de la circunferencia exterior 1b, cuanto mayores sean las cargas radiales en el soporte 4, ya que las placas de freno 2 se expanden más en la dirección radial a lo largo de la circunferencia exterior 1b debido al aumento de temperatura que a lo largo de la circunferencia interior 1a. Los soportes 4 más largos aumentan la flexibilidad del soporte 4, pero a longitudes excesivas, la resistencia y la capacidad de carga del soporte 4 pueden reducirse, por lo que se necesita un compromiso para optimizar el disco de freno 1 basándose en sus dimensiones. Las longitudes L demasiado largas o demasiado cortas de la porción flexible 4b tampoco permiten una distribución óptima de las nervaduras de enfriamiento 7 que proporcionan la resistencia necesaria, deteriorando así las características del disco de freno 1, ya que las nervaduras de enfriamiento 7 proporcionan resistencia estructural de la interconexión de las placas de freno 2 y, en consecuencia, la resistencia estructural del disco de freno 1, y permiten que el calor de las placas de freno 2 se disipe al entorno más rápido, el disco de freno 1 está expuesto a una menor carga térmica, dando como resultado una menor deformación del disco de freno 1, desgaste reducido y propiedades de fricción mejoradas.

Preferiblemente, el punto de unión de la porción flexible 4b en la placa de freno 2 se forma proximal a la circunferencia interior de las placas de freno 2, aproximadamente de un tercio a la mitad de la anchura de las placas de freno 2 en la dirección radial. De esta forma, se posibilita la disposición óptima de las nervaduras de enfriamiento 7 y la reducción de la deformación radial del soporte 4, a medida que la deformación es más extensa, más alto se hace el punto de unión en las placas de freno 2.

Si los soportes 4 en las placas de freno 2 se sujetaran más cerca de la circunferencia interior 1a de las placas de freno 2, no podrían disponerse de manera óptima, pero, si se sujetaran más cerca de la circunferencia exterior 1b de las placas de freno 2, la carga sobre los soportes 4 sería mayor debido a la deformación térmica, que se reflejaría en el soporte 4 como una tensión más alta, por lo tanto, el soporte 4 debería ser más largo para compensar la mayor deformación, lo que plantearía, además, un problema en la configuración de las nervaduras de enfriamiento 7. Por lo tanto, es deseable que los soportes 4 en las placas de freno 2 se sujeten de tal manera que permitan una disposición óptima de las nervaduras de enfriamiento 7 y los soportes 4 y la limitación es la longitud de los soportes 4. La porción rígida 4a del soporte 4 está unida al buje 3 de tal manera que la superficie de contacto de la porción rígida 4a del soporte 4 y el buje 3 es sustancialmente perpendicular al eje radial R. Opcionalmente, la porción rígida 4a del soporte 4 está provista de un orificio 4c para reducir el peso del disco de freno 1. Opcionalmente, la porción rígida 4a del soporte 4 está provista en un lado con un radio r, que permite, entre otras cosas, que la porción flexible 4b se aleje del buje 3 en la dirección radial durante una cierta distancia D.

Es deseable que el radio r sea lo suficientemente grande como para que las tensiones en el soporte 4 durante la operación del disco de freno 1 estén bajo cargas dinámicas constantes y que puedan producirse por el proceso de fundición. De esta forma, la porción flexible 4b, en el punto donde la porción flexible 4b continúa desde la porción rígida 4a, se eleva por encima de la circunferencia exterior 3a del buje 3 la distancia D, aumentando así el ángulo a a la misma longitud del soporte 4, al tiempo que permite la instalación de un mayor número de soportes 4. Si hay más soportes 4, pueden soportar un par de frenado más alto, lo que significa una mayor seguridad y, al mismo tiempo, más soportes 4 también significa un mayor peso del disco de freno 1, lo que no resulta deseable, por lo que se debe encontrar un compromiso. Dado que el ángulo a es mayor, la dirección de la carga térmica del soporte 4 es más óptima, es decir, lo más perpendicular posible a la porción flexible 4b. Al mismo tiempo, en ángulos más altos a, la fuerza de frenado actúa a lo largo del soporte 4 en la dirección de compresión o tracción, dependiendo de la dirección de rotación durante el frenado, y no en la dirección de flexión, lo cual es deseable.

El punto de unión 5 del soporte 4 y la configuración de la conexión de colada 6 tienen preferentemente una forma de sección transversal circular o elíptica.

De acuerdo con la invención, la porción flexible 4b está hecha de dos brazos 8 mutuamente paralelos para evitar la rotación del soporte 4 en el punto de unión del soporte 4 a la placa de freno 2 durante la deformación que se produce durante el frenado.

Los brazos 8 son planos y redondeados en sección transversal en los bordes.

De acuerdo con la invención, la anchura del brazo 8 es al menos 3 veces mayor que su grosor. La configuración plana de los brazos 8 mejora su flexibilidad en la dirección radial, mientras que los brazos 8 aún soportan cargas de tracción o compresión durante el frenado. Las cargas debidas al par de frenado son pequeñas en comparación con las cargas provocadas por la expansión térmica, por lo que es deseable tener suficiente flexibilidad de los brazos 8 en la dirección radial para que, debido al aumento de la temperatura de las placas de freno 2 y su deformación en la dirección radial, los brazos 8 o las porciones flexibles 4b del soporte 4 pueden desviarse en la dirección radial. Debido al diseño plano de los brazos 8, no se producen grandes tensiones en ellos durante la desviación. En concreto, cuanto menor sea el grosor de los brazos 8, cuanto más se doblan con la misma carga, menores son las tensiones en el soporte 4 a la misma deformación o desviación del soporte 4.

De acuerdo con la invención, la anchura de un hueco 8a entre los brazos 8 es aproximadamente idéntica a la anchura de un brazo 8 individual.

En una de las realizaciones, los brazos 8 están ligeramente doblados en la dirección del eje de rotación. Una ligera curvatura resuelve el problema del espacio irregular entre los soportes 4 y mejora la distribución (posibilidad de instalar un mayor número de soportes 4) a lo largo de la circunferencia del buje 3 debido a las limitaciones del proceso de colada. Debido a limitaciones de producción en la producción del disco de freno 1, el disco de freno 1 se funde junto con el buje 3 de hierro dúctil en una sola pieza, y dado que la distancia mínima entre los soportes 4 en el proceso de fundición en arena es de nueve mm, es necesario doblar ligeramente los brazos 8 para alcanzar la mejor distribución posible y así mantener al menos esta distancia entre los soportes 4.

Los soportes 4 se optimizaron con la ayuda de simulaciones FEM (método de elementos finitos) para que se cree la menor tensión posible en ellos durante la propia deformación y que la seguridad contra la desviación de los soportes 4 sea muy alta durante el frenado. Basándose en las dimensiones del disco de freno 1, las simulaciones FEM optimizan la longitud L de la porción flexible 4b, el diámetro del punto de fijación 5 en el punto de fijación del soporte 4 en la placa de freno 2 y la configuración y dimensión del radio r, donde la porción rígida 4a está fusionada al buje 3.

La figura 6 muestra la deformación del soporte flexible 4 durante el calentamiento del disco de freno 1. El desplazamiento radial se muestra en mm, siendo el factor de aumento de desplazamiento 50. Debido a la construcción propuesta del disco de freno 1, el extremo exterior del soporte 4 se mueve relativamente libremente hacia fuera en la dirección radial. El extremo exterior del soporte 4 se refiere a la porción flexible 4b del soporte 4 en el área donde el soporte 4 se sujeta en la placa de freno 2. Al mismo tiempo, el soporte 4 es rígido bajo cargas tangenciales.

En una realización, donde el punto de unión del soporte 4 se realiza en el medio de la circunferencia de las placas de freno 2, el punto de unión 5 con la conexión de colada 6 está sometido a cargas de flexión mínimas debido a la deformación por convección.

Cuando el buje 3 está montado en el eje, los soportes 4 adoptan una forma opuesta a la que se forma después de la deformación, por lo que las tensiones después de la carga son menores de lo que serían si el disco de freno 1 no estuviera presionado sobre el eje. En la configuración del propio disco de freno 1, ya se tiene en cuenta un ajuste estrecho con el eje. En concreto, cuando el disco de freno 1 está montado en el eje, el diámetro interior del buje 3 aumenta aproximadamente 0,13 mm en la dirección radial. Este desplazamiento pretensa parcialmente los soportes 4, es decir, empuja los soportes 4 ligeramente hacia fuera en el extremo inferior y, posteriormente, la carga dinámica primaria es la expansión térmica que mueve el extremo exterior de la porción flexible 4b hacia fuera en la dirección radial como se ha descrito anteriormente. El extremo inferior del soporte 4 se refiere a la porción flexible 4b del soporte 4 en el área de conexión con la porción rígida 4a.

Como puede verse a partir del gráfico mostrado en la figura 7, la capacidad de transmitir par a través de un ajuste apretado para discos de freno de una sola pieza convencionales de la técnica anterior (figura 1) disminuye drásticamente con el aumento de la temperatura del disco de freno. Las temperaturas en el gráfico muestran un frenado de 34 min de duración en el que la temperatura superficial promedio del disco aumenta a 430 °C. La fuerza de acoplamiento en el ajuste cae debido a las expansiones térmicas del disco de freno, ya que, durante el calentamiento a través de los soportes en la dirección radial, tira de la parte interior del buje, donde está presente el ajuste apretado. Este problema se evita casi por completo si se usan soportes flexibles. La caída de fuerza en la junta para la variante antigua es del -60 %, mientras que solo asciende al -1,3 % para la versión flexible. Dado que la transferencia de par desde el disco de freno al eje es crucial, la nueva estructura del disco de freno es, por lo tanto, más segura desde el punto de vista de un deslizamiento ajustado.

La disposición y la forma de las nervaduras de enfriamiento 7 se realizan de tal manera que el disco de freno 1 de acuerdo con la invención tiene propiedades térmicas y de ventilación casi idénticas en ambas direcciones de rotación y tiene en cuenta la asimetría del soporte dependiendo de la dirección de rotación. Esta igualdad de propiedades en ambas direcciones de rotación es un parámetro importante en la construcción del disco de freno 1, ya que el vehículo sobre rieles recorre la misma distancia tanto hacia delante como hacia atrás.

Las nervaduras de enfriamiento 7 tienen una forma preferentemente ovalada o redonda en sección transversal, con una sección transversal aumentada en el área de contacto de cada nervio 7 con la superficie interior de cada una de la placa de freno 2, por lo que se permite un mayor flujo de calor hacia la mitad del disco de freno 1. En la circunferencia exterior 1b del disco de freno 1, es decir, en la fila exterior, las nervaduras 7 son más fuertes, con una sección transversal más grande, y en formas ovaladas orientadas tangencialmente a la dirección de rotación, debido a que, especialmente durante el frenado de emergencia debido a grandes gradientes de temperatura, se produce la deformación convexa de las superficies de fricción de las pastillas de freno 2, que exponen esas nervaduras de enfriamiento 7 que están ubicadas en la circunferencia interior 1a y en la circunferencia exterior 1b a una flexión mayor. Las nervaduras de enfriamiento 7 ubicadas en los radios intermedios están menos sujetas a cargas debido a la deformación convexa de las placas de freno 2, por lo que pueden tener dimensiones de sección transversal más pequeñas. Las filas interiores de nervaduras de enfriamiento 7 están adecuadamente desplazadas para permitir las mismas propiedades térmicas y de ventilación en ambas direcciones de rotación.

Debido a la unión de los soportes flexibles 4 en la placa de freno 2, no es posible colocar un número suficiente de nervaduras de enfriamiento 7 y, por lo tanto, las placas de freno 2 están menos conectadas en esta porción, las nervaduras de enfriamiento 7 que están posicionadas sustancialmente entre los soportes adyacentes 4 están provistas opcionalmente de una sección transversal más grande y se mueven en la dirección radial lo más posible hacia los respectivos soportes 4 y, por lo tanto, lo más posible hacia la circunferencia interior 1a del disco de freno 1, al menos tanto como lo permitan las restricciones de producción, es decir, el proceso de fundición. Opcionalmente, estas nervaduras 7 tienen refuerzos en la porción donde descansan sobre la superficie interior de cada una de las placas de freno 2, que reducen la deformación del borde inferior del disco de freno 1, debido a que, durante el frenado de emergencia, se produce la convexidad de la superficie de freno debido a los grandes gradientes de temperatura en las placas de freno 2.

La forma y posición especificadas de las nervaduras de enfriamiento 7 permiten un 52 % menos de pérdidas por ventilación. A medida que las pérdidas por ventilación aumentan exponencialmente con la velocidad del tren, estos se vuelven significativos por encima de 100 km/h. El disco de freno 1 de acuerdo con la invención está destinado actualmente a trenes de hasta 200 km/h.

El número de soportes flexibles 4 depende del tamaño del disco de freno 1, pero es deseable que el disco de freno 1 incluya al menos siete soportes flexibles 4 para lograr las características deseadas. En la realización mostrada en las figuras 2, 3 y 5, el disco de freno 1 de acuerdo con la invención incluye diez soportes flexibles 4, porque debido a limitaciones en el proceso de fundición, un número mayor no es posible con este tamaño del disco 1. De este modo, un disco de freno 1 con una circunferencia mayor podría tener más soportes 4, mientras que un disco 1 con una circunferencia más pequeña podría tener algo menos debido a las limitaciones de espacio en la dirección tangencial. El número de corchetes 4 tampoco está limitado a números pares o impares. Debido a las vibraciones modales, los números impares de corchetes 4 son incluso deseables, basándose en simulaciones en teoría, se espera que un disco de freno 1 con un número impar de soportes 4 tenga menos posibilidades de chirrido de freno durante el frenado, ya que la geometría de un disco de freno 1 con un número impar de soportes 4 tiene menos simetrías geométricas, lo que significa que la geometría tiene menos frecuencias propias.

El disco de freno 1 de acuerdo con la invención tiene soportes flexibles especiales 4 entre las placas de freno 2 y el buje 3, que permiten que el disco de freno 1 se moldee junto con el buje 3 en hierro dúctil en una sola pieza. Los soportes flexibles 4 permiten la expansión térmica libre de las placas de freno 2 en la dirección radial. Esta liberación reduce significativamente las tensiones causadas por las deformaciones térmicas, que son las principales tensiones en los discos de freno. Dado que las placas de freno 2 están conectadas al buje 3 a través de soportes flexibles 4, el ajuste apretado del buje 3 con el eje es más constante. En concreto, a través de investigaciones y simulaciones FEM, se observó que una conexión rígida entre el buje 3 y las placas de freno 2 causa problemas, ya que provoca fuertes fuerzas radiales durante el calentamiento en el lugar donde se proporciona el ajuste apretado. Estas tensiones reducen significativamente la presión superficial sobre el propio ajuste apretado, reduciendo así la capacidad de transmitir el par a través de la junta hasta en un 80 % (figura 3). Como resultado, las versiones de la técnica anterior tienen soportes 4 muy macizos que hacen que el disco de freno 1 sea más pesado (figura 1). La nueva versión del disco de freno 1 (figura 2) reduce el peso de todo el disco de freno 1 hasta en un 25 %. Debido a que las tensiones durante el frenado en la superficie de fricción son menores, la posibilidad de grietas en la superficie es menor, la vida útil de las pastillas de freno es más larga y, en consecuencia, se genera menos polvo y humo durante el frenado.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un disco de freno de una sola pieza (1) para vehículos sobre rieles que consiste en dos placas de freno (2) coaxiales que están interconectadas por nervaduras de enfriamiento (7), un buje (3) y soportes (4) que están dispuestos equidistantemente de manera circunferencial en una circunferencia exterior (3a) del buje (3), estando las placas de freno (2) sujetas inseparablemente al buje (3) a través de los soportes (4), en donde cada soporte (4) está formado por una porción rígida (4a), con la que el soporte (4) está unido de manera inseparable a una circunferencia exterior (3a) del buje (3), y de una porción flexible (4b) que continúa desde la porción rígida (4a), la porción flexible (4b) está provista en un punto de unión a las placas de freno (2) de un punto de unión (5), con el que se une inseparablemente a ambas placas de freno (2) a través de una conexión de fundición (6), en donde la porción flexible (4b) está hecha con una inclinación con respecto a un eje radial (R) que pasa a través de un centro del punto de unión (5), y en donde un ángulo (a) de inclinación encerrado por dicho eje radial (R) que pasa a través del centro del punto de unión (5) y una línea (S), conectando puntos en un comienzo y un final de la porción flexible (4b) del soporte (4) y pasando a través del centro del punto de unión (5), está entre 35 y 50°, caracterizado por que la porción flexible (4b) está hecha de dos brazos (8) mutuamente paralelos para evitar la rotación del soporte (4) en el punto de unión del soporte (4) a la placa de freno (2) durante la deformación que se produce durante el frenado, en donde los brazos (8) son planos y en una sección transversal redondeada en los bordes, siendo una anchura del brazo (8) en una dirección radial al menos tres veces mayor que un grosor del brazo (8) en una dirección perpendicular a dicha dirección radial, y siendo una anchura de un espacio (8a) entre los brazos (8) aproximadamente idéntica a la anchura del brazo individual (8).

2. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el punto de unión de la porción flexible (4b) en la placa de freno (2) está formado en un tercio a la mitad de un ancho de las placas de freno (2).

3. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la porción rígida (4a) del soporte (4) está unida al buje (3) de tal manera que una superficie de contacto de la porción rígida (4a) del soporte (4) y el buje (3) sea sustancialmente perpendicular al eje radial eje (R).

4. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la porción rígida (4a) del soporte (4) está provista en un lado de un radio (r) para permitir que la porción flexible (4b) se aleje del buje (3) en una dirección radial durante una cierta distancia (D), por lo que la porción flexible (4b), en un punto donde la porción flexible (4b) continúa desde la porción rígida (4a), se eleva por encima de la circunferencia exterior (3a) del buje (3) en una dirección radial por la cierta distancia (D), aumentando así el ángulo (a) a la misma longitud del soporte (4), al tiempo que permite la instalación de un mayor número de soportes (4).

5. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los brazos (8) están doblados en una dirección hacia el eje de rotación.

6. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las nervaduras de enfriamiento (7) tienen una sección transversal ovalada o redonda, con una sección transversal aumentada en un área de contacto de cada nervadura (7) con una superficie interior de cada una de las placas de freno (2), y en donde, en una circunferencia exterior (1b) del disco de freno (1), que está en una fila exterior, hay nervaduras (7) con una sección transversal mayor en comparación con las nervaduras de enfriamiento (7) ubicadas en filas internas, y colocadas tangencialmente a la dirección de rotación, y en donde las filas internas de nervaduras de enfriamiento (7) tienen una sección transversal más pequeña en comparación con las nervaduras de enfriamiento (7) ubicadas en la fila exterior, y están desplazadas para permitir las mismas propiedades térmicas y de ventilación en ambas direcciones de rotación.

7. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que las nervaduras de enfriamiento (7) que están posicionadas sustancialmente entre los soportes (4) adyacentes están provistas de una sección transversal más grande en comparación con las nervaduras de enfriamiento (7) ubicadas en filas internas y movidas en la dirección radial tanto como sea posible hacia los respectivos soportes (4) y, por lo tanto, lo más lejos posible hacia una circunferencia interior (1a) del disco de freno (1).

8. El disco de freno de una sola pieza (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el disco de freno (1) incluye al menos siete soportes (4) flexibles.