ES2909967T3 - Bastidor de bogie para vehículos sobre raíles de una pieza fundida de aluminio - Google Patents

Abstract

Bastidor de bogie (1) para vehículos sobre raíles con, al menos dos conjuntos de ruedas, que comprende dos largueros (3) que discurren paralelamente entre sí sobre cojinetes del eje, uno o más travesaños (2) conectados con los largueros (3), y áreas de soporte (5) para elementos funcionales, caracterizado por que el bastidor de bogie (1) está fabricado completamente como una sola pieza fundida, de una aleación de aluminio con un perfil de cavidad, el cual en el interior presenta cavidades (10) y está estabilizado mediante nervaduras (9).

Description

DESCRIPCIÓN

Bastidor de bogie para vehículos sobre raíles de una pieza fundida de aluminio

Campo técnico:

La presente invención se refiere a un bastidor de bogie para vehículos sobre raíles con al menos dos conjuntos de ruedas de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica:

El tren de rodaje de un vehículo sobre raíles consta de un bogie, en el que los conjuntos de ruedas están montados en un bastidor que puede girar con respecto a la carrocería del coche. Los bogies se construyen en varios diseños y realizaciones. Un bogie muy antiguo es el bogie de cuello de cisne o los bogies de Gorlitz y Minden-Deutz. El chasis de un bogie debe soportar cargas elevadas y consta de, al menos un travesaño, sobre el que descansa la junta de pivote de la carrocería del vagón. En los extremos del travesaño están fijados dos largueros dispuestos paralelamente entre sí. Los largueros están conectados con las cuatro ruedas del bogie por medio de una suspensión. Las suspensiones consisten en diferentes grupos de resortes montados coaxialmente. Hoy en día, tales sistemas de resortes suelen constar de una suspensión secundaria y una suspensión primaria. Tales bogies están descritos, por ejemplo, en los documentos EP 1150 872 B1, EP 1637 425 A2, US 4,258,629 A, DE 198 19412 C1 o EP 2 165 913 B1. Del documento EP 2 669 138 A1 también se conoce un bogie, en el que el cuerpo de bastidor está formado por un cuerpo fundido monolítico de material de fundición gris.

En una realización clásica, los vagones de ferrocarril más grandes están equipados con dos bogies, que presentan cada uno dos conjuntos de ruedas. Sin embargo, también se conocen realizaciones, en las que se puede utilizar un número variable de ejes y ruedas por bogie, dependiendo de la estructura del vagón de ferrocarril. El número de conjuntos de ruedas se ajustará a la capacidad de carga deseada y permitida de un vagón.

Todas las demás piezas, como por ejemplo conjuntos de ruedas, suspensión y amortiguadores, están fijadas a un bastidor de bogie. El bastidor de bogie suele consistir en una construcción de acero soldado, el bastidor también en parte esta fundido de acero.

El bogie además comprende un pasador de pivote, también denominado casquillo de pivote, que conecta el bogie con la carrocería del coche y, por lo general, también transmite las fuerzas longitudinales entre la carrocería del coche y el bogie. El bogie se mueve alrededor del eje vertical formado por el pasador de pivote.

Los bastidores de bogie anteriores son extremadamente pesados, presentan una tensión residual elevada y, si son de acero, están sujetos a la corrosión. Las construcciones soldadas de chapa de acero y tubos de acero son extremadamente complejas en su producción y, por lo tanto, caras. Los bastidores de bogie soldados además presentan costuras de soldaduras, que están sujetas a tensiones y se pueden agrietar bajo una carga pesada. Tales costuras de soldaduras en construcciones de acero son particularmente propensas a las cargas mecánicas, en el caso de componentes sometidos a cargas elevadas, como un bastidor de bogie, los cuales acaban reduciendo la resistencia mecánica de los componentes.

Los bastidores de bogies conocidos anteriormente además provocan fuertes ruidos de conducción, los cuales solo se pueden reducir mediante medidas complejas de amortiguación.

Representación de la Invención:

Para evitar estas desventajas, el objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un bastidor de bogie para vehículos sobre raíles con al menos dos conjuntos de ruedas, que en su peso sea más reducido con respecto a una construcción de acero y en el que el ruido de conducción se reduzca significativamente. Preferentemente, el peso se reduce en aproximadamente un 40 % con respecto a una construcción de acero. La reducción de peso depende de la respectiva variante de realización.

Este objetivo se resuelve mediante un bastidor de bogie con las características de la reivindicación 1 y un procedimiento para la producción de un bastidor de bogie como tal. Las formas de realizaciones preferentes se pueden encontrar de nuevo en las reivindicaciones dependientes.

El bastidor de bogie de acuerdo con la invención para vehículos sobre raíles con al menos dos conjuntos de ruedas consiste en dos largueros que discurren paralelamente entre sí sobre cojinetes del eje, que están conectados entre sí con uno o varios travesaños. En una variante, dependiendo de la función, el ensamblaje de los largueros y los travesaños se puede realizar mediante conexiones atornilladas o conexiones soldadas. Dentro del bastidor de bogie se encuentra un área de soporte para una conexión del pasador de pivote y otros elementos funcionales. De acuerdo con la invención, ahora está previsto, que el bastidor de bogie se produzca completamente como una pieza fundida de una aleación de aluminio, preferentemente en el procedimiento de fundición en molde de arena. En este procedimiento se pueden producir cavidades o perfiles huecos, que se estabilizan mediante nervaduras.

El bastidor de bogie de acuerdo con la invención se fabrica en el procedimiento de fundición de aluminio, preferentemente en molde de arena. El molde se produce preferentemente por medio de un dispositivo de patrón en el procedimiento de moldeo manual o también en el procedimiento de moldeo de bloques de núcleo. Se trata de un "molde perdido", porque el molde y los núcleos de arena ligada químicamente o arcillosamente tienen que ser destruidos después de la fundición.

Elementos funcionales típicos en los bogies de vehículos sobre raíles son elementos para la circulación segura del vehículo sobre raíles sobre el cuerpo de vía. Como también el bastidor de bogie, esto comprende la suspensión primaria y secundaria, la amortiguación, los sistemas de frenado, los conjuntos de ruedas y, según la realización también los motores y los engranajes.

La invención se refiere a un bastidor de bogie como pieza fundida única y completa de una aleación de aluminio, que soporta los elementos funcionales con su transmisión de fuerzas y cargas y garantiza un funcionamiento seguro. El bastidor de bogie se presenta así como una sola pieza fundida, que debe sustituir las estructuras de acero conocidas anteriormente en los bogies para vehículos sobre raíles. De este modo se evitan trabajos de soldadura complejos y costuras de soldadura propensas a tensiones. La producción del bastidor de bogie en una sola pieza de una aleación de aluminio, además reduce los costes entre un 30 y un 50 %. Esta es una ventaja significativa con respecto a los bastidores de bogie conocidos de acero. El intervalo de prueba en funcionamiento continuo para la comprobación de la existencia de grietas por tensión en el componente se puede ajustar y aumentar de acuerdo con los resultados del cálculo, la prueba de vibración continua y los resultados de la prueba en curso.

Los parámetros técnicos del bastidor de bogie, que se produce mediante el procedimiento de fundición en molde de arena, se adaptan de manera óptima a las cargas mecánicas y los requisitos de funcionamiento continuo. Preferentemente, las cavidades del bastidor de bogie están producidas de arenas ligadas químicamente con núcleos de arena montados en el molde. Debido al tratamiento térmico en T6 que tiene lugar en el proceso de producción, la pieza fundida está casi libre de tensiones. Las tensiones residuales se pueden minimizar debido al tratamiento térmico en el proceso de producción. Debido a la construcción y a las propiedades mecánicas de la aleación de aluminio, se puede conseguir una reducción de peso de aproximadamente el 40 %.

La estabilidad requerida está garantizada por las cavidades formadas dentro de la pieza fundida y las nervaduras previstas en las mismas.

Las cavidades de los dos largueros y/o los travesaños se pueden utilizar preferentemente como depósitos de reserva de aire para los elementos funcionales del vehículo sobre raíles. Esto tiene una ventaja considerable con respecto a los depósitos de reserva de aire en los bastidores de bogie conocidos, como, por ejemplo para los travesaños o los depósitos de aire de chapa de acero soldados especialmente para este fin. Los depósitos de reserva de aire se pueden crear a través de las cavidades del bastidor de bogie, los cuales pueden asumir esta función por completo. Esto puede evitar las construcciones complejas a través de travesaños u otras formas de depósitos de aire. Por supuesto, hay que asegurarse de que las cavidades previstas a tal efecto en el bastidor de bogie sean herméticas y comprobadas de acuerdo con las especificaciones técnicas.

En una variante preferente, además están previstas nervaduras en la parte inferior en áreas de peligro, para evitar el impacto de la caída de piedras. Estas áreas se deben proteger de las caídas de piedras, porque se encuentran en la parte inferior del bastidor de bogie y se tienen que proteger de la grava aspirada en la dirección de desplazamiento. Las nervaduras tienen una separación de al menos 20 mm y un grosor de al menos 5 mm.

En una forma de realización preferente está prevista, que entre las nervaduras se introduzca un revestimiento de caucho, preferentemente mediante pulverización de una capa de al menos 5 mm de grosor. Mediante la aplicación del revestimiento de caucho, se pueden evitar las chapas de acero atornilladas debajo de los trenes, lo que representa otra ventaja significativa de costes y beneficios del bastidor de bogie de acuerdo con la invención.

Como aleación de aluminio se utiliza preferentemente una aleación de aluminio, silicio y magnesio. Opcionalmente, también se puede añadir manganeso, cobre o zinc, si las superficies no están afectadas por la corrosión y están protegidas con pintura húmeda elástica. Sin embargo, el contenido de cobre y zinc preferentemente se debe mantener bajo para evitar la corrosión. La aleación de aluminio de acuerdo con la invención permite una pieza fundida con altas propiedades mecánicas y es resistente a la corrosión. Preferentemente se utiliza AC-AlSi7Mg0, 3ST6 para la pieza fundida de acuerdo con la invención. La pieza fundida en sí es construida de forma homogénea y compatible a las tensiones. En una forma de realización preferente, la pieza fundida está provista de una protección elástica de la superficie para protegerla de las influencias que provocan la corrosión.

Las cargas y fuerzas de los resortes primarios sobre los conjuntos de ruedas se transmiten preferentemente en el bastidor de bogie en un área grande y ancha mediante insertos, en forma de sombrero, de acero libre de corrosión. Como resultado, se aprovechan mejor las ventajas del efecto de soporte en el componente y se evitan las sobrecargas puntuales en los brazos de apoyo. El voladizo del inserto transmite las cargas circunferencialmente sobre todo el diámetro y toda el área.

El ruido y el ruido de conducción se reducen significativamente mediante la pieza fundida de aluminio de acuerdo con la invención. Al elegir las nervaduras dentro de las cavidades, la función y la estabilidad se pueden combinar de manera eficiente. Las nervaduras están diseñadas en diferentes formas y grosores de acuerdo con el patrón de tensión calculado.

La invención además se refiere a un procedimiento para la producción de un bastidor de bogie para vehículos sobre raíles con al menos dos conjuntos de ruedas, dos largueros que discurren paralelamente entre sí sobre cojinetes del eje y los travesaños que conectan los largueros y están diseñados como depósitos de reserva de aire. Los largueros y los travesaños se pueden diseñar para el soporte de elementos funcionales. De acuerdo con la invención, está previsto que el bastidor de bogie se fabrique completamente como una pieza fundida de una aleación de aluminio en fundición en molde de arena con una pluralidad de cavidades estabilizadas con nervaduras. Preferentemente, las cavidades están producidas de arenas ligadas químicamente con núcleos de arena almacenados en el molde. En una variante preferente, las cavidades de los dos largueros y/o de los travesaños están diseñadas como espacios de reserva de aire. En otra variante de realización preferente está previsto que la pieza fundida esté construida de forma homogénea y libre de tensiones y que esté provista preferentemente con una protección elástica de la superficie. La protección de la superficie sin cargas térmicas del componente y la proporción muy baja de tensiones residuales garantizan un comportamiento óptimo del componente en el estado de cargas de funcionamiento. Además, está previsto preferentemente, que los insertos de acero, de acero libre de corrosión se introducen en el perfil de fundición de los largueros durante la producción del bastidor de bogie.

Las características de las variantes de realización preferentes descritas aquí también se pueden combinar entre sí. Por lo tanto, la invención también comprende combinaciones de diferentes variantes de realización, incluso si éstas no se describen en detalle en los ejemplos de realización.

La invención además se refiere a un vehículo sobre raíles, que se fabrica con un bastidor de bogie de acuerdo con la invención como una pieza fundida de una aleación de aluminio, en fundición en molde de arena con un perfil de cavidad.

La invención se explica con más detalle en los dibujos a continuación.

Formas para la realización de la invención y usabilidad comercial:

En la Figura 1 se muestra una variante de realización de un bastidor de bogie 1 de acuerdo con la invención como un componente de una sola pieza en aluminio fundido. El bastidor de bogie 1 de acuerdo con la invención se puede ver con dos largueros 3 dispuestos paralelamente entre sí. Los dos largueros 3 están conectados entre sí por dos travesaños 2 conectados entre sí. Los dos travesaños 2 están a su vez conectados entre sí a través de dos puentes longitudinales centrales 4, los cuales comprenden un área de soporte 5 para elementos funcionales. En los dos travesaños 2 están formados dos salientes opuestos 7 como topes laterales.

Las fijaciones para los elementos funcionales y las interfaces están previstas en el componente completo, que se pueden elevar con respecto a la superficie. Debido al diseño adecuado al flujo de tensiones, las cargas y las fuerzas se pueden transmitir al interior del componente de aluminio de forma controlada.

En las Figura 2 a 4 está representado el perfil de cavidad de la forma de realización mostrada en la Figura 1. El interior de la pieza fundida es hueco y consta de una o varias cavidades 10, separadas entre sí por nervaduras 9. Éstas consisten en nervaduras longitudinales y nervaduras transversales en diferentes diseños en los puntos que son especialmente utilizados. Las nervaduras 9 estabilizan la pieza fundida, distribuyen las tensiones y asumen la función de soporte.

En la Figura 2 se muestra una vista lateral. Se puede ver que las dos largueros 3 están conectados con dos travesaños 2, en cada uno de ellos están fundidos dos salientes opuestos 7, opuestos como topes laterales. Las nervaduras 9 dentro de la pieza fundida, junto con las paredes exteriores 8, asumen la función de soporte del componente.

En la Figura 3 se muestra una representación de una vista superior de un componente seccionado por la mitad. Se puede ver un área de soporte 5 para elementos funcionales, así como el puente longitudinal 4. Los casquillos de acero 6 se introducen en el componente (largueros 3) para la transmisión de carga desde los resortes primarios. Estos tienen una forma de sombrero y utilizan todas las superficies de contacto en el componente para transmitir las cargas de manera compatible y uniforme al componente.

En la Figura 4, están representadas las nervaduras individuales 9 de la cavidad.

La construcción de acuerdo con la invención de aluminio fundido se caracteriza por una considerable reducción de costes con una reducción simultánea de peso. El ruido de conducción se reduce significativamente. Se pueden evitar trabajos de soldadura complejas en componentes de acero, como travesaños de materiales de hierro y depósitos de aire de chapa de acero. Esto representa ventajas significativas con respecto a los bastidores de bogie conocidos.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Bastidor de bogie (1) para vehículos sobre raíles con, al menos dos conjuntos de ruedas, que comprende dos largueros (3) que discurren paralelamente entre sí sobre cojinetes del eje, uno o más travesaños (2) conectados con los largueros (3), y áreas de soporte (5) para elementos funcionales, caracterizado por que el bastidor de bogie (1) está fabricado completamente como una sola pieza fundida, de una aleación de aluminio con un perfil de cavidad, el cual en el interior presenta cavidades (10) y está estabilizado mediante nervaduras (9).

2. Bastidor de bogie (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que la pieza fundida es producida de aluminio en un procedimiento de fundición en molde de arena.

3. Bastidor de bogie (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que las cavidades (10) de los dos largueros (3) y/o del travesaño (2) están formadas como depósitos de reserva de aire.

4. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, en la parte inferior del bastidor de bogie (1), están previstos áreas protegidas, en las cuales están fundidas nervaduras para evitar el impacto de la caída de piedras.

5. Bastidor de bogie (1) según la reivindicación 4, caracterizado por que está previsto un revestimiento de goma entre las nervaduras.

6. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la aleación de aluminio está compuesta por aluminio, silicio y magnesio, y opcionalmente presenta aditivos de manganeso, cobre y/o zinc.

7. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pieza fundida es construida de forma homogénea y las tensiones de funcionamiento y cargas se soportan en el componente.

8. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pieza fundida está provista con una protección elástica de la superficie.

9. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la absorción de fuerza en la suspensión primaria es soportada por medio de casquillos de acero (6).

10. Bastidor de bogie (1) según la reivindicación 9, caracterizado por que los casquillos de acero (6) libres de corrosión para la transmisión de fuerza están introducidos en los largueros (3).

11. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las nervaduras (9) comprenden nervaduras requeridas por la carga y nervaduras transversales.

12. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el área de soporte (5) se puede utilizar para elementos funcionales e interfaces, en los que los topes laterales, las fijaciones de rodamientos y otros elementos de fijación están fundidos de manera funcional.

13. Bastidor de bogie (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los dos largueros (3) están conectados con los travesaños (2).

14. Procedimiento para la producción de un bastidor de bogie para vehículos sobre raíles con al menos dos conjuntos de ruedas, el cual comprende dos largueros (3) que discurren paralelamente entre sí sobre cojinetes del eje, uno o más travesaños (2) conectados con los largueros (3), y un área de soporte (5) para elementos funcionales, caracterizado por que el bastidor de bogie (1) está fabricado completamente como una pieza fundida, de una aleación de aluminio, en un procedimiento de fundición en molde de arena, con un perfil de cavidad, en el cual en el interior se forman cavidades (10) y se estabilizan mediante nervaduras ( 9).

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que las cavidades (10) son producidas de arenas ligadas químicamente.

16. Procedimiento según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado por que las cavidades de los dos largueros (3) y/o de un travesaño (2) están formadas, según necesidad, en forma de depósitos de reserva de aire.

17. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que la pieza fundida es, durante el proceso de fabricación, construida de forma homogénea y a continuación provista de una protección elástica de la superficie.

18. Vehículo sobre raíles que comprende un bastidor de bogie con las características de las reivindicaciones 1 a 13.