Objeto de la invención El objeto de la presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere al novedoso sistema para captar la corriente de la catenaria, (cable aéreo que se desliza por la parte superior de los carries del ferrocarril) y, de esa instalación, se alimentan los motores de tracción de las máquinas eléctricas del tren. La base principal esta configurada por un cilindro, que capta la corriente de la catenaria y la transmite a los cables de los motores de tracción del tren, siendo esta estructura ciindrica, las que hacen imposible que se produzca el enganche con la catenaria, en su constante contacto y frotamiento entre las dos partes, catenaria y cilindro de la mesilla, ubicadas en el tren. El cilindro transmite la tensión de una forma más continua, siendo su acoplamiento uniforme, y por este motivo se evita el continuo efecto del"chisporroteo", y el desprendimiento de partículas incandescentes, frecuente con los sistemas actuales, ya que estos originan incendios. Este sistema de cilindro no generan corrientes parásitas que deterioran las instalaciones, sobre todo en las fundas de los conductores eléctricos, y sus canalizaciones, estos se producen fundamentalmente en los túneles, ocasionando grandes desperfectos, así como los enormes gastos que originan su reparación.

Antecedentes de la invención El sistema convencional empleado actualmente para captar la corriente de la catenaria, (cable aéreo que va instalado por encima de los carriles del ferrocarril ), que permite suministrar a los motores eléctricos de las máquinas de tracción, que configura el convoy del tren para su desplazamiento. La alimentación eléctrica entre la catenaria y el vehículo del tren se realiza a través de la mesilla-bipaleta, que está configurada por cuatro barras de material de cobre, que captan la corriente de la catenaria y la transmite por medio de cables a los motores de tracción, siendo estas barras de sección rectangular.

La mesilla-bipaleta en su configuración actual, están ubicadas las barras de forma rectangulares, presentando aristas vivas o agudas que originan con cierta frecuencia un tipo de avería grave, que es la rotura de la catenaria, con repercusiones costosas, en tiempo y reposición de materiales, este tipo de averías se conoce como"el enganchón", además de las repercusiones citadas conllevá la parada del tren y las anomalías que de ella se deriva. También el uso de este tipo de barras rectangulares cuando el tren se desplaza a gran velocidad, y su correspondiente rozamiento de la catenaria con este tipo de barras, producen el desprendimiento de unas serie de chispas, con aportación de material, que en la mayor de las ocasiones originan incendios.

Dentro de los conocimientos actuales referente al estado de la técnica está la patente P-8903527 (05.09. 1989), titulo; Frotador rotatorio flotante, inventor, Sánchez Alba José, donde se hace referencia al sistema captador de la corriente de cilindro con colectores transmitiendo la intensidad en forma radial, escobillas perpendiculares al eje. Dentro de la técnica indicada, con fecha (08.02. 1991), se patento un cilindro japonés, con colectores variando la disposición de las escobillas. El (19.08. 1991), se patenta otro cilindro japonés, de colectores, donde se varia el asentamiento de las escobillas.

El (21.12. 1991), se patenta otro cilindro con colectores, pero utilizando, en vez, de escobillas un líquido-metálico (Mercurio), con el peligro que conlleva este contaminante.

El (05.02. 1994), (14.10. 1994) y (22.12. 1995), se patentaron cilindros japonés, referidos al mismo tema, es decir sistemas con colectores con escobillas dispuestas perpendicular al eje, pero con pequeñas variaciones.

La patente P-9802009 (21.09. 1998), Transmisor rotatorio de K. V. A. inventor, Sánchez Alba José, hace referencia al primer sistema de cilindro pero sin colectores, transmitiendo la corriente de forma axial, colocándose las escobillas paralelas al eje.

La patente P-9900677 (26.09. 1999), Transmisor rotatorio de K. V. A. inventor

Sánchez Alba José, donde se hace referencia a la recepción-transmisión de K. V. A. que comprende reis mecanismos independientes, pero integrados formando un conjunto, del que sólo se destaca el eje y el soporte que lo conecta con el brazo del pantógrafo de la máquina. Tratándose sobre el mismo tema, el (05.02. 2001) se presenta el Receptor Transmisor Giratorio, inventor, Sánchez Alba José.

El sistema que se realiza actualmente tiene una configuración de una serie de cuatro bandas conductoras, dispuestas paralelamente, dichas bandas rectangulares con su rozamiento con la catenaria, transmiten la intensidad que captan de ésta a los motores de tracción de las máquinas eléctricas, estas bandas se fijan a una mesa de sostén, que es paralela a la horizontal, y capta corriente sin interrupción hasta velocidades próximas a los 300Km/ll.

Este sistema originaba una avería conocida como ei enganchón, ya que las barras al ser de sección rectangular, y debido al rozamiento y a su velocidad, se origina un desgaste-del material de la barra de sección rectangular y, del material de la catenaria, produciéndose la avería conocida como"el enganchón"y su posterior rotura o corte.

El solicitante e inventor Sánchez Alba José, de la presente memoria, ha realizado durante 13 años investigaciones, introduciendo innovaciones, así como ensayos, pruebas estáticas y dinámicas, sometiendo los prototipos a corrientes de cortocircuitos de 480 Amp. Estos prototipos se instalaron en máquinas de tren, en condiciones de explotación, comparándolos con los sistemas convencionales bipaleta con 4 barras rectangulares. Estos son conocido como el JS4 y JS5. Todos estos desarrollos han llegado a la realización del cilindro captador de corriente, es decir al Receptor Emisor Giratorio de Cilindro.

La presente invención del Receptor Emisor Giratorio de Cilindro, tiene por objeto, subsanar todos estos problemas, sobre todo debido al diseño del transmisor, que por su configuración en forma cilíndrica y los componentes que se ubican dentro de él, se evita el famoso enganchón, con las repercusiones tan graves, como la parada de tren, los costes de reparación y el tiempo de su ejecución. Este sistema hace imposible que se produzca el enganchón, además

de transmitir la tensión de una forma más continua y eficaz, ofreciendo más seguridad, acoplándose en el mismo sistema bípaleta, pero trabajando de diferente manera, por lo cual tampoco desprende chisporroteos ni partículas de material incandesdentes y, como consecuencia posibles incendios en el des- plazamiento del tren.

Objeto de la invención El sistema"receptor emisor giratorio de cilindro", se refiere a un procedimiento de captar la corriente de la catenaria, y a través de su configu- ración, alimentar los motores eléctricos de los vehículos de tracción del tren.

La base fundamental del sistema esta en e ! cilindro que sustituye a las barras de cobre rectangulares convencionales. Este cilindro por su diseño y configuración innovadora hace imposible que se produzca el enganchón con la catenaria, en su constante contacto y frotamiento entre las dos partes. Las barra cilíndrica transmite la tensión de una forma más continua, siendo su acoplamiento uniforme, evitándose el continuo efecto de chisporroteo, con el desprendimiento de partículas incandescentes. Este sistema de barra cilíndrica no generan corrientes parásitas, que deterioran las instalaciones, sobre todo en los recubrimientos de los conductos eléctricos y sus canalizaciones y, en zonas críticas de su recorrido, como son en los túneles.

La configuración del cilindro, permite aumentar la velocidad del tren, así como evitar el problema de enganchón entre el cilindro y la catenaria. La adhesión de cilindro con la catenaria es mayor, permitiendo una continuidad en la alimentación de los motores del tren, aumentando la adherencia de las ruedas motrices sobre los carries, así como su seguridad y evitando el deslizamiento de las ruedas por falta de tensión eléctrica.

Aumenta la seguridad en al circulación, permitiendo aumentar la velocidad.

La reducción de las corrientes parasitarias, es debido a la forma de captar la corriente, ya que entra en el cilindro estanco, transmitiendo por su superficie hacia los extremos, por los conductos totalmente aislados hasta que se embornan con las entradas de los motores de tracción, impidiendo que en ese intervalo se HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)

desprenda ninguna corriente parasitaria. Normalmente el aire en condiciones tiene un 10% de agua, lo que hé sirve de conductor, por este motivo los cuernos extremos de las mesillas no deben ir electrificados para evitar esto, elcilindroen su longitud debe ser dimensionado adecuadamente, para evitar la formación de corrientes parasitarias por desprendimiento de éstas.

Descripción detallada de los dibujos Para su mejor entendimiento del objeto de la presente invención, se describe a continuación una realización práctica preferencial del objeto de la presente invención, sobre la base de las figuras adjuntas.

Fig. 1 Muestra una vista del cilindro receptor-transmisor. giratorio con una sección longitudinal, donde se muestran todos los componentes que lo configura, así como el posicionamiento de los mismos.

Fig. 2 Muestra una vista dei cilindro ó tubo captador, seccionado longitudinal y transversalmente.

Fig. 3 Muestra una vista de tambor-monoblox en planta y en posicio- namiento longitudinal seccionado, indicando en (D) et alojamiento de un roda- miento.

Fig. 4 Muestra una vista del semieje, que puede ser un eje completo, el motivo de semiejes es el disminuir peso, donde se indica los distintos posicio- namientos de dimensiones que io configura, así como las secciones posicionales en el semieje, que puede mecanizarse para desmontarlo por la cabeza (C), para así alterar sus diámetros y hacerlo más robusto, sí fuera necesario. En (F) es rectangular, para ubicar un anclaje y que no pueda girar.

Fig. 5 Muestra una vista frontal del porta-transmisor y, su posicionamiento longitudinal seccionado, que además se puede elegir alterando el numero de taladros, además de incluir en el mismo conductor el muelle correspondiente. En (E) se ubica un rodamiento.

HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)

Fig. 6 Muestra una vista de) transmisor, con el posicionamiento de los taladros, así como la representación longitudinal seccionada, igualmente se puede alterar los taladros por las mismas necesidades del porta-transmisor.

Fig. 7 Muestra una vista de1 conjunto aislante, tapa y tuerca de) eje con la tapa del aislante, que se ubica todo dentro de cilindro transmisor. así como el alojamiento de dos rodamientos tal y como se indica en la fig. pudiendo alojarse en el conjunto hasta ocho rodamientos dependiendo, si es para baja o alta velocidad.

Fig. 8 Muestra una vista de la pieza, denominada cuerno de toro y, su posicionamiento en el extremo del cilindro. En el conjunto se indica el ensamble de ! cuerno de toro con el cilindro, así como la posición de la catenaria con respecto al cilindro, según se muestra en el posicionamiento (13).

Realización preferente de la invención El receptor emisor giratorio de cilindro, forman en su conjunto el sistema para captar y transmitir la corriente eléctrica de la catenaria a los motores eléctricos de tracción de tren.

En su configuración tiene piezas de coste bajo, así como la posibilidad de utilizar materiales diferentes, pero con la condición que sean buenos conductores, preferentemente el del transmisor. En este nuevo diseño no se utilizan las escobillas convencionales ya que tienen limites muy restringidos para este tipo de prestaciones.

En una realización práctica de la invención se analiza los inconvenientes del sistema actual, con las ventajas medioambientales y la reducción de las corrientes parasitarias.

La masilla actual, al ser rígida y representada por dos rectángulos paralelos a la catenaria, con el aumento de velocidad tiende a despegarse (lo contrario que en el cilindro) y, a ser más continuos y visibles los chisporroteos, con el peligro de que en uno de esos despegues, incida una de las aristas con la catenaria, y la corte, con la consiguiente áusencia de intensidad y parada del tren.

Según se representa en la figura descriptiva siguiente :

CATENARIA ENTRADA DE K. V. A. BANDAS CONDUCTORAS PERFIL DE LA MESILLA ACTUAL, e eg _ (4 RECTANGULARES) SALIDA*DE K. V. A. SALIDA DE K. V. A.

Las bandas conductoras tienen unas dimensiones de 7 X 25 mm. con cuatro rectángulos paralelos y, con una longitud cada una de 1150 mm., aunque actualmente se está realizando con un espesor de 14 mm. para prolongar el mantenimiento hasta los 30.000 Km. siendo el peso excesivo, alrededorde los 19 Kg. con lo que hay que cambiar los muelles del Pantógrafo para obtener más fuerza elevadora, con éste sistema al aumentar) la velocidad aumenta el riesgo de enganchón, pues los rozamientos se hacen más bruscos.

En este caso la superficie de contacto de cada pletina, es de 25 mm2 de unidades de superficie, la fuerza eievadora del Pantógrafo es de 10 Kgl cm2. si esos 10 Kg los dividimos por 100 mm2. de superficie, tenemos 0.1 Kg/mm2. de presión de contacto.

El sustituir estas barras rectangulares o pletinas por un cilindro innovador de la presente patente, se obtiene una superficie de contacto mucho menor con la catenaria, siendo este segmento de circunferencia de unos 3 mm2. de unidades de superficie, que dividiendo los 10 Kgl cm2. entre los 3 mm2. resulta una presión de 3.33 Kg/mm2.

Lo que demuestra, que la presión será tanto mayor cuanto menor sea la superficie de contacto, favoreciendo el paso de densidad de corriente. De esta foma los motores de tracción se alimentan de forma más constante.

Una de las ventajas medioambientales se produce por el uso de captador

cilíndrico, al no presentar aristas indicentes hacia la catenaria lo que se traduce en la ausencia de desprendimiento de partículas incandescentes (esquirlas de las bandas conductoras que por el rozamiento se desprenden de los filos de éstas).

Estas esquirlas incandescentes al caer sobre el suelo o sobre la vegetación, se ha demostrado que dicho fenómeno origina incendio de esa superficie inmediatamente después de paso del tren.

Otra ventaja que origina el uso de captador cilíndrico se refiere a la reducción de las corrientes parasitarias, siendo la forma de captar y transmitir la corriente, pues la corriente entra en un cilindro estanco transmitiéndose por su interior hacia los extremos, por los conductos totalmente aislados hasta que se embornan con las entradas de los motores de tracción, impidiendo que en ese intervalo se desprendan ninguna corriente parasitaria, pues el aire en condiciones normales tiene un 10 % de agua, lo que le sirve de conductor. Por este motivo los cuernos extremos se debe evitar que estén electrificados.

Se ha obtenido la reducción de las corrientes parasitarias, en base de las realizaciones y experiencias, como el caso siguiente, que 1 amperio de corriente parasitaria circulando un año puede destruir 9 Kgrs. de hierro (Fe) ó 34 Kgrs. de plomo (Pb) pero como el ataque es pequeño y no uniforme, si no que se produce siguiendo los bordes de los granos de fundición de material en cuestión cualquier tubo o funda, puede resultar perforado, aunque el peso del metal destruido sea pequeño, pues se forman dos pilas electrolíticas en serie construidas por : Railes de acero (ánodo) -Terreno húmedo-Tubos de acero o cubiertas de plomo (cátodo).

Tubos o cubiertas (ánodo)-Terreno húmedo-Raíles (cátodo). Según se muestra en la figura.

Corrosión electroquímica (con fuerza electromotriz externa aplicada), producida por la corriente de retorno d los trenes y en especial de los tranvías.

La corrosión se produce en los raíles entre A y B y en los tubos o cubiertas entre E y F.

La corrosión en los carries no es importante, pues se desgastan antes de corroerse, pero en los tubos cercanos puede ser muy grave, así como en los rodamientos de los ejes.

La presente patente está basada en el estudio y realizaciones siguientes : Cálculo de velocidades en función de diámetro Partiendo de una velocidad de 360 Km/h. v = 360Km/h = 100 m x seg.

Diámetro del tubo D = 88. 9mm. r = 44.45mm. v = w x r ww = 2.247 radianes/seg.

2 n radianes es una vuelta, 2247 radianes son 358 vueltas, o 21,480 r. p. m.

Lo que implica que a 360 Km/h le corresponde 21.480 r. p. m. y 100 metros por segundo. de forma que : 100 mxseg. = 360 Km/h y 21.480 r. p. m.

66.6 mxseg = 240 Km/h y 14.313 r. p. m.

55.6 mxseg. = 200 Km/h y 11.928 r. p. m.

50 mxseg. = 180 Km/h y 10.735 r. p. m.

25 mxseg. = 90 Km/h y 5.368 r. p. m.

12,5 mxseg. = 45 Km/h y 2.684 r. p. m.

6.25 mxseg. = 22. 5Km/h y 1.342 r. p. m.

Cálculo de los rodamientos, Horas de trabajo y Periodo de engrase.

Cojinete de tipo rígido con velocidad limite de 41.000 r. p. m., con grasa y velocidad límite con aceite 65.00 r. p. m.

El cálculo de vida ó fatiga; 33% del tiempo con carga actuando en un extremo del cilindro 33 % del tiempo con carga actuando en el centro de ! cilindro

33 % de tiempo con carga actuando en el otro extremo de cilindro., Se considera el estudio en toda la longitud del cilindro, para reproducir el trabajo de la catenaria, puesto que ésta barre al cilindro en toda su longitud, al estar dispuesta en forma zig-zag.

Con el cilindro trabajando condicionado.

El 70 % del tiempo trabajando a velocidad máxima de giro a 41.00 r. p. m.

El 30 % del tiempo trabajando a velocidad media de giro a 9.000 r. p. m.

Se ha calculado la vida para cada condición de giro y la vida combinada consi- derando los anteriores porcentajes de tiempo.

Se ha considerado una refrigeración del cilindro por el aire circulante alrededor, en función de a velocidad de avance de tren y, se han considerado a efectos de cálculo los esfuerzos sobre los rodamientos que producen las presiones de aire trasversal del pantógrafo. por esta causa y debido a la alta velocidad, se colocará en el sentido de la marcha y delante del cilindro un alerón de material ligero, que desviará el aire y el agua, que puedan incidir negativamente sobre el cilindro, lo que aliviará de los esfuerzos mecánicos, por causa de su penetración en el aire y agua.

Cálculo de la vida de los rodamientos.

Con carga radial de 0 a 35 Kgr sobre el cilindro 70 % del tiempo a 22.00 r. p. m.

30 % de tiempo a 6.000 r. p. m.

33 % de tiempo en un extremo 33 % del tiempo en medio 33 % del tiempo en el otro extremo.

Duración de vida a 6.000 r. p. m. aproximadamente 400.000 horas de trabajo.

Duración de vida a 22.000 r. p. m. aproximadamente 100.000 r. p. m. de trabajo.

Duración de vida en función de las condiciones reales de velocidad aproxima- damente 150.000 horas de trabajo.

Un engrase cada 8.000 horas de trabajo en el caso de grasa, con aceite es aproximadamente a las 24. 000 horas de trabajo, es cuando se cambiaría.

Así pues, considerando que una máquina eléctrica trabaja aproximadamente 7 horas día por 365 días año, tenemos un total de 2.555 horas de trabajo anual, lo que significa que utilizando grasa, necesitaríamos un engrase a los tres años y dos meses y medio.

Una máquina que realiza 250.000 Km anualmente, la durabilidad de cilindro ó tubo oscila entre los 250.000 a 600. 000 Kms. dependiendo del material empleado.

Los transmisores empleados tienen una durabilidad entre 250.000 a 800.000 Kms. Todo estos materiales están según la norma (ISO-E 10).

El transmisor que está configurado por el cilindro principal, donde todos los componentes que lo integran son elementos independientes en su realización pero acoplados con rodamientos intercalados y aislantes, para estar protegidos de las corrientes que circulan sobre el conjunto de cilindro.

Según se muestra en la figura 1, la corriente que entra por la catenaria (C),

se transmite por el cilindro (1), axialmente, pasando por el tambor, (2) y (5), y saliendo por los cables (C1), para alimentar a los motores eléctricos del tren.

Dentro de cilindro (1), está ubicado el cuerpo aislante (4), que está solidario con el semieje (3), y soporta al sistema transmisor (5), configurado por los muelles y los cables de salida. En el extremo del cilindro (1) principal se une al conjunto indicado por medio del tambor (2), en forma de disco, tipo monoblox ubicándose parte del semieje (3), que está soportado por un juego de rodamientos especiales y todo este conjunto está envuelto por material aislante (6), PA-6, u otro material similar, girando el conjunto formado por el aislante, el cilindro con el tambor y el anillo exterior de los rodamientos.

El semieje (3), el material aislante (4), el cuerpo de transmisor (5), los muelles y los cables (C1), permanecen estáticos.

La figura 1 muestra el posicionamiento de todos los elementos o compo- nentes que configura el transmisor, donde se representa la catenaria (C), en contacto con la superficie de cilindro (1) principal.

En la fig. 2 se representa el cilindro (1) captador de gran resistencia mecánica para mayor duración, preferentemente de acero inoxidable, éste cilindro tiene de dos a seis taladros en cada extremo para fijar los mecanismos que se alojan. Siendo el cilindro de acero mate conductor y no magnético.

La fig. 3 representa el conjunto tambor (2), formando un monoblox, con diferentes diámetros, alojando los rodamientos, retenes y tuercas en el cuerpo cilíndrico de mayor diámetro, en el cuerpo cilíndrico de menor diámetro se alojan el cuerpo aislante, parte del cuerpo del semieje o eje, el transmisor, muelles y cables, con un espacio entre el tambor para que no roce, y pueda alojar un rodamiento en (D), pero los transmisores sí rozan sobre el disco tambor (2). Por la parte exterior del cuerpo cilíndrico de diámetro inferior se acopla un cuerpo en forma de cuerno de toro, (ver fig. 8), que cubre o envuelve al cilindro inferior del tambor, evitando el escalón que forman la unión de los cilindros del tambor. En este conjunto representado en la fig. 8, el cuerpo que gira es el cilindro (1), permaneciendo fijo el cuerno de toro (13), a través del soporte (11), de la mesilla, HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)

y cuya finalidad es la de proteger a todos los componentes del sistema que están alojados en su interior y colocados en los extremos del cilindro transmisor, así como, de golpes, de agua y todas aquellas partículas de cuerpos extraños que inciden sobre el conjunto.

La fig. 4, se indica el semieje (3) que se ubica en los extremos del cilindro (1) principal transmisor, el motivo de colocar dos semiejes es el de eliminar peso dentro de todo el sistema. También se puede poner un solo eje.

La fig. 5 configura el porta-transmisor, de material aislante, con un aloja- miento para ubicar el transmisor, el muelle de empuje y, un rodamiento en el posicionamiento (E).

La fig. 6 es el transmisor, de material compacto y conductor y, con la sección especifica para la densidad de corriente que es necesaria transmitir, con una dureza para afrontar el desgaste por el rozamiento, no superando la Norma ISO E 10, de 1 mm. cada 100.000 Km. de recorrido. El conjunto tiene una serie de taladros, unos ciegos para ubicar los muelles y otros pasantes para permitir el paso de los cables, que pueden incluir el mismo muelle.

La fig. 7, es el conjunto ubicado en el cuerpo cilindrico de mayor diámetro de tambor, donde se aloja el componente (a) aislante PA-6, u otro material similar y, dentro de este los rodamientos y retenes guardapolvos y de engrase para mantener a los rodamientos la máxima vida de trabajo. El componente (b), es la tapa de PVC que cierra el conjunto monoblox y, protege el interior del transmisor del exterior.

El componente (c), es la tuerca-tapa que cierra junto con el otro extremo, cabeza dei semieje a los rodamientos que se ubican entre ambas tuercas, presentando un saliente de contacto (c'), que se aloja en el aro pequeño del rodamiento, sujetándolo de modo que gire este rodamiento sóio su anillo grande o periférico, con todo el conjunto exterior, además este saliente (c'), sirve de apoyo para un reten que hace estanco su interior, impidiendo que aflore el lubricante.

La fig. 8 muestra el posicionamiento de cilindro principal (1), el contacto con HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)

la catenaria (C), el conjunto extremo del cilindro transmisor protegido por el cuerpo envolvente (13), denominado cuerno de toro, así como, la sujeción (11) del cuerpo de toro, sobre el soporte de la mesilla.

Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como una forma de llevarla a la práctica, sólo nos queda por añadir que, en su conjunto y partes que lo componen, es posible introducir cambios de forma, materiales y disposición, siempre y cuando dichas alteraciones no varíen sus- tancialmente las características de la invención que se reivindica a continuación.