Brevet FR2362033A1 — publié le 19780317

La présente invention a pour objet un frein à air comprimé à commande électro-pneumatique pour véhicules sur rails, comprenant une soupape pneumatique de commande à trois niveaux de pression qui contrôle l'alimentation en air comprimé d'un cylindre de frein et qui inclut au moins un premier orifice de serrage de frein inséré dans une conduite d'alimentation en air comprimé et au moins un premier orifice de desserrage de frein inséré dans une canalisation reliant une conduite d'échappement à l'atmosphère extérieure, et un appareil de commande électrique qui assure le contrôle de la pression régnant dans cette conduite d'échappement et qui inclut une soupape électromagnétique de retenue et une soupape électromagnétique de serrage de frein constituée par une soupape à deux voies conçue pour séparer la conduite d'échappement du premier orifice de desserrage de frein et pour relier cette même conduite à un second orifice de desserrage de frein débouchant à l'atmosphère ou à un second orifice de serrage de frein lui-meme raccordé à une source d'air comprimé, les premiers orifices de serrage et de desserrage de frein étant calibrés pour des durées plus longues de remplissage et de purgeage du cylindre de frein que les seconds orifices de serrage et de desserrage. Dans un frein à air comprimé connu à commande électropneumatique du genre précisé ci-dessus qui est décrit dans la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le nO 1 229 130, la soupape électromagnétique de retenue ou de desserrage des freins est munie de deux armatures réagissant à des niveaux d'excitation différents de cette soupape, armatures dont l'une contrôle la séparation de la conduite d'échappement et l'autre l'ouverture du second orifice de desserrage de frein. I1 s'est toutefois révélé en pratique que des soupapes électromagnétiques de desserrage de frein possédant en plus de leur position de manoeuvre à l'état non excité deux positions de manoeuvre distinctes correspondant à des niveaux d'excitation différents ne sont guère utilisables, ceci du fait qu'il n'est pas possible pour une dépense modérée d'obtenir avec toute la sécurité nécessaire une excitation au niveau désiré de la totalité des soupapes électromagnétiques de desserrage de frein que l'on doit contrôler dans une meme rame; on risque bien au contraire que, en raison de niveaux d'excitation différents et/ou d'écarts de tolérances des soupapes électromagnétiques de desserrage, il puisse se trouver dans une même rame des soupapes électromagnétiques qui pour le niveau d'excitation prescrit, ne prennent pas la position de manoeuvre désire. Ce type connu de frein à air comprimé n'a pu, pour cette raison, s'imposer dans la pratique. On connatt d'autre part, par le brevet allemand nO 1 299 307, un frein àair comprimé à commande électro-pneumatique dans lequel l'appareil de commande électrique, interposé à la manière d'une bride intermédiaire entre une soupape de commande à trois niveaux de pression et un dispositif de commutation pour diverses natures de convois incluant les premiers orifices de serrage et de desserrage de frein, inclut une soupape électromagnétique de retenue et une soupape électromagnétique de serrage de frein qui sont toutes deux constituées par de simples soupapes électromagnétiques d'arret.Dans ce frein connu à air comprimé, il est sans doute prévu un deuxième orifice de serrage de frein destiné à permettre un remplissage accéléré du cylindre de frein au cours des manoeuvres de freinage commandées électriquement, mais il n'est toutefois pas possible de prévoir un second orifice de desserrage de frein permettant un purgeage accéléré du cylindre de frein lors d'une manoeuvre de desserrage commandée électriquement; bien au contraire, l'air comprimé contenu dans le cylindre de frein doit s'échapper à l'atmosphère, meme lors d'un desserrage de frein commandé électriquement, par l'intermédiaire du premier orifice de desserrage qui, dans un cas comme dans l'autre, est libéré par le dispositif de commutation de natures de convois.Aussi bien/ans le cas d'un desserrage de frein commandé pneumatiquement, le purgeage du cylindre de frein s' effectue ainsi toujours par le meme premier orifice de desserrage de frein et requiert pour cette raison toujours le meme intervalle de temps I1 serait toutefois désirable que le desserrage de frein commandé électriquement puisse s'éffectuer de façon plus rapide que le desserrage commandé pneumatiquement, en d'autres termes, que lors d'un desserrage commandé électriquement, le cylindre de frein soit purgé plus rapidement que dans le cas d'un desserrage de frein commandé pneumatiquement. La présente invention se donne en conséquence pour but de concevoir un frein à air comprimé à commande électro-pneumatique du genre défini ci-dessus, qui soit de nature à remédier aux inconvénients des freins à air comprimé connus à commande électro-pneumatique tout en conservant une structure simple et économique, et qui ne nécessite en particulier que des soupapes électromagnétiques de retenue et de serrage de frein à deux positions de manoeuvre seulement, à savoir la position "excitée" et la position "non-excitée", ceci tout en rendant possible un remplissage et un purgeage du cylindre de frein plus rapides lors de manoeuvres de freinage et de desserrage commandées électriquement que dans le cas de manoeuvres commandées pneumatiquement. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait qu'est prévue une soupape à deux voies commandée par piston dont l'entrée à laquelle-aboutit la conduite d'échappement peut être reliée alternativement à une première et à une deuxième sorties, dont ladite première sortie reliée en l'absence de pression agissant sur son piston de commande à son entrée est raccordée au premier- orifice de desserrage de frein, et dont ladite deuxième sortie est reliée à la chambre de pression associée au piston de commande et peut être par ailleurs raccordée sous le contrôle de la soupe électromagnétique de retenue à une chambre qui peut elle-même être alternativement reliée, grâce à la soupape électromagnétique de serrage de frein, soit à la source d'air comprimé par l'intermédiaire du second orifice de serrage de frein, soit à l'atmosphère par l'intermédiaire du second orifice de desserrage de frein. I1 peut encore être avantageux que, selon une autre caractéristique de l'invention, le piston de commande soit chargé par un ressort sur sa face opposée à celle regardant la chambre de pression et soit associé à un tiroir de commande réalisant le raccordement alternatif des deux sorties à l'entrée de la soupape à deux voies. L'invention sera à présent décrite plus en détail à propos d'une forme préférentielle de réalisation, donnée à simple titre d'exemple illustratif, avec référence à l'unique figure du dessin ci-annexé. Partant d'une conduite générale 1, une conduite de dérivation 2 aboutit à une chambre 3 à la pression de ligne faisant partie d'une soupape de commande à trois niveaux de pression 4 ainsi que, par l'intermédiaire respectivement d'une soupape d'arrêt 5 ou 6 et d'un orifice restricteur 7 ou 8, à un réservoir d'air comprimé 9 et à une chambre de commande 10. La chambre 3 et la chambre de commande 10 sont séparées l'une de l'autre par un piston 11 qui est associé à un tube de soupape 12 pénétrant de façon étanche dans une chambre d'échappement 13 à l'intérieur de laquelle il débouche par une de ses extrémités, et pénétrant également de façon étanche dans une chambre 14 en communication avec l'atmosphère, ce tube supportant en outre un piston 16 qui sépare la chambre 14 d'une chambre 15 et se terminant dans cette chambre 15 en face d'un double clapet d'étanchéité 17.Dans la chambre 15 qui est reliée au cylindre de frein 18 soit directement, soit par l'intermédiaire d'une' soupape-relais non représentée sur le dessin, est disposé un ressort de compression 19 qui charge le piston 16--. Le double clapet 17, qui est également chargé par ressort, constitue avec un siège de soupape 20 fixe par rapport au bottier une soupape d'admission 17, 20 qui sépare la chambre 15 d'une autre chambre 21. Au réservoir d'air comprimé 9 est raccordé un limiteur de pression maximale 22 d'un mode de construction lui-mAme connu, tel par exemple que celui décrit dans la demande de brevet allemand publiée sous le nO 24 23 430, limiteur de pression dont la sortie est reliée à une conduite 23 elle-même raccordée par l'intermédiaire d'un premier orifice de serrage de frein 24 à la chambre 21. L'appareil de commande électrique comprend une soupape à deux voies 25 commandée par piston et pourvue d'un raccord d'entrée 26 qui est-relié à la chambre d'échappement 13 par l'intermédiaire du conduit 27 ci-après désigné comme "condui- te d'échappement". La soupape à deux voies 25 comporte un piston de commande 27 qui est exposé sur une de ses faces à la pression régnant dans une chambre de pression 28 à l'encontre de la force développée par un ressort 29, et qui supporte sur son autre face un tiroir de commande 30 permettant de relier alternativement le raccord d'entrée 26 à l'une ou à l'autre de deux sorties 31 ou 32. Partant de la sortie 31 qui est reliée au raccord d'entrée 26 en l'absence de pression dans la chambre 28, une conduite 33 débouche à l'atmosphère à travers un premier orifice de desserrage de frein 34.L'autre sortie 32 est reliée en permanence à la chambre de pression 28, et par l'intermédiaire d'une canalisation 35 ainsi que d'une soupape électromagnétique de retenue 36 constituée par une simple soupape électromagnétique d'arrêt, à une chambre 37. Cette chambre 37 peut etre reliée alternativement, par l'intermédiaire d'une soupape électromagnétique de serrage de frein 38 constituée par une soupape à deux voies, soit à une conduite 23 aboutissant à travers un second orifice de serrage de frein 39 au limiteur de pression maximale 22, soit à l'atmosphère à travers un second orifice de desserrage de frein 40. Les bobines d'excitation des soupapes électromagnétiques de retenue et de serrage de frein 36 et 38 sont, d'une part, reliées à la terre, et d'autre part raccordées à un câble de commande 43 par l'intermédiaire de diodes 41 et 42 couplées en opposition.Les soupapes électromagnétiques de retenue et de serrage de frein 36 et 38, la chambre 37, les deux orifices de serrage et de desserrage de frein 39 et 40, ainsi que la conduite 35 font tous partie de l'appareil de commande électrique. Le frein étant à ltétat desserré et prêt à entrer en service, la conduite générale 1, la chambre 3, la chambre de commande 10 et le réservoir dlair comprimé 9 sont charges à la valeur de pression régulée de par exemple 5 bars. Dans la conduite 23 et dans la chambre 21 règne, selon la conception du limiteur de pression maximale 22, soit également la valeur de pression régulée, soit la valeur maximale de la pression d'alimentation du cylindre de frein 18 de par exemple 3,8 bars. Le tube de soupape 12 est abaissé en dessous du double clapet 17, et le cylindre de frein 18 est ainsi relié par l'intermédiaire de la chambre 15 et de la chambre d'échappement 13 à la conduite d'échappement 27. Les soupapes électromagnétiques de retenue et de serrage de frein 36 et 38 sont à l'état désexcité et se trouvent dans leurs positions de manoeuvre respectives représentées sur le dessin, positions pour lesquelles la canalisation 35 est reliée à la chambre 37 et est purgée à l'atmosphère à travers le second orifice de desserrage de frein 40. La soupape à deux voies 25 se trouve de ce fait, elle aussi, dans la position de manoeuvre représentee sur le dessin, et la conduite d'échappement 27 est reliée à l'atmosphère pr l'intermédiaire de la conduite 33 et du premier orifice de desserrage de frein 34. Pour une manoeuvre de freinage à commande pneumatique, on abaisse la pression dans la conduite générale 1, et la pression dominante qui règne dans la chambre de commande 10 soulève immédiatement le groupe de pistons 11 et 16, en sorte que le tube de soupape 12 vient s'appliquer contre le double clapet 17 et soulève celui-ci de son siège de soupape 20. De l'air comprimé peut alors s'introduire dans le cylindre de frein 18 qui est à présent séparé de l'atmosphère sous le contrôle du premier orifice de serrage de frein 4, ceci jusqu'à ce que s'établisse dans le chambre 15 une pression qui rabaisse le groupe de pistons 11 et 16 jusqu'à ce que le double clapet 17 revienne s'appliquer sur son siège de soupape 20.Lors du début de l'introduction de l'air comprimé dans le cylindre de frein 18, la pression dans la conduite 23 peut éventuellement s'abaisser, mais le limiteur de pression maximale 22 entre alors en action et rétablit dans cette conduite 23 dans tous les cas un niveau de pression correspondant à la pression maximale d'alimentation du cylindre de frein 18. Lors d'une manoeuvre de desserrage du frein à commande pneumatique, les mêmes opérations se déroulent en sens inverse, le tube de soupape 12 s'abaissant notamment en dessous du double clapet 17 et le cylindre de frein 18 se purgeant à l'atmosphère par l'intermédiaire de la conduite d'échappement 27 et du premier orifice. de desserrage de frein 34. Le premier orifice de serrage de frein 24 ainsi que le premier orifice de desserrage de frein 34 sont calibrés pour les relativement longues durées de remplissage et de purgeage du cylindre de frein 18 qui sont prescrites dans le cas de commandes de freinage pneumatiques. Pour une manoeuvre de serrage de frein à commande électrique, on applique à présent au câble de commande 43 une tension telle que la soupape électromagnétique de serrage de frein 38 se trouve excitée par l'intermédiaire de la diode 42, tandis que la soupape électromagnétique de retenue 36 reste non excitée du fait de la présence de la diode 41. Partant de la conduite 23, de l'air comprimé s'introduit alors sous le contrôle du second orifice de serrage de frein 39 dans la chambre 37, et à travers la canalisation 35 dans la chambre de pression 38 ainsi que dans l'orifice de sortie 32. Au début de cette manoeuvre d'échappement de l'air comprimé hors de la conduite 23, la pression régulée qui règne éventuellement dans celle-ci s'abaisse à la valeur maximale de pression d'alimentation du cylindre de frein 18, et le limiteur de pression maximale 22 entre alors en action. I1 convient de remarquer que dans la conduite 23 règne toujours et dès le début du freinage, la pression d'actionnement maximale du cylindre de frein, ceci aussi bien dans le cas d'une commande pneumatique que d'une commande électrique du freinage. Du fait de la mise en pression de la chambre 28, le tiroir de commande 30 se trouve déplacé lors d'une manoeuvre de freinage à commande électrique de façon telle que le premier orifice de desserrage de frein 34 soit séparé de la conduite d'échappement 27 et que celle-ci se trouve alors reliée à la sortie 32, et par conséquent, à la conduite 23 à travers le second orifice d serrage de frein 39. Partant de la canalisation 35, de l'air comprimé s introduit à présent dans le cylindre de frein 18 à travers la conduite d'échappement 27, la chambre d'échappement 13, le tube de soupape 12 et la chambre 15. Pour le maintien d'un certain échelon de freinage, on inverse le sens du courant dans le câble de commande 43, si bien que la soupape électromagnétique de retenue 36 se trouve à son tour excitée tandis que la soupape électromagnétique de serrage de frein 38 est relâchée. De ce fait, la canalisation 35 se trouve séparée de la chambre 37, laquelle est elle-même isolée de la conduite 23 et est reliée à l'atmosphère à travers le second orifice de desserrage de frein 40. La chambre de pression 38 reste reliée par l'intermédiaire du tiroir de commande 30 à la conduite d'échappement 27 et au cylindre de frein 18, et elle est ainsi soumise à la valeur de pression instantanée qui règne dans ce cylindre de frein 18, en sorte qu'elle conserve sa position de manoeuvre et continue à maintenir le premier orifice de desserrage de frein 34 isolé de la conduite d'échappement 27. Le cylindre de frein 18 se trouve ainsi lui-même isolé, et conserve de la sorte son niveau de- pression d'actionnement instan tané. Si l'on désire renforcer l'échelon de freinage obtenu, on inverse à nouveau le courant circulant dans le câble de commande 43, ce qui provoque, par l'intermédiaire de la désexcitation de la soupape électromagnétique de retenue 36 et de la réexcitation de la soupape électromagnétique de serrage de frein 38, la remise en communication à travers la chambre 37 de la conduite 23 avec la canalisation 35, la conduite d'échappement 27 et le cylindre de frein 18, et dans ce dernier se trouve à nouveau injecté de l'air comprimé sous le contrôle du second orifice de serrage de frein 39. L'alimentation en air comprimé du cylindre de frein 18 peut s'effectuer jusqu'à la valeur maximale de pression qui est autorisée par le limiteur de pression maximale 22. Pour une manoeuvre de desserrage des freins à commande électrique, on coupe le courant circulant à travers le câble de commande 43, ce qui a pour effet de ramener la soupape électromagnétique de retenue 36 et la soupape électromagnétique de serrage de frein 38 toutes deux à leurs positions de manoeuvre non excitées qui sont représentées sur le dessin. Partant du cylindre de frein 18, l'air comprimé s'écoule alors-à travers la chambre 15, le tube de soupape 12, la conduite d'échappement 27, le tiroir de commande 30, la canalisation 35 et la soupape électromagnétique de retenue 36 pour parvenir dans la chambre 37, à partir de laquelle cet air s'échappe à l'atmosphère à travers la soupape électromagnétique de serrage de frein 38 et le second orifice de desserrage de frein 40.L'air comprimé s'échappe ainsi du cylindre de frein 18 vers l'atmosphère sous le contrôle du second orifice de desserrage de frein 40. La chambre 28 reste en l'occurrence en pression, ceci jusqu'à ce que la pression dans le cylindre de frein 18 et par conséquent aussi dans cette chambre de pression se soit abaissée à une valeur très réduite.. Ce n'est qu'alors que le ressort 29 est en mesure de soulever le piston de commande 27 à l'encontre de l'action de la pression résiduelle régnant encore dans la chambre 28, et de ramener ainsi le tiroir de commande 30 dans la position de manoeuvre représentée sur le dessin, position pour laquelle la conduite d'échappement 27 est reliée à l'atmosphère par l'intermédiaire du raccord d'entrée 26, de la sortie 31, de la conduite 33 et du premier orifice de desserrage de frein 34, tandis que la canalisation 35 est elle-même obturée.La poursuite du purgeage du cylindre de frein 18 pendant la dernière phase de desserrage du frein s' effectue ainsi à travers le premier orifice de desserrage de frein 34. La chambre de pression 28 se purge pendant ce temps à l'atmosphère à travers la canalisation 35, la chambre 37, et le second orifice de desserrage de frein 40. La manoeuvre de desserrage du frein commandée électriquement peut être interrompue à tout moment avant que soit atteinte la dernière phase de desserrage de frein ci-dessus mentionnée, ceci en excitant la soupape électromagnétique de retenue 36; cette soupape 36 isole alors la conduite d'échappement 27 et la canalisation 35 de la chambre 37, et par conséquent aussi du second orifice de desserrage de frein 40. Le second orifice de serrage de frein ainsi que le second orifice de desserrage de frein 40 sont calibrés en vue des relativement courtes durées de remplissage et de purgeage du cylindre de frein 18 qui sont autorisés en exploitation ferroviaire pour des opérations de freinage à commande électrique; ils autorisent ainsi une commande de pression d'actionnement du cylindre de frein 18 sensiblement plus rapide que les premiers orifices de serrage et de desserrage de frein 24 et 34. Il est par ailleurs bien évident que le frein à air comprimé peut être pourvu d'autres dispositifs additionnels de type classique, non représentés sur le dessin : c'est ainsi, par exemple, qu'il peut être prévu un limiteur de pression minimale susceptible de coopérer avec le limiteur de pression maximale 22 de la manière décrite dans la demande de brevet allemand déjà mentionnée ci-dessus et publiée sous le n0 2 423 430, ou encore, qu'il peut être prévu un commutateur de natures de train du type décrit dans le brevet allemand nO 1 299 307, commutateur grâce auquel d'autres orifices restricteurs peuvent être raccordés en parallèle sur ie premier orifice de serrage de frein 24 et sur le premier orifice de desserrage de frein 34, ceci de manière telle que le remplissage en air comprimé et le purgeage du cylindre de frein 18 pendant des manoeuvres de freinage à commande pneumatique puis sent s'effectuer dans les durées de temps prescrites pour les divers types de convois pris en considération. I1 est enfin encore possible d'assurer l'excitation de la soupape électromagnétique de retenue 36 et de la soupape électromagnétique de serrage de frein 38 par l'intermédiaire de câbles séparés, ce qui permet alors de supprimer les diodes 41 et 42. REVENDICATIONS 1 - Frein à air comprimé à commande électro-pneumatique pour véhicules sur rails, comprenant une soupape pneumatique de commande à trois niveaux de pression qui contrôle l'alimentation en air comprimé d'un cylindre de frein et qui inclut au moins un premier orifice de serrage de frein inséré dans une conduite d'alimentation en air comprimé et au moins un premier orifice de desserrage de frein inséré dans une canalisation reliant une conduite d'échappement à l'atmosphère extérieure, et un appareil de commande électrique qui assure le contrôle de la pression régnant dans cette conduite d'échappement et qui inclut une soupape électromagnétique de retenue et une soupape électromagnétique de serrage de frein constituée par une soupape à deux voies conçue pour séparer la conduite d'échappement du premier orifice de desserrage de frein et pourrelier cette même conduite à un second orifice de desserrage de frein débouchant à l'atmosphère ou à un second orifice de serrage de frein lui-même raccordé à une source d'air comprimé, les premiers orifices de serrage et de desserrage de frein étant calibrés pour des durées plus longues de remplissage et de purgeage du cylindre de frein que les seconds orifices de serrage et de desserrage, caractérisé par le fait qu'est prévue une soupape à deux voies (25) commandée par piston dont 11 entrée (26) à laquelle aboutit la conduite d'échappement (27) peut être reliée alternativement à une première et à une deuxième sorties (31, 32), dont ladite première sortie (31) reliée en l'absence de pression agissant sur son piston de commande (27) à son entrée (26) est raccordée au premier orifice de desserrage de frein (34), et dont ladite deuxième sortie (32) est reliée à la chambre de pression (28) associée au piston de commande (27) et peut etre par ailleurs raccordée sous le contrôle de la soupape électromagnétique de retenue (36) à une chambre (37) qui peut elle-même être alternativement reliée, grâce à la soupape électromagnétique de serrage de frein (38), soit à la source d'air comprimé (9) par l'intermédiaire du second orifice de serrage de frein (39), soit à l'atmosphère par l'intermédiaire du second orifice de desserrage de fren (40). 2 - Frein à air comprimé à commande électro-pneumatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piston de commande (27) est chargé par un ressort (29) sur celle de ses faces qui est opposée à la chambre de pression (28) et est associé à un tiroir de commande (30) destiné à raccorder alternativement à l'entrée (26) l'une et l'autre des deux sorties (31, 32).