Brevet FR2502077A1 — publié le 19820924

La présente invention se réfère aux dispositifs de patin frotteur utilisés pour amener le courant électrique aux véhicules circulant sur des voies ferrées électrifiées suivant le système dit à troisième rail . On sait que dans ce système on utilise comme conducteur d'amenée du courant un rail porté par des isolateurs appropriés sur l'un des cotés de la voie. Dans la solution la plus simple celui-ci est constitué par un rail normal orienté à la façon usuelle et les patins de prise de courant associés aux véhicules intéressés viennent porter sur la face supérieure de son champignon. Pour augmenter la surface de contact on préfère toutefois utiliser des profilés plus larges et à face supérieure parfaitement plane. Telle que cette disposition a été réalisée depuis l'origine on se heurte à deux inconvénients, savoir d'une part les courts-circuits provoqués par tout objet métallique tombant intempestivement à la fois sur ce troisième rail et sur le rail de voie adjacent, d'autre part le risque d'électrocution pour des personnes se trouvant sur la voie ou tombant accidentellement sur elle. On y a paré beaucoup plus récemment et sur de nouveaux réseaux en disposant au-dessus du troisième rail un recouvrement isolant approprié, mais celui-ci doit être relativement large et par conséquent doit se trouver plus écarté du rail de roulement, ce qui empoche d'isoler après coup des rails conducteurs déjà en place sur d'anciens réseaux. Par ailleurs quand dans le cadre de l'évolution du matériel roulant sur des réseaux existants l'on a dû doubler les rails de roulement par des pistes de roulement pour roues pneumatiques, on a été amené à rechercher d'autres solutions parmi lesquelles une couramment utilisée consiste à disposer le troisième rail de manière que sa face de contact se trouve située dans un plan vertical et orientée vers l'axe de la voie. Un tel rail occupe en plan une bien moindre largeur et il peut alors s'intégrer dans l'entrevoie des rames montantes et descendantes. I1 existe en fait des réseaux, notamment de chemins de fer métropolitains, dans lesquels on trouve les deux types de troisième rail mentionnés ci-dessus. Par conséquent si dans de tels réseaux on veut que des véhicules alimentés en courant puissent indifféremment rouler sur toutes les lignes ou portions de lignes, il faut leur faire comporter deux genres de disposititifs de patins frotteurs agissant respectivement l'un dans le sens vertical, l'autre dans le sens horizon tal, avec des mécanismes de commande individuels permettant de les mettre en action sélectivement. Celà complique évidemment la construction des véhicules et leur entretien en doublant par ailleurs les risques d1 incidents. L'invention vise à remédier à cet inconvénient et à permettre d'établir un dispositif de patin frotteur qui puisse s'utiliser à volonté dans le sens vertical et dans le sens horizontal. Conformément à l'invention un ensemble élémentaire de patin frotteur, c'est-à-dire un patin et le mécanisme qui lui applique une poussée élastique tout en lui permettant de se déplacer dans le sens de celle-ci, est porté par un arbre longitudinal auquel sont associés des moyens qui permettent de le faire tourner de substantiellement 900, de manière telle que la direction de déplacement du patin sous l'effet de cette poussée puisse être orientée à volonté soit verticalement vers le bas, soit horizontalement dans le sens correspondant à l'éloignement par rapport à l'axe de la voie. L'arbre précité est disposé de manière à se trouver à égale distance de la face supérieure d'un troisième rail du premier genre (face de contact horizontale tournée vers le haut) et de la face latérale d'un rail du second genre, de manière que le patin puisse fonctionner identiquement dans les mêmes conditions de course utile et de pression d'application pour les deux types de rail. D'autre part le dispositif est établi de façon telle que les pièces qui le constituent permettent de le réaliser aussi bien pour la droite que pour la gauche des véhicules. Le dessin annexé, donné à titre d'exemples permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue générale en élévation latérale d'un dispositif de patin frotteur suivant l'invention à la position correspondant à un rail du premier genre (surface de contact horizontale tournée vers le haut), ce dispositif étant supposé vu à partir de l'extérieur du véhicule considéré. Fig. 2 à 4 sont des coupes suivant Il-Il, III-III et IV-IV (fig. 1.) Fig. 5 est une coupe verticale longitudinale à grande échelle de la moitié du dispositif correspondant à son support. Ainsi qu'on peut le voir dans la vue générale de fig. 1, le dispositif de patin frotteur comprend un patin proprement dit 1, une semelle isolante 2 à laquelle ce patin est fixé, un mécanisme à parallélogramme articulé désigné par la référence globale 3, équipé d'un ressort et d'un amortisseur, un arbre longitudinal 4 en bout duquel ce mécanisme 3 est fixé, un support 5 fixé à unbpoutre porteuse 6 et formant paliers pour l'arbre 4, un vérin 7 à double effet pour la commande de la rotation dudit arbre 4 et un système 8 de ressort à passage de point mort et de butée pour maintenir cet arbre à l'une et à l'autre de ses fins de course angulaire. Comme montré fig. 4 le patin 1 peut comporter une âme la de graphite enchâssée dans un corps lb en bronze. Il est fixé à la semelle 2 par des vis appropriées, non représentées. Le mécanisme de parallélogramme articulé 3 comprend quant à lui deux bras inférieurs 9 (voir aussi fig. 4), rigidement reliés l'un à l'autre par une entretoise 10, et un bras supérieur unique 11 disposé latéralement au-dessus du bras 9 visible en fig. 1. Ces bras sont articulés par le moyen d'articulations au caoutchouc comprimé (du genre connu sous la désignation pilent Bloc") d'une part à une ferrure 12 fixée sur la semelle 2, d'autre part à une embase 13 elleème fixée sur un plateau 14 monté de façon excentrée en bout de l'arbre 4 ainsi qu'on l'exposera plus en détail ci-après.On notera que les bras 9 et 11 sont disposés de manière à osciller dans des plans longitudinaux par rapport à la poutre 6, ou en d'autres termes que leurs axes d'articulation sont transversaux par rapport à celle-ci. Dans la pratique les extrémités de cette poutre 6 sont supportées par les paliers ou "bottes" des essieux du bogie considéré de manière que le dispositif de patin ne soit pas affecté par les oscillations de la suspension du véhicule. L'embase 13 est solidaire d'une première tige longitudinale 15 sur laquelle est fixé de façon réglable un collier 16 serré par des vis 17 et formant point d'attache pour un ressort de traction 18. L'autre extrémité de ce ressort vient s'attacher à une patte 19 solidaire d'une ferrure 20 dont la partie inférieure forme entretoise secondaire soudée entre les bras 9, cette patte étant renforcée par deux oreilles latérales 21 également soudées à ces bras. On comprend qu'ainsi le ressort 18 tend à faire tourner les bras 19 en sens inverse des aiguilles d'une montre en fig. 1, ctest-à-dire à abaisser le patin 1 pour la position du dispositif représentée dans cette figure. L'embase 13 porte encore une seconde tige longitudinale 22 (fig. 1 et 4) et les extrémités de cette seconde tige et de la première 15 sont réunies par une ferrure 23 qui constitue étrier d'articulation pour un amortisseur 24 articulé par ailleurs à la patte 19, comme le ressort 18 lui-mème, cette patte pouvant être conformée en étrier à cet effet. L'amortisseur 24 est réglé de façon à permettre au patin 1 de suivre le rail conducteur tout en s'opposant à tout rebondissement susceptible de provoquer des interruptions de contact. L'embase 13 est circulaire, de même que le plateau 14 sur lequel elle se fixe avec embottement par le moyen de quatre vis 25 (fig. 2 et 3) disposées suivant les sommets d'un carré en rectangle de manière à permettre deux positions de calage angulaire à 1800 l'une de l'autre. Comme sus-indiqué, ce plateau 14 est monté sur l'arbre 4 de façon excentrée, l'axe d'excentrement 26 (fig. 2 et 3) étant parallèle aux axes d'articulations du mécanisme 3 (donc horizontal sur le dessin). Quant au sens de cet excentrement, comme on peut le voir il correspond à un décalage du plateau vers la droite en fig. 2 et 3, c'est-a-dire vers l'arriere en fig. 1, ou en d'autres termes vers l'axe de la voie. L'arbre 4 est prévu tubulaire (fig. 2, 3 et 5). I1 est rond à ses extrémités et carré dans sa partie centrale. Sur son extrémité ronde qui porte le plateau 14 est montée la bague intérieure d'un roulement à billes 27 propre à former butée bidirectionnelle. Cette bague est serrée entre le plateau 14 et un épaulement 4a par un écrou 28 logé dans une creusure de l'embase 13et agissant sur le plateau, un clavetage coulissant pouvant être prévu pour éviter tout risque de rotation intempestive du plateau sur l'arbre. Sur l'autre extrémité ronde dudit arbre 4 est montée une bague 29 serrée par un écrou 30 contre un épaulement 4b, et qui est établie de manière à constituer portée à l'intérieur d'un alésage du support 5. Ce support est symétrique par rapport à son plan transversal moyen.Comme montré, il comprend deux bras doubles 5a qui viennent porter deux manchons Sb propres l'un à recevoir la bague extérieure du roulement 27, l'autre à former palier pour la bague de portée 29. Ces deux manchons sont identiques. On notera qu'il est prévu un épaulement intérieur 5c inutilisé pour celui d'entre eux qui est le plus éloigné du plateau 14, mais qui constitue dans l'autre appui pour le serrage de la bague extérieure du roulement 27 par le moyen d'un manchon 31 solidaire d'une bride 32 que des vis 33 serrent contre la face du manchon tournée vers le plateau. Sur l'autre manchon (celui de droite en fig. 5) les vis 33 fixent un autre plateau 34 dont on verra plus loin l'utilisation. Sur la partie centrale carrée de l'arbre 4 est monté un collier allongé 35 à profil correspondant fait en deux pièces serrées par des boulons 36 (fig. 3 et 4). Ce collier est solidaire d'un étrier latéral 37 (fig. 1) portant un goujon 38 (fig. 2). D'autre part la tige 39 du vérin 7, dont le cylindre est rigidement fixé entre deux ailes 5d du support 5, porte en bout une tête 40 creusée d'une fente horizontale 40a que traverse le goujon 38. On comprend que la manoeuvre du vérin 7 permet ainsi de faire tourner dans un sens et dans l'autre le collier 35 et par conséquent l'arbre 4 avec les pièces qu'il porte. Le collier 35 est encore solidaire d'un second étrier latéral 41 (fig. 1 et 3) portant un axe 42 sur lequel starticule une tige 43 qui s'élève pour traverser une rondelle hémisphérique 44 qu'un ressort 45, monté sur ladite tige 43, applique contre un siège 46 solidaire de l'une des deux ailes latérales 5d du support 5 et d'une troisième 5e. Lorsque l'arbre 4 tourne avec le collier 35, le ressort 45 passe sa position de point mort et agit ainsi pour solliciter l'arbre à poursuivre sa rotation. Celle-ci est limitée dans un sens et dans l'autre par une saillie de butée ou pion 47 rapporté dans une perforation de la face en vis-à-vis du manchon 5b adjacent (et que par souci de symétrie l'on peut également prévoir dans l'autre manchon), ce pion coopérant avec des dents latérales 35a du collier 35 pour limiter la rotation possible de celui-ci à 90 . Par ailleurs dans l'arbre 4 est montée à coulissement une tigepoussoir 48 (fig. 5) qui traverse un trou prévu dans l'embase 13 pour venir agir sur un talon transversal 49 solidaire du bras supérieur 11 du mécanisme 3. L'extrémité opposée de cette tige reçoit la poussée d'un vérin axial 50 à simple effet et à ressort dont la bride d'extrémité 51 est fixée au plateau 34 sus-mentionné. On perçoit en 52 la tige de ce vérin disposée dans l'alignement de la tige-poussoir 48. Pour que l'embase 14 puisse se monter à toute orientation désirée sur le plateau 15, on peut y prévoir à l'avance plusieurs trous de passage de la tige 48. Le talon 49 est de son côté établi assez large pour s'accommoder des divers montages possibles. On notera enfin que dans la ferrure de l'embase 13 formant étrier d'articulation des bras 9 il est prévu une perforation transversale 13a propre à recevoir une goupille de blocage du dispositif à la position effacée du patin. On comprend qu'à la position des pièces représentées sur le dessin le patin 1 sollicité vers le bas peut venir frotter contre la face supérieure d'un troisième rail du premier genre schématiquement indiqué en R1, le maintien en position étant assuré par le ressort 45 et le pion de butée 47. Le vérin 7 est alors à la position d'expansion. Bien entendu le vérin axial 50 (ou vérin de relevage) est au repos (position contractée sous l'effet de son ressort). Si l'on actionne le vérin 7 à la contraction, il fait tourner l'arbre 4 de 90 , ce qui amène le patin 1 à la position représentée en traits mixtes en fig. 2 et 3 pour laquelle il peut alors venir porter contre la face verticale dtun rail conducteur du second genre, référencé R2. L'ensemble est dimensionné, compte tenu de la position de la poutre 6 sur le véhicule, de manière telle que l'axe de l'arbre 4 soit équidistant des faces de contact des deux rails R1 et R2. Par conséquent le fonctionnement est le même dans les deux cas en ce qui concerne la pression d'appui, la course utile et l'amortissement. Il est d'ailleurs facile de vérifier que grâce aux divers calages possibles des pièces constitutives du dispositif et à la symétrie parfaite du support 5, on peut indifféremment établir le dispositif de manière que - le mécanisme porte-patin 3 se trouve d'un côté ou de l'autre du support 5 (à gauche ou à droite en fig. 1) - tout l'ensemble puisse se monter sur un côté ou sur l'autre du véhicule intéressé. Dans tous les cas le vérin axial 50 permet d'amener le patin à la position effacée, c'es-à-dire éloignée verticalement ou latéralement du rail conducteur R1 ou R2. Si l'on désire le maintenir à cette position, il suffit alors d'introduire une goupille dans la perforation 13a et de ramener le vérin 50 au repos. Bien entendu l'on peut, si nécessaire, amener le patin à la position effacée à l'aide d'une clé appropriée. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de patin frotteur de prise de courant à sollicitation élastique pour véhicule sur rail circulant sur une voie électrifiée à troisième rail, du genre dans lequel le patin proprement dit est porté par un mécanisme qui lui permet de se déplacer suivant un sens déterminé en lui imposant un sollicitation élastique, caractérisé en ce que le mécanisme porte-patin est monté à rotation autour d'un axe longitudinal de façon à pouvoir tourner de 900 pour passer d'une première position A laquelle le patin se déplace élastiquement dans le sens vertical pour porter contre une surface de contact horizontale tournée hers le haut, à une seconde à laquelle son déplacement élastique s'effectue horizontalement dans la direction correspondant à l'éloignement du véhicule pour porter contre une surface de contact verticale orientée vers celui-ci, et inversement. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que son axe longitudinal de rotation est équidistant des deux surfaces de contact horizontale et verticale que le véhicule porteur peut rencontrer. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après - un patin frotteur - un porte-patin isolant assurant l'iselement électrique entre le patin et le coup de l'ensemble du dispositif. - un mécanisme articulé supportant ce porte-patin de façon à lui permettre de se déplacer transversalement par rapport au véhicule porteur - des moyens élastiques associés à ce mécanisme pour solliciter le patin dans un sens correspondant à son application contre un rail de contact - un arbre longitudinal auquel le mécanisme est fixé ; - des moyens de palier par l'intermédiaire desquels l'arbre est porté à rotation par le véhicule - des moyens de butée pour limiter le débattement angulaire dudit arbre à 900 entre les deux positions correspondant au déplacement du patin sous l'effet des moyens élastiques respectivement verticalement vers le bas et horizontalement dans le sens correspondant à l'éloignement du véhicule - et des moyens pour commander la rotation de cet arbre entre les deux positions précites ; 4.Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande en rotation de l'arbre comprennent un système en soi connu de vérin à fluide sous pression agissant sur un maneton fixé à l'arbre. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande en rotation de 11 arbre comprennent un système en soi connu de ressort à passage du point mort pour maintenir l'arbre à l'une et l'autre de ses fins de course angulaire. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que ses pièces constitutives sont établies de manière à permettre de réaliser à volonté un dispositif pour l'un ou l'autre côté du véhicule porteur. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de palier sont symétriques par rapport à leur plan transversal moyen de façon à pouvoir recevoir l'arbre indifféremment dans un sens ou dans l'autre. 8. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la fixation du mécanisme porte-patin à l'arbre est réalisée par l'intermédiaire d'une embase solidaire du mécanisme et d'un plateau calé sur l'arbre de façon excentrée, avec axe d'excentrement perpendiculaire au sens de déplacement du patin, le montage de l'embase sur le plateau permettant au moins deux calages relatifs orientés à 180 l'un de l'autre. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, avec mécanisme porte-patin constitué par un parallélogramme déformable, caractérisé en ce que les bras de ce parallélogramme sont situés dans des plans verticaux longitudinaux au véhicule à la première position du dispositif. 10. Dispositif suivant l'ensemble des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le maneton et le système de ressort à passage du point mort peuvent être fixés à l'arbre suivant au moins deux calages orientés à 90" l'un de l'autre.