Brevet FR2722737A1 — publié le 19960126

" Dispositif de contrôle de fonctionnement des patins de collecteurs de courant " La présente invention concerne un dispositif de surveillance de fonctionnement reposant sur le principe d'une variation de pression de fluide, pour le patin porté par des pantographes susceptibles d'être abaissés, sur des véhicules, dans lequel un patin en une matière conductrice d'électricité est fixé sur toute sa longueur sur un support relié à un pantographe, et le support comporte sur toute la longueur de l'élément de glissement, une rainure pour rece- voir un fluide sous pression, et cette rainure est ouverte au niveau de la surface du support tournée vers l'élément de glissement mais ses extrémités sont fermées de manière étanche à la pression et la rainure est reliée à un dispo- sitif surveillant l'état du fluide sous pression, et pour une variation prédéterminée de l'état du fluide sous pres- sion, il déclenche l'abaissement du pantographe. Les patins de glissement de collecteurs de cou- rant de véhicules électriques sont constitués généralement 21) d'une ou plusieurs pièces de glissement ou barrettes de glissement fixées par l'intermédiaire d'une liaison avec serrage, par soudage ou collage sur un support en général métallique. Les éléments de glissement sont actuellement principalement réalisés en carbone synthétique qui peut comporter des additifs arméliorant le fonctionnement, des produits de réaction ou des constituants introduits par im- prégnation. Pour transmettre les courants électriques entre les conducteurs qui se déplacent de manière relative, les patins de glissement sont poussés par exemple par un panto- graphe contre un conducteur de courant par exemple la caté- naire d'un système d'alimentation haute d'un chemin de fer électrique. En fonctionnement continu, notamment aux vites- ses de circulation élevées actuelles, les éléments de glis- sement sont exposés non seulement à des contraintes de frottement mais de plus en plus à des vibrations et à des chocs. Le but des dispositifs de contrôle de fonctionnement d'éléments de glissement et des systèmes de protection de fonctionnement des pantographes, est de provoquer un abais- sement immédiat du pantographe lorsque les dommages mécani- ques se produisent sur le patin de glissement. De tels dispositifs sont connus dans différentes réalisations. Dans le cadre de la présente invention, on considère le groupe des systèmes fonctionnant av-ec la pression d'un fluide. Selon le document EP 0 078 159 B1, on connaît un tel dispositif. La base de l'élément de glissement com- porte une rainure s'étendant sur toute la longueur de cet élément et qui reçoit un récipient en caoutchouc mis à la pression d'un fluide; ce réservoir éclate lorsqu'il n'est plus entouré complètement par les parois de la rainure et par le support qui le protègent. La perte de pression liée à l'éclatement du réservoir déclenche un circuit de mesure et de régulation qui abaisse le pantographe. Selon le document EP 0 402 666 A3, on connaît un dispositif dont la base de l'élément de glissement com- 3 porte une rainure s'étendant sur toute la longueur de cet élément; les parois de la rainure sont rendues étanches aux fluides par de la résine. Dans cette rainure, on colle de manière étanche au gaz, entre les parois de la rainure, un profilé exactement aux dimensions; ce profilé est de préférence métallique. Le côté fermé du profilé, en regard du grand côté ouvert du profilé, est tourné vers le support de l'élément de glissement. Le canal ainsi formé est étan- che pour du fluide sous pression; il reçoit un fluide sous pression et est relié à une installation de surveillance de pression si bien que lorsqu'il se produit par exemple une fissure ou une rupture au niveau de l'élément de glisse- ment, entraînant une chute de pression, le circuit de me- sure et de régulation sépare le patin et le pantographe de la caténaire. l/) Le document DE 38 17 743 C2 décrit une autre installation de contrôle de rupture; dans celle-ci les pa- rois du canal de pression qui se trouvent dans la barrette de glissement, en carbone, sont constituées soit du même carbone que la barrette de glissement soit d'une couche de cuivre, soit plus généralement d'une couche métallique ap- pliquée par voie galvanique sur les parois du canal. Il peut encore s'agir d'un carbone pyrrolithique. Pour toutes les solutions décrites, le canal sollicité par le fluide comprimé dans l'élément de glisse- ment en carbone est très largement rendu étanche aux flui- des dans la zone limite entre le support de l'élément de glissement et le canal en pression. Le document DE 39 05 962 Cl décrit un système de sécurité pour lequel au moins l'une des grandes surfaces de la cavité sollicitée par le fluide, dans le patin, n'est pas une surface de l'élément de glissement en carbone, ren- due étanche vis-à-vis de la sortie du fluide. Le point de sollicitation du dispositif de surveillance de pression est accordé ici en fonction du débit de fuite du fluide dépen- dant de la porosité du carbone constituant la barrette de glissement. Dans ce système de sécurité, la rainure qui forme le canal à fluide peut également se trouver dans le support sur lequel est fixée la barrette de glissement en carbone. Il est toutefois nécessaire qu'au moins l'un des grands côtés du canal à fluide soit constitué par la bar- rette de glissement en carbone. Pour certaines applications de fonctionnement, par exemple pour des véhicules circulant très rapidement, il faut actuellement des svstèmes de surveillance pour les barrettes de glissement qui ne réagissent qu'à des inci- dents de barrettes de glissement occasionnant des dommages graves pendant le fonctionnement et/ou mettant en danger grave le fonctionnement ou rendant le fonctionnement impos- 1( sible. De tels dommages sont par exemple, la rupture de parties de la barrette de glissement ou le détachement de toute une barrette de glissement par rapport à son support. Par contre, des dommages plus petits, sans importance pour le fonctionnement, comme par exemple des zones poreuses ou 1I de faibles fissures dans l'élément de glissement, qui se- raient affichés avec certitude par certains des modes de réalisation de systèmes de surveillance décrits ci-dessus et provoqueraient l'abaissement du pantographe, et par con- séquent un incident de fonctionnement, ne doivent pas être détectés. C'est pourquoi la présente invention a pour but de résoudre le problème technique consistant à créer un dispositif de surveillance des éléments ou patins de glis- sement de pantographe, qui détecte uniquement les incidents directement critiques pour le fonctionnement du pantogra- phe, qui se fabrique facilement et de manière économique et qui soit augmente en outre la hauteur d'usure de l'élément de glissement, soit permet de réduire la hauteur construc- tive de l'élément de glissement. 0) ^A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type ci- dessus, caractérisé en ce que: - l'ouverture de la rainure du côté de l'élément de glisse- ment est fermée par un meven élastique, - l'élément de glissement s'applique sur toute la longueur de l'ouverture contre le moyen de fermeture et ce contact est chargé en pression, - à l'intérieur de la rainure on maintient une pression de fluide accordée en fonction de la présence d'une pression antagoniste caractéristique d'un élément de glissement apte à fonctionner et, en cas de chute de cette pression antagoniste par destruction provoquée par la pression, du moyen de fermeture, cela se traduit par la libération de p) fluide sous pression et abaissement du dispositif de pan- tographe. Le principe de l'invention est que le canal de pression n'a pas de liaison directe avec l'élément de glis- sement. Il est séparé de manière étanche par rapport à l'élément de glissement, par un milieu au moins partielle- ment élastique ou plastique. Ce matériau d'étanchéité s'applique contre l'élément de glissement et il est pressé par la pression régnant dans le canal de pression, contre l'élément de glissement; ce dernier est fixé à la barrette de glissement par serrage, soudage ou de préférence par collage. Il est également possible de presser la barrette de glissement lorsqu'on la fixe sur le support, tout d'abord sur le joint qui dépasse légèrement de l'arête su- périeure de la rainure, et de mettre en pression ce con- tact, pendant le fonctionnement, en plus du fluide comprimé. Lorsqu'il se produit alors un incident qui rend impossible le fonctionnement de la barrette de glissement, à un endroit quelconque pour des raisons de sécurité, par exemple par rupture d'un morceau de la barrette de glisse- ment ou si la barrette de glissement se détache du support, la pression antagoniste qui agit sur le joint dans le canal de pression disparaît et la pièce est expulsée de son siège étanche, par le haut, sous l'effet de la pression de fonc- tionnement régnant dans le canal de pression; cette pièce peut également être écartée de la surface d'étanchéité du canal entraînant une éjection de fluide comprimé. Les ef- fets liés à cette éjection sont alors convertis par l'installation de mesure et de régulation en un abaissement du pantographe. Les pressions de fonctionnement appliquées dans le canal de pression dépendent des données techniques du dispositif à barrette de glissement, en particulier de la solidité de la barrette de glissement et de sa fixation sur le support. En général ces pressions sont comprises en- tre 2 et 6 bars. I() Pour assurer l'étanchéité de la rainure, on peut utiliser les différents moyens d'étanchéité correspon- dant aux contraintes de l'application décrite. On utilise de préférence des masses coulées ou injectées appartenant au groupe des élastomères naturels ou de synthèse et en particulier des élastomères au silicone. Suivant l'application, ces masses peuvent contenir des charges, des durcisseurs, des stabilisateurs, des agents d'assouplis- sement, comme cela est connu selon l'état de la technique. Fréquemment ces moyens sont déjà intégrés dans les composi- tions des masses d'étanchéité du commerce. En variante, pour les moyens d'étanchéité évoqués, on peut utiliser des matières thermoplastiques et en particulier celles qui, par l'adjonction d'un agent d'assouplissement, conservent les caractéristiques élastiques. De plus, on peut également utiliser des matières thermodurcissables qui peuvent se couler et durcir avec ou sans adjonction de charges ou de matières auxiliaires correspondant au type défini ci- dessus, y compris des métaux. Dans ce dernier cas, les mé- taux peuvent être utilisés sous forme de minces feuilles appliquées par voie galvanique ou par collage sur la couche d'étanchéité. L'utilisation de joints métalliques de ce type nécessite toutefois un grand soin à la fabrication et à l'utilisation, ce qui rend cette solution relativement coûteuse. Selon un mode de réalisation préférentiel, on peut fermer la rainure en coulant ou pressant la masse d'étanchéité dans la zone d'étanchéité de la rainure. En fonction de l'application à laquelle est destiné le mode de réalisation, cela peut se faire avant ou après fixation de la barrette de glissement sur le support. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la zone d'étanchéité du cô- té de la barrette de glissement dans la rainure, est munie d'un bouchon allongé correspondant à la forme de la zone d'ouverture de la rainure, ou d'une barrette en forme de bouchon. Enfin, il est possible de fermer la rainure en recouvrant son ouverture par un joint plat et en pressant ce joint par la barrette d'étanchéité, le cas échéant en combinant cette opération avec le collage du joint aux sur- faces qui correspondent aux flancs de la zone d'ouverture de la rainure. Dans chaque cas, la rainure est formée dans le support de la barrette de glissement. Selon un mode de réa- lisation préférentiel, une partie de la zone du support mu- nie de la rainure, dépasse sous la forme d'une barrette allongée, ouverte vers le haut, par dessus la surface du support contre laquelle s'appuie la barrette de glissement, le cas échéant avec une couche intermédiaire constituée par un moyen de fixation. La barrette de glissement comporte dans ce cas une rainure longitudinale complémentaire qui est le cas échéant augmentée d'une certaine dimension pour recevoir la matière d'étanchéité qui dépasse de la zone d'ouverture de la rainure. Selon un autre mode de réalisation préféren- tiel, la zone comportant la rainure est prévue dans le sup- port pour que la zone d'ouverture de la rainure ne dépasse plus la surface du support sur laquelle est fixée la bar- rette de glissement. Dans ce cas, la barrette de glissement ne comporte plus de rainure. Dans cette solution il faut veiller sur le plan de la construction à ce que le joint qui ferme la rainure soit en contact de pression avec la barrette de glissement. Un troisième mode de réalisation prévoit un ca- nal de pression dans le support et comportant une zone d'ouverture enfoncée. De manière correspondante, la bar- rette de glissement comporte un bossage ou une nervure lon- gitudinale complémentaire de la cavité du support. Cela tient ainsi également compte de l'exigence d'un contact de ) pression entre la barrette de glissement et le moyen d'étanchéité qui ferme la rainure. Le canal de pression peut avoir différentes formes de réalisation. Il peut se présenter sous la forme d'une rainure longitudinale ouverte vers le haut et qui, à l'état prêt à fonctionner, est fermée par un moyen d'étanchéité. Pour avoir un volume tampon suffisant pour le fluide comprimé, la rainure comporte une ouverture allon- gée, tournée vers le haut, rétrécie, pour avoir en coupe une forme assimilable à un col de bouteille. La largeur li- ) bre de cette rainure allongée est de préférence de l'ordre de 0,5 à 5 mm. La section du canal de pression de la rai- nure de la fente qui constitue l'ouverture peut avoir des formes intéressantes sur le plan de la mise en forme et du fonctionnement; il peut s'agir d'une section ronde, ortho- 2"5 gonale ou polygonale. Les avantages de l'invention sont les sui- vants: Le dispositif de surveillance de fonctionnement ainsi créé est robuste; il ne répond qu'aux incidents im- portants pour le bon fonctionnement. Le dispositif de surveillance de fonctionnement se fabrique facilement et sans mettre en oeuvre des moyens importants. L'élément de glissement qui est de préférence en carbone peut être fixé soit sans autre usinage tel que l'usinage et la réalisation de l'étanchéité d'un canal de pression de fluide, ou encore après simple usinage d'une rainure longitudinale, de faible profondeur, pour être fixée sur le support. La rainure du canal de pression peut être réa- lisée de manière peu coûteuse, sans usinage ultérieur com- pliqué, lors de la mise en forme du profilé de support qui est de préférence en aluminium. En transférant le canal de pression dans le support, on diminue le poids et ainsi la hauteur du patin composé du support et de l'élément de glissement, ce qui réduit ainsi sa résistance à l'air. Cette solution techni- que offre également des avantages sur le plan du coût à cause de l'économie de matière qu'elle permet de réaliser. Par ailleurs, cela augmente le temps d'utilisation de la In barrette de glissement si l'on conserve sa hauteur initiale et si l'on utilise le volume de matière gagné par la sup- pression du canal de pression, pour servir à l'usure liée au fonctionnement. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de différents exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté du patin avec coupe verticale du canal de pression; 2" 5 - la figure 2 es; une coupe transversale du pa- tin; - les figures 3 à 6 montrent le détail de la réalisation des canaux de oression et de différents moyens de fermeture. <> La figure 1 monre un patin 1 formé d'un sup- port 2 et d'une barrette de glissement 3 portée par le sup- port. La figure montre également le canal de pression 4 et la conduite de raccordement S reliés de façon étanche au canal de pression 4, l'installation de mesure et de régula- tion non représentée, selon l'état de la technique, servant à commander le pantographe. Le canal de pression 4 fait partie du support 2 et se trouve exclusivement dans le sup- port 2. Une face frontale du canal est fermée de manière étanche à la pression par un bouchon ou une liaison à vis. L'autre face frontale comporte également un branchement étanche à la pression pour la conduite de raccordement 5 reliée au dispositif de mesure et de régulation. Le bran- chement à la conduite de liaison 5 n'est pas limité, pour les canaux de pression 4 selon l'invention, à l'un des cô- 1o tés du canal de pression 4. Ainsi, en plus de la zone munie de l'ouverture 8 du canal de pression 4, on peut également avoir un branchement à un autre endroit quelconque du canal de pression. Du côté tourné vers la barrette de glissement 3, le canal de pression 4 est fermé de manière étanche sur toute sa longueur par un moyen de fermeture 6 en un élasto- mère au silicone, par rapport à l'élément de glissement 3. L'élément de glissement 3 fixé usuellement au support 2 par une couche de colle ayant durci, et qui est électriquement conductrice, n'apparaît pas ici; il se trouve en contact sous pression mécanique avec le moyen de fermeture en élas- tomère au silicone 6. La vue en coupe transversale de la figure 2 montre la barrette de glissement 3 fixée sur le support 2 à l'aide d'une couche de colle 7. A la différence des vues des figures 1, 5 et 6, le canal de pression 4 n'est pas lo- gé complètement dans le profil du support 2. Un bossage 10 en forme de barrette ou de nervure dépasse du fond du sup- port de barrette de glissement 2 et comporte l'ouverture 8 du canal de pression 4. La barrette de glissement 3 com- porte une rainure 9 complémentaire à la forme de cette bar- rette ou nervure 10 en étant augmentée d'un faible volume 11 pour recevoir l'élastomère d'étanchéité 6 qui ferme le canal de pression 4. La figure 3 montre le détail selon l'invention de la vue en coupe de la figure 2. Dans cette figure, il apparaît en outre que la masse d'étanchéité 6 est pressée dans les rugosités de la barrette de glissement 3. La figure 4 montre un mode de réalisation cor- respondant à la position du canal de pression 4 et à son ouverture 8 pour la figure 3. Dans le cas présent, l'ouverture 8 du canal de pression 4 est fermée par un bou- chon 12 en élastomère, rapporté, qui pénètre partiellement dans l'ouverture 8; celle-ci est ainsi fermée de manière étanche à la pression par la barrette en forme de coin 12, allongée, pressée contre le bord supérieur de l'ouverture 8. La rainure 4 qui constitue le canal de pression présente ici une section dans une très large mesure orthogonale. La figure 5 montre un canal de pression 4 de section circulaire dont la zone d'ouverture 8 se termine à fleur de la zone supérieure du support 2. Le bouchon 12 qui ferme l'ouverture 8 de la rainure 4 est coulé sur place ou est enfoncé de force. Il trav-:erse ainsi la couche de colle 7 dans la zone au-dessus ce l'ouverture 8, et se trouve ainsi en contact de pression avec la barrette de glissement 3. La figure 6 montre également un canal de pres- sion 4 occupant toutes les zones du support 2. La rainure 4 a une section polygonale. La fermeture de la rainure 4 est réalisée par un joint plat 14, appliqué sur le dessus. Pour garantir au montage le pcsitionnement correct du joint d'étanchéité 14, il est pr-évu une cavité 13 dans la face supérieure du support 2 le long de la zone d'ouverture 8 de la rainure 4. Le joint plat 14 est dimensionné pour qu'il soit en pression entre l'ouv--erture 8 de la rainure 4 et 3 l'élément de glissement 3. R E V E N D I C A T I O N S 1) Dispositif de surveillance de fonctionnement reposant sur le principe d'une variation de pression de fluide, pour le patin (3) porté par des pantographes sus- ceptibles d'être abaissés, sur des véhicules, dans lequel un patin (3) en une matière conductrice d'électricité est fixé sur toute sa longueur sur un support (2) relié à un pantographe, et le support (2) comporte sur toute la lon- gueur de l'élément de glissement (3), une rainure (4) pour recevoir un fluide sous pression, et cette rainure est ou- verte au niveau de la surface du support (2) tournée vers l'élément de glissement (3) mais ses extrémités (4) sont fermées de manière étanche à la pression et la rainure (4) est reliée à un dispositif surveillant l'état du fluide sous pression, et pour une variation prédéterminée de l'état du fluide sous pression, il déclenche l'abaissement du pantographe, dispositif caractérisé en ce que, - l'ouverture (8) de la rainure (4) du côté de l'élément de glissement (3) est fermée par un moyen élastique (6), - l'élément de glissement (3) s'applique sur toute la lon- gueur de l'ouverture (8) contre le moyen de fermeture (6) et ce contact est chargé en pression, - à l'intérieur de la rainure (4) on maintient une pression de fluide accordée en fonction de la présence d'une pres- sion antagoniste caractéristique d'un élément de glisse- ment (3) apte à fonctionner et, en cas de chute de cette pression antagoniste par destruction provoquée par la pression, du moyen de fermeture (6), cela se traduit par 3( la libération de fluide sous pression et abaissement du dispositif de pantographe. 2) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'ouverture (8) de la rainure (4) tournée vers l'élément de glissement (3) a une largeur comprise entre 0,5 et 5 mm. 3) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, la zone d'ouverture (8) de la rainure (4) est en forme de zone étroite et la partie de la rainure (4) qui se trouve sous la zone d'ouverture (8) est élargie par rapport à cette zone d'ouverture (8). 4) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, la partie du support (2) comportant la rainure (4) dépasse au moins partiellement de la surface supérieure du support (2) tournée vers l'élément de glissement (3) et cet élément de glissement (3) comporte une rainure (9) correspondant à la nervure longitudinale (10), cette rainure (9) étant tou- tefois de dimensions augmentées d'un volume approprié (11) pour recevoir la partie du moyen de fermeture élastique ob- turant l'ouverture (8) de la rainure (4) et venant à l'extérieur contre la rainure (4) et l'élément de glisse- ment (3). ) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 2'5 caractérisé en ce que, l'élément de glissement (3) ne présente pas de rainure (9) au niveau de sa surface tournée vers le support (2) pour recevoir des parties du moyen d'étanchéité élastique tandis que, 3(0 les moyens de réception et les moyens de fixation du moyen d'étanchéité élastique se trouvent sur ou dans le support (2). 6) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, l'ouverture (8) de la rainure (4) est fermée par un milieu élastique susceptible de couler, qui est placé dans la zone d'ouverture et se solidifie dans celle-ci. 7) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, l'ouverture (8) de la rainure (4) est fermée par un bouchon (12). 8) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, la rainure (4) est fermée par un joint plat (14) recouvrant l'ouverture (8). 9) Dispositif de surveillance de fonctionnement selon la revendication 8, caractérisé en ce que, le joint plat (14) est une feuille ou une nappe d'un maté- riau compris dans le groupe des métaux, des matières ther- modurcissables, des élastomères et des matières thermoplas- tiques. ) Dispositif de surveillance de fonctionne- ment selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, le milieu élastique utilisé pour fermer l'ouverture (8) de la rainure (4) est choisi dans le groupe des élastomères naturels ou de synthèse ou des thermoplastiques à caracté- ristiques de caoutchouc. 11) Dispositif de surveillance de fonctionne- ment selon la revendication 10, caractérisé en ce que, le milieu élastique utilisé pour fermer l'ouverture (8) de la rainure (4) est choisi dans le groupe des élastomères au silicone. 12) Dispositif de surveillance de fonctionne- ment selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, la rainure (4) présente une section circulaire en dessous de la partie d'ouverture (8) longitudinale. 13) Dispositif de surveillance de fonctionne- ment selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, la rainure (4) présente une section orthogonale en dessous de sa partie d'ouverture (8) longitudinale. 14) Dispositif de surveillance de fonctionne- ment selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, la rainure (4) présente une section polygonale en dessous de sa partie d'ouverture (8) longitudinale. ) Dispositif de surveillance de fonctionne- ment selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, l'élément de glissement (3) est en carbone.