Brevet FR2832114A1 — publié le 20030516

Frein sur rail pour véhicules sur rail Description La présente invention concerne un frein magnétique pour des véhicules sur rail. Outre une installation de freinage pneumatique, les véhicules sur rail modernes sont habituellement munis d'un"frein sur rail magnétique", c'est-à-dire d'un"frein à patin magnétique"ou d'un"frein à courant de Foucault"tels qu'ils sont par exemple connus par le"Bremsen für Schienenfahrzeuge, Handbuch, Bremstechnische Begriffe und Werte" (Freins pour véhicules sur rail, manuel, notions et grandeurs de freinage), Knorr Bremse AG, Munich, 1990. Un frein sur rail est un installation de freinage supplémentaire, qui ne fait pas appel à l'adhérence entre la roue et le rail et permet par conséquent des décélérations plus grandes par rapport à un frein qui n'agit que sur les roues. Une"suspension haute"est courante pour des chemins de fer à voie normale, de sorte que même pour la hauteur de tamponnement la plus petite, la distance à une surface de rail a une valeur minimale prédéfinie. Les freins à patin magnétique sont maintenus à cette hauteur par des ressorts accumulateurs et ils sont abaissés par de l'air comprimé lorsqu'on actionne le frein. Pour des véhicules automoteurs, on peut aussi prévoir une combinaison de suspension haute et basse. Les aimants sont dans ce cas suspendus à des vérins pneumatiques ou à des coussins pneumatiques qui sont poussés par de l'air comprimé en position haute contre une butée de centrage fixe par rapport au bogie. Lorsqu'on actionne le frein, il se produit une purge des vérins pneumatiques ou des coussins pneumatiques, les aimants étant abaissés dans une position d'attente. Pour des liaisons de proximité comme par exemple les tramways, les freins à frein magnétique sont fixés uniquement sur des ressorts en"suspension basse". En position de freinage, le frein sur rail magnétique frotte immédiatement sur le rail. À l'aide de ce qu'on appelle des freins à courant de Foucault, on produit également une force de freinage indépendamment de la valeur de l'adhérence entre la roue et le rail. Un frein à courants de Foucault linéaire se compose d'une culasse en fer et de plusieurs noyaux polaires placés les uns derrière les autres en direction de circulation à distance du côté supérieur du rail. Des bobines d'électroaimant électriques excitent les noyaux polaires de telle sorte qu'on obtient des pôles nord et sud magnétiques disposés " alternativement" c'est-à-dire l'un derrière l'autre de façon alternée. Lorsque le frein à courants de Foucault est branché, des courants de Foucault sont induits dans le rail lorsque, du fait de modifications chronologiques du flux magnétique, a lieu un mouvement relatif du frein à courants de Foucault par rapport au rail. Les courants de Foucault produisent un champ magnétique secondaire qui est dirigé en sens inverse du champ magnétique du frein à courants de Foucault. Il en résulte une force de freinage horizontale qui agit en sens inverse de la direction de circulation. Un frein à courants de Foucault est donc indépendant de la valeur de l'adhérence entre la roue et le rail et freine pratiquement sans usure. Un frein à courants de Foucault linéaire connu par exemple pour le train à grande vitesse ICE 3 est monté entre les deux paires de roues d'un bogie ; il peut prendre deux positions, à savoir une"position de désactivation haute"et une"position de freinage" où les aimants de freins sont abaissés, c'est-à-dire sont conduits à proximité du rail. En position de freinage il y a entre le frein et le côté supérieur du rail un entrefer qui doit avoir une valeur prédéfinie afin a) d'obtenir une force de freinage optimale et b) d'éviter un contact avec le rail et donc une usure de l'épanouissement polaire. Les forces d'attraction s'appliquent aux coussinets d'essieu. En cas de panne d'un composant, par exemple à la suite d'une collision avec un objet qui se trouve sur la voie ou encore par une erreur de montage ou par une rupture de fatigue ou autres, on risque que les aimants de frein frottent sur le rail de façon non conforme, ce qui peut notamment provoquer le déraillement du train lorsqu'on parcourt des aiguillages. Une telle situation de risque ne peut être reconnue avec les systèmes de freinage actuels, ni pendant la circulation ni pendant un essai de freinage. Le but de l'invention est de procurer un frein magnétique qui présente une sécurité de fonctionnement accrue, qui remplit en particulier les exigences désignées ci-dessus. Ce but est atteint par au moins un détecteur de distance prévu pour mesurer la distance entre le frein sur rail et le rail. Le principe de base de l'invention est une installation de diagnostic ou de surveillance destinée à surveiller la distance entre le frein magnétique et le rail. Concrètement, on prévoit un ou plusieurs détecteurs de distance (détecteurs d'entrefer) qui mesure la ou les distances entre le frein magnétique et le côté supérieur du rail. Les" détecteurs de la distance" sont de préférence une partie constitutive du système de diagnostic du train. On peut ainsi reconnaître au cours du voyage des états de circulation dangereux dus à des composants qui frottent sur les rails et les communiquer au conducteur du véhicule automoteur. Celui-ci doit mettre en oeuvre des remèdes, c'est-à-dire arrêter le train et vérifier les freins sur rail pour la voiture concernée et éventuellement couper le circuit et effectuer un soulèvement pneumatique. Les"détecteurs d'entrefer"donnent une information dans des situations de circulation dangereuses. Ils donnent en outre des indications importantes pour la maintenance et pour l'entretien du frein sur rail. Un entrefer trop petit peut être un signe que la suspension du frein magnétique est défectueuse. Un autre avantage est que les détecteurs surveillent automatiquement l'entrefer. On peut par exemple exécuter automatiquement à l'arrêt avant le démarrage un essai de freinage et une valeur de distance non autorisée peut être affichée sur une installation de diagnostic. Pour un frein à courants de Foucault, la distance entre les freins magnétiques et le rail de la voie est habituellement comprise entre 6 mm et 9 mm. Un entrefer trop grand a pour conséquence une faible force de freinage inacceptable. Par contre un entrefer trop petit a pour effet une usure inacceptable des surfaces polaires du frein et peut de plus provoquer des dysfonctionnements de la signalisation. De nos jours l'entrefer entre les freins magnétiques et le côté supérieur des rails ne peut être contrôlé et réglé que dans le cadre de mesures de maintenance en atelier. Le contrôle est habituellement réalisé de nos jours tous les trois à dix jours. Le contrôle ou le réglage est réalisé à la main avec des jauges de contrôle ou de réglage. Selon l'invention, on prévoit maintenant une" installation de diagnostic de frein à courants de Foucault"globale qui comprend un système de détection et un système électronique destiné à interpréter ou à traiter les signaux de détecteurs. Par le contrôle automatique de l'entrefer, les coûts d'exploitation et d'ateliers sont significativement abaissés et la sécurité de fonctionnement des trains est augmentée. Selon un développement de l'invention, la distance est mesurée à l'aide de détecteurs inductifs ou de détecteurs de courants de Foucault qui reconnaissent pendant la circulation un état anormal d'un contact du rail par des freins magnétiques. Avec un tel système de détection, on peut aussi surveiller la position des freins, c'est-à-dire savoir si le frein magnétique a effectivement atteint la position de frein"abaissée". On peut donc aussi se passer des "actionneurs de tampon"prévus à cet effet dans les systèmes de freinage habituels. Dans le cadre d'un essai de freinage, on peut mesurer l'entrefer et contrôler un entrefer éventuellement réglé après coup. Ce n'est qu'en cas d'erreur que l'information est transmise, éventuellement avec une directive de manipulation (réglage après coup de l'entrefer) destinée au personnel de l'atelier. "L'installation de surveillance"selon l'invention peut aussi être utilisée avec des freins magnétiques sur rail. Ceci vaut de façon générale et se justifie particulièrement pour des tramways et pour des véhicules à pilotage automatique. En résumé, l'invention procure les avantages suivants : * un diagnostic immédiat d'un contact du rail dû à un défaut de composant ou de fonctionnement avec une directive de manipulation pour le conducteur du véhicule automoteur ; une mémorisation des valeurs d'entrefer dans une mémoire historique de l'ordinateur de diagnostic et une surveillance de la valeur courante d'entrefer ; on peut ainsi reconnaître aussi des vis"cachés"de composants ; . une réduction du risque de déraillement puisqu'un dommage peut être aussitôt reconnu et des mesures correctives aussitôt prises ; * une surveillance de la position de freinage correcte sur le bogie, en particulier la reconnaissance d'une position oblique des freins magnétiques, par exemple lorsque le mécanisme de freinage est givré ; une intégration des détecteurs de distance dans un système de diagnostic du véhicule ; * une mesure automatique de l'entrefer dans le cadre d'un essai de freinage. On effectue actuellement tous les trois à dix jours un contrôle manuel de l'entrefer en atelier. En mesurant automatiquement l'entrefer, on obtient donc une économie considérable de temps et de travail. En outre on évite le risque d'un dommage de l'isolation des bobines de champ par l'utilisation incorrecte ou fréquente des jauges de contrôle. De préférence : Le frein sur rail est un frein à frein magnétique ou un frein à courants de Foucault ayant plusieurs bobines de champ placées les unes derrière les autres en direction de circulation à une distance par rapport au rail. Le frein magnétique est dans une position abaissée proche du rail lorsque le frein est actionné et dans une position relevée lorsque le frein n'est pas actionné, la distance entre le frein magnétique et le rail pouvant être mesurée au moins dans une des positions. Le détecteur de distance au moins au nombre d'un est placé sur les freins magnétiques sur rail et est destiné à mesurer la distance entre le frein magnétique et le rail. Une pièce terminale est placée respectivement à l'avant d'une première bobine de champ vue en direction de circulation et d'une dernière bobine de champ vue en direction de circulation. Les pièces terminales recouvrent pour l'essentiel le profil transversal des freins magnétiques. Un détecteur de distance est placé respectivement sur chacune des deux pièces terminales. Les détecteurs de distance sont intégrés dans les pièces terminales associées. Les bobines de champ sont placées sur une longrine longitudinale entre deux roues successives d'un bogie en direction de circulation, la longrine longitudinale s'appuyant sur les coussinets d'essieu du bogie. Les pièces terminales sont fixées sur la longrine longitudinale. Les pièces terminales sont vissées sur la longrine longitudinale Le détecteur de distance au moins au nombre d'un est raccordé à une installation de diagnostic qui produit un signal d'avertissement lorsqu'on descend au-dessous d'une distance minimale prédéterminée. On prévoit une installation de mémorisation dans laquelle est enregistrée une distance minimale prédéterminée et/ou une distance mesurée et un comparateur qui compare la distance actuellement mesurée avec la distance mémorisée. Au moins deux détecteurs de distance sont placés en direction de circulation, les distances mesurées par les deux détecteurs de distance étant comparées l'une à l'autre afin de surveiller une position éventuellement oblique des freins magnétiques qui se succèdent en direction de circulation. Le détecteur de distance au moins au nombre d'un est relié à l'installation de diagnostic du train par l'intermédiaire d'un bus de données. Le détecteur de distance au moins au nombre d'un est un détecteur fonctionnant par induction. Le détecteur de distance au moins au nombre d'un est un détecteur de courants de Foucault. Le détecteur se surveille lui-même (auto-diagnostic). Le détecteur fonctionne selon un principe de détection avec une sortie numérique immédiate. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation en relation avec le dessin. Les figures 1 et 2 montrent une représentation schématique de la position de détecteurs en vue de l'avant et de côté ; les figures 3 à 5 une vue de côté, de dessus ou de l'avant d'un dispositif de frein à courants de Foucault avec un système de détecteurs de distance intégré. Les figures 1 et 2 montrent en représentation schématique le frein à courants de Foucault d'un véhicule sur rails. Le frein à courants de Foucault présente un"amiant"1 de frein sur rail. Dans la position de freinage " abaissée" montrée ici, l'amiant 1 se trouve à un écart h par rapport au côté supérieur d'un rail 1'. L'amiant 1 de frein sur rail présente plusieurs bobines de champ 2-7 placées les unes derrière les autres en direction de circulation à distance h de la surface du rail. Les bobines de champ 2-7 sont fixées à une"longrine intégrale" ou une longrine longitudinale qui forme une culasse magnétique 8. On prévoit à chaque fois une pièce terminale 9,10 à l'avant de la première bobine de champ 2 vue en direction de circulation et à l'arrière de la dernière bobine de champ 7 vue en direction de circulation. Les deux pièces terminales 9, 10"recouvrent"à chaque fois les sections transversales des bobines de champ 2-7. Elles représentent ainsi une certaine protection des bobines de champ contre les objets, les branches etc. qui se trouvent sur les rails. Un détecteur de distance 11 ou 12 est à chaque fois intégré dans les deux pièces terminales 9,10. On peut mesurer avec les détecteurs de distance 11,12 l'entrefer existant entre le côté supérieur du rail l'et la pièce terminale 9,10 associée. En comparant les deux"grandeurs d'entrefer"on peut reconnaître une éventuelle position oblique de l'amiant 1 sur rail. Un entrefer trop petit ou un frottement de l'amiant 1 sur le rail l'peut en particulier être reconnu. Les détecteurs de distance 11,12 sont raccordés par des lignes électriques 13 ou 14 à un système électronique de diagnostic de train (non représenté), qui interprète les signaux de détection et qui produit éventuellement un signal d'avertissement. La figure 3 montre une représentation détaillée de l'amiant 1 sur rail en vue de côté. Un bras de support 15 ou 16 est prévu à chaque fois aux deux extrémités de la culasse magnétique ou de la longrine intégrale 8. Les bras de support 15,16 s'appuient à chaque fois à un coussinet d'essieu d'un bogie avant ou arrière associé (non représenté). Au moyen des deux soufflets pneumatiques 17 ou 18, la longrine intégrale 8 "suspendue" sur les coussinets d'essieu (non représentés), conjointement avec les bobines de champ 2-7 placées sur son côté inférieur, peut être abaissée dans une position de freinage représentée ici où les bobines de champ 2-7 ont une distance h prédéfinie par rapport à la surface du rail 1'. Les deux pièces terminales 9,10 qui sont ici vissées sur le côté inférieur de la longrine intégrale 8 sont placées en avant de la bobine de champ 2 avant et en arrière de la bobine de champ 7 arrière. Les détecteurs de distance 11,12 associés sont intégrés dans les deux pièces terminales 9, 10. Comme les détecteurs sont"montés"dans un"espace inférieur"des pièces terminales 9,10, ils sont bien protégés des dommages mécaniques et des influences extérieures. Comme les pièces terminales sont des pièces séparées vissées sur la longrine intégrale, elles peuvent être ajustées sans dépenses considérables à la taille des détecteurs 11,12 nécessaires pour mesurer la distance. Les détecteurs doivent fonctionner correctement dans une zone comportant des champs magnétiques intenses. En montant les détecteurs 11, 12 dans les pièces terminales, ils sont suffisamment protégés des champs magnétiques parasites. Les détecteurs fonctionnent donc de façon fiable, c'est-à-dire qu'ils fournissent un signal de course indépendant du champ magnétique et de la vitesse de circulation, et cela même lorsque le "frein sur rail"et le rail ne sont pas aimantés, le sont en partie ou sont magnétiquement saturés. La figure 3 montre en outre" l'actionneur de tampon"19 qui existe dans le cas de freins à courants de Foucault habituels et qui fournit un "signal numérique". À la différence des détecteurs de distance selon l'invention, le détecteur de tampon 19 indique seulement que le frein a quitté sa position haute ou qu'il la retrouve mais pas la distance entre le frein et le rail. L'actionneur de tampon 19 n'est plus nécessaire dans le cas d'une installation de freinage selon l'invention puisque la position du frein (abaissée et soulevée) peut être détectée également au moyen des détecteurs de distance 11,12. On prévoit en outre ce qu'on appelle un appui de force de freinage 20 pour absorber les forces de freinage horizontales provoquées par un actionnement du frein. La figure 4 montre une vue de dessus de"l'amiant 1 de frein sur rail"de la figure 1. L'ensemble de la structure est pour l'essentiel construit symétriquement, c'est-à-dire qu'une"rangée de bobines de champ" particulière est à chaque fois prévue sur le côté"droit"et"gauche"d'un bogie. Dans la vue de dessus ici représentée, les bobines de champ 2-7 représentées à la figure 3 sont recouvertes par les longrines intégrales 8,8'. Les longrines intégrales 8,8'sont reliées l'une à l'autre par des entretoises transversales ou des entretoises de contrerait 21,21'. De plus on prévoit une paire de soufflets pneumatiques 17', 18'associée aux deux soufflets pneumatiques 17,18. De même on prévoit les pièces terminales 9', 10' associées aux deux pièces terminales 9,10. L'ensemble de la structure est relié aux coussinets d'essieu"mobiles en hauteur"associés du bogie (non représentés) au moyen des bras de support 15,16 ou 15', 16' ; l'absorption des forces de freinage agissant en direction longitudinale du rail est alors obtenue par les deux appuis de forces de freinage 20,20'. La figure 5 montre une vue de devant du dispositif représenté aux figures 3 et 4. Sur la figure 5, on voit que les deux pièces terminales 9,9' sont dimensionnées en hauteur et en largeur de telle manière qu'elles recouvrent le profil transversal des bobines de champ qu'on ne peut pas voir ici. Les détecteurs de distance 11, 11'intégrés dans les pièces terminales 9, 9'sont eux aussi représentés. Les pièces terminales sont vissées des deux côtés à la longrine intégrale 8 et peuvent donc être montées après coup de façon simple. Encastrés dans les pièces terminales, les détecteurs sont protégés des effets de l'environnement et des heurts de pierres. Le système électronique d'interprétation et l'auto-diagnostic sont parties intégrante du détecteur et/ou d'un ordinateur de diagnostic prévu dans le véhicule. On effectue ensuite une transmission des données de détection ou de diagnostic au conducteur du véhicule automoteur. La mesure de l'entrefer est un élément"fonctionnel"de l'essai de freinage. Les détecteurs sont reliés à l'ordinateur de diagnostic par un bus de données et ils sont alimentés en courant par la batterie du véhicule ou par l'ordinateur de diagnostic. Revendications 1. Frein sur rail pour des véhicules sur rails, caractérisé en ce qu'au moins un détecteur de distance (11, 11', 12) est prévu pour mesurer la distance (h) entre le frein sur rail (1) et le rail (1'). 2. Frein magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein sur rail est un frein sur rail magnétique ou un frein à courants de Foucault ayant plusieurs bobines de champ (2-7) placées les unes derrière les autres en direction de circulation à une distance (h) par rapport au rail (1). 3. Frein magnétique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le frein magnétique (2-7 ; 9,10) est dans une position abaissée proche du rail lorsque le frein est actionné et dans une position relevée lorsque le frein n'est pas actionné, la distance (h) entre le frein magnétique (2-7 ; 9,10) et le rail (1') pouvant être mesurée au moins dans une des positions. 4. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détecteur de distance (11, 11', 12) au moins au nombre d'un est placé sur les freins magnétiques sur rail (1) et est destiné à mesurer la distance (h) entre le frein magnétique (2-7) et le rail (1'). 5. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une pièce terminale (9,10) est respectivement placée à l'avant d'une première bobine de champ (2) vue en direction de circulation et d'une dernière bobine de champ (7) vue en direction de circulation. 6. Frein magnétique selon la revendication 5 caractérisé en ce que les pièces terminales recouvrent pour l'essentiel le profil transversal des freins magnétiques (2-7). 7. Frein magnétique selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'un détecteur de distance (11,12) est placé respectivement sur chacune des deux pièces terminales (9,10). 8. Frein magnétique selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que les détecteurs de distance (11, 11', 12) sont intégrés dans les pièces terminales (9,9', 10,10') associées. 9. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les bobines de champ (2-7) sont placées sur une longrine longitudinale (8,8') entre deux roues successives d'un bogie en direction de circulation, la longrine longitudinale s'appuyant sur les coussinets d'essieu du bogie. 10. Frein magnétique selon l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que les pièces terminales (9,9', 10,10') sont fixées sur la longrine longitudinale (8,8'). 11. Frein magnétique selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que les pièces terminales (9,9', 10,10') sont vissées sur la longrine longitudinale (8,8'). 12. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que le détecteur de distance (11, 11', 12) au moins au nombre d'un est raccordé à une installation de diagnostic qui produit un signal d'avertissement lorsqu'on descend au-dessous d'une distance minimale prédéterminée. 13. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que l'on prévoit une installation de mémorisation dans laquelle est enregistrée une distance minimale (h) prédéterminée et/ou une distance mesurée et un comparateur qui compare la distance actuellement mesurée avec la distance mémorisée. 14. Frein magnétique selon la revendication 13 caractérisé en ce qu'au moins deux détecteurs de distance (11,12) sont placés en direction de circulation, les distances (h) mesurées par les deux détecteurs de distance (11,12) étant comparées l'une à l'autre afin de surveiller une position éventuellement oblique des freins magnétiques (2-7) qui se succèdent en direction de circulation. 15. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que le détecteur de distance (11, 11', 12) au moins au nombre d'un est relié à l'installation de diagnostic du train par l'intermédiaire d'un bus de données. 16. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que le détecteur de distance (11, 11', 12) au moins au nombre d'un est un détecteur fonctionnant par induction. 17. Frein magnétique selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que le détecteur de distance (11, 11', 12) au moins au nombre d'un est un détecteur de courants de Foucault. 18. Frein magnétique selon une ou plusieurs des revendications 1 à 17 caractérisé en ce que le détecteur (11,12) se surveille lui-même (autodiagnostic). 19. Frein magnétique selon une ou plusieurs des revendications 1 à 18 caractérisé en ce que le détecteur (11,12) fonctionne selon un principe de détection avec une sortie numérique immédiate.