Brevet FR2975951A1 — publié le 20121207

ARCHET DE PANTOGRAPHE, PANTOGRAPHE ET VEHICULE FERROVIAIRE CORRESPONDANTS La présente invention concerne un archet de pantographe pour véhicule ferroviaire. Elle concerne également un pantographe et un véhicule ferroviaire correspondants. L'invention se rapporte notamment au domaine des pantographes de véhicule ferroviaire, plus particulièrement les pantographes des trains devant couvrir une zone géographique importante, par exemple les trains à grande vitesse, dits TGV. Un pantographe est un dispositif fixé sur la toiture du train afin de capter un courant électrique circulant dans une ligne aérienne de contact comprenant un fil de contact et une caténaire. Afin de garantir un contact permanent, le pantographe est composé de deux étages de suspension. Le premier, dit le grand cadre, est composé d'un assemblage de tubes articulés. Il permet de compenser les variations de hauteur du fil de contact de grande amplitude. Cet étage est alimenté par un coussin pneumatique (figure 1) qui applique un couple de rotation sur un bras inférieur. La pression dans ce coussin détermine l'effort moyen entre l'archet du pantographe et la caténaire. Le deuxième étage est composé d'une partie supérieure destinée à collecter le courant, appelée collecteur de courant ou encore archet. L'archet supporte des bandes de frottement destinées au contact avec le fil de contact de la ligne aérienne. Cet archet comporte à ses extrémités des « cornes » qui sont des composants courbés pour éviter que le fil de contact ne passe sous l'archet, ce qui provoquerait une destruction du pantographe. Ces cornes sont en métal ou en composites et ne permettent généralement pas le captage du courant électrique. L'archet est raccordé au grand cadre du pantographe par un système de suspension à ressorts appelé boîtes à ressort. Généralement dans les caténaires, le fil de contact est désaxé par rapport à l'axe de la voie. En effet, pour éviter l'usure rapide des bandes de frottement de l'archet, le point de contact avec le fil de contact est mobile par rapport à l'archet en le balayant latéralement. Cependant, le réseau ferroviaire européen comporte cinq types d'électrification dont deux différents en France. Le premier type d'électrification est une électrification à courant continu de faible voltage (1500 V par exemple) et de très grande intensité (jusqu'à 5 kA). Pour de telles intensités, la section cuivre équivalente nécessaire pour conduire le courant nécessite une caténaire relativement lourde, avec plusieurs étages de câbles porteurs et deux fils de contact. Le deuxième type d'électrification utilise un fort voltage (25 kV par exemple) avec un courant alternatif de plus faible intensité (de l'ordre de 800A). La section cuivre équivalente nécessaire pour conduire le courant étant moins importante, les caténaires sont légères par conception, avec un seul câble porteur et un seul fil de contact. La qualité de l'interaction dynamique, notamment à grande vitesse, est de ce fait plus facile à garantir en minimisant les fluctuations de l'effort dynamique entre le pantographe et la caténaire. Ces deux classes de caténaire, différentes par leur conception, ont également un désaxement différent, en fonction des gabarits et encombrements propres à chaque pays. Les largeurs d'archets acceptées sur le réseau français sont normées : choisie égale à 1,95 m pour les caténaires à courant continu et choisie égale à 1,6 m pour les caténaires à courant alternatif. Par conséquent, actuellement deux pantographes par motrice sont prévus sur chaque TGV français, c'est-à-dire un pantographe comprenant un archet de largeur 1,95 m et un pantographe comprenant un archet de largeur 1,6 m. Or, la présence de deux pantographes par motrice, soit quatre pantographes par rame TGV, présente, outre le coût des deux pantographes, plusieurs inconvénients pour l'efficacité du train. Ces inconvénients sont notamment liés au poids des deux pantographes, chaque pantographe pesant environ 200 kg, ainsi qu'à l'encombrement spatial sur la toiture du train, un pantographe utilisant environ 2 m2 de surface. En outre, actuellement, le pantographe non utilisé, est maintenu baissé dans une « baignoire de pantographe ». Cette baignoire est très défavorable du point de vue aérodynamique. Cette problématique est exacerbée à l'échelle européenne où l'électrification des réseaux est très hétérogène de sorte que certains futurs TGV destinés à circuler partout en Europe devront être équipés d'au moins trois archets et donc trois pantographes différents par motrice. Cette multiplication des pantographes est également à l'origine de bruits aéroacoustiques. Elle augmente la résistance à l'avancement et nécessite ainsi des interventions de maintenance supplémentaires. Le grand cadre pour les différents types d'électrification restant le même, il semble donc intéressant de disposer d'un pantographe dont l'archet soit de largeur variable, ce qui reviendrait à réduire le nombre de pantographes et permettrait des gains non négligeables en termes de poids, de place et d'aérodynamique. Le document FR 2477989 décrit un pantographe dont la largeur d'archet est variable. L'archet y décrit comprend deux archets individuels guidés dans des glissières transversales de manière à pouvoir se déplacer transversalement à la direction longitudinale du véhicule. Pour avoir un archet de largeur plus grande, les deux archets individuels, emboîtés l'un dans l'autre, sont tirés selon un mouvement télescopique l'un hors de l'autre. Cependant, ce pantographe, adapté à des lignes de transport en commun pour des parcours souterrains, ne peut pas être utilisé sur les lignes de trains « à grande vitesse », notamment en raison de fortes contraintes météorologiques. Il y a en effet un grand risque de blocage du déplacement des archets individuels en raison du gel et des infiltrations d'eau. La présente invention vise à améliorer la situation et à mieux résoudre encore le problème soulevé ci-dessus. A cet effet, la présente invention concerne tout d'abord un archet de pantographe pour véhicule ferroviaire, destiné à mettre en contact le pantographe avec un fil de contact d'une ligne aérienne, le dit archet comprenant au moins une bande de frottement mobile et une bande de frottement fixe, archet dans lequel la bande de frottement mobile est agencée pour se déplacer transversalement par rapport à la bande de frottement fixe d'une première position à une deuxième position, caractérisé par le fait que l'archet comporte des moyens pour, pendant le déplacement transversal de la bande de frottement mobile, l'entraîner aussi dans un déplacement orthogonal, qui l'écarte de la bande de frottement fixe. Le déplacement relatif des deux bandes de frottement est transversal par rapport à la direction longitudinale du véhicule. Cela permet d'avoir un archet de largeur variable pouvant être utilisé quel que soit le type d'électrification du réseau ferroviaire. Grâce à l'invention, le déplacement orthogonal de la bande de frottement mobile génère un couple de décollement écartant les deux bandes de frottement. Du fait de l'écartement des deux bandes de frottement pendant leur déplacement transversal relatif, même en cas de solidarisation initiale due par exemple au gel, il est facile de les désolidariser. Selon une réalisation, le déplacement orthogonal de la bande de frottement mobile est un déplacement en hauteur. Selon une autre réalisation, le déplacement orthogonal de la bande de frottement mobile est un déplacement longitudinal, c'est-à-dire selon la direction longitudinale du véhicule. Avantageusement, le déplacement de la bande de frottement mobile de la première position à la deuxième position s'effectue selon un mouvement de translation circulaire par rapport à la bande de frottement fixe. De préférence, les moyens pour entraîner la bande de frottement mobile dans un déplacement orthogonal comprennent des bielles de pivotement. Avantageusement, ces moyens comprennent en outre un vérin d'actionnement des bielles. L'invention concerne également un pantographe pour véhicule ferroviaire, comprenant un archet selon l'invention. L'invention concerne en outre un véhicule ferroviaire comprenant un pantographe selon l'invention. Des modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits de façon plus précise mais non limitative en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un pantographe de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en perspective illustrant la structure d'un archet selon un exemple de réalisation; - la figure 3 est un schéma illustrant une variante d'archet ; - la figure 4 est une vue de dessous des bandes de frottement d'un archet selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective des bandes de frottement de l'archet de la figure 4 en position fermée ; et - la figure 6 est une vue en perspective des bandes de frottement de l'archet de la figure 4 en position ouverte. La figure 1 illustre un pantographe 2 destiné à être positionné sur la toiture d'un train afin de capter un courant électrique par frottement sur une caténaire d'une ligne aérienne non représentée. Le pantographe 2 est fixé sur la toiture du train au moyen de pieds isolateurs 4. Le pantographe en exemple de la figure 1 comprend trois pieds isolateurs 4. Le pantographe 2 comprend un cadre 5 comprenant un élément inférieur 6 et un élément supérieur 7 articulés entre eux. Les pieds isolateurs 4 supportent un bâti 8 support du cadre 5. Le contact du pantographe 2 avec la caténaire est assuré par sa partie supérieure 3, nommée archet, comprenant deux cornes 9,10 et supportant deux bandes de frottement 11,12, notamment en carbone ou dans un métal ayant de bonnes propriétés de conductibilité électrique. Les cornes 9, 10 servent à assurer que le fil de contact ne passe pas sous l'archet 3 même pour des réglages défectueux de la caténaire. Elles sont fabriquées en un matériau composite. Les bandes de frottement 11, 12 sont destinées à frotter sur un fil de contact de la ligne aérienne pour capter le courant. Un système de suspension composé de boîtes à ressort 13,14 permet de maintenir l'archet 3 en contact avec le fil de contact. Quand la motrice se déplace, le cadre 5 du pantographe 2 est déployé de sorte que les bandes de frottement 11,12 de l'archet 3 sont appliquées contre le fil de contact avec une force F. L'archet 3 du pantographe 2 est représenté sur la figure 2. Il est de type monobloc, c'est-à-dire que les deux bandes de frottement 11, 12 sont solidaires. Ces bandes de frottement 11, 12 sont composées de matériaux choisis pour leurs propriétés de conductivité électrique et de faible usure. Ainsi que cela apparaît sur la figure 2, les deux bandes de frottement 11, 12 sont maintenues solidaires et parallèles entre elles par deux paires de bras 15, 16, 17, 18 qui leur sont approximativement perpendiculaires. Chaque bras 15, 16, 17, 18 est solidaire, par l'une de ses deux extrémités, à l'une des deux extrémités de l'une des cornes 9, 10. Les autres extrémités des bras 15, 16, 17, 18 sont solidaires de l'un des deux supports d'archet centraux 19 et 20. Les boîtes de suspension 13, 14 sont solidaires chacune, en leur partie supérieure, d'une chape 21, 22 de fixation et les supports d'archet 19 et 20 y sont engagés de façon à assurer le support des cornes 9 et 10. Les cornes 9,10, les bras 15, 16, 17, 18 et les supports d'archet 19, 20 sont ainsi solidaires et forment une seule pièce. Les boîtes de suspension 13, 14 sont en outre fixées à une traverse 23 elle-même fixée à la fourche de l'élément supérieur 7 du cadre 5. Ainsi que cela est illustré sur la figure 1, le pantographe 2 est actionné par un dispositif pneumatique comprenant un coussin pneumatique 24 alimenté par des moyens d'alimentation pneumatique 25. L'admission d'air dans le coussin pneumatique 24 engendre un couple sur l'articulation de l'élément inférieur 6 du bras 5, ce qui provoque le déploiement du pantographe 2 et assure le maintien de l'archet 3 en contact avec le fil de contact. La force F appliquée sur le fil de contact dépend de la pression dans le coussin pneumatique 24. La purge du coussin pneumatique 24 provoque une descente de l'archet 3. Cette 20 descente est amortie en fin de course par un amortisseur 26. En service, le coussin pneumatique 24 est toujours alimenté. De la sorte, le pantographe 2 peut suivre les dénivellations de la caténaire. Bien que le pantographe 2 représenté comprend un archet de type monobloc lui-même composé de deux bandes de frottement 11 et 12, l'invention s'applique 25 avantageusement aux archets comprenant une seule bande de frottement. Un tel exemple d'archet, dit monobande, est représenté sur la figure 3. Cet archet 300 comprend une seule bande de frottement 110 pour le frottement sur le fil de contact 60 de la ligne aérienne. Cet archet 300 est maintenu en contact avec le fil de contact 60 de la ligne 30 aérienne de manière analogue à celle décrite pour l'archet 3. Avantageusement, selon l'invention, les archets 3, 300 sont de largeur variable. Pour des raisons de clarté, le mode de réalisation préféré de l'invention est décrit en référence à l'archet monobande 300 de la figure 3. Il peut néanmoins être mis en oeuvre, de la même manière, sur chacune des bandes de frottement 11, 12 de l'archet 3 de la figure 2. Selon ce mode de réalisation préféré de l'invention, la bande de frottement 110 de l'archet 300 de la figure 3 est remplacée, dans les figures 4 à 6, par un ensemble de bandes de frottement comprenant une bande de frottement fixe 27, une première bande de frottement mobile 28 et une deuxième bande de frottement mobile 29. Les bandes de frottement mobiles 28 et 29 sont disposées l'une à côté de l'autre. Elles sont agencées pour se déplacer transversalement par rapport à la bande de frottement fixe 27 d'une première position, illustrée sur la figure 5, dans laquelle l'archet 300 est fermé vers une deuxième position, illustrée sur la figure 6, dans laquelle l'archet 300 est ouvert. De la sorte, l'archet 300 est de largeur variable selon deux largeurs et peut ainsi être utilisé sur plusieurs types d'électrifications du réseau ferroviaire. L'archet 300 comprend avantageusement deux systèmes d'entraînement pour entraîner respectivement la première bande de frottement mobile 28 et la deuxième bande de frottement mobile 29 dans un déplacement orthogonal, en hauteur ou longitudinal, qui les écarte de la bande de frottement fixe 27. Dans un mode de réalisation préféré, le déplacement des bandes de frottement mobiles 28 et 29 s'effectue selon un mouvement de translation circulaire par rapport à la bande de frottement fixe 27. Le système d'entraînement de la première bande de frottement mobile 28 comprend deux bielles de pivotement 32 et 34 actionnées par un premier vérin 40. La bielle 32 commande le déplacement de la première bande de frottement mobile 28. Elle est appelée première bielle de commande. La bielle 34, positionnée de préférence sous le premier vérin 40, permet le guidage de la première bande de frottement mobile 28. Elle est appelée première bielle de guidage. Le système d'entraînement de la deuxième bande de frottement mobile 29 comprend deux bielles de pivotement 36 et 38 actionnées par un deuxième vérin 42. La bielle 36 commande le déplacement de la deuxième bande de frottement mobile 29. Elle est appelée deuxième bielle de commande. La bielle 38, positionnée de préférence sous le deuxième vérin 42, permet le guidage de la deuxième bande de frottement mobile 29. Elle est appelée deuxième bielle de guidage. La présence de deux bielles dans chaque système d'entraînement constitue une sécurité en cas de dysfonctionnement. Avantageusement, les bielles 32, 34, 36, 38 sont en aluminium. Elles résistent ainsi aux sollicitations tout en étant très légères. Selon une réalisation, les axes des bielles 32, 34, 36, 38 sont montés vissés grâce à des pans de serrage dans une entretoise enfilée dans la bande de frottement fixe 27. De préférence, du frein-filet fort est également utilisé pour empêcher le desserrage des axes des bielles 32, 34, 36, 38. Selon un mode de réalisation de l'invention, les vérins 40 et 42 sont des vérins pneumatiques à double effet. Ils sont, de préférence, liés rigidement à la bande de frottement fixe 27 afin de sécuriser leur alimentation en air comprimé. On peut prévoir, par exemple, de fixer chacun des vérins 40 et 42 par l'intermédiaire d'équerres positionnées sur la bande de frottement fixe 27 par une vis appuyée sur une rondelle qui est vissée dans une entretoise. Selon une réalisation, le premier vérin 40 commande une première biellette 44 liée à la première bielle de commande 32 et le deuxième vérin 42 commande une deuxième biellette 46 raccordée à la deuxième bielle de commande 36. La présence des biellettes 44 et 46 permet d'améliorer la robustesse de l'archet 300. Le premier vérin 40 et le deuxième vérin 42 comprennent respectivement une première tige 48 et une deuxième tige 50. Les tiges 48 et 50 sont protégées des impuretés de préférence à l'aide d'un soufflet à type métallique ou d'un soufflet en synthétique du type utilisé dans le domaine automobile. Ainsi que cela apparaît sur les figures 5 et 6, l'archet 300 comprend en outre deux tresses électriques 52 et 54, par exemple en cuivre, pour assurer une continuité de passage du courant du fil de contact de la ligne aérienne à la chaîne électrique de traction du train. La première tresse 52 raccorde la bande de frottement fixe 27 et la première bande de frottement mobile 28 et la deuxième tresse 54 raccorde la bande de frottement fixe 27 et la deuxième bande de frottement mobile 29. D'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. Il est ainsi possible de prévoir que les vérins 40 et 42 sont mobiles par rapport à la bande de frottement fixe 27. REVENDICATIONS1. Archet (300) de pantographe pour véhicule ferroviaire, destiné à mettre en contact le pantographe avec un fil de contact (60) d'une ligne aérienne, le dit archet (300) comprenant au moins une bande de frottement mobile (28,29) et une bande de frottement fixe (27), archet (300) dans lequel la bande de frottement mobile (28,29) est agencée pour se déplacer transversalement par rapport à la bande de frottement fixe (27) d'une première position à une deuxième position, caractérisé par le fait que l'archet (300) comporte des moyens pour, pendant le déplacement transversal de la bande de frottement mobile (28,29), l'entraîner aussi dans un déplacement orthogonal, qui l'écarte de la bande de frottement fixe (27). 2. Archet ( 300) selon la revendication 1, dans lequel le déplacement orthogonal de la bande de frottement mobile (28,29) est un déplacement en hauteur. 3. Archet (300) selon la revendication 1, dans lequel le déplacement orthogonal de la bande de frottement mobile (28,29) est un déplacement longitudinal. 4. Archet (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le déplacement de la bande de frottement mobile (28,29) de la première position à la deuxième position s'effectue selon un mouvement de translation circulaire par rapport à la bande de frottement fixe (27). 5. Archet ( 300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens pour entraîner la bande de frottement mobile (28,29) dans un déplacement orthogonal comprennent des bielles de pivotement (32,34,36,38). 6. Archet (300) selon la revendication 5, dans lequel les moyens pour entraîner la bande de frottement mobile (28,29) dans un déplacement orthogonal comprennent en outre un vérin d'actionnement (40, 42) des bielles (32,34,36,38). 7. Pantographe pour véhicule ferroviaire, comprenant un archet (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Véhicule ferroviaire comprenant un pantographe selon la revendication 7.