El freno directo para vehículos ferroviarios de la presente invención tiene por objeto la simplificación del sistema de freno directo convencional haciendo que la presión de mando sea directamente la presión en cilindros de freno (3') sin ninguna transformación y de forma que dicha presión de mando tenga el caudal necesario para llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida,

para lo que básicamente se estructura a partir de dos electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') de freno y aflojamiento respectivamente autopilotadas de gran caudal en donde además la electroválvula de control EV1 (1') de freno es de accionamiento inverso y la electroválvula EV2 (2') de aflojamiento es de accionamiento directo, siendo ambas alimentadas desde el lazo de seguridad y accionadas por un equipo electrónico de control de freno

Freno directo para vehículos ferroviarios.

Objeto de la invención

El freno directo para vehículos ferroviarios de la presente invención tiene por objeto la simplificación del sistema de freno directo convencional, reduciendo su peso, tamaño y número de componentes sin pérdida alguna de seguridad o funcionalidad, reduciendo los costes de mantenimiento y aumentando el índice de fiabilidad.

Más concretamente, el freno directo de la invención tiene por objeto que la presión de mando sea directamente la presión en cilindros de freno sin ninguna transformación y de forma que dicha presión de mando tenga el caudal necesario para llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida.

Antecedentes de la invención

En los vehículos ferroviarios existen, esencialmente, dos tipos de freno. Uno de ellos es el denominado freno directo, en el que la presión en cilindros de freno es directamente proporcional a la presión de mando, y el freno indirecto o automático, en el que la presión en cilindros es inversamente proporcional a la señal de presión de mando.

Por motivos de interoperabilidad en las líneas internacionales, se establece el freno automático como freno obligatorio en los trenes que pueden circular por varios países en líneas internacionales. Por otra parte, el freno automático tiene unos tiempos de aplicación y aflojamiento mucho más largos que el freno directo, lo que no los hace adecuados para líneas de metro o de cercanías ligeros, en donde la frecuencia del servicio obliga a frenar y aflojar mucho mas rápidamente.

Así, es conocida desde hace años la aplicación de sistemas de freno directo en vehículos ferroviarios del tipo de metros y trenes de cercanías.

Aunque como se ha dicho el ámbito natural de aplicación de los sistemas de freno directo ha sido habitualmente los metros o trenes de cercanías ligeros, en la actualidad su fiabilidad, simplicidad y facilidad de coordinación con el freno eléctrico de los vehículos motores, es decir, con la utilización de los propios motores eléctricos como frenos cuando estos funcionan como generadores, esta haciendo que se esté usando también en otros tipos de vehículos ferroviarios, funcionando de forma simultánea y redundante junto con los frenos indirectos o automáticos para conseguir una mayor seguridad, pudiéndose ver incluso en las ruedas motrices de los trenes de alta velocidad, o en locomotoras convencionales.

Sin embargo, en estos sistemas de freno directo convencionales, los sistemas de establecimiento de presión de mando no disponen del suficiente caudal cuando el volumen de aire a manejar es grande y los requerimientos de velocidad para llenar o vaciar ese volumen son críticos, siendo necesaria su amplificación de cara a obtener el caudal necesario para llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida.

De esta forma, y según puede verse en la figura 1 que recoge el estado actual de la técnica de los sistemas de freno directo, entre las dos electroválvulas directas EV1 (1) de freno y EV2 (2) de aflojamiento de control de freno directo y el caudal de aire utilizado para el llenado/vaciado de los cilindros de freno (3), se hace necesaria la utilización de un dispositivo amplificador/separador que, partiendo de una señal de mando establecida en un volumen pequeño denominado volumen de control Vc (4), amplifique dicha señal para obtener el caudal necesario para llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida. Este dispositivo amplificador/separador es la denominada válvula relé VR (5), que como su nombre indica funciona desde el punto de vista conceptual como un relé electromecánico normal, es decir, recibiendo una señal de entrada de baja potencia y entregando en su salida una señal copia de la anterior, pero de potencia mucho mayor que toma la energía directamente de una fuente de gran capacidad.

El uso de esta válvula relé VR (5) que funciona como dispositivo amplificador/separador, tiene como principal inconveniente un elevado peso y tamaño, el cual repercute en el del propio sistema de freno directo. Sin embargo, dicho uso de la válvula relé VR (5) es obligado debido a que el caudal que manejan las electroválvulas EV1 (1) y EV2 (2) es pequeño, debiendo de ser necesariamente amplificado.

Adicionalmente, en el volumen de control Vc (4) se hace necesaria la existencia de un transductor electrónico de presión Pm (6) cuya misión es realimentar al sistema de control la presión establecida en dicho volumen de control Vc (4), de manera que pueda realizarse un bucle de regulación de dicha presión a fin de garantizar la exactitud y precisión de la presión establecida, lo que supone la incorporación de un elemento adicional al sistema de freno directo.

Por otra parte, en los sistemas de freno directo convencionales como el mostrado en la figura 1, la aplicación del frenado de emergencia se realiza mediante el uso de una electroválvula adicional EVE (7) de emergencia diferente de las electroválvulas EV1 (1) y EV2 (2) de accionamiento directo que se utilizan para establecer la presión de control. Esto es debido a que estas últimas, por ser de accionamiento directo, es decir, que aplican el freno cuando están excitadas, no cumplen el principio de seguridad por el cual la aplicación del freno de emergencia debe realizarse con la electroválvula responsable de su aplicación desexcitada, lo que obliga a que dicha válvula sea inversa, por lo que se hace necesaria la inclusión de dicha válvula adicional EVE (7) de emergencia. Se hace necesario por lo tanto la existencia de otro elemento adicional que redunda en una mayor complejidad y peso del sistema.

Por último, suele ser habitual que en los sistemas de freno directo convencionales existan transductores de presión adicionales Ps (8) y Pc (9), que son utilizados para conocer la presión real en cilindros de freno (3) y la presión de la suspensión neumática del vehículo (10) respectivamente, y que se utilizan para obtener medidas que luego el sistema de control puede utilizar bien para la propia funcionalidad del freno del vehículo, o para el correcto funcionamiento de otros equipos de a bordo.

Así, se tiene que los sistemas de freno directo convencionales cuentan con un elevado número de dispositivos ya que resulta obligatoria la existencia de las electroválvulas de control EV1 (1) y EV2 (2), la válvula relé VR (5), la válvula de adicional EVE (7) de emergencia, el transductor de presión P_m (6), el de cilindros P_c (9), el de suspensión P_s (8) y el volumen de control V_c (4), que se traduce en un elevado peso y complejidad del sistema, lo que hace aumentar las probabilidades de que se produzca una avería con una reducción de la fiabilidad y disponibilidad de los vehículos, a la vez que encarece todo el equipo de freno. Por otra parte, los sistemas de freno directo convencionales suelen tener unos tiempos de aplicación y aflojamiento del freno relativamente elevados a causa de una gestión más compleja, y de la presencia de elementos amplificadores/separadores entre presión de mando y de cilindros.

Además, existe en los sistemas convencionales una válvula de freno según la carga VFSC (12) que se utiliza para garantizar que cuando se aplica el freno de emergencia, el esfuerzo aplicado por dicho freno se ajusta a la carga del vehículo, a fin de garantizar que la deceleración de este sea constante e independiente de la carga.

Descripción de la invención

El freno directo para vehículos ferroviarios de la presente invención resuelve de manera eficaz los inconvenientes antes señalados constituyendo un sistema de freno seguro y más fiable y rápido en su respuesta, a la vez que consigue que el sistema de freno sea mas compacto, ligero de peso y de coste mas reducido que los sistemas de freno directo convencionales, lo que además significa una reducción de la probabilidad de fallos del sistema y un ahorro energético significativo al estar ligado este de forma directamente proporcional al peso de dicho sistema.

Más concretamente, este ahorro de peso puede llegar al 30%, y el de espacio al 40% comparándolo con los sistemas de freno directo estándar que funcionan actualmente en los vehículos ferroviarios.

Para ello, el freno directo de la invención se estructura básicamente de forma que se eliminan aquellos elementos derivados de la necesidad de amplificación y/o separación, concentrando diferentes funciones...

1. Freno directo para vehículos ferroviarios que comprende dos electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') de freno y aflojamiento respectivamente, caracterizado porque dichas electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') son electroválvulas autopilotadas de gran caudal de forma que la presión que establecen en los cilindros de freno (3') encargada del llenado y vaciado de los mismos es la presión de mando aplicada directamente sin transformación ni amplificación alguna.

2. Freno directo para vehículos ferroviarios según reivindicación primera, caracterizado porque la electroválvula de control EV1 (1') de freno es de accionamiento inverso y la electroválvula EV2 (2') de aflojamiento es de accionamiento directo, y porque ambas son desexcitadas por el lazo de seguridad cuando se aplica un frenado de emergencia.

3. Freno directo para vehículos ferroviarios según reivindicación primera, caracterizado porque cuenta con un transductor de presión P_c (9') situado entre las dos electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') cuya salida es utilizada para realizar la realimentación de la presión establecida por dichas electroválvulas EV1 (1') y EV2 (2') al sistema de control y también como señal de presión en los cilindros de freno (3').

4. Freno directo para vehículos ferroviarios según reivindicación primera, caracterizado porque cuenta con una válvula de freno según la carga VFSC (12') susceptible de estar situada indistintamente aguas arriba de las electroválvulas EV1 (1') y EV2 (2') o aguas abajo de EV1 (1') y antes de la electroválvula EV2 (2').

5. Freno directo para vehículos ferroviarios según reivindicación primera, caracterizado porque comprende un transductor de presión Ps (8') para la medida de la presión de la suspensión neumática del vehículo (10') y un transductor de presión Pc (9') para la medida de presión en cilindros de freno (3') y efectuar el control en bucle cerrado de dicha presión.

6. Freno directo para vehículos ferroviarios según reivindicación anteriores, caracterizado porque la conexión del panel al vehículo se realiza a través de los siguientes elementos:

- una entrada roscada de aire de gran caudal proveniente de la Tubería de Depósitos Principales TDP (13');

- una entrada-salida roscada desde el Deposito de Reserva de freno (14') para garantizar una reserva de aire aun en el caso de que falle el suministro de aire principal del tren que fluye por dicha Tubería de Depósitos Principales TDP (13');

- una entrada roscada desde la suspensión neumática del vehículo (10') para que la válvula de freno según la carga VFSC (12') module adecuadamente el esfuerzo de freno en función de la carga que soporta el vehículo; y

- una entrada-salida roscada a cilindros de freno que permite que el cilindro de freno (3') pueda ser llenado y vaciado según las necesidades de freno del vehículo mediante el las electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2').