Dispositivo para compensar variaciones en la longitud de cables tensados,

con una tensión sustancialmente constante, que comprende un elemento antagonista (2, 2a), que es apto para interponerse entre un extremo del cable tensado (3) y un elemento de anclaje y está adaptado para generar una reacción elástica que puede variar en función de la variación de la longitud del cable tensado (3), estando previstos unos medios de conexión (4, 4a) para conectar dicho elemento antagonista (2, 2a) con dicho cable tensado (3), estando adaptados dichos medios de conexión (4, 4a) para convertir la reacción elástica de dicho elemento antagonista (2, 2a) en una tensión sustancialmente constante aplicada a dicho cable tensado (3), independientemente de su longitud, en un rango de variación de longitud preestablecido, comprendiendo dichos medios de conexión (4, 4a) por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) que está soportada por una estructura de soporte (7, 7a) de tal forma que pueda girar alrededor de su propio eje (26, 26a), estando conectado dicho cable tensado (3) por uno de sus extremos, directamente o por medio de un elemento de tipo alambre (8, 8a), a dicha polea de radio variable (6, 6a), pudiendo arrollarse dicho cable tensado (3) o dicho elemento de tipo alambre (8, 8a) sobre dicha polea de radio variable (6, 6a), caracterizado porque dicho elemento antagonista (2, 2a) comprende por lo menos un resorte en espiral (5, 5a), estando conectado dicho por lo menos un resorte en espiral (5, 5a), por uno de sus extremos, a dicha polea de radio variable (6, 6a) para contrarrestar su rotación en la dirección de desenrollado de dicho cable tensado (3) o dicho elemento de tipo alambre (8, 8a) de dicha polea de radio variable (6, 6a), y por su otro extremo, a dicha estructura de soporte (7, 7a).

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo para compensar las variaciones en la longitud de cables tensados, con una tensión sustancialmente constante.

Antecedentes de la técnica

Como es conocido, los conductores del tendido eléctrico aéreo para la distribución y el transporte de energía o la tracción ferroviaria se instalan con un valor de tensión muy específico que tiene en cuenta la carga límite de rotura de los cables, la fuerza de las estructuras de soporte y los requisitos relativos a la flecha máxima en el centro del tramo.

La configuración adoptada por el cable después del tensado no es constante e invariable en el tiempo, sino que depende en gran medida de la temperatura ambiente, ya que el material del que está hecho el cable, que puede ser cobre o alguna de sus aleaciones, aluminio o alguna de sus aleaciones, o acero o aluminio con un núcleo de acero, se expande o contrae al aumentar o disminuir la temperatura.

Este hecho provoca el incremento o la reducción de la flecha en el centro del tramo. Esta variación de la flecha del tramo, trazada por el cable y ocasionada por su propio peso, no se puede tolerar en algunas aplicaciones por razones eléctricas y/o mecánicas.

Las razones eléctricas vienen motivadas por el hecho de que el aumento de la flecha provoca la disminución de las distancias de aislamiento respecto de las partes circundantes, tales como por ejemplo el suelo. Por otra parte, la disminución de la fuerza de tensado causada por un alargamiento del cable hace que dicho cable sea más susceptible a las oscilaciones y el balanceo provocados por el viento, lo cual puede aproximar peligrosamente el cable a otros cables de diferentes fases o a partes conectadas a tierra.

Las razones mecánicas se pueden observar normalmente en la curva catenaria de las líneas de contacto eléctrico de los ferrocarriles. Como es conocido, dichas líneas están constituidas generalmente por un cable de suspensión desde el cual se suspende el hilo de contacto, y el pantógrafo de las locomotoras establece un tipo de contacto deslizante con la parte inferior de dicho hilo para utilizar la corriente. El hilo de contacto se sostiene mediante el cable de suspensión por medio de las denominadas “péndolas”, colocadas a unas distancias cortas preestablecidas, de tal forma que mientras el perfil del cable de suspensión presenta la flecha habitual, el perfil del hilo de contacto se mantiene significativamente recto, en el sentido de que es prácticamente horizontal, con el fin de permitir el correcto deslizamiento del pantógrafo. Una contracción del cable de suspensión y/o el hilo de contacto debida a variaciones térmicas puede causar tensiones inaceptables en dichos cables o en los soportes y puede causar una elevación anormal del hilo de contacto con respecto al nivel del ferrocarril, pudiendo dichas tensiones y elevación no ser compatibles con la correcta captación de corriente por el pantógrafo, y pudiendo además causar un desgaste anormal del hilo de contacto. Del mismo modo, un alargamiento del cable de suspensión y/o del hilo de contacto debido a variaciones térmicas puede causar un descenso anormal del hilo de contacto y causar asimismo problemas en la correcta captación de la corriente.

Se utilizan diferentes sistemas para compensar las variaciones de la longitud de los cables como consecuencia de las variaciones de temperatura.

Un primer sistema es el sistema de contrapeso y consiste sustancialmente en conectar un extremo del cable, por medio de unas poleas, con un peso que corresponde a la fuerza de tensado del cable o que se reduce en función de la relación del sistema de poleas. De esta manera, la tensión del cable permanece inalterada cuando la longitud del cable varía, ya que el peso instalado es invariable. Dicho sistema, que sigue siendo el sistema más utilizado hoy en día, sufre el inconveniente de que requiere un gran espacio de ocupación, lo cual no siempre es compatible con los requisitos de instalación, especialmente en el campo de los ferrocarriles y por ejemplo en los túneles, donde muy a menudo es físicamente imposible proveer rebajes para el deslizamiento de los contrapesos, o donde es posible proveer rebajes, pero a costes excesivamente altos. Otro inconveniente de dicho sistema es el elevado coste de instalación, debido principalmente a la necesidad de recurrir a estructuras auxiliares para sostener, guiar y proteger los contrapesos.

Otro sistema se basa en la utilización de un compensador de gas. En dicho sistema, un extremo del cable está conectado a un dispositivo que comprende una unidad de resorte/amortiguador con gas comprimido, generalmente nitrógeno, proporcionando dicha unidad una carga muy constante. Con respecto al sistema de contrapeso, este sistema tiene la ventaja de que requiere un espacio de ocupación reducido para su instalación, aunque no está exento de inconvenientes, ya que se experimentan problemas a los pocos años de la primera instalación, principalmente en relación con la pérdida de gas de la unidad, hecho que obliga a llevar a cabo una vigilancia y un mantenimiento continuos. El coste de este dispositivo también es alto y restringe su uso a casos particulares.

También existen unos compensadores que se accionan mediante un motor eléctrico y están constituidos sustancialmente por un dispositivo provisto de un detector que detecta las variaciones en la longitud del cable causadas por variaciones térmicas, que impulsan un motor eléctrico que a su vez acciona una biela conectada al cable que se va a tensar. Este sistema tampoco está exento de inconvenientes, ya que su coste es elevado debido también a la necesidad de instalar una fuente de alimentación eléctrica y un panel de control y a la necesidad de utilizar una fuente de energía eléctrica de baja tensión, fuente que no siempre está disponible en el mercado o por lo menos a bajo coste.

Otro sistema de compensación está constituido por un simple compensador de resorte. Este sistema utiliza sustancialmente un resorte helicoidal que “amortigua” los efectos mecánicos causados por la expansión o la contracción del cable, pero es incapaz de mantener constante la tensión del cable debido a que el resorte tiene la propiedad de variar la carga en proporción con el recorrido.

Con el fin de resolver los problemas anteriores, se ha propuesto un compensador que se da a conocer en el documento WO 98/21794 A, al cual se hace referencia para una mayor exhaustividad, y en el que el elemento antagonista está constituido por un resorte helicoidal que está conectado al cable que se va a tensar por medio de una o varias poleas de radio variable para convertir la reacción elástica del resorte helicoidal, que suele ser variable en función de su variación de longitud, en una tensión sustancialmente constante aplicada al cable que se va a tensar.

A lo largo del tiempo, este compensador ha demostrado ser susceptible de mejoras encaminadas principalmente a reducir la ocupación del espacio global del compensador y a simplificar su estructura.

Exposición de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo para compensar las variaciones de longitud en los cables tensados, con una tensión sustancialmente constante, que pueda mantener las ventajas logradas por el dispositivo de compensación según el documento WO 98/21794 A y cuya ocupación del espacio global pueda reducirse.

En el marco de este objetivo general, uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar un dispositivo que permita reducir las pérdidas por fricción en la transmisión de la tensión al cable con el fin de lograr una mayor precisión en el valor de la tensión aplicada al cable.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un compensador que se componga de un número reducido de elementos que sean sencillos y rápidos de montar.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un compensador que asegure una tensión sustancialmente constante del cable tensado.

Según la presente invención, se proporciona un dispositivo para compensar las variaciones de longitud de los cables tensados tal como el definido en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción de dos formas de realización preferidas, aunque no exclusivas, del dispositivo según la presente... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para compensar variaciones en la longitud de cables tensados, con una tensión sustancialmente constante, que comprende un elemento antagonista (2, 2a), que es apto para interponerse entre un extremo del cable tensado (3) y un elemento de anclaje y está adaptado para generar una reacción elástica que puede variar en función de la variación de la longitud del cable tensado (3), estando previstos unos medios de conexión (4, 4a) para conectar dicho elemento antagonista (2, 2a) con dicho cable tensado (3), estando adaptados dichos medios de conexión (4, 4a) para convertir la reacción elástica de dicho elemento antagonista (2, 2a) en una tensión sustancialmente constante aplicada a dicho cable tensado (3), independientemente de su longitud, en un rango de variación de longitud preestablecido, comprendiendo dichos medios de conexión (4, 4a) por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) que está soportada por una estructura de soporte (7, 7a) de tal forma que pueda girar alrededor de su propio eje (26, 26a), estando conectado dicho cable tensado (3) por uno de sus extremos, directamente o por medio de un elemento de tipo alambre (8, 8a), a dicha polea de radio variable (6, 6a), pudiendo arrollarse dicho cable tensado (3) o dicho elemento de tipo alambre (8, 8a) sobre dicha polea de radio variable (6, 6a), caracterizado porque dicho elemento antagonista (2, 2a) comprende por lo menos un resorte en espiral (5, 5a), estando conectado dicho por lo menos un resorte en espiral (5, 5a), por uno de sus extremos, a dicha polea de radio variable (6, 6a) para contrarrestar su rotación en la dirección de desenrollado de dicho cable tensado (3) o dicho elemento de tipo alambre (8, 8a) de dicha polea de radio variable (6, 6a), y por su otro extremo, a dicha estructura de soporte (7, 7a).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho por lo menos un resorte en espiral (5, 5a) está dispuesto alrededor del eje de rotación (26, 26a) de dicha por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) y está fijado, por uno de sus extremos, a dicha polea de radio variable (6, 6a) y, por su otro extremo, a dicha estructura de soporte (7, 7a).

3. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha polea de radio variable (6, 6a) está enchavetada en un eje (9, 9a) que está soportado por dicha estructura de soporte (7, 7a) de tal forma que puede girar alrededor de su eje (26, 26a) y define, con su eje, el eje de rotación de la polea de radio variable (6, 6a); estando dispuesto dicho resorte en espiral (5, 5a) alrededor de dicho eje (9, 9a) y fijado, por uno de sus extremos, a dicho eje (9, 9a) y, por su otro extremo, a dicha estructura de soporte (7, 7a).

4. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha estructura de soporte (7, 7a) y dicho eje (9, 9a) están adaptados para mantener constante la distancia entre los extremos de dicho por lo menos un resorte en espiral (5, 5a), y permiten al mismo tiempo que uno de los extremos de dicho por lo menos un resorte en espiral (5, 5a) varíe su posición angular alrededor del eje (26, 26a) de dicho eje (9, 9a) con respecto al otro extremo.

5. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) está provista perimétricamente de un canal (11, 11a) para contener dicho cable tensado (3) o dicho elemento de tipo alambre (8, 8a).

6. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha polea de radio variable (6, 6a) tiene un radio (R) que aumenta a medida que el ángulo de arrollado de dicho cable tensado (3) o de dicho elemento de tipo alambre (8, 8a) en dicha polea de radio variable (6, 6a) disminuye.

7. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque si se utiliza una sola polea (6, 6a) que está conectada al cable (3) que se va a tensar directamente o por medio de un elemento de tipo alambre (8 , 8a) que se puede arrollar a la polea (6, 6a), y se utiliza un solo resorte en espiral (5, 5a) que está dispuesto alrededor del eje de rotación de la polea de radio variable (6, 6a) y está conectado a la polea de radio variable (6, 6a), el radio (R) de dicha por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) se expresa mediante la siguiente relación:

**(Ver fórmula)**

en la que:

R es el radio de la polea de radio variable; T es la tensión que se va a transmitir al cable con el fin de tensarlo; M0 es la precarga del resorte en espiral; K es la constante elástica del resorte en espiral y α es el ángulo de rotación de la polea de radio variable, medido a partir de la condición de arrollado máximo del cable o el elemento de tipo alambre en dicha polea de radio variable (6, 6a).

8. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque si se utilizan N poleas coaxiales gemelas (6, 6a) que están enchavetadas en un mismo eje (9, 9a) y están conectadas al cable (3) que se va a tensar por medio de un correspondiente elemento de tipo alambre (8, 8a) que se puede arrollar a la correspondiente polea (6, 6a), y se utilizan n resortes en espiral (5, 5a) que están dispuestos alrededor del eje de rotación de las poleas de radio variable (6, 6a) y están conectados en paralelo con las poleas de radio variable, el radio (R) de cada polea de radio variable (6, 6a) se expresa mediante la siguiente relación:

**(Ver fórmula)**

en la que:

R es el radio de la polea de radio variable; F es la fuerza que se va a transmitir al cable para su tensado, de tal forma que N • F = T; T es la tensión que se va a aplicar al cable; M0i es la precarga del i-ésimo resorte en espiral; K es la constante elástica del i-ésimo resorte en espiral y α es el ángulo de rotación de las poleas de radio variable, medido a partir de la condición de arrollado máximo de cada elemento de tipo alambre en la correspondiente polea de radio variable.

9. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un par de poleas gemelas de radio variable (6, 6a) que están enchavetadas en dicho eje (9, 9a) y están dispuestas de forma simétrica, lateral y en lados opuestos entre sí con respecto al plano vertical que contiene dicho cable tensado (3), estando conectado dicho cable tensado (3), por uno de sus extremos, a un par de elementos de tipo alambre (8, 8a), cada uno los cuales está fijado a una de dichas poleas de radio variable y puede arrollarse a la correspondiente polea de radio variable (6, 6a).

10. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende dos resortes en espiral gemelos (5), que están dispuestos alrededor del eje de rotación de dicha por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) y están conectados en paralelo a dicha por lo menos una polea de radio variable con el fin de contrarrestar la rotación de dicha por lo menos una polea de radio variable (6, 6a) en la dirección de rotación que causa el desenrollado del cable (3) o del correspondiente elemento de tipo alambre (8, 8a).

11. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho por lo menos un resorte en espiral (5) comprende un resorte en espiral que está dispuesto alrededor de dicho eje (9) entre dicho par de poleas gemelas de radio variable (6) fijadas a los extremos de dicho eje (9).

12. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha estructura de 35 soporte (7) está constituida por un poste (12) o una viga.

13. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho por lo menos un resorte en espiral (5) está alojado por lo menos parcialmente dentro de dicho poste (12) o viga.

14. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha estructura de soporte (7a) está constituida por unos elementos de tipo placa que están ensamblados mutuamente en una configuración de tipo abrazadera con dos brazos (18a) que están unidos entre sí por un travesaño (19a) y soportan dicho eje (9a), de tal forma que pueda girar alrededor de su propio eje (26a).

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque dicha estructura de soporte (7a) puede acoplarse con un poste, una pared o un elemento de anclaje fijo de tipo conocido.

16. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho por lo menos un

resorte en espiral (5a) está rodeado por un recinto que se fija a dicha estructura de soporte (7a); y estando fijado 50 dicho resorte en espiral (5a) por uno de sus extremos a dicho recinto.