Banda (1) de fricción para la captación de corriente eléctrica que comprende una banda (2) de desgaste que contiene un material carbonoso y que tiene una superficie (20) de contacto destinada a ponerse en contacto eléctrico con un conductor (30) fijo,

y caracterizada porque la banda (2) de desgaste comprende al menos una banda (22, 22a, 22b) de contacto que contiene un primer material carbonoso adecuado para resistir la abrasión, de dureza Shore C2 superior o igual a 80, y una funda (21, 21a, 21 b) que contiene un segundo material carbonoso de conductividad térmica superior o igual a 80 W/m.K, y porque una parte (24, 24a, 24b) de la superficie de la banda (22, 22a, 22b) de contacto forma la totalidad o parte de dicha superficie (20) de contacto.

Elemento de contacto eléctrico por fricción de material carbonoso que comprende al menos una banda y una funda.

Campo de la invención La presente invención se refiere a los dispositivos de contacto por fricción, tales como los pantógrafos, las pértigas (concretamente de trole) , los frotadores de tercer carril o los frotadores industriales, que se utilizan para la captación de corriente eléctrica desde un conductor eléctrico fijo, tal como una catenaria o un tercer carril, hacia un vehículo, tal como un vehículo ferroviario, un trolebús o un tren del metro, que puede estar parado o en movimiento. La invención se refiere más particularmente al elemento frotador (o “banda de fricción”) de dispositivos de contacto por fricción.

Estado de la técnica

Los dispositivos de contacto por fricción, tales como los pantógrafos utilizados en los materiales ferroviarios, comprenden normalmente un dispositivo de sostén móvil y una banda de fricción (o “banda de fricción”) . El dispositivo de sostén soporta la banda de fricción y permite ponerla en contacto con un conductor eléctrico fijo, tal como una catenaria (que es en general un hilo de cobre dopado) o un tercer carril, garantizando así la transferencia de corriente del conductor fijo hacia el vehículo en movimiento o parado. En el caso de pantógrafos, la banda de fricción comprende el elemento frotador del pantógrafo.

Las bandas de fricción se consideran como productos de desgaste reemplazables que deben presentar una serie de propiedades de uso. En particular, y ante todo, las bandas de fricción deben conducir bien la corriente, es decir que deben presentar una pequeña resistencia eléctrica, de manera que se reduzcan las pérdidas de energía y los calentamientos. Además, las bandas de fricción deben presentar propiedades de fricción contra el conductor fijo convenientes, es decir que eviten un desgaste rápido tanto de la banda de fricción como del conductor fijo. Se requiere en particular que se evite cualquier gripado y cualquier abrasión del conductor fijo. Además, en el caso de pantógrafos, las bandas de fricción deben ser ligeras con el fin de minimizar la inercia mecánica del dispositivo de captación de corriente, lo que permite concretamente reducir la amplitud de los movimientos verticales del pantógrafo cuando el vehículo está en movimiento y evitar la apertura del contacto entre el elemento frotador y la catenaria que puede crear arcos eléctricos. Por otra parte, las bandas de fricción deben poder resistir el desgaste y la abrasión provocados por los arcos eléctricos inevitables que se desarrollan entre el conductor fijo y el elemento frotador. Además, en el caso de pantógrafos, las bandas de fricción deben presentar una gran resistencia a los choques mecánicos contra la catenaria porque una fractura de la banda de fricción puede conducir a averías importantes del sistema de captación o de la propia catenaria. También deben resistir temperaturas que pueden alcanzar eventualmente de 300 a 400ºC en las aplicaciones más severas. Finalmente, las bandas de fricción deben ser fáciles de montar y de reemplazar.

Se sabe cómo utilizar bandas de fricción esencialmente metálicas dotadas de medios para mejorar las propiedades de fricción y, eventualmente, de medios para aumentar la conductividad. Por ejemplo, se sabe cómo utilizar bandas de hierro acompañadas de un dispositivo de lubricación, bandas de hierro sinterizado poroso que incorporan aditivos (tales como compuestos intermetálicos y de plomo) para mejorar las propiedades de fricción y adiciones de cobre para aumentar la conductividad, bandas de cobre sinterizado poroso que incorporan aditivos (tales como compuestos intermetálicos y de plomo) destinados a obtener propiedades de fricción satisfactorias, y bandas de aluminio reforzado con fibras (tales como fibras de alúmina) que le confieren propiedades de fricción satisfactorias. Estas bandas de fricción presentan no obstante una mala resistencia a la abrasión provocada por los arcos eléctricos, un desgaste del conductor fijo apreciable y, salvo en el caso de las bandas de aluminio, un peso elevado.

También se sabe cómo utilizar bandas de fricción que comprenden una banda de desgaste a base de carbono amorfo impregnado eventualmente con cobre o aleación de cobre con el fin de aumentar la conductividad eléctrica, y una banda metálica de soporte para garantizar las funciones mecánicas, ya que las bandas de carbono son generalmente demasiado frágiles para utilizarse solas. Los costes de producción de estas bandas mixtas también son generalmente más elevados que los de las bandas esencialmente metálicas.

Una ventaja importante de las bandas metálicas es evitar un calentamiento excesivo del conductor fijo (concretamente de la catenaria en el caso de pantógrafos) durante la captación en parada y por tanto evitar cualquier fragilización del mismo bajo el efecto de un recocido. No obstante, las bandas metálicas tienen como inconveniente principal que degradan los conductores fijos bajo el efecto de la abrasión mucho más rápidamente que las bandas carbonosas (normalmente tres veces rápidamente en el caso de catenarias) .

El inconveniente principal de las bandas carbonosas, incluso impregnadas con metal, es que generan un calentamiento importante del conductor fijo (concretamente de la catenaria en la caso de pantógrafos) durante la captación en parada. Si la temperatura es superior a aproximadamente 110ºC, este calentamiento puede conllevar un recocido del conductor fijo que lo fragiliza.

El solicitante ha buscado por tanto bandas de material carbonoso adecuadas para utilizarse concretamente en las aplicaciones de captación denominadas de baja tensión (BT) , para las que las intensidades de corriente son muy elevadas. Ha buscado concretamente bandas de fricción ligeras, de gran duración, de conductividad elevada, de poca agresividad con respecto al conductor fijo y que permiten reducir significativamente los costes de explotación de las instalaciones que utilizan dispositivos de contacto por fricción. También ha buscado bandas de fricción que presentan una gran resistencia a la abrasión con respecto a catenarias degradadas (debido concretamente al uso de bandas metálicas) y que no provocan un calentamiento excesivo de la catenaria durante la captación en parada.

Descripción de la invención La invención tiene por objeto una banda de fricción destinada a la captación de corriente desde un conductor fijo, tal como un tercer carril sobre suelo, un conductor aéreo o una catenaria, hacia un vehículo en movimiento, por medio de un dispositivo de contacto por fricción, tal como un pantógrafo.

La banda de fricción según la invención comprende una banda de desgaste que contiene un material carbonoso y que tiene una superficie de contacto destinada a ponerse en contacto eléctrico con un conductor fijo, y se caracteriza porque la banda de desgaste comprende al menos una banda de contacto, que contiene preferiblemente carbono parcialmente amorfo, y al menos una funda, que contiene normalmente grafito o un material grafítico o grafitizado, que tiene una conductividad térmica superior o igual a 80 W/m.K, y porque la banda de contacto forma la totalidad o parte de dicha superficie de contacto, de manera que pueda garantizarse que la totalidad o parte del contacto eléctrico con el conductor fijo.

En vez de buscar un solo material que tenga todas las propiedades requeridas, el solicitante tuvo la idea de utilizar dos elementos distintos juntos, a saber una banda de contacto y una funda, que contienen cada una materiales carbonosos diferentes, siendo el primero resistente a la abrasión y teniendo el segundo una gran conductividad térmica.

Más precisamente, la banda de contacto, que es normalmente una pieza de inserción, garantiza la resistencia a la abrasión durante el funcionamiento de forma dinámica, es decir cuando la banda de fricción está en contacto con un conductor fijo y en movimiento con respecto al mismo. La banda de contacto tiene preferiblemente una dureza Shore C2 superior a aproximadamente 80, y preferiblemente incluso superior a aproximadamente 85.

La funda, cuya conductividad térmica es elevada, garantiza una evacuación rápida de la energía térmica producida en funcionamiento y limita así el calentamiento del conductor fijo, sobre todo durante la captación en parada, es decir cuando la banda de fricción está en contacto con un conductor fijo pero sin movimiento con respecto al mismo. La dureza Shore C2 de la funda es normalmente inferior a aproximadamente... [Seguir leyendo]

1. Banda (1) de fricción para la captación de corriente eléctrica que comprende una banda (2) de desgaste que contiene un material carbonoso y que tiene una superficie (20) de contacto destinada a ponerse en contacto eléctrico con un conductor (30) fijo, y caracterizada porque la banda (2) de desgaste comprende al menos una banda (22, 22a, 22b) de contacto que contiene un primer material carbonoso adecuado para resistir la abrasión, de dureza Shore C2 superior o igual a 80, y una funda (21, 21a, 21 b) que contiene un segundo material carbonoso de conductividad térmica superior o igual a 80 W/m.K, y porque una parte (24, 24a, 24b) de la superficie de la banda (22, 22a, 22b) de contacto forma la totalidad o parte de dicha superficie (20) de contacto.

2. Banda (1) de fricción según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una sola banda (22, 22a, 22b) de contacto.

3. Banda (1) de fricción según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende dos bandas (22, 22a, 22b) de contacto sensiblemente paralelas.

4. Banda de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la anchura Pi de cada banda (22, 22a, 22b) de contacto con respecto a la anchura total P de la banda (2) de desgaste está comprendida entre el 10 y el 95%, y preferiblemente comprendida entre el 40 y el 92%.

5. Banda de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la anchura Pi de cada banda (22, 22a, 22b) de contacto con respecto a la anchura total P de la banda (2) de desgaste está comprendida entre el 45 y el 60%.

6. Banda de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el grosor Ei de cada banda (22, 22a, 22b) de contacto es al menos igual al 60% del grosor E de la banda (2) de desgaste.

7. Banda (1) de fricción según la reivindicación 1 a 6, caracterizada porque la resistividad eléctrica de dicho primer material carbonoso es inferior a aproximadamente 100

8. Banda de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque dicho primer material carbonoso contiene negro de carbono, coque, menos del 30% en peso de grafito y un aglutinante carbonizado.

9. Banda de fricción según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho primer material carbonoso se obtiene a partir de una mezcla que comprende entre el 10% y el 70% en peso de negro de carbono, entre el 1% y el 50% en peso de coque, entre el 1% y el 30% en peso de grafito y entre el 10 y el 30% en peso de aglutinante.

10. Banda de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el primer material carbonoso tiene una estructura granular y porque al menos el 80% en peso de los granos de dicho primer material carbonoso tienen un tamaño comprendido entre 100 m y 1.000

11. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque dicho segundo material carbonoso contiene un material electrografítico.

12. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque dicho segundo material carbonoso contiene al menos el 10% en peso de grafito natural o artificial.

13. Banda (1) de fricción según la reivindicación 12, caracterizada porque dicho segundo material carbonoso comprende entre el 35 y el 99% en peso de grafito natural o artificial.

14. Banda (1) de fricción según la reivindicación 12, caracterizada porque dicho segundo material carbonoso comprende entre el 60 y el 99% en peso de grafito natural o artificial.

15. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque el segundo material carbonoso tiene una estructura granular y porque al menos el 90%, y preferiblemente el 95%, en peso de los granos de dicho segundo material carbonoso tienen un tamaño inferior a 100

16. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque el segundo material carbonoso tiene una estructura granular y porque al menos el 90%, y preferiblemente el 95%, en peso de los granos de dicho segundo material carbonoso tienen un tamaño inferior a 50

17. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque dicho segundo material carbonoso es un material compuesto de carbono/carbono grafitizado.

18. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque dicho segundo material carbonoso presenta un coeficiente de anisotropía superior a 1, 1, y preferiblemente superior a 1, 2.

19. Banda (1) de fricción según la reivindicación 18, caracterizada porque la orientación de la anisotropía es tal que la conductividad térmica más elevada del material es en la dirección perpendicular a la superficie de contacto.

20. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque la, o cada, banda (22, 22a, 22b) de contacto es una pieza de inserción.

21. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque las porosidades de la banda (2) de desgaste se revisten de productos carbonosos.

22. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizada porque la o cada banda (22, 22a, 22b) de contacto contiene un metal.

23. Banda (1) de fricción según la reivindicación 22, caracterizada porque la parte de metal en la o cada banda (22, 22a, 22b) de contacto está comprendida entre el 10 y el 50% en peso de metal.

24. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizada porque la funda (21, 21a, 21b) contiene un metal.

25. Banda (1) de fricción según la reivindicación 24, caracterizada porque la parte de metal en la funda (21, 21a, 21b) está comprendida entre el 10 y el 50% en peso de metal.

26. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, caracterizada porque dicho metal se elige del grupo que comprende el cobre, las aleaciones de cobre, el aluminio, las aleaciones de aluminio, el magnesio o las aleaciones de magnesio.

27. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizada porque la banda

(2) de desgaste comprende medios, tales como elementos (26) de junta metálica, para aumentar las conductividades térmica y eléctrica en la superficie (23) de contacto entre la funda (21, 21a, 21b) y la, o cada, banda (22, 22a, 22b) de contacto.

28. Banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizada porque la banda

(2) de desgaste es autoportante, es decir que la banda (1) de fricción no comprende soporte (4) de refuerzo.

29. Dispositivo de contacto por fricción que comprende al menos una banda (1) de fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28.

30. Dispositivo según la reivindicación 29, caracterizado porque se elige del grupo que comprende los pantógrafos, las pértigas de trole, los frotadores de tercer carril y los frotadores industriales.