ES2244472T3 - Bateria de resisitencias. - Google Patents

Abstract

Batería de resistencias (1) que tiene un primer y un segundo elementos de soporte (2, 4), un elemento de resistencia (16) que comprende una tira de material resistente que está doblada en forma de zig zag y medios de soporte destinados a soportar el elemento mencionado en una curva del mismo en el elemento de soporte correspondiente, caracterizada porque los medios de soporte comprenden una serie de abrazaderas (26) y cada una de las abrazaderas (26) tiene como mínimo un saliente de fijación (32) para inserción, como mínimo, en un orificio de fijación en una curva correspondiente del elemento (16).

Description

Batería de resistencias.

La presente invención se refiere a baterías de resistencias del tipo utilizado en sistemas de frenado dinámico por resistencia para vehículos de tracción.

Como es sabido, los vehículos de tracción impulsados por motores eléctricos, tales como trenes, tranvías, etc., tienen dos sistemas de frenado; un sistema o dispositivo de frenado por fricción que comprende, por ejemplo, bloques o pastillas de fricción aplicados a las ruedas o a los ejes por la acción de aire comprimido o un fluido hidráulico, y un sistema o dispositivo de frenado dinámico que comprende un sistema de resistencias que es aplicado como carga eléctrica al motor de tracción, reduciendo así su rotación.

Los sistemas de resistencias por frenado dinámico comprenden, tal como es sabido, una serie de baterías de resistencias, cada una de las cuales tiene un par de elementos de soporte con un elemento de resistencia mantenido entre ambos. El elemento puede estar construido partiendo de varias piezas que pueden ser unidas entre sí por soldadura y curvadas adoptando formas en zigzag. El elemento curvado es mantenido sobre los elementos de soporte por abrazaderas en cada una de las curvas y balonas en las juntas, a través de las cuales se extienden los elementos de soporte. Se hace una conexión eléctrica a cada extremo del elemento y unos separadores aislantes aíslan los elementos con respecto a los elementos de soporte.

La necesidad de soldar piezas entre sí aumenta el tiempo de fabricación, y por lo tanto los costes, y las soldaduras tienen probabilidades de fallos y pueden poner en compromiso la fiabilidad. Además, se dispone en la actualidad de aleaciones para resistencias que son más económicas que las que se tenían anteriormente y que tienen buenas características de estabilidad a la temperatura. No obstante, algunas de estas nuevas aleaciones no están bien adaptadas a la soldadura.

Las abrazaderas conocidas en su utilización para retener elementos de resistencia en los elementos de soporte pueden tener unos salientes o protuberancias engrapados alrededor de los bordes del elemento. No obstante, éstos se han mostrado poco adecuados para retener el elemento que, como mínimo, puede deslizar dentro de la abrazadera, rozando contra el borde del elemento y llegando a soltarse.

Las baterías de resistencia utilizadas en vehículos de tracción pueden estar sometidas a intensos esfuerzos mecánicos y vibraciones que, como mínimo, provocan la flexión de los elementos de soporte. De modo general, los separadores aislantes para aislar el elemento con respecto a los elementos de soporte están montados extremo a extremo en cada uno de los elementos de soporte. Las caras de acoplamiento de los separadores adyacentes son habitualmente planos. En el caso de flexión en gran escala de los elementos de soporte, los separadores adyacentes pueden separarse efectivamente de manera que se crean ranuras o grietas entre ellos. Estas grietas son puntos vulnerables para la entrada de contaminantes, cuya presencia puede reducir las características de aislamiento eléctrico de los separadores.

El documento EP-A-0676774 da a conocer una batería de resistencias que tiene un primer y un segundo elementos de soporte, un elemento de soporte que comprende una tira de material resistente curvado en forma de zigzag y un medio de soporte para soportar el elemento en una curvatura del mismo sobre un elemento de soporte correspondiente. Dicho documento EP-A-0676774 da a conocer también separadores de aislamiento para aislar los elementos con respecto a los elementos de soporte.

La presente invención da a conocer una batería de resistencias que tienen las características antes mencionadas, pero que se caracteriza porque los medios de soporte comprenden una serie de abrazaderas, y cada abrazadera tiene como mínimo un saliente de fijación para inserción, como mínimo, en un orificio de fijación de una curvatura correspondiente del elemento.

Al tener abrazaderas que tienen, como mínimo, un saliente que queda alojado en un orificio en una curvatura del elemento proporciona una mejor integridad, en el sentido de hacer más rígida la conexión entre el elemento y un elemento de soporte correspondiente, en comparación con abrazaderas dotadas de salientes que se engrapan sobre los bordes del elemento. También las abrazaderas con salientes para inserción en orificios proporcionan un soporte lateral mucho mejor que las abrazaderas con salientes que se engrapan sobre los bordes del elemento, no existiendo rozamiento entre la abrazadera y el borde del elemento, lo que puede provocar el desgaste de la abrazadera.

La superficie de la abrazadera o abrazaderas adyacentes al saliente o salientes que se acoplan a la correspondiente parte doblada del elemento tienen sustancialmente la misma curvatura que la correspondiente parte doblada. El tener superficies acopladas por curvaturas complementarias contribuye a la integridad y al soporte lateral que ofrece la abrazadera.

La abrazadera puede ser de acero inoxidable.

Preferentemente, cada una de las abrazaderas tienen dos salientes de fijación y existen dos orificios de fijación en la correspondiente parte doblada, un orificio de fijación para cada saliente de fijación.

Una ventaja de disponer del elemento continuo, sin juntas de ninguna clase, es que el número de soldaduras requeridas en la construcción de la batería de resistencia se hace mínimo (preferentemente solamente solo dos con el elemento: una en cada uno de dos conductores, una en cada extremo del elemento), consiguiéndose con ello el correspondiente beneficio en el tiempo de producción y costes. Además, minimización de la soldadura facilita la adopción de aleaciones de resistencia más baratas, que se han dado a conocer más recientemente que no se sueldan fácilmente o requieren técnicas de soldadura especiales. El elemento puede ser de NiCr o FeAlCr o cualquier otra aleación de resistencia adecuada. Las uniones y cualesquiera pestañas o balonas en elementos de varias piezas proporcionan también un foco para la formación del arco en su utilización, de manera que al no tener uniones se reduce la susceptibilidad de producir el arco.

Un inconveniente de tener un elemento continuo es la tendencia de algunos materiales de aleaciones de resistencia a deformarse cuando están expuestos a altas temperaturas. Esta tendencia a deformarse se conoce corrientemente como fenómeno "creep", es decir, de fluencia por la temperatura. En un sistema de resistencias dinámicas de frenado en un vehículo de tracción, las temperaturas pueden alcanzar los 700ºC, lo que requiere que el elemento sea lo más rígido posible a efectos de resistir la influencia del fenómeno de fluencia por la temperatura, permitiendo al mismo tiempo que se haga mínimo el intersticio entre las patas adyacentes del elemento. El espacio es una consideración importante para sistemas de resistencia de frenado dinámico, que pueden comprender 50 baterías de resistencias, y minimizando el intersticio entre patas adyacentes del elemento es un factor clave en consideraciones de espacio. También se tiene que tener en cuenta que el efecto de que las patas adyacentes del elemento establecen contacto y provoquen cortocircuitos puede ser muy perjudicial. No obstante, la rigidez del elemento se puede mejorar con respecto a la que ofrece un elemento continuo de sección transversal plana al disponer un perfil en sección transversal que no sea plano. El elemento es habitualmente enfriado por aire, y un perfil de sección transversal no plana no debe comprometer el flujo de aire entre las patas del elemento. Preferentemente, el perfil en sección transversal del elemento es de forma tal que, como mínimo, una parte del elemento sobresale con respecto a una parte de referencia en mayor medida que, como mínimo, otra zona del elemento. También es preferible que una zona sobresalga en una dirección en alejamiento de la parte de referencia y que dos zonas del elemento sobresalgan en dirección opuesta alejándose de dicha zona de referencia. De manera alternativa, una serie de zonas puede sobresalir en una dirección alejándose de la zona de referencia y una serie de regiones puede sobresalir en una dirección opuesta alejándose de la zona de referencia.

La batería de resistencias de la invención preferentemente comprende también medios de aislamiento que comprenden una serie de separadores de aislamiento para aislar al elemento con respecto a los elementos de soporte montados extremo a extremo en cada uno de dichos primer y segundo elementos de soporte. Las superficies extremas en contacto de separadores adyacentes tienen preferentemente formas complementarias para posibilitar que cada separador se desplace con respecto a cada separador adyacente con cualquier flexión del miembro relevante de dichos primer y segundo miembros de soporte. El movimiento relativo entre separadores adyacentes minimiza la producción de grietas entre los separadores. El movimiento relativo ayuda también a reducir el rozamiento entre separadores adyacentes. Este rozamiento tienen como resultado pérdidas de energía en la batería de resistencias que son perjudiciales para su rendimiento.

Preferentemente, las superficies extremas en contacto de separadores adyacentes tienen formas curvadas de forma complementaria. También es preferente que las superficies extremas en contacto tengan forma curvada parcialmente esférica. Los radios de curvatura de las superficies en contacto se seleccionan de manera que sean sustancialmente los mismos, si bien los radios pueden ser tan grandes que las superficies no aparezcan visiblemente curvadas.

El primer y segundo elementos de soporte pueden comprender, cada uno de ellos, una barra cilíndrica y cada separador puede tener un orificio receptor de la barra, de manera que se pueda acoplar de forma deslizante en una correspondiente de las barras. Se puede disponer unos resortes para ejercer una fuerza tal que obligue a los separadores a establecer contacto entre sí. De acuerdo con ello los separadores no tienen posibilidad de golpearse entre si en su utilización cuando la batería de resistencias es sometida a vibraciones. Preferentemente la fuerza ejercida por los resortes se mantiene sustancialmente constante a pesar de la dilatación térmica que tiene lugar en la utilización con los elementos de soporte y/o separadores. De manera asimismo preferente, los resortes comprenden un resorte helicoidal arrollado sobre uno de los elementos de soporte.

Cada uno de los separadores puede comprender dos secciones sustancialmente cilíndricas, cada una de ellas de diferente diámetro y los separadores pueden estar montados de manera que la sección de diámetro más estrecha de cada separador hace tope contra la sección de diámetro mayor de cada separador adyacente.

Cada abrazadera puede extenderse alrededor de la sección de diámetro más estrecha de uno de los separadores. Con los separadores dispuestos en forma de extremo a extremo, de manera que la sección de diámetro mayor de un separador hace tope con la sección de diámetro más estrecha del separador adyacente, la abrazadera queda limitada en cuanto movimientos laterales por las dos secciones de diámetro mayor adyacentes.

Los medios de aislamiento pueden comprender además una capa de material aislante en cada uno de dichos primero y segundo miembros de soporte entre el primer y segundo miembros de soporte y los separadores.

Los separadores pueden ser de materiales cerámicos, tales como cordierita cerámica, que proporcionan aislamiento eléctrico y térmico.

La presente invención se describirá a continuación, a título de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 es una vista lateral de una batería de resistencias de acuerdo con la invención a utilizar en un sistema de resistencias de frenado dinámico de un vehículo de tracción.

Las figuras 2A y 2B son vistas respectivamente de un lateral y del extremo de diámetro más estrecho de un separador de aislamiento utilizado en la batería de resistencias mostrada en la figura 1.

Las figuras 3A y 3B son vistas lateral y en sección transversal (según la línea de corte III-III) respectivamente de una abrazadera de soporte utilizada en la batería de resistencias mostrada en la figura 1.

Las figuras 4A y 4B son vistas en sección transversal alternativas de un elemento de resistencia utilizado en la batería de resistencias mostrada en la figura 1; y

la figura 5 es una vista lateral del extremo de una de las barras de la batería de resistencias mostrada en la figura 1.

Con referencia a la figura 1 se ha indicado de manera general con el numeral (1) una batería de resistencias para un sistema de resistencias de frenado dinámico de un vehículo de tracción. La batería (1) comprende un primer y segundo miembros de soporte (2), (4) en forma de barras de acero cilíndricas habitualmente conocidas como barras de unión. Sobre cada una de las barras (2), (4) se encuentra un tubo delgado de micanita unida mediante siliconas (no mostrado) que proporciona aislamiento. Montadas sobre cada una de las barras (2), (4), sobre el tubo de micanita, se encuentran una serie de separadores aislantes (6) de material cerámico que tienen forma de "sombrero", es decir, cada separador (6) comprende dos secciones cilíndricas (20), (22), cada una de ellas de diferente diámetro (ver figuras 2A y 2B). Cada uno de los separadores (6) tiene un orificio central (24) para recibir una barra, de un diámetro ligeramente mayor que el diámetro de las barras (2), (4) y los separadores (6) están colocados de manera deslizante sobre las barras (2), (4). Los separadores (6) están montados extremo a extremo de manera que la sección cilíndrica más ancha (22) de un separador (6) hace tope con la sección cilíndrica más estrecha (20) del separador adyacente (6). Las tuercas (10) están roscadas en los tramos roscados de los extremos de cada barra (2), (4), reteniendo los aisladores cautivos entre ellas. Entre las tuercas (10) en un extremo de las barras (2), (4) respectivamente y los separadores externos adyacentes (6) se han dispuesto unos resortes helicoidales (44) arrollados sobre las barras (2), (4) respectivamente, a efectos de ejercer compresión axial sobre los separadores (6) y obligarlos firmemente uno contra otro. Uno de los resortes (44) se ha mostrado de manera detallada en la figura 5. Son claramente visibles en la figura 5 las arandelas separadoras (46) entre los extremos del resorte y la tuerca (10) y el separador externo (6) respectivamente.

Las barras (2), (4) están retenidas separadas entre si en paralelo en un armazón (no mostrado) que retiene también otras baterías de resistencia (no mostradas) que conjuntamente constituyen un sistema de resistencia. Extendiéndose entre cada uno de los extremos de la barra (2) y el correspondiente extremo de la otra barra (4) se encuentran los conductores (12), (14). En cada extremo de cada uno de los conductores (12), (14) existe una abertura a través de la cual pasa la barra correspondiente (2), (4) y cada conductor (12), (14) es mantenido en su lugar entre dos de los separadores (6). Los conductores (12), (14) están conectados selectivamente, es decir, cuando se requiere el frenado, a los respectivos terminales de un vehículo de tracción a motor (no mostrado).

Entre los conductores (12), (14) se encuentra una resistencia (16) en forma de una tira continua, es decir, sin uniones, de una aleación de resistencia, tal como NiCr 30/20 que está curvada en forma de zig-zag siguiendo una trayectoria en forma de serpentina de vaivén entre las barras (2), (4). En el elemento (16) está soldado por sistema MIG en cada extremo a uno de los correspondientes conductores (12), (14). Una serie de abrazaderas (26) (ver figuras 3A y 3B), una en cada curvatura en forma de pinza de cabello (18), mantienen el elemento (16) en un barra correspondiente de las barras (2), (4).

Con referencia asimismo a la figura 2, cada separador (6) está realizado en base a una cerámica de cordierita aislante térmica y eléctricamente. La superficie anular extrema (28) de la sección cilíndrica más estrecha (20) de cada separador (6) está curvada de forma esférica. La superficie extrema (30) alrededor del orificio (24) de la sección cilíndrica más ancha (22) del separador (6) está también curvada en forma esférica complementaria, sustancialmente con el mismo radio de curvatura. De este modo, cuando se monta en las barras (2), (4) de extremo a extremo, las superficies conformadas de forma complementaria (28), (30) de los separadores adyacentes (6) se acoplan y encajan entre si. La curvatura de las superficies de acoplamiento (28),(30) posibilita que los separadores adyacentes (6) se desplacen uno con respecto a otro, en lo que es efectivamente un movimiento deslizante, con flexión transversal de las barras (2),(4) que tiene lugar en utilización como resultado de los esfuerzos mecánicos. Este movimiento tiene lugar sin exponer grieta alguna entre separadores adyacentes.

Con referencia asimismo a la figura 3, cada una de las abrazaderas (26) tiene una forma general de "U" que tiene (en estado nuevo, es decir, sin utilización) dos salientes (32) que son continuación parcial de los brazos (34) de la "U". El resto del material que forma la continuación de los brazos (34) está curvado de forma sustancialmente perpendicular a los brazos (32) para formar superficies (36) de acoplamiento con el elemento. En su utilización, la "U" de cada una de las abrazaderas se acopla alrededor de la sección más estrecha (20) de un separador correspondiente (6) y queda limitada contra movimiento lateral por las secciones adyacentes más anchas (22). Cada uno de los salientes (32) está alojado en uno de dos orificios de la curvatura correspondiente en forma de pinza de cabello (18) del elemento (16). De este modo las superficies (36) de acoplamiento del elemento son llevadas a establecer contacto con la correspondiente curvatura en forma de pinza de cabello (18). La superficie (36) de acoplamiento del elemento tienen forma saliente o de silla de montar con sustancialmente la misma curvatura que la curvatura (18) en forma de pinza de cabello de manera que, con los salientes (32) doblados hacia atrás hacia las superficies (36) de acoplamiento con el elemento en la posición operativa, la abrazadera (26) está fijada de manera firme y rígida al elemento (16).

Con referencia asimismo a la figura 4, el elemento (16) no tiene una sección transversal plana, sino que está conformado a efectos de mejorar la falta de rigidez de un perfil plano. El elemento (16) es prensado de manera tal que, tomando su eje original de simetría como referencia "D", una zona central (38) del elemento (16) sobresale en una dirección alejándose de la referencia "D" y las zonas periféricas (40), (42) a cualquier lado de la zona central (38) sobresalen en dirección opuesta en alejamiento de la referencia "D". La transición desde la parte saliente máxima de una zona a la zona saliente máxima de la zona siguiente puede ser gradual, tal como el ejemplo mostrado en la figura 4a, o repentina tal como en el ejemplo mostrado en la figura 4b. El perfil aumenta la rigidez del elemento (16) sin comprometer el flujo de aire de refrigeración entre las patas adyacentes de su estructura en serpentina.

Claims (18)

1. Batería de resistencias (1) que tiene un primer y un segundo elementos de soporte (2,4), un elemento de resistencia (16) que comprende una tira de material resistente que está doblada en forma de zig zag y medios de soporte destinados a soportar el elemento mencionado en una curva del mismo en el elemento de soporte correspondiente, caracterizada porque los medios de soporte comprenden una serie de abrazaderas (26) y cada una de las abrazaderas (26) tiene como mínimo un saliente de fijación (32) para inserción, como mínimo, en un orificio de fijación en una curva correspondiente del elemento (16).

2. Batería de resistencias (1), según la reivindicación 1, en la que la superficie (36) de cada abrazadera (26) adyacente a cada uno de los salientes (32), que se acopla en la zona doblada correspondiente del elemento (16), tiene sustancialmente la misma curvatura en la zona doblada correspondiente.

3. Batería de resistencias, según la reivindicación 1 ó 2, en la que la abrazadera (26) está realizada en acero inoxidable.

4. Batería de resistencias (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que cada una de las abrazaderas (26) tiene dos salientes de fijación (32), existiendo dos orificios de fijación en una correspondiente zona doblada del elemento (16), solo un orificio de fijación para cada saliente de fijación.

5. Batería de resistencias (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que tiene medios aislantes formados por una serie de separadores aislantes (6) para aislar el elemento (16) de los elementos de soporte (2,4) montados extremo a extremo en cada uno de los elementos de soporte.

6. Batería de resistencias (1), según la reivindicación 5, en la que las superficies extremas de acoplamiento (28,30) de los separadores adyacentes (6)tienen forma complementaria para posibilitar que cada separador se desplace con respecto a cada separador adyacente con cualquier flexión del elemento de soporte correspondiente (2,4).

7. Batería de resistencias (1), según la reivindicación 5 ó 6, en la que las superficies extremas de acoplamiento (28,30) de los separadores adyacentes (6)tienen formas curvadas complementarias.

8. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en la que las superficies extremas de acoplamiento (28,30) de separadores adyacentes están curvadas de forma esférica.

9. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en la que se disponen medios de resorte (44) para obligar uno hacia el otro los separadores (6) de cada elemento de soporte (2,4).

10. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en la que el primer y el segundo elementos de soporte (2,4) comprenden una barra cilíndrica y cada uno de los separadores (6) tiene un orificio receptor de barra (24).

11. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en la que cada separador (6) comprende dos secciones sustancialmente cilíndricas (20,22), cada una de ellas de diámetro distinto y los separadores (6) están montados de manera que la sección de diámetro más estrecha (20) de cada separador hace tope con la sección de diámetro mayor (22) de cada separador adyacente.

12. Batería de resistencia, según la reivindicación 11, en la que cada abrazadera (26) se extiende alrededor de la sección de diámetro más estrecho (20) de uno de los separadores (6).

13. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en la que los medios de aislamiento comprenden además una capa de material aislante en cada uno de dichos primer y segundo elementos de soporte.

14. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 13, en la que los separadores son de cerámica cordierita u otro material cerámico.

15. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento (16) es continuo y tiene una sección transversal que no es plana.

16. Batería de resistencia, según la reivindicación 15, en la que el perfil en sección transversal del elemento (16) tiene una forma en la que como mínimo una zona (38) del elemento sobresale alejándose de la referencia "D" en mayor medida que otra zona del elemento.

17. Batería de resistencia, según la reivindicación 16, en la que una zona (38) del elemento (16) sobresale en una dirección alejándose de la referencia "D" y otras dos zonas (40,42) del elemento sobresalen en dirección opuesta alejándose de la referencia.

18. Batería de resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento es de NiCr o FeAlCr u otra aleación para resistencias.