ES2316669T5 - Acoplamiento de señales óptico. - Google Patents

Abstract

Acoplamiento de líneas para unir líneas de vehículos sobre carriles acoplables entre sí, que abarca dos contactos eléctricos sobre dos soportes de contactos emisores (74, 76), de los cuales uno respectivamente está sujeto en cada uno de los vehículos sobre carriles, y al menos un acoplamiento de señales óptico con una primera pieza de acoplamiento de señales (10) dispuesto en uno de los soportes de contacto (74) y una segunda pieza de acoplamiento de señal (12) dispuesta en el otro soporte de contacto (76), entre las que se transmiten señales ópticas, caracterizado porque la primera pieza de acoplamiento (10) contiene un dispositivo de emisión (38), que genera las señales ópticas a transmitir y la segunda pieza de acoplamiento (12) contiene un dispositivo de recepción (40) que detecta las señales ópticas transmitidas.

Description

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La presente invención hace referencia a un acoplamiento de líneas para vehículos sobre carriles conforme al concepto genérico de la reivindicación 1.

En la técnica de vehículos se utilizan, cada vez en mayor medida, conductores de fibra óptica para la transmisión de señales y datos, que presentan ventajas esenciales frente a las líneas de señales eléctricas convencionales. Entre estas ventajas se encuentran el mayor ancho de banda de transmisión y su, en comparación, menor susceptibilidad frente a campos eléctricos perturbadores. Los acoplamientos de señales ópticos del tipo antes mencionado se necesitan cuando las señales no sólo se deben transmitir dentro del vehículo, sino también entre dos vehículos acoplados entre sí, como por ejemplo los vagones de un tren.

Un acoplamiento de señales óptico del tipo antes mencionado se conoce por ejemplo de la DE 28 54 962 C2, en la que se describe un enganche con tope central para vehículos sobre carriles. Al enganche con tope central pertenece un acoplamiento de líneas que, entre otras funcionalidades, sirve para transmitir impulsos para el control de la corriente de freno y de tracción, de un vagón al otro, en un tren. El acoplamiento de líneas se compone de dos soportes de contacto, que se encuentran sujetos respectivamente en cada uno de los vagones y en los que junto a una gran cantidad de contactos eléctricos, también se encuentra dispuesto en cada caso un conductor de fibra óptica. Uno de los conductores de fibra óptica está pretensado elásticamente de tal manera que ambos conductores de fibra óptica son presionados con la superficie frontal, el uno contra otro, si los soportes de contacto se mueven uno hacia el otro al acoplarse los vagones. A través de estos conductores de fibra óptica presionados el uno contra otro se pueden transmitir señales ópticas de un vagón hacia el otro.

Sin embargo, en un acoplamiento de señales óptico de este tipo a menudo aparecen errores de transmisión. Una de las causas de estos errores viene porque durante la transferencia de un conductor de fibra óptica al otro, las señales ópticas se atenúan de forma relativamente importante, una a la otra, debido bien a un dislocamiento, como también debido a un ladeo de los ejes ópticos de ambos conductores de fibra óptica, lo que conduce a una adulteración en sí de las propias señales ópticas. Sin embargo, un dislocamiento o un ladeo de este tipo de los ejes ópticos se pueden evitar en vehículos acoplados unos con otros, ya que las dos piezas de acoplamiento no están unidas de manera rígida una con otra y, en relación, se pueden someter a fuertes cargas mecánicas. Otras causas para una transmisión poco segura de las señales son la sensibilidad de los acoplamientos de señales de ese tipo debido al desgaste y a la suciedad, que bajo las duras condiciones en las que se utilizan los vehículos son casi inevitables.

Para evitar estos problemas, en DE 29 22 937 C2 se propuso un acoplamiento de señales óptico, en el que los conductores de fibra óptica no choquen entre si con las superficies frontales, sino que la luz sea transmitida de un conductor de fibra óptica al otro a través del aire con ayuda de un juego de lentes. Sin embargo, un acoplamiento de señales de este tipo es relativamente complicado y caro y no pudo ofrecer la fiabilidad que prometía.

Considerando las dificultades antes mencionadas, en la DE 100 52 020 A1 recientemente se propuso renunciar completamente a un acoplamiento óptico convencional para aplicaciones bajo duras condiciones, y en cambio se propuso transformar las señales ópticas, conducidas a través de un primer conductor de fibra óptica, en primer lugar en señales eléctricas, transmitir éstas a través de un acoplamiento eléctrico convencional, volver a transformar las señales eléctricas en señales ópticas y aplicarlas en un segundo conductor de fibra óptica. En el caso de esta solución se renuncia a las ventajas antes mencionadas de un acoplamiento de señal óptico, es decir el mayor ancho de banda de transmisión y la menor susceptibilidad frente a campos electromagnéticos perturbadores. Pero como en el área de acoplamiento de vehículos típicamente se transmiten altas corrientes además de señales, y justamente por ello existen allí fuertes campos magnéticos perturbadores, es desfavorable reemplazar el acoplamiento de señal óptico por un acoplamiento eléctrico más sensible a los campos perturbadores. Además, el área de acoplamiento de vehículos ofrece sólo un lugar limitado para los acoplamientos de señales, que debido al mayor ancho de banda de transmisión de los acoplamientos de señales ópticos, es utilizado de manera más eficiente por estos que por acoplamientos eléctricos.

En la US-A-5,917,632 se describe un acoplamiento de señales óptico para una máquina de tracción y un remolque. Este acoplamiento de señales tiene una primera pieza de acoplamiento que está acoplada con la máquina de tracción mediante un tubo flexible de aire. El acoplamiento de señal tiene, además, una segunda pieza de acoplamiento, que está fijada en un remolque. Cada pieza de acoplamiento tiene un dispositivo de emisión y un dispositivo de recepción, con los que se generan y detectan las señales ópticas a transmitir.

Es tarea de la presente invención presentar un sistema que comprenda un acoplamiento automático para vehículos sobre carriles y un acoplamiento de líneas con un acoplamiento de señales óptico, que permita una transmisión fiable de señales entre vehículos acoplados entre si.

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En el caso de un sistema que comprende un acoplamiento de líneas con un acoplamiento de señales óptico del tipo antes mencionado, esta tarea es resuelta de la siguiente manera: la primera pieza de acoplamiento contiene un dispositivo de emisión, que genera las señales ópticas a transmitir y la segunda pieza de acoplamiento contiene un dispositivo de recepción que detecta las señales ópticas transmitidas.

Contrariamente a acoplamientos de señales convencionales, que de acuerdo a su naturaleza esencialmente representan un acoplamiento pasivo de dos conductores de luz, el acoplamiento de señales conforme a la presente invención posee elementos activos, con ayuda de los cuales las señales ópticas a transmitir se generan especialmente en el acoplamiento de señales y las señales ópticas transmitidas también se leen en el propio acoplamiento de señales.

Como las señales ópticas sólo están determinadas para atravesar el acoplamiento de señales, se pueden adaptar a las condiciones ópticas especiales del acoplamiento de señales, con lo que se aumenta considerablemente la fiabilidad de la transmisión de la señal. Cuando el acoplamiento de señales provoque una amortiguación de las señales transmitidas mayor de lo esperado, por ejemplo debido a suciedad, desgaste, rocío o imprecisiones mecánicas, la señal generada en la primera pieza de acoplamiento se puede ajustar de manera correspondientemente mayor y así compensar la amortiguación aumentada.

De hecho, debido a esta posibilidad de compensación, hasta se puede aceptar una cierta amortiguación óptica del acoplamiento de señales, lo que disminuye los requisitos de calidad de la lente del acoplamiento de señales. De esta manera se pueden ahorrar costes de fabricación en una cantidad tal, que compense sobradamente la utilización del dispositivo de emisión y recepción.

Incluso es posible generar señales ópticas tan intensas en la primera pieza de acoplamiento que es posible que sean recibidas por la segunda pieza de acoplamiento cuando los vehículos estén cerca el uno del otro, aunque sin embargo aún no estén acoplados y las superficies frontales de los elementos conductores de luz todavía no se toquen físicamente. Una transmisión de señales en el estado desacoplado puede ser de utilidad, por ejemplo, durante un acoplamiento en reposo en una curva. Ya que de esta manera se puede transmitir información sobre la posición de las ruedas en relación al vehículo, que explican la curvatura de la curva y de esta manera ayudan a alinear entre si las piezas del acoplamiento mecánico para el acoplamiento en reposo.

Si se utiliza el acoplamiento de señales conforme a la presente invención, en la transmisión de una señal de un vehículo al otro, el trayecto de la señal se encuentra dividido siempre en tres secciones: una sección desde una fuente de señal hasta la primera pieza de acoplamiento, una sección desde la segunda pieza de acoplamiento hacia el objetivo de la señal y una sección intermedia, en la que la señal atraviesa el acoplamiento de señales en forma de una señal óptica generada en el dispositivo de emisión de la primera pieza de acoplamiento. Si la señal llega al objetivo de manera defectuosa se puede descubrir, de manera relativamente sencilla, en cuál de las tres secciones se encuentra la fuente de la falla. Por ejemplo se pueden añadir señales de control a las señales ópticas generadas en el dispositivo de emisión, en base a las que el dispositivo de recepción pueda determinar si las señales se transmitieron correctamente. Además, las señales se pueden editar en el dispositivo de emisión y recepción por lo que de esta manera también se aumenta la fiabilidad de la transmisión de la señal.

En el caso de los acoplamientos de señales ópticos convencionales, en cambio, las perturbaciones se acumulan en las tres secciones. Debido a esto no sólo aparecen fallas de transmisión con más facilidad, sino que también es difícil determinar en qué sección del trayecto de señal se encuentra la causa de la falla, si es que existe realmente una fuente de falla y la causa no es una combinación de fuentes de fallas.

Otra ventaja del acoplamiento de señales conforme a la presente invención es que se puede implementar de manera más amplia que uno convencional. Mientras que, como se explicó antes, los acoplamientos de señales ópticos sirven esencialmente para unir dos conductores de fibra óptica presentes en los vehículos acoplados, con el acoplamiento de señales óptico conforme a la presente invención se pueden transmitir señales de tipo general, es decir, independientemente de si en cada uno de los vehículos existen como señales del tipo ópticas, eléctricas, hidráulicas o neumáticas. Ya que en cada caso, la señal (eléctrica, óptica, hidráulica o neumática) existente en un vehículo es transformada en una señal óptica especial, en el dispositivo de emisión de la primera pieza de acoplamiento, para atravesar el acoplamiento de señales óptico; esta señal es detectada por el dispositivo de recepción de la segunda pieza de acoplamiento y a partir de ella se reconstruye entonces la señal (eléctrica, óptica, hidráulica o neumática) original y se transmite al siguiente vagón.

Preferentemente, la primera pieza de acoplamiento contiene un microprocesador que controla la generación de las señales en el dispositivo de emisión. De manera adicional o alternativa, la segunda pieza de acoplamiento contiene preferentemente un microprocesador que procesa las señales detectadas en el dispositivo de recepción. Con la utilización de microprocesadores para la generación de señales o la edición de señales se puede aumentar aún más la fiabilidad y flexibilidad del acoplamiento de señales óptico. Ya que con ayuda de los microprocesadores las señales pueden ser controladas y editadas, entre otras cosas. Además, con el acoplamiento de señales óptico se pueden unir dos vehículos de diferente tipo constructivo, en los que las señales se procesen y/o transmitan de

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manera distinta. En ese caso las señales se pueden conducir con ayuda de microprocesadores. Con ayuda de los microprocesadores, las señales pueden recibir ya en el acoplamiento de señales la forma que sea necesaria para cada vehículo.

En un perfeccionamiento ventajoso, el microprocesador de la primera pieza de acoplamiento está programado de manera que unifica varias señales individuales en señales múltiplex, y el microprocesador de la segunda pieza de acoplamiento está programado de manera que divide señales múltiplex en varias señales individuales. Entonces se pueden transmitir varias señales distintas al mismo tiempo a través del acoplamiento de señales, con lo que se pueden economizar acoplamientos de señales.

En un perfeccionamiento ventajoso del acoplamiento de señales óptico, en la primera y la segunda pieza de acoplamiento se mantiene en cada caso un elemento conductor de luz, de los que uno presenta una superficie frontal esférica cóncava y el otro una superficie frontal esférica convexa con el mismo radio de curvatura, y de los que como mínimo uno está pretensado elásticamente de manera que los elementos conductores de luz sean presionados unos contra otros con sus superficies frontales si los dos vehículos están acoplados entre si. En estado acoplado, la superficie frontal convexa de una de las piezas de acoplamiento cabe exactamente en la superficie frontal cóncava de la otra pieza de acoplamiento y sin dejar un espacio de aire entre las superficies frontales, lo cual tendría como consecuencia una amortiguación de las señales ópticas.

Bajo la fuerza de presión resultante de la pretensión de uno o de ambos elementos conductores de luz, la superficie frontal convexa es presionada dentro de la cavidad de la superficie frontal cóncava, con lo que ambas piezas de acoplamiento se centran automáticamente una con otra. Con esto se evita un dislocamiento de los ejes ópticos de los elementos conductores de luz en el acoplamiento de señales, que en el caso de acoplamientos de señales convencionales conduce a una amortiguación de las señales ópticas.

Además, las superficies frontales esféricas permiten un ladeo de los ejes ópticos de los elementos conductores de luz, sin que las superficies frontales tengan que separarse una de otra. Con un ladeo de este tipo, la superficie frontal esférica convexa se desliza a lo largo de la superficie frontal esférica cóncava como una cabeza articulada en una cavidad de articulación, sin que resulte un espacio de aire entre las superficies frontales. Esto presenta una gran ventaja frente a acoplamientos de señales convencionales con superficies frontales planas, entre los que con el ladeo de las piezas de acoplamiento, de manera relativa una con otra, inevitablemente se forma un espacio de aire que conlleva una amortiguación inadmisible de las señales transmitidas.

La posibilidad de una amortiguación menor en el caso del ladeo de las piezas de acoplamiento entre si es de gran importancia, especialmente si el acoplamiento de señales se utiliza para la transmisión de señales ópticas entre vehículos sobre carriles. Aunque en acoplamientos de señales convencionales para vehículos sobre carriles las piezas de acoplamiento se intentan conducir de manera lineal, es decir evitar un ladeo de las piezas de acoplamiento entre si, en la práctica esto no siempre se logra de manera fiable debido a las grandes cargas mecánicas, lo que conduce a una amortiguación excesiva. En el perfeccionamiento del acoplamiento de señales descrito, en cambio, en principio se puede renunciar completamente a una conducción lineal, porque incluso ladeos relativamente grandes de las piezas de acoplamiento entre si, conducen a una amortiguación tolerable de las señales. El acoplamiento de señales perfeccionado entonces se puede "flexionar" en cierto grado.

Los elementos conductores de luz del acoplamiento de señales perfeccionado preferentemente se componen en cada caso de un manguito opaco y un núcleo transparente alojado allí. Cuando las piezas de acoplamiento están acopladas, los manguitos opacos forman un túnel de luz blindado contra la luz natural. Para que tampoco pueda entrar luz natural al núcleo transparente durante el ladeo de los elementos conductores de luz, de manera relativa unos con otros, el espesor de la pared del manguito en el área de las superficies frontales no debe ser muy delgado. De manera ventajosa es de como mínimo 1/10, preferentemente como mínimo 1/5, del radio de curvatura de la superficie frontal.

En un perfeccionamiento ventajoso los manguitos opacos conducen electricidad y al presionar una contra otra las superficies frontales de los elementos conductores de luz se produce un contacto eléctrico entre los manguitos correspondientes, a través del que se pueden transmitir señales eléctricas de una pieza de acoplamiento a la otra. Con esto se crea un segundo canal independiente para la transmisión de señales que aumenta aún más la fiabilidad del acoplamiento de señales óptico.

Cuando los elementos conductores de luz se componen de un manguito opaco y un núcleo transparente, la correspondiente superficie frontal esférica tiene, en el caso normal, una sección formada por el manguito y una sección formada por el núcleo transparente. Cuando el núcleo y el manguito tienen, por ejemplo, forma cilíndrica, la parte de la superficie frontal formada por el núcleo tiene la forma de un segmento esférico, que en el caso normal se continúa de manera constante en una sección anular formada por el manguito.

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En el perfeccionamiento mencionado arriba, en el que se pueden transmitir señales eléctricas a través de los manguitos, la sección de la superficie frontal formada por el manguito preferentemente presenta un baño de oro de elevada dureza para conservar un contacto resistente a la corrosión.

Para conservar un buen contacto eléctrico entre los manguitos es ventajoso, que el manguito sobresalga un poco del núcleo transparente.

En ese caso entonces la superficie frontal, que es la superficie con la que los elementos conductores de luz chocan entre si, de manera divergente al caso normal arriba descrito, sólo es formada por el extremo del manguito de forma cilíndrica, que tiene la forma de un corte esférico. En el marco de este escrito también se denomina como “superficie esférica” a un corte esférico de este tipo. De esta manera, el extremo del manguito de forma esférica se debe considerar como caso especial de la “superficie frontal esférica” arriba mencionada.

Preferentemente al menos una parte de las señales, que se deben transmitir como señales ópticas entre las piezas de acoplamiento, se transmite adicionalmente como señales eléctricas a través de los manguitos de ambas piezas de acoplamiento. En el caso de que la transmisión de las señales ópticas tuviera interferencias o se interrumpiera completamente, se tiene a modo de reserva éstas señales eléctricas en forma de redundancia. Esta doble transmisión a través de caminos distintos es de gran importancia en señales relevantes para la seguridad (por ejemplo señales de freno en un tren), en las que se debe evitar en cualquier caso una transmisión errónea o incompleta de las señales.

Preferentemente la primera y/o la segunda pieza de acoplamiento del acoplamiento de señales tiene una carcasa, en cuyo extremo axial está conformada una sección de tipo de manguito, en la que el elemento conductor de luz está alojado de manera que se pueda desplazar axialmente y pretensado elásticamente en dirección a este extremo axial, y en cuyo otro extremo está conformado un perno de unión, determinado para la implementación en un soporte de contacto.

Cuando los manguitos de los elementos conductores de luz conducen electricidad, entre el manguito del elemento conductor de luz y la sección tipo manguito de la carcasa de cada pieza de acoplamiento, existe preferentemente un contacto deslizante eléctrico a través del que se pueden transmitir señales eléctricas. Entonces la carcasa se puede utilizar para la alimentación y la transmisión de las señales eléctricas.

El perno de unión se compone preferentemente de dos secciones aisladas la una de la otra, de las que, cuando el perno de unión está colocado en el soporte de contacto, una está unida con un potencial de masa y la otra con una línea de señal eléctrica.

Los acoplamientos de señales ópticos para vehículos usualmente están integrados en acoplamientos de líneas especiales, cuyas mitades tienen poco juego mecánico. Como el acoplamiento de señales descrito sin embargo es mucho menos sensible ante un desplazamiento de las piezas de acoplamiento, relativa una a la otra, que uno convencional, para la presente invención no es absolutamente necesario un acoplamiento de líneas especial. En cambio, las piezas de acoplamiento también pueden estar dispuestas directamente en las cabezas de acoplamiento de un acoplamiento mecánico. El acoplamiento de señales óptico puede compensar el juego que se presenta típicamente entre las cabezas de acoplamiento, sin que se perjudique su función.

Preferentemente en cada soporte de contacto está dispuesto, en cada caso, tanto una pieza de acoplamiento de señales con dispositivo de emisión, como también una pieza de acoplamiento de señales con dispositivo de recepción, que juntas forman dos acoplamientos de señales ópticos del tipo arriba descrito. Entonces, de ambos lados del acoplamiento de líneas se pueden enviar señales ópticas al correspondiente otro lado. El dispositivo de emisión y de recepción de las piezas de acoplamiento de cada uno de los soportes de contacto está unido, preferentemente, a un microprocesador común, que controla la generación de las señales en el dispositivo de emisión y que procesa las señales detectadas en el dispositivo de recepción.

Otras ventajas y características de la invención resultan de la siguiente descripción, en la que el acoplamiento de señales se explica más detalladamente con ayuda de un ejemplo de ejecución. Aquí muestran:

Fig. 1 una representación en corte de una primera pieza de acoplamiento de un acoplamiento de señales en representación en explosión (arriba) y en estado ensamblado (abajo),

Fig. 2 una representación en corte de una segunda pieza de acoplamiento de un acoplamiento de señales en representación en explosión (arriba) y en estado ensamblado (abajo),

Fig. 3 una representación en corte de las piezas de acoplamiento de las figuras 1 y 2 en estado acoplado,

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Fig. 4 las piezas de acoplamiento acopladas de la figura 3, cuya distancia está acortada en dirección del eje óptico,

Fig. 5 las piezas de acoplamiento acopladas de la figura 3, cuyos ejes ópticos están ladeaos uno contra el otro,

Fig. 6 un esquema de funcionamiento de un dispositivo de emisión de la primera pieza de acoplamiento,

Fig. 7 un esquema de funcionamiento de un dispositivo de recepción de la segunda pieza de acoplamiento y

Fig.8 una vista lateral de una sección de un acoplamiento de líneas para vehículos sobre carriles con dos soportes de contacto, en el que en cada caso se encuentra colocado una pieza de acoplamiento del acoplamiento de señales.

En la figura 1 se muestra una vista de corte longitudinal de la primera pieza de acoplamiento 10 de un acoplamiento de señales, conforme a un perfeccionamiento de la presente invención, en representación en explosión (arriba) y en estado ensamblado (abajo). En la figura 2 se muestra una vista de corte longitudinal de la segunda pieza de acoplamiento 12 del mismo acoplamiento de señales en representación en explosión (arriba) y en estado ensamblado (abajo). Como la primera y la segunda pieza de acoplamiento 10 o 12 son idénticas en muchas características, en lo sucesivo se describen conjuntamente, para lo cual las piezas de igual tipo se identifican con los mismos signos de referencia.

Las piezas de acoplamiento 10 y 12 tienen respectivamente una carcasa 14 con una sección tipo manguito 16, en el que está alojado, de manera que se pueda desplazar axialmente, un elemento conductor de luz 18. Los elementos conductores de luz 18 pueden ser presionados, contra la fuerza de pretensión de un resorte 20, en la sección tipo manguito 16 de la carcasa respectiva 14. Los elementos conductores de luz 18 también pueden estar pretensados a través de un gas encerrado en la sección tipo manguito 16, en lugar de a través del resorte 20. Los elementos conductores de luz 18 se componen en cada caso de un manguito opaco 22 y un núcleo transparente 24 alojado allí.

El elemento conductor de luz 18 de la primera pieza de acoplamiento tiene una superficie frontal esférica cóncava 26 dirigida hacia la sección de carcasa tipo manguito 16 (figura 1) y el elemento conductor de luz 18 de la segunda pieza de acoplamiento 12, una superficie frontal esférica convexa 26’ (figura 2), cuyo radio de curvatura coincide con el de la superficie frontal esférica cóncava 26. La superficie frontal esférica cóncava 26 y la superficie frontal esférica convexa 26’ no sólo están conformadas en el núcleo transparente 24, sino que se continúan de manera constante en el extremo axial del manguito correspondiente en cada caso 22 del elemento conductor de luz 18.

De esta manera, la superficie frontal esférica 26 o 26’ de la primera o la segunda pieza de acoplamiento 10 o 12 tiene una sección 26a o 26’a, formada por el núcleo transparente 24, y una sección 26b o 26’b, formada por el manguito 22. Las secciones 26b y 26’b son cortes esféricos anulares. En el presente escrito también se denomina como “superficie esférica” a un corte esférico de este tipo.

En los manguitos 22 están conformadas las ranuras guía 27, en las que encajan los pernos guía 28. El movimiento de desplazamiento de los elementos conductores de luz 18 es limitado, porque uno de los extremos de la ranura guía 27 hace tope en el perno guía 28.

El espacio interior de la sección de carcasa tipo manguito 16 se compone de dos secciones cilíndricas, una sección que se encuentra en el interior 30 y una sección que se encuentra más afuera 32, cuyo diámetro es mayor al de la sección que se encuentra en el interior 30. Entre las secciones cilíndricas del espacio interior 30 y 32, en la pared interior de la carcasa está conformado un escalón 34. En la sección del espacio interior externo 32 se encuentran el elemento conductor de luz 18 y el resorte 20, que se apoya con un extremo en el elemento conductor de luz 18 y con el otro extremo en un aro de metal 36, que por su parte descansa en el escalón 34.

En la sección del espacio interior interno 30 se encuentra, en la primera pieza de acoplamiento 10, un dispositivo de emisión 38 (figura 1) y, en la segunda pieza de acoplamiento, un dispositivo de recepción 40 (figura 2). Tanto el dispositivo de emisión 38 como también el dispositivo de recepción 40 tienen una conexión de masa 42, que está soldada con estaño con la sección tipo manguito 16 de la carcasa 14, y una conexión de señal 44.

La carcasa 14 tiene, en su extremo dirigido hacia el elemento conductor de luz 18, un perno de unión hueco 46 con una sección de conexión de masa 48, una sección de conexión de señal 50 y una pieza de asilamiento que se encuentra entre ambas 52, que asila las secciones 48 y 50 la una de la otra. La conexión de señal 44 pasa a través del espacio hueco en el perno de unión 46 y está soldada con la pieza de conexión de señal 50. La sección de espacio interior interno 30 y el espacio hueco del perno de conexión 46 están rellenos con masa de relleno, que está representada en las figuras 1 y 2 mediante un rayado. En la sección de conexión de masa 48 del perno de conexión 46 está conformada una rosca exterior 54, con la que el elemento de acople 10 o 12 se puede atornillar en un sostén en un soporte de contacto que se encuentre sobre potencial de masa.

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En la figura 3 se muestran en estado acoplado la primera pieza de acoplamiento 10 y la segunda pieza de acoplamiento 12. Para ello se presionan una contra la otra las superficies frontales 26 o 26’ del elemento conductor de luz correspondiente 18, de manera que las señales ópticas, que son alimentadas desde el dispositivo de emisión 38 hacia el núcleo transparente 24 del elemento conductor de luz 18 de la primera pieza de acoplamiento 10, son transmitidas, a través de las superficies frontales 26 y 26’, hacia el núcleo transparente 22 del elemento conductor de luz 18 de la segunda pieza de acoplamiento 12 y son detectadas por el dispositivo de recepción 40. Los manguitos opacos 22 de los elementos conductores de luz 18 forman un túnel de luz blindado contra la luz natural, que une el dispositivo de emisión 38 y el dispositivo de recepción 40.

Como los dos elementos conductores de luz 18 están alojados en cada caso de manera que se puedan desplazar en la carcasa 14 de las piezas de acoplamiento 10 o 12, las piezas de acoplamiento pueden ser desplazados para acercarlas o alejarlas un poco entre si, sin que la función del acoplamiento de señales se vea perjudicada. En la figura 4, por ejemplo, las piezas de acoplamiento 10 y 12 de la figura 3 se encuentran un poco acercadas, sin que la posición de los elementos conductores de luz 18 entre si se hubiese modificado, de manera que la transmisión de luz tampoco es influenciada. El acoplamiento de señales mostrado permite entonces cierta tolerancia en la disposición relativa de las dos piezas de acoplamiento 10 y 12 en la dirección de acoplamiento, es decir, a lo largo de los ejes ópticos de los elementos conductores de luz 18, que son formados por el eje medio de los mismos. Además, las superficies frontales sometidas a la presión de muelle 26 y 26’ actúan contra un dislocamiento de los ejes ópticos de los elementos conductores de luz 18, es decir, ayudan a alinear ambas piezas de acoplamiento entre si y a conservar la posición de alineación.

En la figura 5 también se muestran ambas piezas de acoplamiento 10 y 12 en estado acoplado. Por el contrario a las figuras 3 y 4, aquí las piezas de acoplamiento 10 y 12 no están dispuestas en una línea, sino que están ladeadas una contra otra. Esto significa, que los ejes ópticos de los elementos conductores de luz 18, que en cada caso concuerdan con el eje simétrico del núcleo transparente 24, forman un ángulo entre si. Debido a su forma esférica las superficies frontales 26 y 26’, sin embargo, colindan sin espacio, de manera que la amortiguación de la intensidad de la luz se mantiene limitada durante el paso a través de las superficies frontales 26 y 26’. El acoplamiento de señales, entonces, se puede doblar en cierto grado, sin que se perjudique su función. Esto es una gran ventaja frente a superficies frontales planas utilizadas convencionalmente, que en un ladeo de este tipo se separarían, de manera que la transmisión de la luz de una pieza de acoplamiento a la otra se amortiguaría fuertemente.

En la figura 5 el acoplamiento de señales se muestra en su posición más doblada, en la que las piezas de acoplamiento están ladeadas una contra la otra en 11°. En el caso de un ladeo mayor la luz natural ingr esaría en el túnel de luz y adulteraría la señal óptica. El ángulo límite, en el que la luz natural ingresaría en el túnel de luz, depende de la relación del espesor de la pared de los manguitos opacos en el área de las superficies frontales 26 o 26’ hacia el radio de curvatura de las superficies frontales 26, 26’. En el ejemplo de ejecución mostrado, el espesor de pared del manguito opaco 22 de la primera pieza de acoplamiento en el área de la superficie frontal 26 es menor al del manguito opaco 22 de la segunda pieza de acoplamiento 12 y de esta manera es decisivo para la determinación del ángulo límite. Asciende aproximadamente a 1/5 del radio de curvatura de la superficie frontal esférica 26 y 26’.

Como se puede observar en las figuras 3 a 5, las dos piezas de acoplamiento 10, 12 están en contacto con sus secciones de superficies frontales 26b o 26’b, formadas por el manguito respectivo 22. Por ello, a través de los dos manguitos 22 se pueden transmitir adicionalmente señales eléctricas entre las dos piezas de acoplamiento 10 y 12, siempre que éstas estén conformadas como conductores eléctricos. En ese caso, las secciones de superficie frontal 26b y 26’b preferentemente presentan un baño de oro de elevada dureza.

Debido a la posibilidad adicional de transmisión de señales eléctricas, se puede aumentar aún más la fiabilidad de la transmisión de señales. Como reserva de seguridad especial es posible transmitir las señales ópticas o la parte más importante de ellas adicionalmente como señales eléctricas (redundantes) a través de los manguitos 22.

Para conducir las señales eléctricas a los manguitos 22 y poder seguir transmitiéndolas desde estos, en una modificación (no mostrada en la figura) las señales pueden ser transmitidas a través de la carcasa 14, que en este caso no estaría colocada a masa, de manera contraria a las representaciones en las figuras 1 a 5. Entre la sección de carcasa tipo manguito 16 y el manguito 22 puede existir un contacto de deslizamiento (no mostrado).

En la figura 6 se muestra un esquema de funcionamiento del dispositivo de emisión 38. Como se puede observar en la misma, se escala una tensión de entrada Vin existente entre la conexión de masa 42 y la conexión de señal 44 a través de un resistor 56 y se aplica, a través de un filtro pasa-altos compuesto por un condensador 58 y un resistor 60, a un diodo luminoso 62, que emite luz de acuerdo a la tensión aplicada. La relación entre la tensión aplicada Vin y la potencia de radiación S del diodo luminoso 62 está representada esquemáticamente en la parte derecha de la figura 6 en un diagrama, cuya abscisa indica el tiempo y cuyas ordenadas indican la tensión de entrada Vin y la potencia de radiación S en unidades no determinadas.

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En la figura 7 se muestra un esquema de funcionamiento del dispositivo de recepción 40. El dispositivo de recepción 40 contiene un fotodiodo 64, que genera una tensión en dependencia de la intensidad de la luz que ingresa. Esta es amplificada de manera adecuada en una primera sección de conmutación con ayuda de un amplificador de operación 66, un resistor 68 y un condensador 70 y con ayuda de otro amplificador de operación 72 es invertida a una tensión de salida Vout. La relación entre la potencia de radiación recibida S’ (que multiplicada con un factor de amortiguación corresponde a la potencia de radiación emitida por el LED 62) y la señal de salida Vout del dispositivo de recepción 40 está representada esquemáticamente en la parte derecha de la figura 7 en un diagrama, cuya abscisa nuevamente indica el tiempo y cuyas ordenadas indican la potencia de emisión S’ recibida y la tensión de salida Vout en unidades no determinadas.

El dispositivo de emisión 38 y el dispositivo de recepción 40 están conformados de manera tal, que la señal de salida Vout del dispositivo de recepción 40 corresponde a la tensión de entrada Vin, a pesar de una posible amortiguación de la señal óptica transmitida. De esta manera, incluso cuando la señal óptica transmitida entre las piezas de acoplamiento 10 y 12 está sometida a una cierta amortiguación, la señal eléctrica efectivamente transmitida Vout no está amortiguada frente a la señal original Vin.

En el caso de la señal de entrada eléctrica Vin se puede tratar, por ejemplo, de una señal de alta frecuencia eléctrica, que es conducida dentro de dos vehículos a través de un cable coaxial, y que sólo es transformada en una señal óptica con ayuda del dispositivo de emisión 38 para atravesar el acoplamiento de señales. El acoplamiento de señales con los elementos activos 38 y 40 también encuentra aplicación, por ejemplo, cuando en los vehículos ya se transmiten señales ópticas a través de conductor de fibra óptica. En ese caso, en la primera pieza de acoplamiento 10 estas primero son transformadas en una señal eléctrica, que luego es aplicada al dispositivo de emisión 38. La señal de salida Vout del dispositivo de recepción 40 recién es transformado nuevamente en una señal óptica en la segunda pieza de acoplamiento y es alimentada a otro conductor de fibra óptica.

En la figura 8 se muestra la representación del corte de una sección de un acoplamiento de líneas para la utilización en combinación con un acoplamiento automático para vehículos sobre carriles. Un acoplamiento automático para vehículos sobre carriles se utiliza, cuando las partes del tren se deben acoplar y desacoplar a menudo. Entonces el acoplamiento de líneas correspondiente está conformado de manera que sus contactos eléctricos y ópticos también se acoplen automáticamente con el acoplamiento automático de las partes del tren.

El acoplamiento de líneas abarca dos soportes de contacto 74 y 76, en los que junto a una serie de contactos eléctricos (no mostrados) también se implementan las piezas de acoplamiento 10 y 12 del acoplamiento de señales descritas arriba. Las piezas de acoplamiento 10 y 12 están atornillados frontalmente en los soportes de contacto 74

o 76 con la rosca 54 del perno de conexión 46, con lo cual la rosca 54 se coloca en potencial de masa. Simultáneamente, la sección de contacto de señal 50 de la primera pieza de acoplamiento 10 entra en contacto eléctrico con una primera unidad de edición de señales 78, representada esquemáticamente, y la sección de contacto de señal 50 de la segunda pieza de acoplamiento 12, con una segunda unidad de edición de señales 80, representada esquemáticamente.

Se reconoce, que las piezas de acoplamiento 10 y 12 se pueden montar y desmontar muy fácilmente. Esto representa una gran ventaja frente a acoplamientos de señales ópticos convencionales, cuyas piezas de acoplamiento están unidas con conductores de fibra óptica y que sólo se pueden montar o sustituir con gran esfuerzo, especialmente no desde el lado frontal del soporte de contacto 74 o 76.

En el ejemplo de ejecución mostrado, a la primera unidad de edición de señales 78 le son conducidas señales eléctricas a través de un cable coaxial, y señales ópticas a través de un conductor de fibra óptica. Las señales ópticas del conductor de fibra óptica 84 se transforman en señales eléctricas en una unidad de conversión 86 y junto con las señales eléctricas de la línea eléctrica 82 se conducen a una unidad de control 88. En la unidad de control 88 se procesan las dos señales eléctricas que ingresan para obtener una señal múltiplex, que es transmitida a la conexión de señal 50 de la primera pieza de acoplamiento. Para ello la unidad de control 88 posee un microprocesador (no mostrado), que puede ser un ordenador industrial o un, así llamado, Field Programmable Gate Array (FPGA). Frente a los microprocesadores convencionales, un FPGA tiene la ventaja, de que puede procesar varios procesos simultáneamente, ya que realmente puede realizar multitareas.

La unidad de control 88 está conectada además con una línea de datos 90, a través de la cual se le transmite más información para el procesamiento de señales. A través de la línea de datos 90 se puede señalizar, por ejemplo, que señales ya transmitidas han llegado de manera incompleta y que se deben transmitir nuevamente.

La transformación de las señales eléctricas múltiplex en señales ópticas a través del dispositivo de emisión 38 y su transmisión desde la primera pieza de acoplamiento 10 a la segunda pieza de acoplamiento 12 se realiza como se describió arriba. Las señales eléctricas generadas en el dispositivo de recepción 40 llegan desde la conexión de señal 50 de la segunda pieza de acoplamiento 12 a una unidad de control 92 de la segunda unidad de edición de señales 80. En la unidad de control 92 las señales múltiplex son divididas en señales individuales. Las señales ingresadas originalmente a través de la línea eléctrica 82 son retransmitidas a través de una línea eléctrica 94. Las

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señales ingresadas originalmente a través del conductor de fibra óptica 84 son transformados nuevamente en

señales ópticas en una unidad de conversión 96 y son alimentadas en un conductor de fibra óptica 98. A través de otra línea de datos 100 las señales pueden ser retransmitidas desde la unidad de control 92, por ejemplo avisos de fallo, cuando las señales se recibieron erróneamente. La unidad de control 92 contiene también un ordenador industrial o un FPGA (no mostrado).

Las unidades se edición de señales 78 y 80 también pueden estar alojadas en la carcasa 14 de las piezas de acoplamiento 10 o 12. Además, las unidades de edición de señales 78 y 80 pueden estar unidas en cada caso con una pieza de acoplamiento capaz de emitir (similar a la primera pieza de acoplamiento 10) y una pieza de acoplamiento capaz de recibir (similar a la segunda pieza de acoplamiento 12). Entonces, las señales de ambos lados del acoplamiento se pueden transmitir al otro lado respectivo y las unidades de edición de señales 78 y 80 pueden comunicarse entre sí en ambas direcciones.

Las piezas de acoplamiento 10 y 12 no sólo pueden estar dispuestas en soportes de contacto especiales, como se muestra en la fig. 8, sino que también pueden estar dispuestas directamente en las cabezas de acoplamiento de un acoplamiento mecánico de vehículos sobre carriles, por ejemplo en un enganche con tope central (no mostrado). La insensibilidad arriba descrita del presente acoplamiento de señales óptico frente a las tolerancias mecánicas hace posible esta disposición, que en el caso de acoplamientos de señales ópticos convencionales no funcionaría. Debido a esto, en algunos casos, se puede ahorrar un acoplamiento de líneas separado.

Lista de símbolos de referencia 10 Primera pieza de acoplamiento 12 Segunda pieza de acoplamiento 14 Carcasa 16 Carcasa tipo manguito 18 Elemento conductor de luz 20 Resorte 22 Manguito opaco 24 Núcleo transparente 26, 26’ Superficie frontal esférica 27 Ranura guía 28 Perno guía 30 Sección de espacio interior interno 32 Sección de espacio interior externo 34 Escalón 36 Aro de metal 38 Unidad de emisión 40 Unidad de recepción 42 Conexión de masa 44 Conexión de señal 46 Perno de conexión 48 Sección de conexión de masa 50 Sección de conexión de señal 52 Pieza de aislamiento 54 Rosca exterior

5 56 Resistor 58 Condensador 60 Resistor 62 LED 64 Fotodiodo

10 66 Amplificador de operación 68 Resistor 70 Condensador 72 Amplificador de operación 74 Soporte de contacto

15 76 Soporte de contacto 78 Unidad de edición de señales 80 Unidad de edición de señales 82 Línea de señal eléctrica 84 Conductor de fibra óptica

20 86 Conversor de señales 88 Unidad de control 90 Línea de datos 92 Unidad de control 94 Línea de señal eléctrica

25 96 Conversor de señales 98 Conductor de fibra óptica 100 Línea de datos

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Claims (16)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sistema que comprende un acoplamiento automático para vehículos sobre carriles y un acoplamiento de líneas para unir líneas de vehículos sobre carriles acoplables entre si, en donde el acoplamiento de líneas comprende dos soportes de contactos (74, 76) que presentan contactos eléctricos, de los cuales uno respectivamente está sujeto en cada uno de los vehículos sobre carriles, y al menos un acoplamiento de señales óptico con una primera pieza de acoplamiento de señales (10) dispuesta en uno de los soportes de contacto (74) y una segunda pieza de acoplamiento de señal (12) dispuesta en el otro soporte de contacto (76), entre las que se transmiten señales ópticas, caracterizado porque la primera pieza de acoplamiento (10) contiene un dispositivo de emisión (38), que genera las señales ópticas a transmitir y la segunda pieza de acoplamiento (12) contiene un dispositivo de recepción

   (40) que detecta las señales ópticas transmitidas.

2. 2.

   Sistema conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque la primera pieza de acoplamiento (10) contiene un microprocesador que controla la generación de señales en el dispositivo de emisión (38).

3. 3.

   Sistema conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la segunda pieza de acoplamiento (12) contiene un microprocesador que procesa las señales detectadas en el dispositivo de recepción (40).

4. 4.

   Sistema conforme a la reivindicación 2 y 3, caracterizado porque el microprocesador de la primera pieza de acoplamiento (10) está programado de manera que unifica varias señales individuales en señales múltiplex, y el microprocesador de la segunda pieza de acoplamiento (12) está programado de manera que divide señales múltiples en varias señales individuales.

5. 5.

   Sistema conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de emisión (38) posee como mínimo un LED (62) para la generación de las señales ópticas.

6. 6.

   Sistema conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de recepción (40) posee un fotodiodo (64) para la detección de las señales ópticas.

7. 7.

   Sistema conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la primera y la segunda pieza de acoplamiento (10, 12) se mantiene en cada caso un elemento conductor de luz (18), de los que uno presenta una superficie frontal esférica cóncava (26) y el otro una superficie frontal esférica convexa (26’) con el mismo radio de curvatura, y de los que como mínimo uno está pretensado elásticamente de manera que los elementos conductores de luz (18) sean presionados unos contra otros con sus superficies frontales (26, 26’) cuando los dos vehículos estén acoplados entre sí.

8. 8.

   Sistema conforme a la reivindicación 7, caracterizado porque los elementos conductores de luz (18) se componen en cada caso de un manguito opaco (22) y un núcleo transparente (24) alojado allí.

9. 9.

   Sistema conforme a la reivindicación 8, caracterizado porque el espesor de pared del manguito (22) en el área de la superficie frontal (26, 26’) es como mínimo 1/10, preferentemente como mínimo 1/5 del radio de curvatura de las superficies frontales (26, 26’).

10. 10.

    Sistema conforme a la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque los manguitos opacos (22) conducen electricidad y al presionar una contra otra las superficies frontales (26, 26b, 26’, 26’b) de los elementos conductores de luz (18) de la primera y la segunda pieza de acoplamiento (10, 12) se produce un contacto eléctrico entre los manguitos correspondientes (22), a través del que se pueden transmitir señales eléctricas de una pieza de acoplamiento (10, 12) a la otra pieza de acoplamiento (10, 12).

11. 11.

    Sistema conforme a la reivindicación 10, caracterizado porque la sección (26b, 26’b) de cada uno de los manguitos (22), que es parte de una superficie frontal (26, 26’), presenta un baño de oro de elevada dureza.

12. 12.

    Sistema conforme a la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque, al menos, una parte de las señales que se transmiten como señales ópticas entre las piezas de acoplamiento (10, 12), se transmiten adicionalmente como señales eléctricas a través de los manguitos (22) de ambas piezas de acoplamiento (10, 12).

13. 13.

    Sistema conforme a una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la primera y la segunda pieza de acoplamiento (10, 12) tienen una carcasa (14), en cuyo extremo axial está conformada una sección tipo manguito (16), en la que el elemento conductor de luz (18) está alojado de manera que se pueda desplazar axialmente y pretensado elásticamente en dirección a este extremo axial, y en cuyo otro extremo está conformado un perno de unión (46), determinado para la implementación en un soporte de contacto (74, 76).

14. 14.

    Sistema conforme a una de las reivindicaciones 10 a 12 y la reivindicación 13, caracterizado porque entre el manguito (22) del elemento conductor de luz (18) y la sección tipo manguito (16) de la carcasa (14) de cada pieza de

    acoplamiento (10, 12) existe un contacto deslizante eléctrico, a través del que se pueden transmitir señales eléctricas entre la sección tipo manguito (16) y el manguito (22).

15. 15.

    Sistema conforme a la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque el perno de unión (46) se compone de dos

    secciones aisladas la una de la otra (48, 50), de las que, cuando el perno de unión (46) esté colocado en el soporte 5 de contacto (74, 76), una se encuentre unida con el potencial de masa y la otra con una línea de señal eléctrica.
16. 16. Sistema conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en cada soporte de contacto (74, 76) está dispuesto, en cada caso, tanto una pieza de acoplamiento de señales (10) con dispositivo de emisión (38), como también una pieza de acoplamiento de señales (12) con dispositivo de recepción (40), que juntas forman dos acoplamientos de señales ópticos.

    10 17. Sistema conforme a la reivindicación 16, caracterizado porque el dispositivo de emisión (38) y el dispositivo de recepción (40) de las piezas de acoplamiento (10, 12) de cada uno de los soportes de contacto (74, 76) está unido a un microprocesador común, que controla la generación de las señales en el dispositivo de emisión (38) y que procesa las señales detectadas en el dispositivo de recepción (40).