ES2844228T3 - Dispositivo para una regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de vehículos ferroviarios de alta velocidad - Google Patents

Abstract

Dispositivo para una regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de vehículos ferroviarios de alta velocidad, en donde las funciones de protección de presión y volumen de aire se implementan con un conjunto común que regula la sección transversal de flujo libre de las aberturas de entrada y/o descarga de aire en función de las condiciones operativas específicas, en donde el dispositivo presenta una carcasa (2) estanca a los golpes de presión hasta un tamaño de ± 10 kPa, que está equipada en su cara lateral opuesta a la superficie de la base con un rebaje (3) al que se asigna un elemento de trampilla (4), en donde el elemento de trampilla (4) está apoyado sobre un eje (5) paralelo a su dirección longitudinal en ambas secciones extremas del eje (5) en la carcasa (2) y está dispuesto en forma pivotante a lo largo de este eje (5) de tal manera que el rebaje (3) se puede cerrar herméticamente desde cualquier posición del elemento de trampilla (4), estando asignado al elemento de trampilla (4) un conjunto de accionamiento (7) que está en conexión operativa con un accionamiento eléctrico (8) para un posicionamiento preciso y repetible del elemento de trampilla (4) de modo tal que se puede realizar un proceso de cierre que comienza desde cualquier posición del elemento de la trampilla (4) en <= 50 ms y en donde el accionamiento eléctrico (8) está conectado a un elemento de ajuste mecánico o eléctrico que establece automáticamente una posición final definida para el elemento de la trampilla (4) cuando está desenergizado, caracterizado porque el elemento de trampilla (4) presenta una primera sección plana (41) en un lado y una segunda sección plana (42) en el otro lado con respecto al eje (5) que discurre en sentido longitudinal, en donde las secciones (41; 42) están dispuestas para correr en planos mutuamente diferentes en relación con el eje (5) y las secciones planas (41; 42) están diseñadas de manera que la sección (41) que está más baja en la posición cerrada descansa en la parte inferior del contorno de la carcasa estanca (2) que rodea el rebaje (3) y que la sección superior (42) en la posición cerrada descansa sobre la parte superior del contorno de la carcasa estanca (2) que rodea el rebaje (3).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para una regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de vehículos ferroviarios de alta velocidad

La presente invención se refiere a un dispositivo para una regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de vehículos ferroviarios de alta velocidad, en donde las funciones de protección de presión y volumen de aire se realizan con un conjunto común que regula la sección transversal de flujo libre de las aberturas de entrada y/o descarga de aire dependiendo de las condiciones de operación.

En el caso de los trenes de alta velocidad, se deben tener en cuenta numerosos aspectos para evitar problemas provocados por los aumentos repentinos de presión o las fluctuaciones de presión que inevitablemente se producen durante el funcionamiento. Ya están disponibles numerosas soluciones técnicas para componentes estructurales de vehículos ferroviarios como la carrocería, el intercambiador, la puerta del vehículo, la ventana y similares, con lo que es posible una adaptación en gran medida óptima a las respectivas condiciones de funcionamiento. Por el contrario, el número de sistemas de ventilación y aire acondicionado adecuados es significativamente menor.

Una variante simple a este respecto consiste en cerrar completamente las aberturas de entrada de aire con trampillas o válvulas cuando se superan los valores límite previamente definidos para la presión. Sin embargo, es una desventaja que el suministro de aire fresco al vehículo se interrumpa por completo. En rutas de alta velocidad con muchos tramos de túnel o encuentros frecuentes con un tren de retorno, la calidad del aire en el habitáculo se ve, por tanto, significativamente perjudicada. Por lo tanto, se utilizan cada vez más los denominados sistemas de protección de la presión, que están destinados a garantizar una protección eficaz de la presión y una calidad del aire suficientemente buena.

Según el documento DE 3801 891 C1, los ventiladores convencionales están diseñados para este propósito con una característica de alta presión, que se controlan de manera coordinada con respecto a su velocidad en el lado del aire fresco y de escape. Esto asegura que los cambios de presión en el vehículo no excedan los valores permitidos. Sin embargo, pueden surgir problemas si, debido a la inercia de los ventiladores, la velocidad de accionamiento no es lo suficientemente alta para controlar los cambios de presión que ocurren rápidamente a altas velocidades de conducción. Otras desventajas típicas de este tipo de ventilador son un elevado nivel de ruido, pequeñas cantidades de aire y un alto consumo específico de energía, por lo que dichos ventiladores solo se utilizan en pequeña medida. El documento EP 0 579 536 A1 describe una regulación de los cambios de presión en el vehículo ferroviario accionando actuadores de trampilla en el lado del aire fresco y de escape. Esto evita las desventajas de los ventiladores lentos.

Por el documento DE 10 2007 011 452 A1, se conoce la integración estructural de la regulación de protección de presión y volumen de aire en una cámara de aire común. Aquí, la válvula de protección de presión y la trampilla de volumen de aire están dispuestas una tras otra en términos de flujo. A pesar de la disposición adyacente, se utilizan componentes separados para las funciones de regulación de protección de presión y volumen de aire. Para ello, se prevén principalmente dos conjuntos separados, a saber, un elemento de cierre rápido accionado neumáticamente y una trampilla de regulación accionada eléctricamente.

Por el contrario, estas dos funciones según el documento DE 86 29 224 U1 se implementan mediante un conjunto común. Se trata de una rejilla de ventilación con un primer grupo de laminillas de posición fija en forma de V con un segundo grupo de laminillas también en forma de V y también desplazables axialmente en conexión operativa. Al cambiar la posición relativa entre las laminillas de ambos grupos, se cambia la sección transversal de flujo libre, en donde este efecto se utiliza tanto para la regulación del volumen de aire como para la protección de la presión. Sin embargo, este enfoque de utilizar un conjunto común para la protección de la presión y la regulación del volumen de aire tiene la desventaja de que las laminillas y sus elementos de accionamiento ocupan una gran cantidad de espacio. Otra desventaja es que un gran número de componentes están conectados operativamente entre sí.

El objeto de la presente invención es crear un dispositivo para la regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de los vehículos ferroviarios de alta velocidad, que requiere un pequeño espacio de instalación y un pequeño número de conjuntos separados y que asegura un control rápido y funcionalmente confiable incluso a altas velocidades de conducción.

Este objetivo se consigue con las características técnicas según la reivindicación 1. En consecuencia, el dispositivo tiene una carcasa estanca a los golpes de presión hasta un tamaño de ± 10 kPa y que está configurada con una escotadura en su cara lateral opuesta a la zona de base, a la que está asignado un elemento de trampilla. El elemento de trampilla se apoya en la carcasa en ambos tramos extremos del eje mediante un eje que discurre paralelo a su dirección longitudinal y está dispuesto de forma pivotante a lo largo de este eje de manera que el rebaje pueda cerrarse herméticamente desde cualquier posición del elemento de trampilla. Se asigna un conjunto de accionamiento al elemento de trampilla, que está conectado operativamente a un accionamiento eléctrico para el posicionamiento exacto y repetible del elemento de trampilla de tal manera que se puede realizar un proceso de cierre en < 50 ms desde cualquier posición del elemento de trampilla. El accionamiento eléctrico está conectado a un elemento de accionamiento que, cuando se desenergiza, establece automáticamente una posición final definida para el elemento de trampilla. Este elemento de control puede diseñarse como un elemento mecánico (por ejemplo, resorte de retorno) o eléctrico (por ejemplo, supercondensador). El término supercondensador (a veces también denominado SuperCap/supercondensadores) denota una memoria para una fuente de voltaje de emergencia para restablecer a través del motor mismo a una posición determinada en caso de un corte de energía. Otros perfeccionamientos ventajosos son objeto de reivindicaciones subordinadas, cuyas características técnicas se explican con más detalle en el ejemplo de realización.

El dispositivo de acuerdo con la invención es preferiblemente adecuado para aberturas de entrada y salida de aire en coches de pasajeros de alta velocidad para proteger a los pasajeros de las ondas de presión. Además de una función de protección contra la presión, este dispositivo también asume la función de regular la cantidad de aire requerida, que inicialmente ingresa en el automóvil como aire exterior y luego sale del automóvil como aire usado.

Una gran ventaja de este dispositivo es la combinación de ahorro de espacio y peso de los conjuntos para la protección de la presión y el control del volumen de aire en forma de un elemento de trampilla diseñado específicamente que permite un diseño geométricamente libre como elemento de cierre independiente de otros componentes. Otras ventajas resultan del funcionamiento exclusivamente eléctrico sin conjuntos neumáticos. La eliminación de los conjuntos neumáticos previamente necesarios da como resultado ventajas de costes para la fabricación de autocares de pasajeros y sistemas de aire acondicionado, especialmente para la gama de alta velocidad.

El accionamiento eléctrico también permite lograr tiempos de cierre cortos y fuerzas de sellado suficientes. El control del accionamiento asegura un posicionamiento exacto de la trampilla con un alto nivel de repetibilidad. Se controla mediante una entrada analógica/digital o mediante un sistema BUS, que también permite la retroalimentación. Para garantizar una posición final definida en estado desenergizado, el convertidor está conectado a un elemento de accionamiento que, según la aplicación, asegura la posición abierta o cerrada.

El elemento de la trampilla se optimiza para una pequeña profundidad total alargando este componente pivotante para poder reducir el ancho necesario del componente, que representa la profundidad cuando el elemento de la trampilla se gira a la posición abierta, con la misma sección transversal de flujo.

Además, las interfaces mecánicas del elemento de trampilla están diseñadas de modo que se puedan operar individualmente o varias conectadas entre sí con un accionamiento. En este caso, el acoplamiento puede tener lugar en un eje y/o colocarse uno encima del otro.

Un ejemplo de realización de la invención se describe con más detalle a continuación con referencia al dibujo.

Fig. 1 muestra un dispositivo según la invención en una vista en perspectiva - ABIERTO

Fig. 2 muestra el dispositivo según la Fig. 1 en sección transversal

Fig. 3 muestra un dispositivo según la invención en una vista en perspectiva - CERRADO

Fig. 4 muestra el dispositivo según la Fig. 3 en sección transversal

Fig. 5 muestra un dispositivo según la invención con huecos modificados - ABIERTO

El dispositivo mostrado en el dibujo está diseñado para una regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de vehículos ferroviarios, en donde un uso en conexión operativa con entradas de aire y/o aberturas de descarga de aire de trenes de alta velocidad debe mencionarse como una aplicación preferida. Las funciones de protección de presión y volumen de aire se implementan mediante un conjunto común que regula la sección transversal de flujo libre de las aberturas de entrada y/o de salida de aire en función de las condiciones de funcionamiento.

En la Fig. 1 y la Fig. 3, se puede ver que el dispositivo tiene una carcasa 2 que está diseñada para ser hermética a la presión contra picos de presión de hasta un tamaño de ± 10 kPa. En una forma de realización ventajosa para el montaje, la carcasa 2 está montada sobre una placa de base 1.

En la carcasa 2, se configura un rebaje 3 en la superficie lateral opuesta a la placa de base 1. A este rebaje 3, está asignado un elemento de trampilla 4.

El elemento de trampilla 4 se apoya en los dos tramos extremos del eje 5 en la carcasa 2 mediante un eje 5 que discurre paralelo a su dirección longitudinal. Esto tiene lugar en un lugar de apoyo a través de un punto de apoyo 6. En el punto de apoyo opuesto, el eje 5 tiene asignado un conjunto de accionamiento 7. Este conjunto de accionamiento 7 representa un posicionamiento exacto y repetible del elemento de trampilla 4 con un accionamiento eléctrico 8 de modo que se puede realizar un proceso de cierre desde cualquier posición del elemento de trampilla 4 dentro de < 50 ms. Por consiguiente, el elemento de trampilla 4 puede pivotar a lo largo del eje 5, de modo que el elemento de trampilla 4 abre o cierra el rebaje 3.

En la Fig. 2 y la Fig. 4, en particular, se puede ver el contorno de la sección transversal del elemento de trampilla 4. Para garantizar la estanqueidad, el elemento de trampilla 4 tiene una primera sección plana 41 en un lado con respecto al eje 5 y una segunda sección plana 42 en el otro lado, en donde estas secciones 41 y 42 discurren en diferentes planos con respecto al eje 5. Está previsto en este caso que en la posición cerrada (Fig. 4) la sección inferior 41 descanse contra el lado inferior del contorno de la carcasa estanca 2 que rodea el rebaje 3. Al mismo tiempo, la sección superior 42 se apoya en la parte superior del contorno de la carcasa 2 estanca a la presión que rodea el rebaje 3.

La Fig. 5 muestra una forma de realización modificada en la que el rebaje 3 comprende dos rebajes parciales 31 y 32 independientes. Aquí, cada rebaje parcial 31 o 32 está en conexión operativa con una sección asociada 41 o 42 del elemento de trampilla 4. Los rebajes parciales 31 y 32 están dispuestos según la Fig. 5 paralelos entre sí en diferentes planos. Asimismo, estos dos rebajes parciales 31 y 32, sin embargo, también pueden estar dispuestos en el mismo plano. Además, también son posibles disposiciones en ángulo recto o en forma de V de las placas de trampillas entre sí (no mostradas en el dibujo), pudiendo disponer las aberturas de entrada y salida en lados diferentes en tales disposiciones.

Para el posicionamiento del elemento de trampilla 4, el accionamiento eléctrico 8 se controla mediante una entrada analógica o digital o mediante un sistema BUS, de modo que se pueda realizar una determinación de la posición absoluta con una respuesta de diagnóstico.

Además, el accionamiento eléctrico 8 está conectado a un elemento de ajuste (por ejemplo, resorte de retorno o supercondensador) que establece una posición final definida para el elemento de trampilla 4 en el estado desenergizado.

El elemento de trampilla 4 está diseñado preferiblemente para optimizarse para una profundidad total pequeña y baja inercia. Esto puede realizarse, por ejemplo, porque el rebaje 3 o los rebajes 31 y 32 de la carcasa 2 y el elemento de trampilla 4, que interactúa funcionalmente con los rebajes 3, 31, 32, tienen cada uno una longitud sustancialmente mayor que la anchura.

El dispositivo descrito se puede desarrollar más. Por ejemplo, en la zona de entrada y/o salida de los rebajes 3, 31,32, se pueden disponer conjuntos de sensores para registrar las condiciones ambientales locales actuales (humedad del aire, velocidad del aire, caudal de aire, temperatura del aire). Los valores medidos registrados por los conjuntos de sensores se evalúan luego mediante un software implementado en el lado del accionamiento para efectuar un control directo del volumen de aire. Asimismo, tales conjuntos de sensores pueden estar previstos en la zona de entrada y/o salida de la placa de base 1 para efectuar una regulación directa del volumen de aire en base a estos valores medidos. Otra realización ventajosa resulta si las interfaces mecánicas del elemento de trampilla 4 están diseñadas de modo que un único elemento de trampilla 4 o una pluralidad de elementos de trampilla 4 separados interconectados puedan ponerse en conexión operativa con un único conjunto de accionamiento 7. En el caso de varios elementos de trampilla 4 conectados entre sí, su acoplamiento se realiza en un eje y/o colocados uno encima del otro.

El elemento de accionamiento, que establece una posición definida para el elemento de trampilla 4 en caso de protección de presión, se puede accionar de tal manera que, en el caso de una caja de protección de presión prolongada, en cortos períodos de tiempo abriendo ligeramente el elemento de trampilla 4, se pueden alcanzar las secciones transversales de abertura más pequeñas en las aberturas de entrada y salida de aire (pero dentro del alcance de la comodidad de protección contra la presión).

Lista de símbolos de referencia

1 placa de base

2 carcasa estanca a la presión

3 rebaje en la carcasa

31 primer rebaje parcial en la carcasa

32 segundo rebaje parcial en la carcasa

4 elemento de trampilla

41 primer sección de superficie en el elemento de trampilla

42 segunda sección de superficie en el elemento de trampilla

5 eje

6 punto de apoyo

7 conjunto de accionamiento

8 accionamiento eléctrico

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para una regulación combinada de protección de presión y volumen de aire en el interior de vehículos ferroviarios de alta velocidad, en donde las funciones de protección de presión y volumen de aire se implementan con un conjunto común que regula la sección transversal de flujo libre de las aberturas de entrada y/o descarga de aire en función de las condiciones operativas específicas, en donde el dispositivo presenta una carcasa (2) estanca a los golpes de presión hasta un tamaño de ± 10 kPa, que está equipada en su cara lateral opuesta a la superficie de la base con un rebaje (3) al que se asigna un elemento de trampilla (4), en donde el elemento de trampilla (4) está apoyado sobre un eje (5) paralelo a su dirección longitudinal en ambas secciones extremas del eje (5) en la carcasa (2) y está dispuesto en forma pivotante a lo largo de este eje (5) de tal manera que el rebaje (3) se puede cerrar herméticamente desde cualquier posición del elemento de trampilla (4), estando asignado al elemento de trampilla (4) un conjunto de accionamiento (7) que está en conexión operativa con un accionamiento eléctrico (8) para un posicionamiento preciso y repetible del elemento de trampilla (4) de modo tal que se puede realizar un proceso de cierre que comienza desde cualquier posición del elemento de la trampilla (4) en < 50 ms y en donde el accionamiento eléctrico (8) está conectado a un elemento de ajuste mecánico o eléctrico que establece automáticamente una posición final definida para el elemento de la trampilla (4) cuando está desenergizado, caracterizado porque el elemento de trampilla (4) presenta una primera sección plana (41) en un lado y una segunda sección plana (42) en el otro lado con respecto al eje (5) que discurre en sentido longitudinal, en donde las secciones (41; 42) están dispuestas para correr en planos mutuamente diferentes en relación con el eje (5) y las secciones planas (41; 42) están diseñadas de manera que la sección (41) que está más baja en la posición cerrada descansa en la parte inferior del contorno de la carcasa estanca (2) que rodea el rebaje (3) y que la sección superior (42) en la posición cerrada descansa sobre la parte superior del contorno de la carcasa estanca (2) que rodea el rebaje (3).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el rebaje (3) comprende dos rebajes parciales (31; 32) separados, en donde cada uno de los recesos parciales (31; 32) está en conexión operativa con una sección asociada (41; 42) del elemento de trampilla (4).

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque los dos rebajes parciales (31; 32) están dispuestos paralelos entre sí en diferentes planos.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque las secciones separadas del elemento de trampilla (4) están dispuestas en ángulo recto o en forma de V entre sí.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque en el caso de secciones del elemento de trampilla (4) dispuestas en ángulo recto o en forma de V, las aberturas de entrada y salida están dispuestas en lados diferentes.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el accionamiento eléctrico (8) para posicionar el elemento de trampilla (4) se controla mediante una entrada analógica o digital o mediante un sistema BUS de forma que se pueda realizar una determinación de posición absoluta con una respuesta de diagnóstico.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de ajuste, que establece una posición final definida para el elemento de trampilla (4) en estado desenergizado, está configurado como muelle de retorno.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de accionamiento, que establece una posición final definida para el elemento de trampilla (4) en el estado desenergizado, está configurado como fuente de tensión de emergencia separada del accionamiento eléctrico mediante un supercondensador.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de accionamiento, que en caso de protección de presión establece una posición definida para el elemento de trampilla (4), puede accionarse de tal manera que, en un caso de protección de presión prolongada, las secciones transversales de apertura más pequeñas en las aberturas de entrada y salida de aire pueden lograrse de manera selectiva en cortos períodos de tiempo abriendo ligeramente el elemento de trampilla (4).

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo presenta una placa de base (1) sobre la que se monta la carcasa estanca (2).

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque en la zona de entrada y/o en la zona de salida de los rebajes (3; 31; 32) se disponen conjuntos de sensores para la detección de las condiciones ambientales locales (humedad del aire, velocidad del aire, caudal de aire, temperatura del aire), en donde los valores medidos registrados por los conjuntos de sensores se evalúan mediante un software implementado en el lado del accionamiento de tal manera que se puede lograr una regulación directa del volumen de aire.

12. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 10, caracterizado porque en la zona de entrada y/o en la zona de salida de la placa de base (1) se disponen conjuntos de sensores para la detección de condiciones ambientales locales (humedad del aire, velocidad del aire, caudal de aire, temperatura del aire), en donde los valores medidos registrados por los conjuntos de sensores puede evaluarse mediante software implementado en el lado del accionamiento de tal manera que se pueda lograr una regulación directa del volumen de aire.

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las interfaces mecánicas del elemento de trampilla (4) están diseñadas de modo que un único elemento de trampilla (4) o una pluralidad de trampillas independientes (4) interconectadas se pueden poner en conexión operativa con un único conjunto de accionamiento (7), en donde en el caso de una pluralidad de elementos de trampilla (4) separados interconectados, se realiza un acoplamiento de los mismos en un eje y/o colocados uno encima del otro.