ES2892281T3 - Vehículo así como resistencia de frenado para un vehículo - Google Patents

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Abstract

Vehículo que presenta al menos un dispositivo de frenado electrodinámico (20) con al menos una resistencia de frenado (30), caracterizado por que la al menos una resistencia de frenado (30) comprende al menos un conductor eléctrico (31) que está incrustado en un material eléctricamente no conductor (32), en donde un lado exterior del material no conductor constituye una sección permanentemente cerrada (A) de la envolvente del vehículo (11) alrededor de la cual fluye el viento relativo (F) por fuera cuando el vehículo está en movimiento, y la resistencia de frenado (30) disipa el calor hacia el exterior al ambiente a través de la sección permanentemente cerrada (A), y la energía de frenado alimentada a la al menos una resistencia de frenado (30) durante la duración de un frenado a fondo del vehículo por medio del dispositivo de frenado electrodinámico (20) es mayor que el calor que se puede disipar al ambiente a través de la sección permanentemente cerrada (A) durante la duración del frenado, en donde una duración máxima del frenado por medio del dispositivo de frenado electrodinámico (20) está limitada por la capacidad máxima de absorción de calor de la resistencia de frenado (30).

Description

DESCRIPCIÓN
Vehículo así como resistencia de frenado para un vehículo
Un vehículo de acuerdo con la invención presenta al menos un dispositivo de frenado electrodinámico con al menos una resistencia de frenado.
Por la solicitud de patente alemana publicada DE 102015203689 A1 se conoce un vehículo ferroviario en el que una resistencia de frenado está montada de manera pivotante en la zona del revestimiento exterior del vehículo y puede moverse de una posición pivotada hacia dentro a una posición pivotada hacia fuera y viceversa. Mediante el pivotado hacia fuera de la resistencia de frenado, se puede lograr que un flujo de aire se dirija a través de una abertura en el revestimiento exterior del vehículo hacia el interior del vehículo para enfriar o bajar la temperatura de la resistencia de frenado.
Por el documento US 2014/0033948 A1 se conoce un vehículo ferroviario con una locomotora, un ténder así como vagones adicionales. Un motor de combustión interna acciona un generador que, en particular, proporciona energía eléctrica para los motores de tracción de la locomotora. Los motores de tracción también sirven para el frenado dinámico del vehículo ferroviario, en donde la energía cinética convertida en energía eléctrica por medio de los motores de tracción se alimenta a las resistencias de frenado dispuestas en la caja de la locomotora y que convierten la energía eléctrica en calor y lo disipan al ambiente.
Por el documento US 8327623 B2 se conoce un sistema para aprovechar la energía eléctrica regenerada durante un proceso de frenado para el funcionamiento de funciones auxiliares de una locomotora. A este respecto, la locomotora presenta una o más resistencias de frenado interconectadas en las que la energía eléctrica generada por los motores de tracción durante el frenado dinámico se convierte en energía térmica. Las resistencias de frenado están dispuestas en la zona del techo de la locomotora y se enfrían por medio de un flujo de aire forzado durante el proceso de frenado.
Por el documento WO 2016/173852 A1 se conoce un vehículo ferroviario en el que la energía eléctrica generada en un modo generador del accionamiento se convierte en radiación principalmente electromagnética en un dispositivo de consumo dispuesto en la zona del techo del vehículo. El dispositivo de consumo está configurado, a este respecto, como fuente de radiación en forma de una fuente de radiación de descarga de gas, una fuente de radiación de descarga de gas halógeno o un componente semiconductor, en particular como un diodo emisor de luz.
La invención se basa en el objetivo de especificar un vehículo que sea particularmente poco sensible a las interferencias y garantice una refrigeración o disipación de calor particularmente fiable de la resistencia de frenado.
Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante un vehículo con las características de acuerdo con la reivindicación 1 independiente. Se especifican configuraciones ventajosas en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la invención está previsto que la al menos una resistencia de frenado constituya una sección permanentemente cerrada de la envolvente del vehículo alrededor de la cual fluye el aire relativo por fuera, en particular cuando el vehículo está en movimiento, y que la resistencia de frenado disipe el calor hacia el exterior al ambiente a través de la sección permanentemente cerrada.
Una ventaja importante del vehículo de acuerdo con la invención radica en que la envolvente del vehículo está permanentemente cerrada en la zona de la resistencia de frenado, es decir, prescinde de accionamientos mecánicos, alerones mecánicos o similares. Por tanto, el dispositivo de frenado electrodinámico está diseñado de tal manera que la resistencia de frenado se enfría o baja de temperatura por la corriente de aire que pasa o fluye pasando por la misma y/o por radiación a través de la sección de la envolvente del vehículo alrededor de la cual fluye el aire por fuera. En ausencia de partes mecánicas móviles, tales como alerones o dispositivos de deflexión de aire, tampoco pueden producirse, por consiguiente, daños en tales partes, y mucho menos un daño que pueda provocar el fallo del dispositivo de frenado.
De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención, la sección permanentemente cerrada está libre de partes mecánicamente móviles que influyan en la corriente de aire o en el viento relativo. Tales partes mecánicamente móviles son controladas y movidas, por ejemplo, por funciones auxiliares de un vehículo ferroviario. Por tanto, la sección cerrada de acuerdo con la invención está libre de funciones auxiliares.
Preferentemente, la sección permanentemente cerrada está aerodinámicamente libre de turbulencias para el viento relativo que pasa, correspondientemente es, en particular, por ejemplo, lisa y sin escalones o está provista de una estructura a modo de escamas de tiburón de efecto aerodinámico. La sección permanentemente cerrada también puede estar diseñada libre de deformaciones.
De acuerdo con la invención, la energía de frenado alimentada a la al menos una resistencia de frenado por medio del dispositivo de frenado electrodinámico durante la duración de un frenado a fondo del vehículo es mayor que el calor que se puede disipar al ambiente a través de la sección permanentemente cerrada durante la duración del frenado. A este respecto, una duración máxima del frenado por medio del dispositivo de frenado electrodinámico está limitada por la capacidad máxima de absorción de calor de la resistencia de frenado. Por frenado a fondo se puede entender, en este sentido, un frenado con el máximo efecto de frenado posible.
La capacidad de absorción de calor de la al menos una resistencia de frenado se puede dimensionar, en particular en la configuración anterior, preferentemente de tal manera que pueda absorber, sin resultar destruida, al menos la energía de frenado que se alimenta a la resistencia de frenado en caso de un frenado a fondo menos el calor disipado durante el frenado a través de la sección permanentemente cerrada.
De acuerdo con un perfeccionamiento adicional, la capacidad de absorción de calor de cada resistencia de frenado es de al menos 50 MJ en cada caso.
De acuerdo con un perfeccionamiento adicional, la disipación de calor de la al menos una resistencia de frenado a través de la sección permanentemente cerrada es siempre mayor que el calor generado en la resistencia de frenado en caso de frenado total. Esto debería ser independiente de la velocidad inicial a la que se dispare el frenado a fondo. Ventajosamente, en esta configuración no puede producirse un sobrecalentamiento de la o las resistencias de frenado, independientemente de la duración y el número de procesos de frenado e independientemente de la velocidad inicial.
De acuerdo con un perfeccionamiento adicional, la sección cerrada de la envolvente del vehículo alrededor de la cual fluye el viento relativo por fuera cuando el vehículo está en desplazamiento, y a través de la cual la resistencia de frenado disipa el calor hacia el exterior al ambiente, está dimensionada y/o configurada de tal manera que la disipación de calor por convección es mayor que por radiación térmica, preferentemente al menos en promedio temporal durante la duración de un frenado a fondo o en cualquier instante.
Si el vehículo consta de varios elementos articulados y comprende al menos un vagón propulsable, de acuerdo con un perfeccionamiento adicional cada vagón propulsable puede presentar al menos una resistencia de frenado. La capacidad de absorción de calor de la o las resistencias de frenado dispuestas en el vagón propulsable es, a este respecto, preferentemente en cada caso, es decir, por resistencia de frenado o al menos en total por vagón, de al menos 100 MJ.
Si el vehículo consta de varios elementos articulados y comprende al menos un vagón no propulsado, de acuerdo con un perfeccionamiento adicional el al menos un vagón no propulsado puede presentar al menos una resistencia de frenado que se alimenta con una corriente de frenado que se suministra cuando el vehículo es frenado por otro vagón, preferentemente un vagón propulsable o al menos un automóvil con un generador electrodinámico.
La capacidad de absorción de calor de la o las resistencias de frenado dispuestas en el vagón no propulsado es preferentemente en cada caso, es decir, por resistencia de frenado o al menos en total por vagón, de al menos 100 MJ.
De acuerdo con la invención, la al menos una resistencia de frenado comprende al menos un conductor eléctrico.
De acuerdo con una configuración, el conductor eléctrico presenta una estructura serpenteante o una estructura de banda con bandas conductoras preferentemente paralelas y/o constituye una bobina o una espiral conductora.
De acuerdo con la invención, el conductor eléctrico está incrustado en un material eléctricamente no conductor, en donde el lado exterior del material no conductor constituye la sección permanentemente cerrada de la envolvente del vehículo.
De acuerdo con otra configuración, el conductor eléctrico está incrustado en cerámica o en un material compuesto, en particular un material compuesto que contiene cerámica.
De acuerdo con un perfeccionamiento adicional del primer aspecto de la invención, el vehículo es un vehículo ferroviario, en particular un vehículo ferroviario de alta velocidad con una velocidad máxima de al menos 250 km/h.
De acuerdo con un perfeccionamiento adicional, la al menos una resistencia de frenado puede comprender una sección de un bimetal a través del cual fluye la corriente durante el frenado y que cuando se calienta deforma la sección permanentemente cerrada de la envolvente del vehículo.
La invención se describe a continuación con mayor detalle con ayuda de ejemplos de realización. A este respecto muestran, a modo de ejemplo,
la Figura 1 en una representación esquemática un vehículo ferroviario de acuerdo con la invención desde un lateral,
la Figura 2 en una representación esquemática otro vehículo ferroviario de acuerdo con la invención desde un lateral,
la figura 3 una resistencia de frenado que se puede utilizar en los vehículos ferroviarios de alta velocidad de acuerdo con las figuras 1 y 2 y que presenta un conductor eléctrico con estructura en banda,
la Figura 4 la disposición de un conductor eléctrico dentro de la resistencia de frenado de acuerdo con la figura 3,
la Figura 5 una disposición alternativa de un conductor eléctrico dentro de la resistencia de frenado de acuerdo con la figura 3,
la Figura 6 una resistencia de frenado que se puede utilizar en los vehículos ferroviarios de acuerdo con las figuras 1 y 2 y que presenta un conductor eléctrico con estructura serpenteante, y
la Figura 7 un vehículo ferroviario que consta de varios elementos articulados, en el que está dispuesta una resistencia de frenado en un vagón no propulsado.
En aras de la claridad, siempre se utilizan las mismas referencias en las figuras para componentes idénticos o similares.
La figura 1 muestra, en una representación esquemática desde un lateral, un ejemplo de realización de un vehículo ferroviario de alta velocidad 10. El vehículo ferroviario de alta velocidad 10 está equipado con uno o más dispositivos de frenado 20, cada uno de los cuales presenta una o más resistencias de frenado 30.
En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 1, la propia resistencia de frenado constituye una sección A de la envolvente del vehículo 11, que está permanentemente cerrada y es lisa por fuera y alrededor de la cual fluye, aerodinámicamente libre de turbulencias, el viento relativo F cuando el vehículo ferroviario de alta velocidad 10 está en desplazamiento. La sección permanentemente cerrada A de la envolvente del vehículo 11 está libre de funciones auxiliares, por lo que no presenta partes mecánicamente móviles que influyan en la corriente de aire o en el viento relativo F que pasa por la sección A o por la envolvente del vehículo 11.
Si el vehículo 10 ferroviario de alta velocidad es frenado por el dispositivo de frenado 20 mientras se desplaza en la dirección de la flecha P, es decir, mientras se desplaza de derecha a izquierda en la figura 1, se alimenta una corriente de frenado I en la resistencia de frenado 30 desde un generador electrodinámico 21, no mostrado en detalle, del dispositivo de frenado electrodinámico 20. La corriente de frenado I provoca que la resistencia de frenado 30 se caliente. Durante el frenado, la energía cinética del vehículo se convierte en energía eléctrica, que a su vez se convierte en calor por medio de la resistencia de frenado.
Preferentemente, el calor se disipa predominantemente, en particular en más del 90 %, por convección hacia el viento relativo F que fluye alrededor de la envolvente del vehículo 11 y, por lo tanto, de la sección A, o hacia el aire ambiente. En otras palabras, el calor se disipa principalmente por convección y, en menor medida o en una medida insignificante, por radiación térmica.
En la variante de realización de acuerdo con la figura 1, la propia resistencia de frenado 30 constituye directamente la sección A de la envolvente del vehículo 11 alrededor de la cual fluye el viento relativo F por fuera. Alternativamente, la resistencia de frenado 30 también puede estar dispuesta en las inmediaciones de una sección A de la envolvente del vehículo 11 alrededor de la cual fluye el viento relativo F por fuera; tal variante de realización se muestra a modo de ejemplo en la figura 2. A pesar de la cierta distancia d entre la resistencia de frenado 30 y la envolvente del vehículo 11, el calor puede fluir no obstante en la dirección de la envolvente del vehículo 11 y allí puede ser disipado por convección al aire ambiente o al viento relativo F.
La figura 3 muestra con mayor detalle un ejemplo de realización de una resistencia de frenado 30, que se puede utilizar en los vehículos ferroviarios de alta velocidad 10 de acuerdo con la figura 1 o 2. La resistencia de frenado 30 comprende un conductor eléctrico 31 que constituye una estructura en banda con bandas conductoras 31a preferentemente paralelas.
El conductor eléctrico 31 puede estar dispuesto directamente sobre la superficie de la resistencia de frenado 30 y constituir él mismo la superficie de la resistencia de frenado 30 en algunas secciones y, por lo tanto, en algunas secciones, la sección A de la envolvente del vehículo 11. Tal configuración se muestra en la figura 4.
Si la resistencia de frenado 30 se utiliza para constituir la sección A de la envolvente del vehículo 11, tal como se muestra en la figura 1, el propio conductor eléctrico 31 o su banda conductora 31a constituye directamente subsecciones de la envolvente del vehículo 11.
Alternativamente, puede estar previsto que el conductor eléctrico 31 o las bandas conductoras 31a mostradas en la figura 3 estén completamente incrustadas en un material 32 de la resistencia de frenado 31. En la figura 5 está representada tal forma de realización. Preferentemente, el material 32 es eléctricamente no conductor o al menos eléctricamente menos conductor que el conductor eléctrico 31 incrustado en el mismo, pero no obstante en la medida de lo posible es buen termoconductor. El material 32 puede ser de cerámica o de un material compuesto, por ejemplo, un material compuesto que contiene cerámica. A pesar de sus propiedades de aislamiento eléctrico, estos materiales son muy buenos termoconductores y acumuladores de calor.
La figura 6 muestra una configuración alternativa del conductor eléctrico 31 dentro de la resistencia de frenado 30. En la forma de realización de acuerdo con la figura 6, el conductor eléctrico presenta una estructura serpenteante que tiene el efecto de que la longitud de conductor del conductor eléctrico es significativamente más larga que la longitud Lb de la resistencia de frenado en la dirección longitudinal X del vehículo.
El conductor eléctrico 31 puede estar dispuesto directamente sobre la superficie de la resistencia de frenado 30, como ya se ha explicado en relación con la figura 4. Alternativamente, el conductor eléctrico también puede estar incrustado dentro de un material 32, tal como se muestra en la figura 5. Como se explica en relación con las figuras 1 y 2, el propio conductor eléctrico 31 puede constituir la envolvente del vehículo 11 en algunas secciones o puede estar dispuesto a una distancia directa de esta.
La figura 7 muestra un ejemplo de realización de un vehículo ferroviario de alta velocidad 10 que consta de varios elementos articulados. El vehículo ferroviario de alta velocidad 10 presenta al menos un vagón propulsado o propulsable 100 y al menos un vagón no propulsado 101 acoplado a este. Una resistencia de frenado 30 de un dispositivo de frenado 20 que abarca todo el vagón se encuentra en el vagón no propulsado 101 y un generador electrodinámico 21 del dispositivo de frenado electrodinámico 20 se encuentra en el vagón propulsado 100. La resistencia de frenado 30 es alimentada por el generador electrodinámico 21 -en caso de un proceso de frenado- con una corriente de frenado I.
Por tanto, en el caso del vehículo ferroviario de alta velocidad 10, se utilizan ventajosamente vagones no propulsados para disipar el calor de las resistencias de frenado que se alimentan desde los vagones propulsados. Las resistencias de frenado constituyen una sección permanentemente cerrada A de la envolvente del vehículo 11 alrededor de la cual fluye el viento relativo F cuando el vehículo está en desplazamiento, o están dispuestas en las inmediaciones de tal sección.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle mediante ejemplos de realización preferidos, la invención no está limitada por los ejemplos divulgados y el experto en la materia pueden derivar de los mismos otras variaciones, sin abandonar el alcance de protección de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo que presenta al menos un dispositivo de frenado electrodinámico (20) con al menos una resistencia de frenado (30),
caracterizado por que
la al menos una resistencia de frenado (30) comprende al menos un conductor eléctrico (31) que está incrustado en un material eléctricamente no conductor (32), en donde un lado exterior del material no conductor constituye una sección permanentemente cerrada (A) de la envolvente del vehículo (11) alrededor de la cual fluye el viento relativo (F) por fuera cuando el vehículo está en movimiento, y la resistencia de frenado (30) disipa el calor hacia el exterior al ambiente a través de la sección permanentemente cerrada (A), y
la energía de frenado alimentada a la al menos una resistencia de frenado (30) durante la duración de un frenado a fondo del vehículo por medio del dispositivo de frenado electrodinámico (20) es mayor que el calor que se puede disipar al ambiente a través de la sección permanentemente cerrada (A) durante la duración del frenado, en donde una duración máxima del frenado por medio del dispositivo de frenado electrodinámico (20) está limitada por la capacidad máxima de absorción de calor de la resistencia de frenado (30).
2. Vehículo según la reivindicación 1,
caracterizado por que
la sección permanentemente cerrada (A) está libre de partes mecánicamente móviles que influyan en la corriente de aire.
3. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la capacidad de absorción de calor de la al menos una resistencia de frenado (30) está dimensionada de tal modo que pueda absorber, sin resultar destruida, al menos la energía de frenado que se alimenta a la resistencia de frenado (30) en caso de un frenado a fondo menos el calor disipado durante el frenado a través de la sección permanentemente cerrada (A).
4. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la capacidad de absorción de calor de cada resistencia de frenado (30) es de al menos 50 MJ.
5. Vehículo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que
la posible disipación de calor de la al menos una resistencia de frenado (30) a través de la sección permanentemente cerrada (A) a una velocidad es siempre mayor que el calor generado en la resistencia de frenado (30) en caso de un frenado a fondo a esta velocidad.
6. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la disipación de calor por convección es mayor que por radiación térmica, al menos en promedio temporal durante la duración de un frenado a fondo o en cualquier instante.
7. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
el vehículo consta de varios elementos articulados y comprende al menos un vagón propulsable (100), y cada vagón propulsable (100) presenta al menos una resistencia de frenado (30), siendo la capacidad de absorción de calor de las resistencias de frenado (30) en cada caso, por resistencia de frenado o al menos en total por vagón, de al menos 100 MJ.
8. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
el vehículo consta de varios elementos articulados y comprende al menos un vagón no propulsado (101), y el al menos un vagón no propulsado (101) presenta al menos una resistencia de frenado (30), siendo la capacidad de absorción de calor de las resistencias de frenado (30) en cada caso, por resistencia de frenado o al menos en total por vagón, de al menos 100 MJ,
en donde la al menos una resistencia de frenado (30) del al menos un vagón no propulsado (101) se alimenta con una corriente de frenado (I) que es suministrada por un vagón propulsable (100) durante un frenado del vehículo.
9. Vehículo según la reivindicación 1,
caracterizado por que
el conductor eléctrico (31) presenta una estructura serpenteante o estructura en banda con bandas conductoras (31a) preferentemente paralelas, o constituye una bobina o una espiral conductora.
10. Vehículo según la reivindicación 1,
caracterizado por que
el conductor eléctrico (31) está incrustado en cerámica o en un material compuesto, en particular un material compuesto que contiene cerámica.
11. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
el vehículo es un vehículo ferroviario de alta velocidad (10), en particular con una velocidad máxima de al menos 250 km/h.
12. Vehículo según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la al menos una resistencia de frenado (30) comprende una sección de un bimetal por la que fluye la corriente durante el frenado y que al calentarse deforma la sección permanentemente cerrada (A) de la envolvente del vehículo (11).
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