ES2909589T3

ES2909589T3 - Grapa tensora para la fijación de un carril sobre un subsuelo

Info

Publication number: ES2909589T3
Application number: ES17805122T
Authority: ES
Inventors: Winfried Bösterling; Duo Liu
Original assignee: Vossloh Fastening Systems GmbH
Current assignee: Vossloh Fastening Systems GmbH
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: ZA201902862B; US11492763B2; CA3042122A1; KR20190077080A; CN109983178A; JP2019535934A; US20190284765A1; AU2017359912B2; EP3541993B1; AU2017359912A1; CA3042122C; MX2019005392A; CN109952400A; CN109952400B; LT3541993T; PL3541993T3; JP6864740B2; WO2018091353A2; HRP20220411T1; US20190338470A1

Abstract

Grapa tensora para la sujeción elástica de un carril para vehículos ferroviarios, que comprende un pie, un alma apoyada sobre el pie y una cabeza de carril soportada por el alma, - con una sección central (2; 102) en forma de bucle, que presenta dos alas (4,5;104,105) y una sección de base (3;103) que une las alas (4,5;104,105) entre sí, estando orientados un lado frontal libre de la sección de base (3;103) hacia un lado delantero (V) de la grapa tensora (1;101), un lado superior libre de la sección central (2;102) hacia un lado superior (O) de la grapa tensora (1;101), y las alas (4,5;104,105) de la sección central, con sus extremos opuestos a la sección de base (3;103), hacia el lado trasero (R) de la grapa tensora (1;101), - con dos secciones de torsión (8,9;108,109), cada una de las cuales está conectada al extremo, opuesto a la sección de base (3;103), de una de las alas (4,5;104,105) de la sección central (2;102), extendiéndose lateralmente hacia fuera las secciones de torsión (8,9;108,109) partiendo del ala (4,5;104,105) asignada respectivamente a las mismas y presentando en su lado inferior una zona de apoyo (10,11;110,111), con la cual la grapa tensora (1;101) está apoyada durante el uso sobre el componente que lo soporta, y - con dos brazos de sujeción (12;13;112,113), cada uno de los cuales está conectado al extremo, opuesto al ala (4,5;104,105) asignada de la sección central (2;102), de una de las secciones de torsión (8,9;108,109), discurriendo los brazos de sujeción (12;13;112,113) en dirección hacia el lado delantero (V) de la grapa tensora (1;101) y presentando cada uno una sección de resorte (14,15;114,115) arqueada hacia el lado superior (O) de la grapa tensora (1;101) así como una sección de apoyo (18,19;118,119) situada a continuación, que finaliza en un extremo libre del brazo de sujeción (12,13;112,113) y que en su lado inferior tiene una zona de apoyo (20,21;120,121), con la que el brazo de sujeción (12,13;112,113) correspondiente se apoya durante el uso sobre el pie de carril que ha de ser fijado, estando orientadas cada una de las secciones de apoyo (18,19;118,119) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) lateralmente hacia fuera con respecto a la sección central (2;102) de la grapa tensora (1;101), caracterizada por que las zonas de apoyo (20,21;120,121) de las secciones de apoyo (18,19;118,119) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) están realizadas cada una de ellas en forma de punto y, por que, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (1;101), las rectas (G1,G2) que unen en un centro de las zonas de apoyo (20,21;120,121) de las secciones de apoyo (18,19;118,119) de los brazos de sujeción (12,13;112,113), a un centro (Z10,Z11;Z110,Z111) de la zona de apoyo (10,11;110,111) de la sección de torsión (8,9;108,109) asignada al respectivo brazo de sujeción (12,13,112,113), se cruzan en una zona situada en el lado trasero (R) de la grapa tensora (1;101).

Description

DESCRIPCIÓN

Grapa tensora para la fijación de un carril sobre un subsuelo

La invención se refiere a una grapa tensora para la fijación de un carril para vehículos ferroviarios según el preámbulo de la reivindicación 1. Una grapa tensora de este tipo se conoce por el documento WO2012/059374A1. Según la invención, una grapa tensora de este tipo es adecuada para un punto de fijación en el que un carril para un vehículo ferroviario está fijado sobre un subsuelo.

El subsuelo en el que está instalado un punto de fijación según la invención es normalmente una traviesa o una placa hecha de un material sólido tal como hormigón o similar. Sin embargo, el punto de fijación según la invención también puede estar montado sobre traviesas de madera convencionales que sirvan de base.

Los carriles fijados por medio de los componentes y puntos de fijación mejorados mediante la invención habitualmente presentan un pie de carril, un alma de carril que descansa sobre el pie de carril y una cabeza de carril soportada por el alma de carril.

Los puntos de fijación del tipo en cuestión aquí o los sistemas que comprenden los componentes en cuestión aquí para la fabricación de este tipo de puntos de fijación son conocidos en muchas variantes. Ejemplos de este tipo de sistemas están representados en los folletos publicados por la solicitante, que están disponibles para su descarga, por ejemplo, en la URL http://www.vossloh-fastening-systems.com/de/produkte_2015/anwendungsbereiche/ conventional_rail/conventiona_rail_1.html. Como ejemplos cabe mencionar aquí el folleto "System W 41 UHochelastische Schienenbefestigung, Hochelastische Schinenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn -die universelle Losung für den Schotteroberbau mit sickenloser Betonschwelle”, estado 09/2014, el folleto "SystemW21 - Hochelastische Schienenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn - die moderne Losung für den Schotteroberbau mit Betonschwelle”, estado 02/2015 o el folleto "System 300 Hochelastische Schienenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn - die bewahrte Losung für die Feste Fahrbahn“,estado 02/2015.

Los sistemas de fijación de carriles conocidos (véanse, por ejemplo, también el documento WO2006/005543A1 y las otras publicaciones de patente mencionadas a continuación) y los puntos de fijación de carril fabricados a partir de ellos, comprenden por tanto como componentes de los que se componen normalmente una placa de guía (véase, por ejemplo, el documento WO2010/091725A1) que está prevista para el guiado lateral del carril, una grapa tensora en forma de W prevista para el posicionamiento sobre la placa de guía (véase, por ejemplo, el documento WO2012/059374A1) y un elemento tensor (véase, por ejemplo, el documento WO2014/029705A1) que sirve para tensar la grapa tensora contra el subsuelo (véase, por ejemplo, el documento WO2006/005543A1).

Estos componentes básicos de los sistemas de fijación de carriles pueden complementarse respectivamente opcionalmente con placas de base (véase, por ejemplo, el documento WO2011/110456A1) que se usan para ajustar la altura del carril sobre el subsuelo o para distribuir por una gran superficie las cargas que se producen cuando el carril es atravesado por un vehículo ferroviario, con capas intermedias elásticas (véase, por ejemplo, el documento WO2005/010277A1) que igualmente se colocan debajo del carril o de los otros componentes en forma de placa del sistema para garantizar una determinada flexibilidad del carril en el punto de fijación formado respectivamente por el sistema, en la dirección de la fuerza de gravedad, y con elementos aislantes (véase, por ejemplo, el documento WO2015/051 841A1), que normalmente se colocan entre el elemento de resorte y el pie de carril que ha de ser fijado, para garantizar un aislamiento eléctrico optimizado con respecto al subsuelo.

Las grapas tensoras en forma de W o de w generalmente están hechas en una sola pieza y por doblado a partir de un alambre de acero para resortes de una sola vez. Habitualmente, presentan una sección central en forma de V o de U, que presenta dos alas orientadas paralelamente entre sí. Estas alas delimitan entre sí un espacio libre, por el que el respectivo medio tensor, normalmente un tornillo de traviesa o un perno roscado, está introducido con su vástago en el subsuelo. En un extremo, las alas habitualmente están unidas entre sí a través de una sección de base que está orientada hacia el lado delantero, asignado al carril, de la grapa tensora. En cambio, respectivamente al otro extremo de las alas de la sección central, está moldeada normalmente respectivamente una sección de torsión que de forma orientada lateralmente hacia afuera parte del ala asignada respectivamente de la sección central.

Las secciones de torsión están conformadas de forma arqueada en dirección hacia el lado inferior de la grapa tensora de tal manera que, durante el uso, el elemento de resorte puede apoyarse en el área de las secciones de torsión en una zona de apoyo realizada en la respectiva sección de torsión sobre una superficie de contacto que está realizada en el lado superior del componente que soporta el elemento de resorte, por ejemplo, una placa de guía. En su extremo opuesto a la sección central, las secciones de torsión habitualmente se convierten respectivamente en un brazo de sujeción que, en vista lateral, normalmente está curvado en dirección hacia el lado superior de la grapa tensora y, en vista en planta desde arriba, está orientado en dirección hacia el lado delantero del carril que ha de ser fijado. Las secciones finales libres de los brazos de sujeción normalmente están orientadas en dirección hacia la sección central. Con estas secciones finales, durante el uso, la grapa tensora se apoya sobre el pie del carril que ha de ser fijado.

En el lado inferior de las secciones finales están realizadas zonas de apoyo, con las que las secciones finales descansan sobre el pie de carril durante el uso. En las grapas tensoras conocidas de la práctica, las zonas de apoyo de los brazos de sujeción y de las secciones de torsión se encuentran generalmente en una recta que está orientada sustancialmente de forma paralela al eje de simetría de la grapa tensora.

Un ejemplo de una grapa tensora realizada de la manera descrita anteriormente, empleada en la práctica y denominada "Skl15" se describe en el folleto mencionado anteriormente "System 300 Hochelastische Schienenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn - die bewahrte Losung für die Feste Fahrbahn".

A través del diseño de los brazos de sujeción y la forma y orientación de sus secciones finales, la flexibilidad elástica y, por tanto, la fuerza de sujeción asignada ejercida sobre el carril a través de los brazos de sujeción se puede adaptar a los requisitos y las cargas que surgen en el uso práctico. De la misma manera, se puede influir en el comportamiento de resorte de la grapa tensora mediante la conformación de las secciones de torsión y la sección central así como de las secciones de transición presentes eventualmente entre la sección central y las secciones de torsión así como entre las secciones de torsión y los brazos de sujeción.

Las placas de guía presentan habitualmente elementos conformados en su lado superior, sobre los que el elemento de resorte que debe disponerse sobre la respectiva placa de guía está guiado de tal manera que mantiene su posición durante el uso incluso bajo las cargas que se producen en la práctica. Para ello, por ejemplo, en el lado superior de la placa de guía pueden estar realizados ahondamientos en forma de acanaladuras, en las que, durante el uso, asientan las secciones de torsión del elemento de resorte, o un alma central en el que se guía y se apoya el bucle central.

Ha resultado que la vida útil de las grapas tensoras depende decisivamente de su comportamiento de vibración. Se sabe que las grapas tensoras generalmente tienen varias frecuencias propias.

En el uso práctico, las grapas tensoras son excitadas a vibrar cuando un tren pasa sobre el carril sujeto por medio de las grapas tensoras. Los fallos que se repitan periódicamente en el carril o en las ruedas de los vehículos ferroviarios pueden provocar aquí una resonancia excesiva. Si esta está próxima a una de las frecuencias propias de la grapa tensora, se produce un aumento dramático de la amplitud de vibración, especialmente en la zona de los brazos de sujeción de la grapa tensora. La consecuencia es una falla repentina, prematura de la grapa tensora debido a una rotura que normalmente se produce en la zona de sus secciones de torsión o en la zona de transición entre los brazos de sujeción y las secciones de torsión.

En un artículo de Maximilian Steiger publicado en la revista “EI - Der Eisenbahningenieur”, agosto de 2016, página 25 y siguientes, se informa sobre investigaciones para la optimización del comportamiento dinámico de fijaciones de carril. Como resultado de estas investigaciones, se han propuesto tres medidas para evitar daños en fijaciones de carril como consecuencia de resonancias.

La primera de las medidas propuestas consiste en la disposición de elementos adicionales absorbedores de vibraciones en la grapa tensora. Estos elementos adicionales que tienen, por ejemplo, forma de disco o de tubo flexible deben disponerse especialmente en la zona de los brazos de sujeción. Sin embargo, la investigación también ha arrojado que este tipo de absorbedores de vibraciones son altamente eficaces, pero susceptibles de destrucción, por lo que el artículo llega a la conclusión de que la utilidad práctica de tales absorbedores es cuestionable.

Como segunda medida, en el artículo se propuso un aumento de las superficies de contacto previstas para la grapa tensora en la respectiva placa de guía. La investigación ha arrojado que mediante apoyos aumentados se puede seguir aumentando las frecuencias propias de las grapas tensoras de tal manera que estén fuera del rango en el que normalmente se produce una excitación en la práctica. En la práctica, sin embargo, resultaron problemáticos los movimientos relativos que la grapa tensora y la placa de guía realizan inevitablemente al pasar sobre el carril guiado lateralmente por la placa de guía y sujetado por la grapa tensora, como consecuencia de los movimientos horizontales y verticales del carril que durante ello se producen inevitablemente. Por estos movimientos, en la zona de los apoyos ensanchados se produce un mayor desgaste que pone en cuestión la viabilidad del ensanchamiento propuesto de los apoyos.

Finalmente, como tercera medida, en el artículo se proponía un cambio de la geometría de la grapa tensora misma. Esta medida también tiene como fin aumentar la frecuencia propia de la grapa tensora hasta un rango fuera de la excitación que se produce en la práctica. Como característica de configuración crítica se han reconocido la forma de los brazos de sujeción y la distancia entre los brazos de sujeción y el llamado "eje de basculación" de los brazos de sujeción. En este contexto, como ejes de basculación de los brazos de sujeción se han designado las rectas que unen entre sí el centro de la zona en la que el respectivo brazo de sujeción se apoya por su extremo libre sobre el pie de carril durante el uso y el centro de la zona en la que el respectivo brazo de sujeción se apoya por su otro extremo sobre la placa de guía. Esta zona se encuentra normalmente en la zona de la sección de torsión que está asignada al respectivo brazo de sujeción. Mediante una reducción de la distancia entre el arco descrito por los brazos de sujeción y el eje de basculación, es decir, una disminución de la altura del arco encima de la placa de guía, se conseguía a su vez aumentar suficientemente las frecuencias propias.

Sin embargo, la reducción de la geometría y especialmente de la altura de arco de los brazos de sujeción va acompañada de un cambio fundamental de las propiedades de resorte. Este puede llegar tan lejos que la grapa tensora ya no se pueda utilizar de manera óptima para el respectivo uso previsto o ya no cumpla de manera óptima los requisitos en cuanto a su comportamiento elástico.

Ante este trassubsuelo, se planteó el objetivo de proporcionar medidas aptas para la práctica para la realización de un componente individual o varios componentes que actúen en conjunto para un punto de fijación de carril con el fin de maximizar la vida útil del sistema global formado por los componentes o de sus componentes individuales.

Para conseguir este objetivo, la invención propone la realización de una grapa tensora, indicada en la reivindicación 1.

Formas de realización ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes y se explican en detalle a continuación, al igual que la idea general de la invención.

Una medida esencial para la invención y especialmente eficaz con vistas a la problemática aquí tratada, para mejorar el comportamiento de vibración de la grapa tensora misma consiste por tanto en desplazar en cada uno de los brazos de sujeción de la grapa tensora la zona con la que el brazo de sujeción correspondiente descansa sobre el pie de carril durante el uso, de tal manera que la frecuencia propia se desplace a un rango en el que durante el uso práctico ya no se produzca ninguna excitación de vibración.

Para ello, la invención propone una grapa tensora para la sujeción elástica de un carril para vehículos ferroviarios, que comprende un pie, un alma apoyada sobre el pie y una cabeza de carril soportada por el alma, que de manera conocida

- presenta una sección central en forma de bucle, que presenta dos alas y una sección de base que une las alas entre sí, estando orientados un lado frontal libre de la sección de base hacia un lado delantero de la grapa tensora, un lado superior libre de la sección central hacia un lado superior de la grapa tensora y las alas de la sección central, con sus extremos opuestos a la sección de base, hacia el lado trasero de la grapa tensora, - dos secciones de torsión, una de las cuales está conectada respectivamente al extremo, opuesto a la sección de base, de una de las alas de la sección central, extendiéndose lateralmente hacia fuera las secciones de torsión partiendo del ala asignada respectivamente a las mismas, presentando en su lado inferior una zona de apoyo con la que la grapa tensora está apoyada durante el uso sobre el componente que lo soporta, y

- dos brazos de sujeción, uno de los cuales está conectado respectivamente al extremo, opuesto al ala asignada de la sección central, de una de las secciones de torsión, discurriendo los brazos de sujeción en dirección hacia el lado delantero de la grapa tensora, presentando respectivamente una sección de resorte curvada hacia el lado superior de la grapa tensora así como una sección de apoyo situada a continuación, que finaliza en un extremo libre del brazo de sujeción y que en su lado inferior tiene una zona de apoyo, con la que el brazo de sujeción correspondiente se apoya durante el uso sobre el pie de carril que ha de ser fijado, estando orientadas las secciones de apoyo de los brazos de sujeción lateralmente hacia fuera, respectivamente con respecto a la sección central de la grapa tensora.

Según la invención, las zonas de apoyo de las secciones de apoyo de los brazos de sujeción están realizadas respectivamente de forma puntual y, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora, las rectas que unen respectivamente un centro de las zonas de apoyo de las secciones de apoyo de los brazos de sujeción a un centro de la zona de apoyo de la sección de torsión asignada al respectivo brazo de sujeción, se cruzan en una zona situada en el lado trasero de la grapa tensora.

Sorprendentemente, se ha demostrado que por el hecho de que en una grapa tensora según la invención, las zonas de apoyo de las secciones de apoyo de los brazos de sujeción y de la sección de torsión, a la que está conectado el respectivo brazo de sujeción, ya no están situadas en una paralela a el eje de simetría de la grapa tensora, sino en una recta que junto con este eje de simetría encierra un ángulo agudo que se estrecha hacia el lado trasero de la grapa tensora, las frecuencias propias de la grapa tensora se pueden aumentar efectivamente de tal manera que están situadas claramente fuera de las frecuencias de excitación que se producen durante el uso práctico. Mediante la invención se mejora claramente la durabilidad de la grapa tensora, sin que esto conduzca a un cambio sustancial del comportamiento de resorte. Por lo tanto, la invención elimina los problemas que hasta ahora se producen en la práctica, sin que para ello se requiera una reconfiguración fundamental de los componentes de un sistema de fijación de carriles.

Evidentemente, la invención no excluye que se pueda realizar un comportamiento dinámico optimizado de las medidas en una grapa tensora según la invención para seguir optimizando el comportamiento de vibración. Entre estas figuran especialmente la reducción de la altura de la flexión de los brazos de sujeción encima de la superficie de contacto sobre la que se monta la grapa tensora y el aumento de las zonas de apoyo con las que las secciones de apoyo de los brazos de sujeción asientan sobre el pie de carril durante el uso.

Las rectas que discurren por los centros de las zonas de apoyo de las secciones de apoyo y las secciones de torsión asignadas unas a otras respectivamente encierran, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora, preferiblemente un ángulo de al menos 60°, especialmente de más de 60°, o de al menos 90°, especialmente de más de 90°, para establecer la mayor distancia posible entre las frecuencias propias de la grapa tensora y una posible frecuencia de excitación. Con vistas al efecto de resorte de la grapa tensora, ha resultado ser ventajoso si el ángulo encerrado entre las rectas, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora, es de como máximo 120°, especialmente de menos de 120°.

Para desplazar las frecuencias propias de una grapa tensora según la invención, como elemento de configuración opcional puede contribuir adicionalmente la orientación elegida respectivamente de los brazos de sujeción. Con vistas al desplazamiento deseado de la frecuencia propia, puede resultar conveniente por tanto si, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora, los brazos de sujeción discurren respectivamente hacia fuera en sentido contrario a la sección central, partiendo de la sección de torsión que les está asignada. En otros casos, sorprendentemente resulta un desplazamiento optimizado de la frecuencia propia. si los brazos de sujeción, a su vez en vista en planta desde arriba de la grapa tensora, discurren respectivamente hacia dentro en dirección hacia la sección de base de la sección central, partiendo de la sección de torsión que les está asignada. Esto es válido especialmente si los brazos de sujeción, igualmente en vista en planta desde arriba, discurren respectivamente en línea recta al menos a lo largo de un área parcial de la longitud de sus secciones de resorte. Esta realización permite con respecto al comportamiento de vibración de la grapa tensora unos cursos de radio ventajosos en la transición entre las alas de la sección central y la sección de torsión conectada respectivamente a estas y entre las secciones de torsión y el brazo de sujeción conectado respectivamente a estas.

Con vistas a la capacidad de fabricación y la durabilidad de una grapa tensora según la invención, resulta ventajoso además si, asimismo opcionalmente, la sección de resorte de los brazos de sujeción se convierte, respectivamente con una curva sin salto, en la sección de apoyo asignada.

Además, a la durabilidad y a un comportamiento de resorte óptimo de una grapa tensora según la invención puede contribuir si, a su vez opcionalmente, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora, las zonas de apoyo de los brazos de sujeción, sobresalen con respecto al lado frontal libre de la sección de base de la sección central, en dirección hacia el lado delantero de la grapa tensora.

Un comportamiento de vibración de las grapas tensoras conformadas según la invención, adaptado especialmente bien a las condiciones que se dan en la práctica se produce si para la distancia AS, medida paralelamente al eje de simetría de la grapa tensora, entre el centro de las zonas de apoyo de los brazos de sujeción y el punto de intersección de las rectas que unen respectivamente el centro de las zonas de apoyo de los brazos de sujeción al centro de la zona de apoyo de la sección de torsión asignada al respectivo brazo de sujeción, y para la distancia AG, igualmente medida paralelamente al eje de simetría, entre las zonas de apoyo de los brazos de sujeción y los centros de las zonas de apoyo de las secciones de torsión, se cumple que:

1.2 x AG < AS < 1,8 AG.

Ha resultado ser particularmente apto para la práctica si se cumple que:

1.3 x AG < AS < 1,7 AG.

Conforme a lo explicado anteriormente, un ejemplo de un punto de fijación en el que un carril para un vehículo ferroviario, que comprende un pie, un alma que descansa sobre el pie y una cabeza de carril soportada por el alma, está fijado sobre un subsuelo, presenta una placa de guía que actúa contra el borde lateral del pie del carril para el guiado lateral del carril y una grapa tensora posicionada sobre la placa de guía, que se apoya con las secciones finales libres de sus brazos de sujeción sobre el pie del carril para ejercer una fuerza de sujeción elástica sobre el carril. La grapa tensora según la invención está realizada a modo de ejemplo.

Para tensar la grapa de tracción, un punto de fijación puede comprender, de manera conocida de por sí, un elemento tensor tal como un tornillo de traviesa o un perno de traviesa, por medio del cual la grapa tensora queda tensada contra el subsuelo. El elemento tensor en cuestión normalmente se hace pasar por el espacio delimitado entre las alas de la sección central de la grapa tensora y por una abertura, presente por debajo, de la placa de guía, hasta el subsuelo donde se ancla. El anclaje puede realizarse igualmente de manera conocida de por sí, por medio de un taco introducido en el subsuelo o mediante otra fijación adecuada.

Para la protección de la grapa tensora instalada en un punto de fijación para un carril del tipo en cuestión aquí, también puede contribuir que entre las secciones finales de los brazos de sujeción de la grapa tensora y el pie de carril esté dispuesto un elemento aislante que aísla eléctricamente la grapa tensora con respecto al pie de carril y que al menos por secciones se compone de un material amortiguador o elásticamente flexible. Por ejemplo, el aislador puede estar realizado como elemento sándwich en el que se combinan capas eléctricamente aislantes con capas amortiguadoras o elásticas para lograr, con una resistencia suficiente a las fuerzas de sujeción aplicadas por la grapa tensora, por una parte, el aislamiento eléctrico requerido y, por otra parte, una separación en términos de vibración entre el carril y la grapa tensora. Las medidas mencionadas aquí, referidas al elemento aislante, contribuyen ya de por sí, es decir, independientemente de las características de realización presentadas anteriormente, a mejorar la durabilidad de la grapa tensora empleada en un punto de fijación de carril, pero evidentemente tienen un efecto especialmente ventajoso en la realización de un punto de fijación.

Otro componente que se emplea generalmente en puntos de fijación del tipo en cuestión aquí es una capa intermedia elástica que, por regla general, se dispone entre el pie de carril y el subsuelo para conferir al apoyo del carril una determinada flexibilidad en el sentido de la fuerza de gravedad. Por el hecho de que el comportamiento de amortiguación de la capa intermedia elástica se adapta a las frecuencias de excitación que se producen en la práctica, igualmente se puede contribuir a evitar una excitación excesiva de la grapa tensora en el rango de sus frecuencias propias.

A continuación, la invención se explica con más detalle con la ayuda de un dibujo que representa ejemplos de realización. Muestran respectivamente esquemáticamente:

la figura 1 una grapa tensora según la invención en una vista en planta desde arriba;

la figura 2 la grapa tensora según la figura 1 en una vista en perspectiva desde su lado delantero;

la figura 3 la grapa tensora según las figuras 1 y 2 en alzado lateral.;

la figura 4 una segunda grapa tensora según la invención en vista en planta desde arriba;

la figura 5 la grapa tensora según la figura 4 en una vista en perspectiva desde su lado delantero;

la figura 6 la grapa tensora según las figuras 4 y 5 en una vista desde su lado trasero;

la figura 7 la grapa tensora según las figuras 4 a 6 en alzado lateral;

la figura 8 un diagrama con líneas características de fuerza / recorrido determinadas para una grapa tensora convencional y para la grapa tensora representada en las figuras 4 a 7.

La grapa tensora 1 según la invención, representada en las figuras 1 a 3 y hecha por doblado en una sola pieza a partir de un alambre para resortes de sección transversal circular, presenta una sección central 2 en forma de U con una sección de base 3 arqueada, asignada al lado delantero V de la grapa tensora, y con alas 4,5 conformadas de forma recta y conectadas a la misma. En el lado superior de las alas 4.5 de la sección central 2, que está asignado al lado superior O de la grapa tensora 1, están previstas superficies de contacto 6, 7 aplanadas, sobre las que durante el uso asienta con su cabeza de tornillo un tornillo de traviesa no representado aquí que sirve de elemento tensor para tensar la grapa tensora 1.

En sus extremos opuestos a la sección de base 3 y orientados hacia el lado trasero R de la grapa tensora 1, las alas 4,5 de la sección central 2 se convierten respectivamente en una sección de torsión 8,9 de la grapa tensora 1. Las secciones de torsión 8.9 están arqueadas respectivamente en dirección hacia el lado inferior U de la grapa tensora 1 y se extienden de forma orientada lateralmente hacia fuera en sentido contrario al ala 4,5 asignada respectivamente. En su lado inferior, las secciones de torsión 8.9 presentan respectivamente una zona de apoyo 10,11, con la que, durante el uso, asientan sobre una superficie de contacto de una placa de guía.

Al extremo de las secciones de torsión 8,9, que está opuesto respectivamente a la sección central 2, está conectado respectivamente un brazo de sujeción 12,13. Los brazos de sujeción 12,13 están realizados en la zona de sus secciones de resorte 14,15 respectivamente de forma curvada en forma de arco en dirección hacia el lado superior O de la grapa tensora 1 y discurren partiendo de la respectiva sección de torsión 8,9, en dirección hacia el lado delantero V de la grapa tensora 1. Están orientados de tal manera que, en vista en planta desde arriba (figura 1), la distancia de los brazos de sujeción 12,13, medida paralelamente a la recta de unión G entre los centros Z10,Z11 de las zonas de apoyo 10,11, aumenta respectivamente partiendo de las secciones de torsión 8,9.

En sus extremos libres 16,17, los brazos de soporte 12,13 terminan respectivamente en una sección de apoyo 18,19 que está situada a continuación de a su respectiva sección de resorte 14,15 y con la cual, en el estado de uso, el brazo de sujeción 12,13 asienta sobre el pie del carril no representado que ha de ser fijado en el respectivo punto de fijación de carril. Para ello, en el lado inferior U de las secciones de apoyo 18,19, asignado al lado inferior U de la grapa tensora 1, están realizadas respectivamente zonas de apoyo 20,21 puntuales en los extremos 16,17 de los brazos de sujeción 12,13.

Las secciones de apoyo 18,19 están conformadas en una curva sin salto, partiendo de la respectiva sección de resorte 14,15 de forma orientada lateralmente hacia fuera en sentido contrario a la sección central 2, de tal manera que se ciñen tangencialmente a una recta orientada paralelamente a la recta de unión G. La longitud de los brazos de sujeción 12,13 está dimensionada de tal manera que, en vista en planta desde arriba (figura 1), las zonas de apoyo 20,21 puntuales se encuentran delante de la sección de base 3 de la sección central 2 en dirección hacia el lado delantero V de la grapa tensora 1.

Como consecuencia de la disposición orientada hacia afuera de las secciones de apoyo 18,19 y las zonas de apoyo 20,21 puntuales, por tanto lateralmente exteriores, de los brazos de sujeción 12,13, las rectas de unión G1, G2, que por una parte (recta de unión G1) unen el centro Z10 de la zona de apoyo 10 de la sección de torsión 8 a la zona de apoyo 20 puntual, que por tanto representa su propio centro, del brazo de sujeción 12 conectado a la sección de torsión 8 y por otra parte (recta de unión G2) unen el centro Z11 de la zona de apoyo 11 de la sección de torsión 9 a la zona de apoyo 21 puntual, que por tanto igualmente representa su propio centro, del brazo de sujeción 13 conectado a la sección de torsión 9, están dispuestas en un ángulo agudo 131 con respecto al eje de simetría S de la grapa tensora 1 y encierran entre sí un ángulo 32 de aproximadamente 70°. Por consiguiente, en vista en planta desde arriba (figura 1) se cruzan en un punto de intersección SG situado detrás del lado trasero R de la grapa tensora 1.

La distancia AS medida paralelamente al eje de simetría S entre las zonas de apoyo 20,21 puntuales de los brazos de sujeción 12,13 que forman su propio centro, por una parte, y el punto de intersección SG, por otra parte, corresponde a aproximadamente 1,5 veces la distancia AG, igualmente medida paralelamente al eje de simetría S, entre las zonas de apoyo 20,21 puntuales y los centros Z10, Z11 de las zonas de apoyo 10,11 de las secciones de torsión 8,9. En la práctica, la distancia AG puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 100 mm y la distancia AS puede ser de aproximadamente 150 mm, pudiendo variarse la distancia AS también dentro del intervalo de, por ejemplo, 130 mm a 170 mm, si conviene con respecto al ajuste de las frecuencias propias o por circunstancias de construcción.

Experimentos prácticos han arrojado que la grapa tensora 1 presenta frecuencias propias al menos un 50% más elevadas frente a una grapa tensora 101 conformada de manera convencional que se muestra en las figuras 4 a 5. Estas son tan altas que no se produce ninguna excitación de la grapa tensora 1 en el rango de sus frecuencias propias, incluso en condiciones de uso desfavorables como se puede dar, por ejemplo, en túneles o puentes.

La grapa tensora 101, igualmente según la invención, representada en las Figuras 4 a 7, igualmente hecha por doblado en una sola pieza a partir de un alambre para resortes con una sección transversal circular, presenta, como la grapa tensora 1, una sección central 102 en forma de U con una sección de base 103 arqueada, asignada al lado delantero V de la grapa tensora, y alas 104,105 rectas conectadas a esta. En el lado superior de las alas 104,105 de la sección central 102, que está asignado al lado superior O de la grapa tensora 101, están previstas superficies de contacto 106, 107 aplanadas, sobre las que, durante el uso, asienta con su cabeza de tornillo un tornillo de traviesa, no representado aquí, que sirve como elemento tensor para tensar la grapa tensora 101.

En sus extremos opuestos a la sección de base 103, orientados hacia el lado trasero R de la grapa tensora 101, las alas 104 ,105 de la sección central 102 se convierten respectivamente en una sección de torsión 108,109 de la grapa tensora 101. En su lado inferior, las secciones de torsión 108,109 presentan respectivamente una zona de apoyo 110,111, con la que, durante el uso, asientan sobre una superficie de contacto de una placa de guía.

Las secciones de torsión 108,109 están dobladas respectivamente en dirección hacia el lado inferior U de la grapa tensora 101 y se extienden lateralmente hacia fuera partiendo del respectivo ala 104,105 asignada. Partiendo del respectivo ala 104,105, la respectiva sección de torsión 108,109 se extiende en un arco más estrecho que en la grapa tensora 1, en primer lugar, en dirección hacia el lado inferior U de la grapa tensora 101 y, a continuación, hacia fuera, en un arco adicional que igualmente es más estrecho que el arco correspondiente en la grapa tensora 1. A continuación, se encuentra una zona de la respectiva sección de torsión 108,109, que está orientada partiendo lateralmente del ala 104,105 asignada y que, en vista en planta desde arriba (figura 4), es más larga que la zona correspondiente de la grapa tensora 1. A continuación de esta zona se encuentra un arco 108',109' adicional, a través del cual las secciones de torsión 108,109 se convierten en el respectivo brazo de sujeción 112,113 conectado a estas. El radio de curvatura de estos arcos 108',109' es mayor que el arco correspondiente de la grapa tensora 1, visto una vista en planta desde arriba (figura 4) y se extiende a lo largo de un mayor intervalo angular que en la grapa tensora 1. De esta manera, los brazos de sujeción 112,113 de la grapa tensora 101 están orientados en dirección hacia la sección de base 103 libremente saliente de la sección central 102 de la grapa tensora 101, partiendo de su conexión a la respectiva sección de torsión 108,109 asignada. Los brazos de sujeción 112,113 presentan, vistos en planta desde arriba (figura 4), una zona 112',113' en la que están conformados de forma recta. Si, en vista en planta dese arriba (figura 4), se tiende respectivamente una recta coaxialmente al eje longitudinal de las zonas 112',113', estas rectas se cruzan en un punto situado en el lado delantero V de la grapa tensora 101 y el eje de simetría S de la grapa tensora 101. Al mismo tiempo, los brazos de sujeción 112,113 están realizados de forma curvada en forma de arco en la zona de sus secciones de resorte 114, 115, respectivamente en dirección hacia el lado superior O de la grapa tensora 1.

En sus extremos libres 116,117, los brazos de sujeción 112,113 terminan respectivamente en una sección de apoyo 118,119 situada a continuación de su respectiva sección de resorte 114, 115, con la cual el respectivo brazo de sujeción 112,113 asienta, en el estado de uso, sobre el pie del carril no representado aquí, que ha de ser fijado en el respectivo punto de fijación. Para ello, en el lado inferior de las secciones de apoyo 118,119, que está asignado al lado inferior U de la grapa tensora 101, en los extremos 116,117 de los brazos de sujeción 112,113 están realizadas respectivamente zonas de apoyo 120,121 puntuales.

Las secciones de apoyo 118,119 están conformadas con una curva sin salto, partiendo de la respectiva sección de resorte 114, 115, de forma orientada lateralmente hacia afuera en sentido contrario a la sección central 102, de tal manera que se ciñen tangencialmente a una recta orientada paralelamente a la recta de unión G. La longitud de los brazos de sujeción 112,113 está dimensionada de tal manera que, visto en planta desde arriba (figura 4), las zonas de apoyo 120,121 puntuales están situadas delante de la sección de base 103 de la sección central 102 en dirección hacia el lado delantero V de la grapa tensora 101.

Como consecuencia de la disposición orientada hacia fuera de las secciones de apoyo 118,119 y de las zonas de apoyo 120,121 puntuales, situadas por tanto lateralmente fuera, de los brazos de sujeción 112,113, las rectas de unión G1, G2 que por una parte (recta de unión G1) unen el centro Z110 de la zona de apoyo 110 de la sección de torsión 108 a la zona de apoyo 120, que es puntual y por tanto representa su propio centro, del brazo de sujeción 112 conectado a la sección de torsión 108, y por otra parte (recta de unión G2), el centro Z111 de la zona de apoyo 111 de la sección de torsión 109 a la zona de apoyo 121, que es puntual y por tanto igualmente representa su propio centro, del brazo de sujeción 113 conectada a la sección de torsión, están dispuestas en un ángulo p1 agudo con respecto al eje de simetría S de la grapa tensora 101 y encierran entre sí un ángulo p2 de aproximadamente 60°. Por consiguiente, visto en planta desde arriba (figura 4), se cruzan en un punto de intersección SG situado detrás del lado trasero R de la grapa tensora 101.

La distancia AS, medida paralelamente al eje de simetría S, entre las zonas de apoyo 120,121 puntuales, que forman su propio centro, de los brazos de sujeción 112,113, por una parte, y el punto de intersección SG, por otra parte, corresponde a aproximadamente 1,7 veces la distancia AG, igualmente medida paralelamente al eje de simetría S, entre las zonas de apoyo 120,121 puntuales y los centros Z110, Z111 de las zonas de apoyo 110,111 de las secciones de torsión 108,109. En la práctica, por ejemplo, la distancia AG puede ser de aproximadamente 100 mm y la distancia AS puede ser de aproximadamente 150 mm, pudiendo variarse la distancia AS también dentro del intervalo de 130 mm a 170 mm, por ejemplo, si conviene con respecto al ajuste de las frecuencias propias o por circunstancias de construcción.

Experimentos prácticos han arrojado que la grapa tensora 101 presenta una frecuencia propia un 50% más elevada en comparación con una grapa tensora 101 conformada de manera convencional, conocida bajo la denominación Skl15 y descrita en el folleto mencionado anteriormente "System 300 Hochelastische Schienenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn: die bewahrte Losung für die Feste Fahrbahn ".

Las líneas características de fuerza / recorrido de la segunda carga y descarga, determinadas en los experimentos, están representadas en la figura 8, estando representadas la línea característica de la grapa tensora convencional Skl15 como línea continua y la línea característica de la grapa tensora 101 según la invención como línea discontinua.

Se puede ver que la línea característica de la grapa tensora 101 según la invención presenta un gradiente más plano que repercute de manera favorable en la resistencia a la fatiga de la grapa tensora 101. En consecuencia, la grapa tensora 101 no solo tiene un comportamiento de frecuencia propia mejorado en comparación con la Skl15 convencional, sino también una resistencia a la fatiga mejorada. Es decir, la grapa tensora 101 según la invención puede soportar deformaciones notablemente mayores que la grapa tensora Skl15 convencional.

Los valores característicos "frecuencia propia", resistencia a la fatiga vertical y el gradiente de la línea característica de las grapas tensoras, determinadas en los experimentos para la grapa tensora Skl15 convencional y la grapa tensora 101 según la invención figuran en la tabla 1.

Para determinar la frecuencia propia, en primer lugar, se realizaron análisis modales mediante el método de elementos finitos “MEF” y, a continuación, los resultados obtenidos se verificaron mediante mediciones en el banco de pruebas y en la vía.

La resistencia a la fatiga vertical se determinó según la norma DBS918127 de Deutsche Bahn AG, junio de 2010 (estándar DB), capítulo 5.3 "Vertikale Dauerfestigkeit".

La frecuencia propia determinada para la grapa tensora 101 es tan alta que no se produce ninguna excitación de la grapa tensora 101 en el rango de sus frecuencias propias, incluso bajo condiciones de uso desfavorables, como se pueden dar por ejemplo en túneles o puentes.

Tabla 1

Signos de referencia

1,101 Grapa tensora

2,102 Sección central de la grapa tensora 1,101

3,103 Sección de base de la sección central 2,102

4,5,104,105 Alas de la sección central 2,102

6,7,106,107 Superficies de contacto de las alas 4,5,104,105

8,,9,108,109 Secciones de torsión de la grapa tensora 1,101

108',109' Arco en la zona de la transición entre el respectivo brazo de sujeción 112,113 y la sección de torsión 108,109 asignada

10,11,110,111 Zonas de apoyo de las secciones detorsión 8,9,108,109

12,13,112, 113 Brazos de sujeción de la grapa tensora 1,101

112'113' Zona orientada de forma recta de los brazos de sujeción 112,113

14,15,114, 115 Secciones de resorte de los brazos de sujeción 12,13,112,113

16,17,116, 117 Extremos libres de los brazos de sujeción 12,13,112,113

18,19,118, 119 Secciones de apoyo de los brazos de sujeción 12,13,112,113

20,21,120,121 Zonas de apoyo puntuales (= centro de las zonas de apoyo 20,21,120,121)

131, 132 Ángulos

AG,AS Distancias

G,G1,G2 Rectas de unión

O Lado superior de las grapas tensoras 1,101

R Lado trasero de la grapa tensora 1,101

S Eje de simetría de la grapa tensora 1,101

SG Punto de intersección

U Lado inferior de la grapa tensora 1,101

V Lado delantero de la grapa tensora 1,101

Z10, Z11, Z110, Z111 Centros de las zonas de apoyo 10,11,110,111

Claims

REIVINDICACIONES

1. Grapa tensora para la sujeción elástica de un carril para vehículos ferroviarios, que comprende un pie, un alma apoyada sobre el pie y una cabeza de carril soportada por el alma,

- con una sección central (2; 102) en forma de bucle, que presenta dos alas (4,5;104,105) y una sección de base (3;103) que une las alas (4,5;104,105) entre sí, estando orientados un lado frontal libre de la sección de base (3;103) hacia un lado delantero (V) de la grapa tensora (1;101), un lado superior libre de la sección central (2;102) hacia un lado superior (O) de la grapa tensora (1;101), y las alas (4,5;104,105) de la sección central, con sus extremos opuestos a la sección de base (3;103), hacia el lado trasero (R) de la grapa tensora (1;101), - con dos secciones de torsión (8,9;108,109), cada una de las cuales está conectada al extremo, opuesto a la sección de base (3;103), de una de las alas (4,5;104,105) de la sección central (2;102), extendiéndose lateralmente hacia fuera las secciones de torsión (8,9;108,109) partiendo del ala (4,5;104,105) asignada respectivamente a las mismas y presentando en su lado inferior una zona de apoyo (10,11;110,111), con la cual la grapa tensora (1;101) está apoyada durante el uso sobre el componente que lo soporta, y

- con dos brazos de sujeción (12;13;112,113), cada uno de los cuales está conectado al extremo, opuesto al ala (4,5;104,105) asignada de la sección central (2;102), de una de las secciones de torsión (8,9;108,109), discurriendo los brazos de sujeción (12;13;112,113) en dirección hacia el lado delantero (V) de la grapa tensora (1;101) y presentando cada uno una sección de resorte (14,15;114,115) arqueada hacia el lado superior (O) de la grapa tensora (1;101) así como una sección de apoyo (18,19;118,119) situada a continuación, que finaliza en un extremo libre del brazo de sujeción (12,13;112,113) y que en su lado inferior tiene una zona de apoyo (20,21;120,121), con la que el brazo de sujeción (12,13;112,113) correspondiente se apoya durante el uso sobre el pie de carril que ha de ser fijado, estando orientadas cada una de las secciones de apoyo (18,19;118,119) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) lateralmente hacia fuera con respecto a la sección central (2;102) de la grapa tensora (1;101),

caracterizada por que las zonas de apoyo (20,21;120,121) de las secciones de apoyo (18,19;118,119) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) están realizadas cada una de ellas en forma de punto y,

por que, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (1;101), las rectas (G1,G2) que unen en un centro de las zonas de apoyo (20,21;120,121) de las secciones de apoyo (18,19;118,119) de los brazos de sujeción (12,13;112,113), a un centro (Z10,Z11;Z110,Z111) de la zona de apoyo (10,11;110,111) de la sección de torsión (8,9;108,109) asignada al respectivo brazo de sujeción (12,13,112,113), se cruzan en una zona situada en el lado trasero (R) de la grapa tensora (1;101).

2. Grapa de sujeción según la reivindicación 1, caracterizada por que el ángulo (p2) encerrado entre las rectas (G1,G2), en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (1;101) es de como mínimo 60°, especialmente como mínimo de 90°.

3. Grapa de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el ángulo (p2) encerrado entre las rectas (G1,G2), en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (1;101), es de como máximo 120°.

4. Grapa de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (1), partiendo de la sección de torsión (8,9) que les está asignada, cada uno de los brazos de sujeción (12,13) discurre hacia fuera en sentido contrario a la sección central (2).

5. Grapa de sujeción según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (101), partiendo de la sección de torsión (108,109) que les está asignada, cada uno de los brazos de sujeción (112,113) discurre hacia dentro en dirección hacia la sección de base (103) de la sección central (102).

6. Grapa de sujeción según la reivindicación 5, caracterizada por que, en vista en planta desde arriba, cada uno de los brazos de sujeción (112,113) discurre en línea recta, al menos a lo largo de un área parcial de la longitud de sus secciones de resorte (114,115).

7. Grapa de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada una de las secciones de resorte (14,15;114,115) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) se continúa, siguiendo una curva sin saltos, en la sección de apoyo (18,19;118,119) asignada.

8. Grapa de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que, en vista en planta desde arriba de la grapa tensora (1;101), las zonas de apoyo (20,21;120;121) de los brazos de sujeción (12;13;112,113), sobresalen con respecto al lado frontal libre de la sección de base (3;103) de la sección central (2;102), en dirección hacia el lado delantero (V) de la grapa tensora (1;101).

9. Grapa de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que para la distancia AS, medida en paralelo al eje de simetría (S) de la grapa tensora (1;101), entre el centro de las zonas de apoyo (20,21;120,121) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) y el punto de intersección (SG) de cada una de las rectas (G1,G2) que unen el centro de las zonas de apoyo (2,21;120,121) de los brazos de sujeción (12,13;112,113) al centro (Z10,Z11;Z110,Z111) de la zona de apoyo (10,11;110,111) de la sección de torsión (8,9;108,109) asignada al respectivo brazo de sujeción (12,13;112,113), y para la distancia AG, igualmente medida en paralelo al eje de simetría (S), entre las zonas de apoyo (20,21;120,121) de los brazos de sujeción y los centros (Z10,Z11;Z110,Z111) de las zonas de apoyo (10,11;110,111) de las secciones de torsión (8,9;108,109), se cumple que:

1,2 x AG < AS < 1,8 AG.

10. Grapa de sujeción según la reivindicación 7, caracterizada por que para la distancia AG y la distancia AS se cumple que:

1,3 x AG < AS < 1,7 AG.