IT201900018578A1

IT201900018578A1 - Apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie

Info

Publication number: IT201900018578A1
Application number: IT102019000018578A
Authority: IT
Inventors: Massimo Platini; Elisa Duca; Marco Renzetti; Marco Cavaciuti
Original assignee: Ace Systems Srl
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-04-11
Also published as: US12339182B2; EP4041611B1; WO2021070161A1; CA3154056A1; US20240085255A1; EP4041611A1

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

“APPARATO DI MONITORAGGIO PER GIUNTI MECCANICI DI ROTAIE FERROVIARIE”;

DESCRIZIONE

CAMPO DELLA TECNICA

La presente invenzione si riferisce a un apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a un apparato di monitoraggio in situ per un giunto meccanico di rotaie ferroviarie o tranviarie, preferibilmente per un giunto meccanico ferroviario elettricamente isolato.

STATO DELLA TECNICA.

I dispositivi di giunzione o giunti meccanici delle testate per rotaie di binari ferroviari o tranviari sono ben noti nello stato della tecnica.

Attualmente tuttavia, nella moderna tecnologia costruttiva dell’armamento ferroviario, il metodo preferito utilizzato per la giunzione degli spezzoni di profilato della rotaia è quello della saldatura alluminotermica, procedimento atto a creare una cosiddetta “lunga rotaia saldata” che viene successivamente fissata e stabilizzata alle traverse o traversine del binario, con un processo di regolazione e condizionamento termico tale da impedirne ogni movimento e annullare le dilatazioni dovute alle escursioni termiche della rotaia. Detta lunga rotaia saldata, benché molto estesa, deve tuttavia essere necessariamente interrotta e unita nei punti di giunzione estrema e collegata ad altri tratti di rotaia o di campate polmone mediante giunti meccanici tradizionali a ganascia.

Le linee ferroviarie, che per la sicurezza adottano un regime di blocco della circolazione, sono suddivise in sezioni di blocco elettricamente isolate ad intervalli di distanze regolari, in maniera tale formare una pluralità di “circuiti di binario” attraversati da relative correnti di blocco. Questo sistema garantisce di avere un’informazione, sotto forma di segnale elettrico, del posizionamento del materiale rotabile lungo la linea ferroviaria, dove con il termine materiale rotabile si intendono motrici, vagoni, convogli ferroviari o treni più in generale.

Al fine di garantire l’isolamento elettrico delle varie sezioni di blocco contigue, sono utilizzati dei giunti meccanici di tipo isolato o isolanti, atti a mantenere l’isolamento elettrico tra le testate degli spezzoni di rotaie e, nello stesso tempo, a mantenere la continuità fisica e strutturale della linea ferroviaria. Il giunto meccanico isolato a differenza del giunto meccanico tradizionale, comprende degli elementi di fissaggio (ganasce e bulloni o chiavarde) con superfici in materiale elettricamente isolante e comprende altresì una sagoma o spessore elettricamente isolante interposto nello spazio interstiziale tra le testate degli spezzoni di rotaia.

I giunti meccanici, sia tradizionali sia di tipo isolato e, in generale, le porzioni di estremità giuntate di rotaie non continue, presentano tuttavia degli inconvenienti e limiti di funzionamento.

Il giunto meccanico e la porzione di estremità delle rotaie da esso collegate, sono generalmente soggetti a diversi tipi di sollecitazione meccaniche dovute tipicamente a:

- dilatazioni o stress termici ciclici giornalieri o stagionali della rotaia, tipicamente lineari;

- carichi verticali dovuti al peso scaricato dagli assali e dalle ruote (sale) del materiale rotabile;

- carichi trasversali dovuti ai moti di serpeggio e all’avanzamento in curva delle sale dei convogli ferroviari;

- carichi longitudinali dovuti alle accelerazioni e decelerazioni del materiale rotabile in corrispondenza o in prossimità del giunto.

In aggiunta alle sollecitazioni sopra descritte, presenti generalmente in maniera uniforme sul tracciato ferroviario, il giunto meccanico è particolarmente soggetto a fenomeni localizzati dovuti ad esempio, nel caso del giunto isolato, all’usura della sagoma o spessore isolante (generalmente in materiale plastico-polimerico) tra le testate delle rotaie, fenomeno tale da generare un tratto discontinuo con uno spazio tra le due rotaie, causante moti parassiti che si innescano and ogni sobbalzo delle ruote delle sale in movimento in corrispondenza del loro passaggio sul tratto discontinuo.

Tale fenomeno può inoltre generare sforzi meccanici ulteriori e trasferimenti di carico sul giunto meccanico che contribuiscono ad aumentare i fenomeni tipici di usura quali:

- scollamento del giunto e usura precoce delle testate di rotaia;

- frantumazione delle testate o estremità di rotaia e scorrimento del materiale metallico/fatica del materiale.

- rottura o deformazione delle ganasce del giunto meccanico e allentamento dei bulloni o viti delle chiavarde;

Alcuni di questi fenomeni di usura o movimento sono attualmente monitorati dal sistema dei circuiti di binario, come ad esempio lo scorrimento del materiale, mentre i fenomeni di usura che prevedono uno scollamento o una disgiunzione delle testate di rotaia non possono essere attualmente monitorate se non con ispezioni programmate in loco. Un inconveniente tipico dei giunti ferroviari di tipo meccanico, sia tradizionali sia isolati è quello di non poter verificare in tempo reale il loro stato, un’eventuale anomalia, rottura, movimento o malfunzionamento tali da pregiudicare la continuità del binario con la separazione o il disallineamento delle testate di rotaia con conseguenti e potenzialmente disastrose condizioni di pericolo per il passaggio del materiale rotabile.

Ulteriore inconveniente dei giunti ferroviari di tipo meccanico, sia tradizionali sia isolati è quello di essere soggette a correnti elettriche parassite e consistenti campi elettromagnetici, dovuti all’elettrificazione della linea ferroviaria, che limitano o impediscono l’utilizzo di sistemi di monitoraggio di tipo elettrico o elettronico.

SCOPI DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è quello di superare ed ovviare, almeno in parte, agli inconvenienti e ai limiti di funzionamento sopra citati.

Più in particolare, scopo della presente invenzione è quello di provvedere apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie in grado di consentire un monitoraggio costante, continuo e a distanza dello stato e dell'integrità meccanica del giunto e della porzione di giunzione delle rotaie.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione dell’utilizzatore un apparato di monitoraggio in situ per giunto meccanico di rotaia ferroviaria in grado di rilevare in tempo reale eventuali anomalie e discontinuità del binario ferroviario generando un allarme ai sistemi di segnalamento della linea ferroviaria.

Ulteriore scopo della presente invenzione è anche quello di provvedere apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie in grado di consentire un monitoraggio costante, continuo e a distanza dello stato e dell'integrità meccanica delle ruote e degli assi (sale montate) che transitano in corrispondenza della porzione di giunzione delle rotaie.

Ulteriore scopo ancora della presente invenzione è quello di provvedere apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie in grado di garantire un elevato livello di resistenza e affidabilità nel tempo e tale inoltre da poter essere facilmente ed economicamente realizzabile.

Questi e altri scopi sono raggiunti dall’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione in accordo con la rivendicazione indipendente.

Le caratteristiche costruttive e funzionali dell’apparato di monitoraggio potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa, in cui:

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

la figura 1 è una rappresentazione schematica di una vista assonometrica parziale del binario di un tradizionale armamento ferroviario nella porzione di giunzione tra due sezioni discontinue (non saldate) con l’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione disposto a cavallo tra le due sezioni in corrispondenza del giunto meccanico;

la figura 1a è una rappresentazione schematica di una vista in dettaglio della figura 1 con l’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione;

la figura 2 è una rappresentazione schematica di una vista assonometrica parzialmente in trasparenza di una forma di realizzazione preferita dell’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione;

la figura 3 è una rappresentazione schematica di una vista assonometrica parzialmente in trasparenza di una forma di realizzazione preferita del dall’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione provvisto di un carter di protezione;

le figure 4 e 5 sono delle rappresentazioni schematiche di viste assonometriche parziali delle porzioni di estremità dall’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione con le terminazioni e i mezzi di fissaggio alla rotaia;

la figura 6 è una rappresentazione schematica di una proiezione ortogonale in pianta dall’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione;

la figura 7 è una rappresentazione schematica di una vista in sezione trasversale di una rotaia provvista delle ganasce di un giunto ferroviario e dall’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione;

la figura 8 è una rappresentazione schematica di una vista in pianta di una rotaia provvista delle ganasce di un giunto ferroviario e dall’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Con riferimento alla figura 1, è rappresentata una porzione di binario di un tipico armamento ferroviario 100 comprendente la giunzione di due sezioni di binario aventi due coppie di rotaie parallele 90, 90' collegate in corrispondenza delle testate da due tradizionali giunti 50, 50' e stabilizzate ad una molteplicità di traversine 80 per mezzo di tradizionali elementi di bloccaggio 60.

Dalla descrizione risulterà chiaro alla persona esperta del ramo come la presente possa essere applicata anche a un giunto meccanico isolato 55, 55' atto a separare e rendere elettricamente indipendenti due sezioni di binario con i rispettivi circuiti di binario. Con riferimento particolare anche alle figure da 1a a 6, l’apparato di monitoraggio per giunto meccanico 50, 50', 55, 55' di rotaia ferroviaria 90, 90', indicato nel complesso delle figure con 10, comprende:

- un corpo 12, preferibilmente ma non limitatamente avente forma tubolare di tipo telescopico a sezione cilindrica o poligonale, anche non uniforme;

- due terminazioni 14, 14' disposte sulle estremità di detto corpo12.

L’apparato di monitoraggio 10 comprende un estensimetro 20 in fibra ottica, preferibilmente un sensore di tipo FBG (Fiber Bragg Grating), disposto all’interno del corpo 12 tra dette terminazioni 14, 14', ciascuna atta ad essere stabilizzata e solidale con una testata della rotaia 90, 90', dove dette rotaie sono unite solidalmente da un tradizionale giunto meccanico 50 o da un giunto isolato 55, detto estensimetro 20 essendo atto ad essere bloccato e teso in maniera tale che a una sua variazione della lunghezza e della tensione meccanica, causata dal movimento relativo delle terminazioni 14, 14', corrisponde una variazione della lunghezza d'onda del segnale ottico prodotto che attraversa l'estensimetro 20.

Nella forma di realizzazione preferita delle figure, detto estensimetro 20 è generalmente un filamento in fibra ottica definente un sensore in fibra ottica di tipo FBG.

L’apparato di monitoraggio 10 può inoltre comprendere almeno due supporti 16 atti a bloccare in maniera solidale con noti mezzi di fissaggio 30 dette terminazioni 14, 14' sulle estremità affacciate delle testate di ciascuna rotaia 90, 90’.

Detti mezzi di fissaggio 30 possono comprendere degli accoppiamenti filettati tipo viti, bulloni o equivalenti, oppure possono comprendere dei supporti magnetici o in materiale magnetizzabile o ferromagnetico atti ad essere attratti e fissati stabilmente a ciascuna rotaia 90, 90'.

Detti mezzi di fissaggio 30 possono inoltre comprendere dei tradizionali collegamenti fissi, tipo saldature o incollaggi diretti sulla rotaia 90, 90'.

Con riferimento anche alle figure 7 e 8, l’apparato di monitoraggio 10 oggetto della presente invenzione è atto ad essere collegato in maniera solidale e rigida alle estremità affacciate delle testate di ciascuna rotaia 90, 90’, lunga rotaia saldata o spezzone di rotaia, detto apparato di monitoraggio 10 essendo atto a disporsi a cavallo del giunto 50 con i punti di ancoraggio posti generalmente in corrispondenza delle terminazioni 14, 14' e stabilizzato in maniera solidale a ciascuna rotaia 90, 90' con mezzi di fissaggio 30.

L’apparato di monitoraggio 10 può essere vantaggiosamente disposto su entrambi i giunti meccanici 50, 50' o giunti isolati 55, 55', colleganti le due sezioni di binario.

L’estensimetro 20, comprendente un filamento di fibra ottica, è vantaggiosamente bloccato e teso tra le due terminazioni 14, 14’ che sono scorrevolmente disposte una affacciata all’altra in maniera tale che a un movimento relativo delle terminazioni 14, 14' corrisponde una variazione di lunghezza del filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20. La distanza ideale tra le due terminazioni 14, 14' in condizioni di lavoro può essere variabile ed è generalmente stabilita in maniera tale da garantire al filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20 una lunghezza tale da permettere allo stesso filamento un’elasticità tale da consentirgli di assecondare, senza rompersi, i normali movimenti di dilatazione tra le due testate delle rotaia 90, 90'.

Le terminazioni 14, 14' possono avere una forma tubolare a sezione cilindrica o poligonale non necessariamente uniforme. Una porzione del filamento in fibra ottica dell'estensimetro 20 è fissata ai rispettivi supporti 16, mentre una porzione di regolazione è dotata di un meccanismo atto a garantire uno scorrimento delle stesse terminazioni 14, 14’ rispetto ai supporti 16. Tale meccanismo di regolazione può comprendere un accoppiamento meccanico mobile tale da consentire di regolare la tensione meccanica del filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20.

Con riferimento particolare alle figure 2, 4, 5 e 6, in una forma di realizzazione preferita, detta porzione di regolazione può comprendere, ad esempio, un tradizionale accoppiamento filettato tra la terminazione 14, 14' e un dado 15, in maniera tale che a una rotazione di avvitamento del dado 15 corrisponda una traslazione della terminazione 14' rispetto al suo supporto 16.

Sempre con riferimento alle stesse figure, coassialmente tra dette terminazioni 14, 14' è generalmente disposto un corpo 12 tubolare atto a proteggere il filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20 nel tratto in tensione a lunghezza variabile compreso tra le stesse terminazioni 14, 14’. Detto corpo 12 può essere vantaggiosamente stabilizzato in maniera solidale, ad esempio, a una terminazione 14, e scorrevolmente accoppiato alla terminazione opposta 14' in modo telescopico, in maniera tale da compensare i movimenti relativi tra le stesse terminazioni 14, 14'.

In una forma variante, non raffigurata, il corpo 12 può anche essere formato da due porzioni separate coassialmente stabilizzate in maniera solidale alle terminazioni 14, 14', in maniera tale da seguire le deformazioni della rotaia senza ostacolare la dilatazione della fibra ottica.

Detto corpo 12 può inoltre essere vantaggiosamente realizzato in materiale trasparente in maniera tale da poter ispezionare lo stato di integrità del filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20.

Con riferimento particolare alla figura 3, l’apparato di monitoraggio 10 può essere anche vantaggiosamente coperto da un carter 17 di protezione da sporco, corpi estranei e agenti atmosferici.

Detto apparato di monitoraggio 10, può ulteriormente anche essere provvisto di maniglie di afferraggio, non raffigurate, disposte in corrispondenza di dette terminazioni 14, 14' o di detto carter 17.

Con riferimento ancora alla figura 1 e alla figura 8, l’apparato di monitoraggio può comprendere ulteriori sensori di tipo FBG collegati in serie o in successione allo stesso filamento di fibra in serie all’estensimetro 20 oppure su di un conduttore in fibra dedicato e separato, detti ulteriori sensori di tipo FBG essendo atti a rilevare ulteriori parametri e grandezze fisiche di stato della porzione di giunzione della rotaia. In particolare, il dispositivo di monitoraggio 10 può comprendere almeno due ulteriori sensori FBG 22 disposti e stabilizzati direttamente sulla superficie di ciascuna testata delle rotaie 90, 90', preferibilmente in corrispondenza del fungo e del gambo della rotaia 90, 90’ e preferibilmente in prossimità della zona di giunzione, in maniera tale da poter rilevare i parametri intrinseci di ciascuna rotaia 90, 90' come ad esempio la dilatazione termica, le vibrazioni o i movimenti sussultori indipendenti delle rotaie 90, 90'.

Detti ulteriori sensori FBG 22 possono essere vantaggiosamente posti in cooperazione con l’estensimetro 20 in quanto, a differenza di quest’ultimo, sono atti a rilevare i parametri fisici intrinseci relativi a ciascuna singola rotaia 90, 90’ indipendentemente dalla rotaia consecutiva collegata tramite il giunto meccanico 50, 55. Infatti mentre l’estensimetro 20 rileva il movimento relativo tra le due rotaie 90, 90’ collegate tramite il giunto 50, 55, i sensori FBG 22 rilevano i movimenti intrinseci della rotaia dovuti ad esempio alle dilatazioni termiche di ciascuna rotaia.

I dati rilevati dagli ulteriori sensore FBG 22 possono essere utilizzati da un elaboratore e correlati in compensazione con i dati ricevuti dall’estensimetro 20 in maniera tale da fornire la reale misura dello spostamento tra le testate delle rotaie 90, 90’ tenendo conto anche delle dilatazioni termiche.

L’apparato di monitoraggio 10, oggetto della presente invenzione può comprendere anche ulteriori sensori FBG 22 atti al rilevamento ad esempio della temperatura su ciascuna rotaia 90, 90'.

Con riferimento sempre alla figura 1, è oggetto delle presente invenzione anche una porzione di armamento 100 o binario ferroviario comprendente almeno due rotaie 90, 90', una molteplicità di traversine 80 e due giunti meccanici 50, 55, 50', 55' provvisti dei relativi mezzi di fissaggio viti etc. comprendente almeno un apparato di monitoraggio 10 secondo la presente invenzione.

Forma altresì oggetto della presente invenzione anche un giunto o un kit per un giunto ferroviario meccanico (non raffigurato) comprendente un tradizionale giunto meccanico 50, 50' o un tradizionale giunto isolato 55, 55' di tipo ferroviario, avente due ganasce, una pluralità di bulloni o chiavarde di fissaggio, detto giunto o kit comprendente vantaggiosamente anche un apparato di monitoraggio 10 secondo la presente invenzione. In una forma di realizzazione alternativa, detto apparato di monitoraggio 10 può essere prodotto e commercializzato integrato o provvisoriamente fissato alla ganascia di un tradizionale giunto meccanico 50, 50' o giunto isolato 55, 55' ferroviario, ad esempio per mezzo di collegamenti separabili per deformazione o separabili meccanicamente tipo alette o parti e tratti discontinui, in maniera tale da essere posizionato e allineato insieme al giunto stesso. Successivamente, una volta posizionato in opera, i fissaggi labili alla ganascia possono essere rimossi o tagliati in modo da rendere l’apparato di monitoraggio esclusivamente solidale alle rotaie 90, 90'.

Dalla descrizione dell’apparato di monitoraggio per giunti meccanici di rotaie ferroviarie oggetto della presente invenzione, si evince il funzionamento di seguito descritto.

Con riferimento alle citate figure, l’apparato di monitoraggio 10 oggetto della presente invenzione, in una forma di realizzazione preferita, abbina in maniera innovativa dei noti sensori FBG con un tradizionale giunto meccanico di tipo ferroviario.

L’apparato di monitoraggio 10 definisce dunque un dispositivo di afferraggio con un rigidezza tale da poter garantire un corretto ed efficace trasferimento della deformazione meccanica delle rotaie 90, 90' al filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20 e, se presenti, ai sensori FBG 22 consentendo nello stesso tempo il supporto in tensione dello stesso filamento di fibra ottica senza che lo stesso si possa rompere.

Il segnale generato da una sorgente ottica passa in un circuito ottico nello stesso mezzo trasmissivo attraverso uno o più estensimetri 20 e attraverso gli ulteriori sensori FBG 22 disposti in corrispondenza e a cavallo della porzione di giunzione di uno o più giunti meccanici semplici o isolati 50, 55'.

Il monitoraggio del giunto meccanico 50, 55 è possibile solo tramite la connessione rigida tra le due parti terminali delle testate della rotaia 90, 90' e il filamento di fibra dell’estensimetro 20, il quale è generalmente disposto in direzione sostanzialmente assiale all’asse longitudinale della rotaia 90, 90'.

I sensori a fibra ottica di tipo FBG (Fiber Bragg Grating) sono provvisti di elementi in fibra ottica, anche detti reticoli di Bragg, aventi bande di materiale con differenti indici di rifrazione e alternate tra di loro in maniera tale da filtrare una specifica lunghezza d’onda del segnale luminoso che attraversa il mezzo trasmissivo. Quando il filamento di fibra ottica dell’estensimetro 20, nel quale è disposto il reticolo di Bragg, varia la sua lunghezza in conseguenza al movimento relativo tra le due testate delle rotaie 90, 90', varia anche la lunghezza d’onda filtrata del segnale luminoso generato dalla sorgente ottica.

Risulta chiaro come un'assenza di segnale ottico in uscita dall'estensimetro 20 e in ritorno al ricevitore o all'elaboratore, è determinata da una condizione di rottura dell'estensimetro 20 a seguito di una completa separazione delle testate delle rotaie 90, 90' e alla rottura del giunto meccanico 50, 55.

La variazione della lunghezza d’onda consente di misurare otticamente, attraverso un sensore colorimetrico alla ricevente che analizza la lunghezza d’onda del segnale assorbita dal reticolo, le deformazioni meccaniche della porzione di giunzione delle sezioni di binario ferroviario sfruttando vantaggiosamente la dilatazione indotta sul filamento di fibra dell'estensimetro 20 fissato e solidale con le rotaie 90, 90' delle quali si vuole misurare la deformazione e i movimenti relativi.

L’estensimetro 20, disposto a cavallo delle rotaie 90, 90' insieme al giunto meccanico 50, 55, consente di misurare la variazione di distanza relativa tra le due testate delle rotaie 90, 90' fornendo un segnale con l’informazione del movimento delle testate delle rotaie ad un ricevitore di segnale ottico che può trovarsi anche ad elevate distanze dal punto monitorato. L’elaborazione del segnale digitale di lunghezza d’onda e la determinazione della misura può essere successivamente effettuata da un’unità di elaborazione centrale, o posto di acquisizione centrale PCA, che determina lo stato di condizione del giunto. L’apparato di monitoraggio 10 può essere vantaggiosamente e facilmente stabilizzato alla rotaia 90, 90' per mezzo di mezzi di fissaggio 30 comprendenti anche dei supporti magnetici.

Le terminazioni 14, 14' o il carter 17 possono anche vantaggiosamente comprendere delle maniglie (non raffigurate) atte al posizionamento dell’apparato di monitoraggio 10 da parte di un operatore e tali da permettere allo stesso di esercitare una forza sufficiente per poter manovrare correttamente l’apparato stesso durante la sua posa in opera sulla parte di giunzione ferroviaria.

Per il corretto allineamento dell’apparato di monitoraggio 10, nella forma di realizzazione preferita con i mezzi di fissaggio 30 comprendenti dei supporti magnetici, è possibile utilizzare il bordo superiore piano della ganascia del giunto meccanico 50, 55 come piano di appoggio sostanzialmente parallelo alla rotaia 90, 90'. L’operatore avvicinando l’apparato di monitoraggio 10 alla ganascia del giunto 50, 55 e afferrando lo stesso per le maniglie lo allinea di spigolo alla superficie superiore della ganascia mantenendo le superficie dei supporti magnetici rivolti verso l’alto. Una volta che l’apparato di monitoraggio 10 si trova appoggiato e allineato alla ganascia, l’operatore procede alla sua rotazione in maniera tale che la faccia dei supporti magnetici ruoti delicatamente fino ad appoggiarsi e venire attratta saldamente contro la rotaia 90, 90'.

In un’ulteriore forma di realizzazione alternativa, non raffigurata, i supporti magnetici possono essere provvisti di selettori in grado di abilitare o disabilitare il campo magnetico in fase di installazione.

L’utilizzo di mezzi di fissaggio 30 con supporto magnetico, rispetto a tradizionali mezzi di fissaggio per esempio con elemento filettati, presenta il vantaggio di poter smontare rapidamente l’apparato di monitoraggio 10 in caso di manutenzione della rotaia 90, 90' o del giunto meccanico (50, 50', 55, 55') e di non richiedere operazioni di trattamento o lavorazione della superficie di contatto della rotaia 90, 90' stessa per procedere all’installazione dell’apparato di monitoraggio 10.

Ulteriori sensori FBG 22 (figure 1 e 8) possono essere stabilizzati o integrati su una rotaia 90, 90' e collegati con lo stesso mezzo ottico di trasmissione dell’estensimetro 20 oppure su di un conduttore ottico separato. Detti sensori FBG 22 completano e arricchiscono le informazioni sullo stato della rotaia fornendo, ad esempio, informazioni relativa alle deformazioni dovute, ad esempio, alle dilatazioni termiche intrinseche di ciascuna rotaia 90, 90'. Detti sensori FBG 22 possono, ad esempio, misurare una grandezza adimensionale della dilatazione termica definita da un rapporto ΔL/L dove tale misura, moltiplicata per una distanza che intercorre tra l’estremità di testa della rotaia 90, 90' e il punto di ancoraggio del supporto 16, sarà la quantità da sottrarre alla misura dell’estensimetro 20 per avere la distanza reale che separa le testate delle rotaie 90, 90' affacciate in corrispondenza del giunto meccanico 50, 50', 55, 55'. Detti sensori FBG 22 consentono, inoltre, il rilevamento delle vibrazioni dovute al passaggio delle ruote del materiale rotabile in corrispondenza del giunto, vibrazioni che consentono ad esempio di verificare il transito di un convoglio in un determinato punto o di contarne gli assi.

Detti sensori FBG 22 possono anche rilevare informazioni sulla temperatura delle rotaie 90, 90', fornendo così ulteriori e maggiori informazioni utili per valutare lo stato di usura delle rotaie 90, 90' e della linea ferroviaria.

Il rilevamento delle vibrazioni meccaniche per mezzo del segnale ottico in uscita dai sensori FBG 22 e opportunamente elaborato, permette anche di fornire informazioni che consentono di determinare, oltre la presenza fisica di un convoglio ferroviario in transito in corrispondenza del giunto, anche l'integrità e lo stato meccanico delle ruote e degli assali, in funzione della caratteristiche della vibrazione prodotta dagli stessi e rilevata dai sensori FBG 22.

Questo innovativo apparato di monitoraggio 10, integrato ai sistemi di segnalazione ferroviaria attualmente in uso, consente all’utilizzatore un costante monitoraggio dell’infrastruttura ferroviaria e una costante verifica dei parametri ottimali e fornisce un sistema di allarme che verifica, in tempo reale, eventuali anomalie sulla linea ferroviaria, come rotture dei giunti meccanici, distaccamenti e disallineamenti delle testate delle rotaie, tali da poter pregiudicare la continuità e l'operabilità e la sicurezza della linea ferroviaria. Come si può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che l’apparato di monitoraggio 10 per giunti ferroviari oggetto della presente invenzione consegue.

L’apparato di monitoraggio 10 risulta particolarmente vantaggioso poiché mette a disposizione dell’utilizzatore un sistema di monitoraggio e di controllo dello stato fisico della parte di giunzione della rotaia che in condizione di normale usura deve essere contenuto entro dei valori di soglia e in grado di rilevare e segnalare in tempo reale anomalie e discontinuità sulla linea ferroviaria e sulle parti meccaniche del materiale rotabile, tali da poter causare incidenti potenzialmente disastrosi.

Ulteriore vantaggio dovuto alla presente invenzione è dato dal fatto che l’impiego della fibra ottica e dei sensori FBG, rende l’apparato di monitoraggio 10 particolarmente vantaggioso soprattutto per l’impiego in cooperazione con giunti isolati 55, 55', grazie al fatto che il mezzo trasmissivo in fibra ottica non conduce energia elettrica e quindi non è soggetta a creare nessun ponte elettrico che potrebbe bypassare il giunto isolato 55, 55'. Ulteriore vantaggio ancora dell’apparato di monitoraggio 10 oggetto della presente invenzione è dovuto al fatto che i sensori FBG e il mezzo trasmissivo in fibra ottica sono insensibili ai campi magnetici e disturbi elettrici causati dalla tensione di alimentazione ferroviaria oltre che essere particolarmente resistenti e insensibili alle alte temperature. Benché l’invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento ad una forma di realizzazione preferita, data a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico esperto del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell’ambito protettivo delle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un apparato di monitoraggio (10) per giunti meccanici (50, 50', 55, 55') di rotaie (90, 90') ferroviarie, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un corpo (12) di forma tubolare; - due terminazioni (14, 14') disposte sulle estremità di detto corpo (12); - un estensimetro (20) in fibra ottica disposto all’interno del corpo (12) tra dette terminazioni (14, 14') ciascuna atta ad essere stabilizzata e solidale con la testata di una rotaia (90, 90'); detto estensimetro (20) essendo atto ad essere bloccato e teso in maniera tale che a una sua variazione della lunghezza e della tensione meccanica, causata dal movimento relativo delle terminazioni (14, 14'), corrisponde una variazione della lunghezza d'onda del segnale ottico che attraversa l'estensimetro (20).
2. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove detto estensimetro (20) è un filamento in fibra ottica definente un sensore di tipo FBG Fiber Bragg Grating.
3. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno due supporti (16) atti a bloccare in maniera solidale con noti mezzi di fissaggio (30) dette terminazioni (14, 14') sulle estremità affacciate delle testate di ciascuna rotaia (90, 90’).
4. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 3, dove detti mezzi di fissaggio (30) comprendono accoppiamenti filettati del tipo viti, bulloni o equivalenti.
5. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 3, dove detti mezzi di fissaggio (30) comprendono dei supporti magnetici o in materiale ferromagnetico atti ad attaccarsi stabilmente a ciascuna rotaia (90, 90').
6. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 3, dove detti mezzi di fissaggio (30) comprendono dei collegamenti saldati o incollati direttamente sulla rotaia (90, 90').
7. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove detto estensimetro (20) comprendente un filamento di fibra ottica è bloccato e teso tra le terminazioni (14, 14') scorrevolmente disposte una affacciata all’atra in maniera tale che a un movimento relativo delle terminazioni (14, 14') corrisponde una variazione di lunghezza del filamento di fibra ottica dell’estensimetro (20).
8. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove terminazioni (14, 14') hanno una porzione atta ad essere fissata ai rispettivi supporti (16) e una porzione di regolazione, in maniera tale da consentire di regolare la tensione del filamento di fibra ottica dell’estensimetro (20).
9. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove detto corpo (12) e dette terminazioni (14, 14') hanno forma tubolare a sezione cilindrica o poligonale.
10. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove detto corpo (12) è stabilizzato in maniera solidale ad una terminazione (14) e scorrevolmente accoppiato alla terminazione opposta (14') in modo telescopico, detto corpo (12) essendo coassialmente disposto tra dette terminazioni (14, 14’)
11. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove detto corpo (12) coassialmente disposto tra dette terminazioni (14, 14’) comprende due porzioni separate ciascuna coassialmente stabilizzate in maniera solidale alle terminazioni (14, 14'), dette porzioni essendo scorrevolmente disposte tra di loro in maniera telescopica.
12. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, dove detto corpo 12 è realizzato in materiale trasparente.
13. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, comprendente un carter (17) di protezione.
14. L’apparato di monitoraggio (10) secondo la rivendicazione 1, comprendere almeno due ulteriori sensori FBG atti ad essere disposti e direttamente sulla superficie della testata delle rotaie (90, 90').
15. Un armamento ferroviario (100) o binario ferroviario comprendente almeno due rotaie (90, 90'), una molteplicità di traversine (80), almeno due giunti meccanici (50, 50', 55, 55') provvisti di relativi mezzi di fissaggio, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un apparato di monitoraggio (10) secondo una delle rivendicazione da 1 a 14.
16. Un kit per giunti meccanici ferroviari comprendente un giunto meccanico (50, (50') o un giunto isolato (55, 55'), due ganasce o staffe, una pluralità di bulloni o chiavarde di fissaggio, caratterizzato dal fatto di comprendere un apparato di monitoraggio (10) secondo una delle precedenti rivendicazioni da 1 a 14.