EP4330110B1

EP4330110B1 - Automatische zugkupplung und verfahren zum entkuppeln einer automatischen zugkupplung

Info

Publication number: EP4330110B1
Application number: EP22726030.4A
Authority: EP
Inventors: Andreas Schwinning; Kay Uwe Kolshorn
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2025-10-08
Anticipated expiration: 2042-04-27
Also published as: EP4330110A1; WO2022229254A1; CN117222567A; DE102021111207A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Zugkupplung, insbesondere für einen Güterwagen eines Schienenfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Praxis sind gattungsgemäße automatische Zugkupplungen bekannt, die einen Kupplungskopf mit einem Kupplungsgehäuse und einem Kuppelverschluss mit Arretierung aufweisen. Der Kuppelverschluss ist als Drehverschluss mit einer Kuppelöse und einem Herzstück ausgeführt, wobei das Herzstück um eine Hauptachse verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung, und die Kuppelöse mit einem ersten Ende verdrehbar um eine Kuppelösenachse am Herzstück angeschlossen ist und ein zweites freies Ende aufweist. Das Herzstück weist ein Maul zur Aufnahme eines entsprechenden zweiten Endes einer Kuppelöse eines gegengleichen Kupplungskopfes auf.
Dem Herzstück ist ein Federspeicher zugeordnet. Das Herzstück ist entgegen der Kraft des Federspeichers aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung und durch die Kraft des Federspeichers aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung verdrehbar.
Die entkuppelte Stellung wird auch als kuppelbereite Stellung bezeichnet, da in dieser Stellung die Zugkupplungen der beiden Wagen gegeneinander gefahren und gekuppelt werden können. Gegebenenfalls kann der Kuppelverschluss beziehungsweise dessen Herzstück auch in eine gegenüber der kuppelbereiten Stellung überzogene Stellung verdreht werden, also mehr als nötig geöffnet werden. In dieser überzogenen Stellung ist der Federspeicher maximal gespannt. Auch bei dieser überzogenen Stellung handelt es sich im Sinne der vorliegenden Erfindung um eine kuppelbereite oder entkuppelte Stellung. Ferner wird eine solche kuppelbereite oder entkuppelte Stellung auch als Warteposition bezeichnet.
Die Arretierung, welche den Kuppelverschluss in der jeweils geeigneten Stellung hält oder entsprechend zum Übergang in eine andere Stellung durch Verdrehen des Herzstückes freigibt, weist zum Beispiel einen entgegen einer Federkraft in Kuppelrichtung der Zugkupplung verschiebbaren Stempel und eine quer oder schräg zur Kuppelrichtung verschiebbare Klinkenstange auf. Die Klinkenstange ist gelenkig am Herzstück angeschlossen und vom Herzstück bei dessen Verdrehung aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung in eine Rastposition verschiebbar, in welcher die Klinkenstange eine Verdrehung des Herzstückes zurück, das heißt in Richtung aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung, blockiert. Der Stempel wiederum ist bewegbar zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. In der ersten Position, in welcher der Stempel entgegen der Federkraft verschoben ist, blockiert der Stempel die Klinkenstange in der Rastposition und in der zweiten Position, in welche der Stempel durch die Federkraft aus der ersten Position verschoben wird, löst der Stempel die Klinkenstange aus der Rastposition.
Die Funktion der gattungsgemäßen automatischen Zugkupplung ist wie folgt: Zwei gegengleiche Kupplungsköpfe an zwei miteinander zu kuppelnden Fahrzeugen werden dadurch aneinander arretiert, dass jeweils das zweite Ende der jeweiligen Kuppelöse in das Maul des Herzstückes des jeweils anderen Kupplungskopfes eingesetzt und durch Verdrehen des dortigen Herzstückes formschlüssig gehalten wird. Damit werden die beiden Fahrzeuge mechanisch miteinander gekuppelt. Die beiden Kuppelverschlüsse werden ausschließlich durch Zugkräfte belastet, die sich innerhalb des Parallelogramms, das die Kuppelösen und die Herzstücke bilden, auf beide Kuppelösen gleichmäßig verteilen. Druckkräfte hingegen werden durch ein besonderes Profil frontseitig am Kupplungskopfgehäuse übertragen, wobei das Profil in der Regel, wie vorteilhaft auch bei der vorliegenden Erfindung, einen Kegel und einen Trichter umfasst, die von einer breiten, insbesondere ebenen Stirnfläche umschlossen sind. Das Profil kann von einer separaten Stirnplatte gebildet werden, die vorne am Kupplungskopfgehäuse befestigt ist. Das Profil kann mit dem Kegel und Trichter Gleit- und Zentrierflächen bilden und insbesondere den Greifbereich in Seiten-, Höhen- und Winkelversatz bestimmen. Wenn die Kupplungsköpfe aufeinandertreffen, zentrieren sie sich und gleiten ineinander.
Wenn zwei Schienenfahrzeuge aufeinander zu bewegt werden, so befinden sich deren Kuppelverschlüsse beziehungsweise deren Herzstücke in der kuppelbereiten beziehungsweise entkuppelten Stellung, in welcher die Herzstücke insbesondere von den Klinkenstangen, die sich in der Rastposition befinden, gehalten werden. Beim Kuppeln tauchen jeweils die Kegel in die Trichter der Kupplungskopfgehäuseprofile ein. Dabei drücken die Kegel auf die Stempel und schieben diese zurück, sodass die Stempel die Klinkenstangen aus deren Rastposition lösen. Dadurch werden die Kuppelverschlüsse freigegeben und durch die Kraft des jeweiligen Federspeichers gedreht, bis das Herzstück an einem vorgegebenen Anschlag, in der Regel am Kupplungskopfgehäuse, anschlägt. Dabei rasten die in den Trichtern geführten Kuppelösen in die Herzstückmäuler ein, die beiden Kuppelverschlüsse sind ineinander verhakt und die gekuppelte Stellung ist erreicht. Ein ungewolltes Trennen der Kuppelverschlüsse ist nicht möglich. Normaler Verschleiß beeinträchtigt die Sicherheit des Kuppelverschlusses nicht.
Um die Kupplungsköpfe zu entkuppeln, dreht eine Entkuppeleinrichtung beide Kuppelverschlüsse, das heißt die beiden Herzstücke gegen die Kraft der Federspeicher, bis die Kuppelösen aus den Mäulern der Herzstücke gleiten. Die sich verdrehenden Herzstücke sollen dabei die Klinkenstangen soweit verschieben, dass beim Trennen der Fahrzeuge ein Zurückdrehen der Herzstücke aus der überzogenen Stellung über die kuppelbereite Stellung hinaus dadurch verhindert wird, dass die Klinkenstangen in ihre Rastpositionen verbracht werden.
Entkuppeleinrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Beispielsweise weisen manuell betätigbare, mechanische Entkuppeleinrichtungen Hebel, Seile und/oder Kettenzüge auf, die auf unterschiedliche Arten von Riegeln wirken und bei Betätigung die Riegelstellung aufheben. Automatisierte Entkuppeleinrichtungen umfassen als Antrieb einen pneumatischen Zylinder oder einen elektrischen Motor, insbesondere einen Linearaktuator, welcher die Zugkupplung entkuppelt. Beispielsweise offenbart DE 29 23 195 C2 eine fernbetätigbare Entkuppeleinrichtung für eine Mittelpufferkupplung eines Schienenfahrzeugs, bei welcher ein Elektromotor über eine Kurvenscheibe eine am Hauptbolzen drehfest angeschlossenen Hebel betätigt, um das Herzstück aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung zu verdrehen. EP 3 470 295 A1 offenbart einen elektrischen Linearaktuator, der über einen Hebel am Hauptbolzen angreift.
US5,503,280 offenbart eine elektromechanische Entkuppeleinrichtung, welche auf den Kuppelverschluss von außen einwirkt. DE 4222569 C2 offenbart eine pneumatische Entkuppeleinrichtung.
US2,290,476 offenbart eine elektrohydraulische Entkuppeleinrichtung, welche am Wagen montiert ist.
Aus DE 1200337 ist eine nicht gattungsgemäße automatische Mittelkupplung bekannt, bei welcher ein zur Kupplungslängsachse querverschiebbarer Riegel der einen Kupplungshälfte mit einem entsprechenden Riegel der anderen Kupplungshälfte zusammenwirkt, wobei der Riegel als beweglicher Teil eines pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagten Zylinders ausgeführt ist.
Die bekannten automatisierten Entkuppeleinrichtungen benötigen einen relativ großen Bauraum und sind außen an der automatischen Zugkupplung außerhalb des Kupplungskopfgehäuses angeordnet. Um die Entkuppeleinrichtungen vor Umwelteinflüssen zu schützen, können Einhausungen vorgesehen werden, welche die Entkuppeleinrichtungen gegenüber der Umgebung abschirmen. Nachteilig an den bekannten Ausführungsformen ist der mit diesen Einhausungen verbundene konstruktive Aufwand und der damit erforderliche vergleichsweise große Bauraum.
Ein weiterer Nachteil der bekannten automatischen Zugkupplungen liegt darin, dass nach einem Entkuppeln mit der Entkuppeleinrichtung das Herzstück ungewollt in seine gekuppelte Stellung verdreht werden kann, wenn das entsprechende Schienenfahrzeug, das die automatische Zugkupplung aufweist, im Rangierbetrieb verfahren wird. So besteht beispielsweise beim Abdrücken des Schienenfahrzeugs über einen Abrollberg bei der gerade entkuppelten automatischen Zugkupplung die Gefahr, dass diese wieder einkuppelt, bevor das Schienenfahrzeug auf den im Richtungsgleis vorgesehenen Wagen auffährt. Ein unbeabsichtigtes Einkoppeln erfordert, dass die Kupplung erneut entkuppelt wird, was mit einem zusätzlichen Zeitaufwand verbunden ist und das Rangieren stört.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Zugkupplung, insbesondere für einen Güterwagen eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise der vorstehend dargestellten Ausführungsform derart zu verbessern, dass der konstruktive Aufwand und die Herstellungskosten reduziert werden und zugleich der notwendige Bauraum minimiert wird, mit einem zuverlässigen Schutz der Entkuppeleinrichtung vor Umwelteinflüssen. Ferner ist ein Verfahren zum Entkuppeln einer automatischen Zugkupplung anzugeben, bei welchen die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine automatische Zugkupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung angegeben.
Die erfindungsgemäße automatische Zugkupplung, die insbesondere als automatische Zugkupplung eines Güterwagens eines Schienenfahrzeugs ausgeführt ist, weist einen Kupplungskopf auf, der ein Kupplungskopfgehäuse und einen Kuppelverschluss mit Arretierung umfasst. Arretierung bedeutet, dass der Kuppelverschluss zumindest in einer Stellung drehfest arretierbar ist, wie sich aus dem Nachfolgenden ergibt.
Der Kuppelverschluss ist als Drehverschluss mit einer Kuppelöse und einem Herzstück ausgeführt, wobei das Herzstück um eine Hauptdrehachse verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung. Die Kuppelöse ist mit einem ersten Ende verdrehbar um eine Kuppelösenachse am Herzstück angeschlossen und weist ein zweites freies Ende auf.
Das Herzstück weist ein Maul auf, das zur Aufnahme eines zweiten Endes einer Kuppelöse eines gegengleichen Kupplungskopfes angeordnet ist.
Ferner ist eine Entkuppeleinrichtung zum zumindest mittelbaren Einwirken auf das Herzstück vorgesehen, um das Herzstück aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung zu verdrehen.
Mit der Arretierung kann das Herzstück insbesondere in der entkuppelten Stellung, der sogenannten kuppelbereiten Stellung, drehfest gehalten werden.
Erfindungsgemäß ist die Entkuppeleinrichtung als elektro-hydraulische Entkuppeleinrichtung ausgebildet und entweder vollständig innerhalb des Kupplungskopfgehäuses angeordnet, oder die Entkuppeleinrichtung ist vollständig innerhalb des Kupplungskopfgehäuses und einer sich an das Kupplungskopfgehäuse anschließenden Kupplungsstange angeordnet, also in einem Raum, der entweder allein vom Kupplungskopfgehäuse umschlossen wird oder der vom Kupplungskopfgehäuse zusammen mit einem entsprechenden Bereich der Kupplungsstange umschlossen wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann auf zusätzliche Einhausungen für die Entkuppeleinrichtung verzichtet werden und zugleich kann ein guter Schutz der Entkuppeleinrichtung vor Umwelteinflüssen gewährleitstet werden. Außerhalb des Kupplungskopfgehäuses und gegebenenfalls des entsprechenden Teils der Kupplungsstange muss kein Bauraum für die Entkuppeleinrichtung vorgehalten werden.
Die elektro-hydraulische Entkuppeleinrichtung umfasst dazu zumindest einen Elektromotor, eine vom Elektromotor antreibbare hydraulische Pumpe, insbesondere hydrostatische Pumpe und wenigstens eine von der Pumpe beaufschlagbare Zylinder/Kolbeneinheit, wobei der Kolben der Zylinder/Kolbeneinheit derart angeordnet und ausgebildet ist, vorzugsweise direkt auf das Herzstück einzuwirken, um das Herzstück aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung zu verdrehen. Die Zylinder/Kolbeneinheit ist dabei derart gegenüber dem Herzstück positioniert, dass der Kolben beim Verfahren in einem Abstand zur Drehachse bzw. Hauptachse des Herzstückes an diesem angreift und ein Moment an diesem bewirkt. Diese Ausführung ist durch eine geringe Anzahl an Funktionskomponenten und einen besonders einfachen kompakten Aufbau charakterisiert.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind der Elektromotor und die hydraulische Pumpe zu einem elektro-hydraulischen Antriebsaggregat zusammengefasst, welches hydraulisch mit der Zylinder/Kolbeneinheit gekoppelt ist. Dies bietet den Vorteil zum einen nicht für jede Komponente eine separate Aufhängung und Lagerung bereitstellen zu müssen, ferner kann das elektrohydraulische Antriebsaggregat als kompakte und vormontierte Einheit hergestellt, gelagert, bereitgestellt und montiert werden. Die hydraulische Kopplung erfolgt über eine oder mehrere Leitungsverbindungen.
Das elektro-hydraulischen Antriebsaggregat kann in einer ersten Ausbildung zumindest einen Anschluss zum Herstellen einer hydraulischen Verbindung mit einer extern angeordneten Betriebsmediumquelle aufweisen. Der Vorteil besteht darin, dass das elektro-hydraulische Antriebsaggregat unabhängig von der Anordnung der Betriebsmediumquelle anordenbar ist, wobei auf eine zentrale oder dezentrale Betriebsmediumquelle zurückgegriffen werden kann.
Unter einer zentralen Betriebsmediumquelle wird dabei beispielsweise eine mehreren derartigen Kupplungen gemeinsam zugeordnete Betriebsmediumquelle verstanden, welche mit den einzelnen Entkuppeleinrichtungen koppelbar ist. Unter einer dezentralen Betriebsmediumquelle kann eine Betriebsmediumquelle verstanden werden, welche separat jeder einzelnen Kupplung zugeordnet ist. Dies kann beispielsweise ein geschlossener Tank sein, eine Patrone etc.
In beiden Fällen ist die Betriebsmediumquelle außerhalb des elektro-hydraulischen Aggregats angeordnet.
In einer zweiten Ausbildung umfasst das elektro-hydraulische Antriebsaggregat eine interne Betriebsmediumquelle. In diesem Fall kann eine vollständig dezentrale Bereitstellung von Betriebsmedium frei von außenliegenden Leitungsverbindungen zwischen Betriebsmediumquelle und Pumpe erfolgen. Das elektro-hydraulische Antriebsaggregat weist in diesem Fall zumindest Anschlüsse zur hydraulischen Kopplung mit der Zylinder/Kolbeneinheit auf.
Vorzugsweise wird in diesem Fall ein geschlossenes hydraulisches System gebildet, in welchem lediglich Leckageverluste auszugleichen sind.
Bezüglich der Anordnung des elektro-hydraulischen Antriebsaggregates bestehen grundsätzlich mehrere Möglichkeiten. Vorzugsweise wird jedoch eine Anordnung im Bereich, d.h. räumlicher Nähe zur Zylinder/Kolbeneinheit gewählt, um die erforderlichen Leitungsverbindungen so kurz wie möglich zu halten. Dabei kann das elektro-hydraulische Antriebsaggregat in einer ersten Ausbildung zumindest teilweise in der Kupplungsstange angeordnet werden, während in einer zweiten Ausbildung die Integration direkt mit im Kupplungskopf erfolgt. Erstere Möglichkeit bietet den Vorteil, den Kupplungskopf relativ kompakt zu gestalten und den ohnehin vorhandenen Freiraum in der mit diesem verbundenen Kupplungsstange für die Anordnung zu nutzen, wobei kraft- oder formschlüssige Befestigungsmöglichkeiten für die einzelnen Komponenten oder das kompakte elektro-hydraulische Antriebsaggregat in der Kupplungsstange denkbar sind.
Die Integration im Kupplungskopf gemäß einer zweiten Ausbildung bietet wiederum den Vorteil, dass diese unabhängig von der Ausgestaltung der an diesem anzuschließenden Kupplungsstange erfolgen kann, was gerade für letztere keine speziellen Anpassungen hinsichtlich möglicher Befestigungsmöglichkeiten erfordert.
Besonders kompakt kann die Entkuppeleinrichtung ausgeführt werden, wenn der Motor eine Abtriebsdrehachse aufweist, die zumindest im Wesentlichen radial zur Hauptachse angeordnet ist. Die Abtriebsdrehachse zeigt demnach vorteilhaft in Richtung der Hauptachse beziehungsweise schneidet die Hauptachse oder zumindest einen um die Hauptachse verdrehbaren Hauptbolzen, der drehfest am Herzstück angeschlossen ist. Im Vergleich zu einer Motorabtriebsdrehachse, die windschief oder tangential zu einem solchen Hauptbolzen oder zur Hauptachse angeordnet ist, benötigt die Entkuppeleinrichtung einen wesentlich schmaleren Bauraum, der sich mit seiner Längserstreckung in Richtung der Kupplungsstangenlängsachse beziehungsweise der Kupplungskopfgehäuselängsachse erstreckt und damit leicht innerhalb des Kupplungskopfgehäuses und ggf. dem angrenzenden Bereich der Kupplungsstange untergebracht werden kann.
Zum direkten Einwirken des Kolbens der Zylinder/Kolben-Einheit weist das Herzstück zumindest eine Anlagefläche zur Anlage einer Kolbenfläche der Zylinder/Kolbeneinheit auf, welche außerhalb der Hauptachse an diesem angeordnet ist. Die Zylinder/Kolbeneinheit ist dabei derart gegenüber dem Herzstück positioniert, dass der Maximalhub des Kolbens dem Winkelweg (Verdrehwinkel) des Herzstückes von der gekuppelten in die entkuppelte Position entspricht. Vorzugsweise ist der Verfahrweg des Kolbens durch eine theoretische Achse beschreibbar, welche beabstandet zur Hauptachse und windschief oder tangential zur Hauptachse angeordnet ist, um beim Einwirken auf das Herzstück ein Moment um die Hauptachse an diesem zu erzeugen.
Bevorzugt ist die Entkuppeleinrichtung unabhängig von der Stellung des Herzstücks betätigbar. Die Stellung der Entkuppeleinrichtung, kann bevorzugt mit einem Sensor erfasst werden, um bestimmte Stellungen der Entkuppeleinrichtung überwachen zu können und/oder besser gezielt ansteuern zu können. Dazu ist der Entkuppeleinrichtung eine Steuervorrichtung zugeordnet, welche den Elektromotor entsprechend ansteuert.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die Entkuppeleinrichtung eine Sperrstellung auf, in der sie ein Verdrehen des Herzstücks aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung blockiert, wobei eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Entkuppeleinrichtung ansteuerbar ist, um diese über eine Zeitspanne dauerhaft in der Sperrstellung zu halten. Die Dauer der Zeitspanne kann beispielsweise durch eine aktive Betätigung, insbesondere mittels eines Schalters, bestimmt werden, indem beispielsweise das Halten in der Sperrstellung dann beendet wird, wenn durch den Fahrzeugführer eine Freigabe erfolgt. Prinzipiell könnte auch eine vorbestimmte Zeitspanne ausgewählt werden, die dann automatisch beendet wird.
Die erfindungsgemäße Entkuppeleinrichtung wirkt demnach durch den in ihr enthaltenen Motor und ist von der zuvor genannten Arretierung, die rein mechanisch durch gegenseitiges Anfahren von zwei automatischen Zugkupplungen wirkt, zu unterscheiden. Vielmehr ist die Entkuppeleinrichtung zusätzlich zu der mechanischen Arretierung vorgesehen.
Bevorzugt ist eine Handbetätigungsvorrichtung vorgesehen, mit welcher das Herzstück manuell in die entkuppelte Stellung verbringbar ist. Durch ein Verdrehen des Herzstücks in die entkuppelte Stellung ist eine Entkupplung der automatischen Zugkupplung möglich.
Die automatische Zugkupplung kann, wie eingangs dargelegt, mit einer Arretierung versehen sein, die insbesondere die dargestellte Klinkenstange und den Stempel umfasst und wie eingangs beschrieben wurde arbeitet.
Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug weist eine entsprechende automatische Zugkupplung der dargestellten Art auf.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:

Figur 1a: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung;
Figur 1b und 1c: den Aufbau einer Entkuppeleinrichtung in schematisiert vereinfachter Darstellung;
Figur 2: eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung in einer Draufsicht schräg von oben;
Figur 3: im Detail den Einwirkbereich des Kolbens direkt am Herzstück;
Figuren 4a und 4b: eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung in einer Draufsicht schräg von oben inm der entkuppelten und der gekuppelten Stellung.

In der Figur 1a ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung in einer entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses 3 beziehungsweise von dessen Herzstück 6 gezeigt. Ferner schematisiert wiedergegeben ist eine zugehörige Entkuppeleinrichtung 11. Im Einzelnen weist die automatische Zugkupplung einen Kupplungskopf 1 auf, der ein Kupplungskopfgehäuse 2 sowie den Kuppelverschluss 3 umfasst. Der Kuppelverschluss 3 ist als Drehverschluss ausgeführt, mit dem Herzstück 6, an welchem eine Kuppelöse 5 verdrehbar um eine Kuppelösenachse 8 angeschlossen ist. Das Herzstück 6 wiederum ist drehbar um die Hauptachse 7. Hierzu ist das Herzstück 6 auf einem Hauptbolzen 19 gelagert und drehfest an diesem angeschlossen.
Am Hauptbolzen 19 kann, wie in der Figur 1a dargestellt ist, zum einen eine Handbetätigungsvorrichtung 20 angreifen, um den Kuppelverschluss 3 manuell zu entkuppeln. Zum anderen kann über den Hauptbolzen 19 ein Aktuator eines hier nicht näher dargestellten Ventils einer Druckluftleitung, insbesondere Bremsluftleitung, angesteuert werden, sodass beim Verdrehen des Kuppelverschlusses 3 in die gekuppelte Stellung das Ventil geöffnet wird und beim Verdrehen des Kuppelverschlusses 3 in die entkuppelte Stellung das Ventil geschlossen wird.
Die Kuppelöse 5 weist ein erstes Ende 5.1 auf, an welchem sie drehbar an dem Herzstück 6 angeschlossen ist, sowie ein entgegengesetztes zweites Ende 5.2, das in ein Maul 9 des Herzstücks 6 eines gegengleichen Kupplungskopfes 1 eingespannt werden kann, um die beiden Kupplungsköpfe 1 mechanisch aneinander zu verriegeln. Entsprechend weist die Kuppelöse 5 an ihrem zweiten Ende 5.2 einen hier nicht näher dargestellten Querriegel auf.
Das Herzstück 6 jedes Kupplungskopfes 1 ist entgegen der Kraft eines Federspeichers 4, der beispielsweise durch eine oder mehrere Zugfedern gebildet wird, aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung verdrehbar.
In der Figur 1a ist eine entkuppelte Stellung des Kupplungskopfes 1 beziehungsweise des Kuppelverschlusses 3 gezeigt. Bei einer solchen entkuppelten Stellung, die auch als kuppelbereite Stellung bezeichnet wird, kann es sich auch im die eingangs genannte überzogene Stellung handeln.
Wenn in der in der Figur 1a gezeigten entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses beziehungsweise des Herzstücks 6 zwei Kupplungsköpfe 1 aufeinander zubewegt werden, so tauchen die Kegel 21 in die Trichter 22 ein und entriegeln die Arretierung des Kuppelverschlusses 3, beispielsweise indem die Kegel 21 auf die Stempel 26 der Arretierung drücken, dabei eine Rastverbindung beispielsweise der Klinkenstangen 27 lösen, sodass die Herzstücke 6 nicht länger gegen ein Verdrehen in die gekuppelte Stellung blockiert werden und durch die Kraft beispielsweise des Federspeichers 4 sich in die gekuppelte Stellung verdrehen. Dabei rasten die in den Trichtern 22 geführten Kuppelösen 5 in die Herzstückmäuler 9 ein und die beiden Kuppelverschlüsse 3 sind ineinander verhakt.
Die Kuppelverschlüsse 3 werden ausschließlich durch Zugkräfte belastet, wohingegen die Druckkräfte über die Stirnflächen 23 der Stirnplatte 24 übertragen werden.
Die Entkuppeleinrichtung 11 umfasst zumindest einen Elektromotor 12, eine über den Elektromotor 12 antreibbare hydraulische Pumpe, insbesondere hydrostatische Pumpe 30 und eine hydraulisch mit der Pumpe 30 verbindbare Zylinder/Kolbeneinheit 32, deren Kolben 36 am Herzstück 6 wirksam wird. Die hydraulische Kopplung zwischen Pumpe 30 und Zylinder/Kolbeneinheit 32 ist mit 33 bezeichnet. Die Beaufschlagung der Zylinder/Kolbeneinheit 32 mit Betriebsmedium erfolgt über eine Betriebsmediumquelle 34, welche über eine hydraulische Verbindung mit der Pumpe 30 verbunden ist. Das hydraulische System kann als offenes oder geschlossenes System ausgebildet sein. Geschlossene Systeme bieten sich insbesondere bei dezentraler Betriebsmediumversorgung an.
Der Elektromotor 12 und die Pumpe 30 sind vorzugsweise zu einem elektro-hydraulischen Antriebsaggregat 31 zusammengefasst. Dazu können beide in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein oder werden aneinander angeflanscht. Eine derartige Ausbildung der Entkuppeleinrichtung 11 ist in Figur 1b in schematisiert stark vereinfachter Darstellung wiedergegeben. In diesem Fall kann die Betriebsmediumquelle 34 auch im Antriebsaggregat 31 integriert sein oder aber außerhalb dessen angeordnet, wie in Figur 1b mittels unterbrochener Linie verdeutlicht. Die Integration der Betriebsmediumquelle 34 in das Antriebsaggragt bietet dabei den Vorteil der Schaffung eines geschlossenen Systems.
Denkbar ist auch eine aufgelöste Bauweise, wie beispielsweise in Figur 1c wiedergegeben, d.h. Elektromotor 12 und Pumpe 30 sind räumlich getrennt voneinander angeordnet und es besteht lediglich eine Triebverbindung zwischen der Antriebswelle des Elektromotors 12 und einer Eingangswelle der Pumpe 30.
In der Ausführung gemäß Figur 1a sind Elektromotor 12, Pumpe 30 und vorzugsweise auch die Betriebsmediumquelle 34 zumindest teilweise in der Kupplungsstange 10 angeordnet. Denkbar ist auch die vollständige Integration in der Kupplungsstange 10.
Die Zylinder/Kolbeneinheit 32 ist im Kupplungskopfgehäuse 2 angeordnet. Die Zylinder/Kolbeneinheit 32 ist dabei beabstandet zum elektro-hydraulischen Antriebsaggregat 31 angeordnet, vorzugsweise jedoch in räumlicher Nähe und mit diesem hydraulisch verbunden über die Verbindung 34.
Die Anordnung erfolgt derart gegenüber dem Herzstück 6, dass der Kolben 36 gegenüber diesem verfahrbar ist, um ein Moment am Herzstück 6 um die Hauptachse 7 zu erzeugen. Der Kolben 36 weist dazu im vorderen Endbereich eine Wirkfläche auf, die an einem Anlagebereich 14 am Herzstück 6 wirksam wird. Der Kolben 36 der Zylinder/Kolbeneinheit 32 ist dabei beabstandet zur Hauptachse 7 und windschief oder in einem Winkel, vorzugsweise tangential zu dieser angeordnet. Das gilt auch für die den Verfahrweg beschreibbare theoretische Achse 25.
Bei der Darstellung in der Figur 2 in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht von oben erkennt man, dass alle Komponenten des Kuppelverschlusses 3 innerhalb des Kupplungskopfgehäuses 2 aufgenommen sind und sich in Längsrichtung der Zugkupplung an das Kupplungskopfgehäuse 2 die Kupplungsstange 10 anschließt, welche zusätzlich zu dem Kupplungskopfgehäuse 2 einen Teil der elektrisch Entkuppeleinrichtung 11, hier den Elektromotor 12, aufnimmt.
Figur 3 verdeutlicht in einer Detailansicht die Einwirkung des Kolbens 36 an einem Anlagebereich 14 am Herzsstück 6. In diesem Fall weist das Herzstück 6 eine zur Wirkfläche am Kolben 36 ausgerichtete Fläche auf, an welcher der Kolben 36 bei seiner Hubbewegung entsprechend des Verfahrweges 25 zur Anlage kommt und bei weiterer Bewegung ein Moment auf das Herzstück 6 um die Hauptachse 7 erzeugt.
Ferner ist eine Steuervorrichtung 13 vorgesehen, mit welcher die Entkuppeleinrichtung 11 ansteuerbar ist, um diese über eine Zeitspanne dauerhaft in einer Sperrstellung zu halten. Die Dauer der Zeitspanne kann beispielsweise durch eine aktive Betätigung, insbesondere mittels eines Schalters, bestimmt werden, indem beispielsweise das Halten in der Sperrstellung dann beendet wird, wenn durch den Fahrzeugführer eine Freigabe erfolgt. Prinzipiell könnte auch eine vorbestimmte Zeitspanne ausgewählt werden, die dann automatisch beendet wird.
Eine alternative vollständige Aufnahme der kompletten, elektrisch betätigten Entkuppeleinrichtung 11 innerhalb des Kupplungskopfgehäuses 2 ist ebenfalls möglich, jedoch hier nicht dargestellt.
Die Figuren 4a und 4b zeigen einen aufgeschnittenen Kupplungskopf 1, wobei die Kupplung in der entkuppelten Stellung in Figur 4a und der gekuppelten Stellung in Figur 4b wiedergegeben ist. Die Funktion der elektrisch betätigten Entkuppeleinrichtung 11 kann dabei anhand dieser Figuren erläutert werden. In der Figur 4a ist das Herzstück 6 in der entkuppelten Stellung gezeigt. Um nun mit das Herzstück aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung zu verbringen, wird der Zylinder 36 zurückgefahren.
Der Wechsel in den ungekuppelten bzw. kuppelbereiten Zustand gemäß Figur 4a erfolgt durch das Auslösen eines Entkuppelsignals, wobei beispielsweise über die Steuervorrichtung 13 der Elektromotor 12 entsprechend angesteuert wird. Dadurch wird über das elektro-hydraulische Antriebsaggregat 31 der Zylinder der Zylinder/Kolbeneinheit 32 mit Druck beaufschlagt und der Kolben 36 fährt aus. Hierdurch wird das Herzstück 6 in die entkuppelte Position bewegt. Die Bewegung der Kolbenstange 36 endet bei der sogenannten überrissenen Position des als Kupplungsverschluss ausgebildeten Herzstückes 6. Im Anschluss schaltet das Antriebsaggregat 31 wieder um und fährt den Kolben 36 wieder zurück in die Grundposition, d.h. eingefahrene Stellung. Das Herzstück (Verschluss) 6 bewegt sich nun geringfügig zurück bis in die Rastposition (vorgespannte/kuppelbereite Position des Verschlusses) wobei sich der Kolben 36 bereits wieder zurückgefahren in der Grundposition befindet und somit keinen Einfluss auf das Herzstück 6 hat.
Während des Entkupplungsvorgangs fährt dabei die Kolbenstange 36 gegen eine definierte Kontur des Herzstücks 6 und bewegt dieses über einen bestimmten Winkelweg im Uhrzeigersinn bis der max. Hub erschöpft ist. Dieser Hubweg entspricht dem notwendigen Winkelweg des Herzstücks und den Verschluss bzw. die Kupplung zu entkuppeln.
Die Figur 4b zeigt das Herzstück 6 in der gekuppelten Stellung. Zum Wechsel in die gekuppelte Stellung wird das Antriebsaggregat 32 entsprechend angesteuert und die Zylinder/Kolbeneinheit 32 ist in Grundstellung mit eingefahrenen (zurückgezogenen) Kolben 36. Das Herzstück 6 kann den Wechsel von "kuppelbereit" in "gekuppelt" kraftfrei ohne jeglichen Einfluss durch die Entkuppeleinrichtung 11 auf die Herzstückbewegung schlagartig ausführen.

Bezugszeichenliste

1: Kupplungskopf
2: Kupplungskopfgehäuse
3: Kuppelverschluss
4: Federspeicher
5: Kuppelöse
5.1: erstes Ende
5.2: zweites Ende
6: Herzstück
7: Hauptachse
8: Kuppelösenachse
9: Maul
10: Kupplungsstange
11: Entkuppeleinrichtung
12: Elektromotor
12.1: Abtriebsdrehachse
13: Steuervorrichtung
14: Anlagebereich
18: Sensor
19: Hauptbolzen
20: Handbetätigungsvorrichtung
21: Kegel
22: Trichter
23: Stirnfläche
24: Stirnplatte
25: Verfahrweg
30: hydraulische Pumpe
31: elektro-hydraulisches Antriebsaggregat
32: Zylinder/Kolbeneinheit
33: hydraulische Kopplung
34: Betriebsmediumquelle
35: Verbindung
36: Kolben

Claims

Automatische Zugkupplung, insbesondere für einen Güterwagen eines Schienenfahrzeugs,
mit einem Kupplungskopf (1), der ein Kupplungskopfgehäuse (2) und einen Kuppelverschluss (3) mit Arretierung umfasst, wobei

der Kuppelverschluss (3) als Drehverschluss mit einer Kuppelöse (5) und einem Herzstück (6) ausgeführt ist, wobei das Herzstück (6) um eine Hauptachse (7) verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung, die Kuppelöse (5) mit einem ersten Ende (5.1) verdrehbar um eine Kuppelösenachse (8) am Herzstück (6) angeschlossen ist und ein zweites freies Ende (5.2) aufweist; und

das Herzstück (6) ein Maul (9) aufweist, das zur Aufnahme eines zweiten Endes (5.2) einer Kuppelöse (5) eines gegengleichen Kupplungskopfes (1) angeordnet ist;

mit einer Entkuppeleinrichtung (11) zum Einwirken auf das Herzstück, um das Herzstück (6) aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung zu verdrehen;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Entkuppeleinrichtung (11) als elektro-hydraulische Entkuppeleinrichtung (31)ausgeführt und entweder vollständig innerhalb des Kupplungskopfgehäuses (2) oder vollständig innerhalb des Kupplungskopfgehäuses (2) und einer sich an das Kupplungskopfgehäuse (2) anschließenden Kupplungsstange (10) angeordnet ist.
Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-hydraulische Entkuppeleinrichtung (31) einen Elektromotor (12), eine vom Elektromotor (12) antreibbare hydraulische, insbesondere hydrostatische Pumpe (30) und wenigstens eine von der Pumpe (30) beaufschlagbare Zylinder/Kolbeneinheit (32) umfasst, wobei der Kolben (36) der Zylinder/Kolbeneinheit (32) derart angeordnet und ausgebildet ist, direkt auf das Herzstück (6) einzuwirken, um das Herzstück (6) aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung zu verdrehen.
Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) und die Pumpe (30) zu einem elektro-hydraulischen Antriebsaggregat (31) zusammengefasst sind, welches hydraulisch mit der Zylinder/Kolbeneinheit (32) gekoppelt ist.
Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro-hydraulischen Antriebsaggregat (31) mit einer extern angeordneten Betriebsmediumquelle (34) koppelbar ist oder das elektrohydraulische Antriebsaggregat (31) eine interne Betriebsmediumquelle (34) umfasst.
Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro-hydraulischen Antriebsaggregat (31) zumindest teilweise in der Kupplungsstange (10) angeordnet ist.
Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Elektromotor (12), die Pumpe (30) und in einer Weiterbildung zusätzlich der Zylinder (36) der Zylinder/Kolbeneinheit (32) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12), eine Abtriebsdrehachse (12.1) aufweist, die zumindest im Wesentlichen radial zur Hauptachse (7) angeordnet ist.
Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Herzstück (6) zumindest eine Anlagefläche (14) zur Anlage einer Kolbenfläche der Zylinder/Kolbeneinheit (329 aufweist, welche außerhalb der Hauptachse (7) an diesem angeordnet ist und die Zylinder/Kolbeneinheit (32) derart gegenüber dem Herzstück (6) positioniert ist, dass der Maximalhub des Kolbens (36) dem Winkelweg (Verdrehwinkel) des Herzstückes (6) von der gekuppelten in die entkuppelte Position entspricht.
Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (18) vorgesehen ist, der eine Stellung der Entkuppeleinrichtung (11) erfasst.
Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkuppeleinrichtung (11) eine Sperrstellung aufweist, in der sie ein Verdrehen des Herzstücks (6) aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung über die Triebverbindung blockiert, wobei eine Steuervorrichtung (28) vorgesehen ist, mit welcher die Entkuppeleinrichtung (11) ansteuerbar ist, um diese über eine Zeitspanne dauerhaft in der Sperrstellung zu halten.
Schienenfahrzeug mit einer automatischen Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zum Entkuppeln einer automatischen Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Herzstück (6) über die Triebverbindung durch Antreiben des Elektromotors (12) der elektro-hydraulischen Entkuppeleinrichtung (11) aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung verdreht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem vorwählbaren Betriebsmodus die Entkuppeleinrichtung (11) in einer Sperrstellung gehalten wird, in welcher sie ein Verdrehen des Herzstückes aus der entkuppelten in die gekuppelte Stellung blockiert, wobei
ein erster Betriebsmodus mit der Steuervorrichtung (28) einstellbar ist, in welchem die Entkuppeleinrichtung (11) unmittelbar nach dem Verdrehen des Herzstücks (6) mit der Entkuppeleinrichtung (11) aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung ein Verdrehen des Herzstücks (6) aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung wieder freigibt, und ein zweiter Betriebsmodus mit der Steuervorrichtung (28) einstellbar ist, in welchem die Entkuppeleinrichtung (11) in der Sperrstellung gehalten wird.