DE102006011425A1

DE102006011425A1 - Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE102006011425A1
Application number: DE102006011425A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Krome
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-03-11
Filing date: 2006-03-11
Publication date: 2007-09-13
Also published as: CN101400560A; DE502007004073D1; PL1996439T3; CN101400560B; RU2424930C2; US20090101615A1; RU2008140321A; US7832575B2; EP1996439A1; EP1996439B1; WO2007104643A1

Abstract

Eine Gelenkkupplung (1) für Schienenfahrzeuge umfasst eine in eine Kupplungsgabel (4) eingreifende Kupplungslasche (3) sowie ein sphärisches Lager (2) in der Kupplungslasche (3), wobei das sphärische Lager (2) einen Innenring (5) mit einer konvexen Oberfläche (6) aufweist, der in einem Außenring (7) mit einer konkaven Oberfläche (8) verschwenkbar gelagert ist, und wobei der Außenring (7) in einer Öffnung (14) der Kupplungslasche (3) befestigt ist. Zur Befestigung des Außenrings (7) in der Öffnung (14) der Kupplungslasche (3) weisen sowohl der Außenring (7) als auch die Kupplungslasche (3) jeweils eine Nut (15, 17) auf, wobei ein Klemmring (18) in der Nut (17) des Außenrings (7) und zugleich in der Nut (15) der Kupplungslasche (3) einliegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge, bei welcher eine Kupplungslasche mittels eines sphärischen Lagers in einer Kupplungsgabel gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung

Eine Gelenkkupplung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US 5,172,819 A bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Kupplung zur semipermanenten Verbindung von Waggons. Es werden beispielsweise Einheiten von zehn Waggons zusammengestellt, die in der Regel nur zu Wartungszwecken getrennt werden. Die semipermanenten Verbindungen zwischen den Waggons sollen dazu beitragen, die Auswirkungen von Schlagkräften zu reduzieren, die unter den Stoßbedingungen des Zugbetriebs auf einen Waggon einwirken.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Schienenfahrzeuge geeignete Gelenkkupplung anzugeben, welche sich sowohl durch eine beanspruchsgerechte Konstruktion als auch durch eine besonders rationelle Herstellbarkeit auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gelenkkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Gelenkkupplung weist eine in eine Kupplungsgabel eingreifende Kupplungslasche mit einem sphärischen Lager auf, wobei Kupplungsgabel und Kupplungslasche auch als Mutterteil bzw. Vaterteil bezeichnet werden. Teile des sphärischen Lagers sind ein Innenring mit einer konvexen Oberfläche und ein damit zusammenwirkender, eine Gleitlagerung bildender Außenring mit einer konkaven Oberfläche, welcher in einer Öffnung der Kupplungslasche befestigt ist. Zur Befestigung des Außenrings in der typischerweise kreisrunden Öffnung der Kupplungslasche weisen sowohl der Außenring als auch die Kupplungslasche jeweils eine Nut auf, wobei ein Klemmring in der Nut des Außenrings und zugleich in der Nut der Kupplungslasche einliegt. In der Regel ist der Klemmring als einstückiges Metallteil axial geschlitzt; alternativ können auch mehrere einzelne Klemmringsegmente verwendet werden.

Die Befestigung des Außenrings in der Kupplungslasche mittels Klemmring hat zum einen den Vorteil einer einfachen Montage, zum anderen sind aufgrund des Entfalls von Schweißarbeiten keine Restriktionen hinsichtlich der Werkstoffe gegeben. Insbesondere ist ein gesprengter Außenring verwendbar. Eine im Vergleich zum Außenring sowie zur Kupplungslasche geringe Breite des Klemmrings ermöglicht eine großflächige Anlage des Außenrings in der Öffnung der Kupplungslasche und damit eine besonders gleichmäßige Krafteinleitung. Vorzugsweise beträgt die in Axialrichtung gemessene Breite des Klemm rings weniger als 15%, insbesondere weniger als 10%, der in derselben Richtung gemessenen Breite des Außenrings. Letztgenannte Breite stimmt vorzugsweise mit der Breite der Kupplungslasche überein.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Kupplungslasche Bohrungen auf, welche vom Umfang der Kupplungslasche zur Nut der Kupplungslasche reichen. Diese Bohrungen dienen der Aufnahme von Schrauben, mit denen die radiale Positionierung des Klemmrings zumindest abschnittsweise geändert werden kann. Hierbei kommt sowohl eine Vergrößerung als auch eine Verkleinerung des Radius des Klemmrings in Betracht. Bei größtmöglichem Radius befindet sich der einen Teil der Gelenkkupplung bildende Klemmring vorzugsweise vollständig in der Nut der Kupplungslasche. In vorteilhafter Weise ist der Klemmring derart elastisch vorgespannt, dass er, solange keine weiteren Kräfte auf ihn einwirken, vollständig in der Nut der Kupplungslasche einliegt. In dieser Positionierung des Klemmrings ist ein sehr einfaches Einsetzen des Außenrings in die Öffnung der Kupplungslasche möglich. Um anschließend den Klemmring formschlüssig mit dem Außenring zu verbinden, müssen lediglich die in den Bohrungen befindlichen Schrauben angezogen werden, die hierbei eine Kraft auf den Klemmring radial nach innen ausüben.

Bei der Demontage der Gelenkkupplung kann es in analoger Weise ausreichend sein, die genannten Schrauben zu lösen, damit der Klemmring expandiert und eine Trennung von Außenring und Kupplungslasche ermöglicht. Sollte der Klemmring, etwa aufgrund korrosiver Einwirkungen, in der Nut des Außenrings festsitzen, so ist in vorteilhafter Weise die Möglichkeit vorgesehen, den Klemmring mittels mehrerer Schrauben nach außen, in die Nut der Kupplungslasche, zu ziehen.

In Abwandlung von der vorstehend beschriebenen Anordnung der Schrauben, welche zur Verlagerung und/oder Sicherung des Klemmrings vorgesehen sind, kann auch eine stirnseitige Verschraubung des Klemmrings vorgesehen sein. Der Vorteil einer solchen Verschraubung mit Schrauben, welche parallel zur Axialrichtung des Klemmrings sowie des Außen- und Innenrings angeordnet sind, kann, abhängig von den geometrischen Gegebenheiten im Einzelfall, insbesondere in einer günstigen Spannungsverteilung liegen, wobei die Lage einer neutralen Faser ausgenutzt wird. Auch eine Kombination aus radialer und axialer Anordnung von Klemmschrauben, die direkt oder indirekt auf den Klemmring einwirken, ist möglich.

Die Schrauben, welche zum Eindrücken des Klemmrings in die Nut des Außenrings vorgesehen sind, können beispielsweise durch Verkleben gegen Losdrehen gesichert sein. Zusätzlich oder statt einer Verklebung ist als Sicherung gegen Herausdrehen der Schrauben vorzugsweise eine Schelle aus Stahl um die Öffnungen in der Kupplungslasche gelegt, wobei eine Befestigung auf einer oder symmetrisch auf beiden Seiten vorgesehen sein kann.

Der Klemmring weist in vorteilhafter Ausgestaltung im Querschnitt eine radial nach innen gerichtete, mindestens einseitige Verjüngung auf. Vorzugsweise ist die Verjüngung zweiseitig, symmetrisch zu einer den Klemmring sowie ggf. die radialen Bohrungen schneidenden Ebene, ausgebildet. Die Nut im Außenring weist einen dem Querschnitt des Klemmrings angepassten, sich radial nach innen verjüngenden Querschnitt auf, so dass der Klemmring spielfrei im Außenring positionierbar ist. Dagegen bleibt bei komplett montierter Gelenkkupplung das Spiel des Klemmrings in der Nut der Kupplungslasche vorzugsweise bestehen.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind zwei in parallelen Ebenen angeordnete Klemmringe zwischen dem Außenring und der Kupplungslasche positioniert. Abgesehen von den Nuten, welche die Klemmringe aufnehmen, können die äußere Oberfläche des Außenrings sowie die Oberfläche der Öffnung der Kupplungslasche durchgehend zylindrisch gestaltet sein. Die axiale Festlegung des Außenrings relativ zur Kupplungslasche erfolgt dabei ausschließlich über die Klemmringe. Abweichend von dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, an der Kupplungslasche und/oder am Außenring einen Flansch auszubilden. In diesem Fall ist zwischen die Kupplungslasche und den Außenring vorzugsweise nur ein einziger Klemmring eingesetzt. Der Flansch der Kupplungslasche oder des Außenrings weist vorzugsweise eine abgeschrägte, am jeweils anderen Bauteil anschlagende Flanke auf. Die Stirnseite des an eines der Bauteile, insbesondere den Außenring, angeformten Flansches fluchtet vorzugsweise mit der stirnseitigen Oberfläche des anderen Bauteils, insbesondere der Kupplungslasche.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge,
2 im Querschnitt ausschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge und
3 in einer Ansicht analog 2 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist vereinfacht eine Gelenkkupplung 1 für Schienenfahrzeuge dargestellt, deren prinzipielle Funktion beispielsweise aus der DE 103 60 289 A1 bekannt ist. Ebenso eignet sich die Gelenkkupplung 1 beispielsweise für Kupplungen mit Zugstangen, wie in der DE 195 43 183 A1 beschrieben. Eine weitere Anwendung für die Gelenkkupplung 1 ist in der Kopplung von auf einem gemeinsamen Drehgestell abgestützten Enden zweier gelenkig miteinander verbundener Fahrzeugeinheiten, wie grundsätzlich in der EP 0 520 301 A1 beschrieben, gegeben.
Die Gelenkkupplung 1 weist ein sphärisches Lager 2 auf, mittels dessen eine Kupplungslasche 3 mit einer Kupplungsgabel 4 verbunden ist. Ein Spiel der Gelenkkupplung 1 in einer ersten Richtung ist mit x bezeichnet; des Weiteren existiert ein Spiel in einer hierzu orthogonalen Richtung. Je nach Einbaulage der Gelenkkupplung 1 kann es sich bei dem Spiel x um das vertikale Spiel oder das horizontale Spiel handeln.
Das Lager 2 ist als Gleitlager ausgebildet, wobei ein Innenring 5 mit einer kugeligen Oberfläche 6 in einem Außenring 7 mit einer konkaven Oberfläche 8 verschwenkbar gelagert ist. Der Innenring 5 ist durchdrungen von einem Bolzen 9, welcher in Bohrungen 10, die sich in Gabelwangen 11, 12 der Kupplungsgabel 4 befinden, gehalten ist. Die Bohrungen 10 sind, um ein Verschieben des Bolzens 9 zu verhindern, mit Verschlussklappen 13 abgedeckt.
Vor der Montage der Gelenkkupplung 1 wird der Außenring 7 durch in Radialrichtung wirkende Kräfte gesprengt. Dies hat den Vorteil, dass der Außenring 7 längs einer Ebene E, die eine normal zur Symmetrieachse A des sphärischen Lagers 2 angeordnete Symmetrieebene dieses Lagers 2 bildet, nicht geteilt zu sein braucht. Der als gesprengter Außenring aufgebaute Außenring 7 ist in eine zylindrische Öffnung 14 der Kupplungslasche 3 eingesetzt. Details der Befestigung des Außenrings 7 in der Öffnung 14 der Kupplungslasche 3 werden insbesondere anhand der 2 und 3 deutlich, die Ausführungsbeispiele von Gelenkkupplungen 1 zeigen, deren grundsätzlicher Aufbau dem Ausführungsbeispiel nach 1 entspricht.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich, soweit nicht anders erwähnt, auf alle dargestellten Ausführungsbeispiele. Eine Nut 17 an der äußeren, im Wesentlichen zylindrischen Oberfläche 16 des Außenrings 7 liegt einer Nut 15 in der Wandung 18 der Öffnung 14 gegenüber. Die übereinstimmende, in Axialrichtung gemessene Breite b der Nuten 15, 17 beträgt ca. 10% der Breite B der Kupplungslasche 3 sowie des Außenrings 7. Im dargestellten, fertig montierten Zustand der Gelenkkupplung 1 greift ein Klemmring 18 in beide Nuten 15, 17 ein und stellt damit eine Verbindung zwischen dem Außenring 7 und der Kupplungslasche 3 her. Bevor der Außenring 7 in die Öffnung 14 der Kupplungslasche 3 eingesetzt wird, befindet sich der Klemmring 18 aufgrund dessen elastischer Vorspannung vollständig innerhalb der Nut 15 in der Kupplungslasche 3.
In anhand der Figuren nicht erkennbarer Weise ist der Klemmring 18 axial geschlitzt, so dass der Durchmesser des Klemmrings 18 durch auf diesen einwirkende Kräfte variiert werden kann. Befindet sich der Außenring 7 während der Montage der Gelekkupplung 1 relativ zur Kupplungslasche 3 in der endgültigen, dargestellten Position, so wird der Durchmesser des Klemmrings 18 mittels einzelner Schrauben 19, die jeweils eine in Radialrichtung angeordnete Bohrung 20 in der Kupplungslasche 3 durchdringen, verringert, so dass der Klemmring 18 teilweise in die Nut 17 des Außenrings 7 eingreift. Die Schrauben 19 sind durch eine Stahlschelle 21 gegen Herausdrehen gesichert. Die die Kupplungslasche 3 durchdringende Bohrung 20 ist als Gewindebohrung 22 ausgebildet, welche einen Durchmesser aufweist, der die konstante Breite b der Nut 15 der Kupplungslasche 3 etwas unterschreitet. Dagegen weist die Nut 17 des Außenrings 7 eine radial nach innen einseitig (3) bzw. zweiseitig (2) konisch verlaufende Form auf, die einer Verjüngung 23 des Klemmrings 18 angepasst ist. Damit ist der Klemmring 18 spielfrei in der Nut 17 verspannt.
Mit der beidseitig angeschrägten Form des Klemmrings 18 gemäß 2 ist ein einziger Klemmring 18 ausreichend, während bei nur einseitiger Anschrägung des Klemmrings 18 gemäß 3 vorzugsweise zwei Klemmringe 18 zwischen die Kupplungslasche 3 und den Außenring 7 gespannt sind. Insbesondere in Fällen, in denen nur ein einziger, einseitig angeschrägter Klemmring 18 vorhanden ist, ist es vorteilhaft, wenn an den Außenring 7, wie in 3 sichtbar, ein Flansch 24 angeformt ist. Dieser weist eine abgeschrägte Flanke 25 auf, welche an der Kupplungslasche 3 anliegt. In allen Ausführungsbeispie len weisen, unabhängig von einem ggf. vorhandenen Flansch 24, welcher alternativ auch an die Kupplungslasche 3 angeformt sein kann, der Außenring 7 sowie die Kupplungslasche 3 eine übereinstimmende Breite B auf. Ein Schwenkwinkel des Bolzens 9 relativ zum Außenring 7 ist mit α angegeben.

1: Gelenkkupplung
2: sphärisches Lager
3: Kupplungslasche
4: Kupplungsgabel
5: Innenring
6: konvexe Oberfläche
7: Außenring
8: konkave Oberfläche
9: Bolzen
10: Bohrung
11: Gabelwange
12: Gabelwange
13: Verschlussplatte
14: Öffnung
15: Nut in der Kupplungslasche
16: Oberfläche
17: Nut im Außenring
18: Klemmring
19: Schraube
20: Bohrung
21: Schelle
22: Gewindebohrung
23: Verjüngung
24: Flansch
25: Flanke
α: Schwenkwinkel
A: Symmetrieachse
b: Breite
B: Breite
E: Ebene

Claims

Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge, mit einer in eine Kupplungsgabel (4) eingreifenden Kupplungslasche (3) und einem sphärischen Lager (2) in der Kupplungslasche (3), wobei das sphärische Lager (2) einen Innenring (5) mit einer konvexen Oberfläche (6) aufweist, der in einem Außenring (7) mit einer konkaven Oberfläche (8) verschwenkbar gelagert ist, und wobei der Außenring (7) in einer Öffnung (14) der Kupplungslasche (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Außenrings (7) in der Öffnung (14) der Kupplungslasche (3) sowohl der Außenring (7) als auch die Kupplungslasche (3) jeweils eine Nut (15, 17) aufweisen, wobei ein Klemmring (18) in der Nut (17) des Außenrings (7) und zugleich in der Nut (15) der Kupplungslasche (3) einliegt.
Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungslasche (3) Bohrungen (20) aufweist, welche den Umfang der Kupplungslasche (3) mit der Nut (15) verbinden.
Gelenkkupplung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine die Bohrungen (20) abdeckende Schelle (21).
Gelenkkupplung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine in der Bohrung (20) angeordnete Schraube (19), welche dazu vorgesehen ist, den Klemmring (18) in radialer Richtung mit einer Kraft zu beaufschlagen.
Gelenkkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (18) eine derartige elastische Vorspannung aufweist, das er ohne weitere mechanische Belastung vollständig innerhalb der Nut (15) der Kupplungslasche (3) angeordnet ist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (18) eine radial nach innen gerichtete Verjüngung (23) aufweist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (18) spielfrei in der Nut (17) des Außenrings (7) und zugleich mit Spiel in der Nut (15) der Kupplungslasche (3) angeordnet ist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (7) einen an der Kupplungslasche (3) anschlagenden Flansch (24) aufweist.
Gelenkkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (24) eine abgeschrägte, an der Kupplungslasche (3) anliegende Flanke (25) aufweist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei jeweils in eine Nut (17) des Außenrings (7) sowie eine Nut (15) der Kupplungslasche (3) eingreifende Klemmringe (18).