DE102006036245A1

DE102006036245A1 - Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE102006036245A1
Application number: DE102006036245A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Krome
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-07
Also published as: EP2049381A1; ATE484436T1; WO2008015070A1; EP2049381B1; PL2049381T3; US20100006531A1; US7798345B2; DE502007005364D1

Abstract

Eine Gelenkkupplung (1) für Schienenfahrzeuge setzt sich aus einem zwei Gabelstücke (6) aufweisenden Gabelkopf (2) und einer Kupplungslasche (3) zusammen, wobei in der Kupplungslasche (3) ein sphärisches Gelenk (4) aufgenommen ist, welches von einem im Gabelkopf (2) gehaltenen Bolzen (5) durchsetzt ist. Zur Fixierung des Bolzens (5) im Gabelstück (6) ist ein Keil (11) vorgesehen, welcher in axialer Richtung des Bolzens (5) angeordnet ist und eine konkav gekrümmte, der zylindrischen Krümmung der Oberfläche des Bolzens (5) angepasste Oberfläche (12) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Gelenkkupplung, welche zur semipermanenten Verbindung zweier Fahrzeugeinheiten eines Schienenfahrzeuges geeignet ist. Eine solche Gelenkkupplung ist beispielsweise aus der EP 0 456 222 B1 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Stützen sich zwei Wagenkastenenden eines Schienenfahrzeugs auf einem gemeinsamen Drehgestell ab, so spricht man von einem Jakobs-Drehgestell. Die einzelnen Fahrzeugeinheiten des Schienenfahrzeugs sind in diesem Fall durch eine so genannte Kurzkupplung verbunden, welche in der Regel nur zu Wartungs- oder Reparaturzwecken gelöst wird. Kurzkupplungen können zur semipermanenten Verbindung von zwei oder mehr Fahrzeugen verwendet werden und sind beispielsweise in S-Bahnzügen zu finden. Ebenso finden Kurzkupp lungen im Güterverkehr Verwendung. In jedem Fall ist eine Beweglichkeit der Gelenkkupplung in allen drei Raumrichtungen erforderlich.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Schienenfahrzeuge geeignete Gelenkkupplung anzugeben, welche sich bei beanspruchungsgerechter Konstruktion durch eine besonders leichte Montierbarkeit auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gelenkkupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Gelenkkupplung weist einen auch als Mutterstück bezeichneten Gabelkopf mit zwei Gabelstücken auf, sowie eine auch als Vaterstück bezeichnete Kupplungslasche. Im mit einer ersten Fahrzeugeinheit verbundenen Gabelkopf ist ein Bolzen gehalten, welcher ein sphärisches Gelenk durchsetzt, das in der Kupplungslasche aufgenommen ist, die mit einer zweiten Fahrzeugeinheit verbunden ist. Zur Fixierung des vorzugsweise in horizontaler Einbaulage angeordneten Bolzens im Gabelstück ist ein Keil vorgesehen, der in axialer Richtung des Bolzens angeordnet ist und eine konkav gekrümmte, der zylindrischen Krümmung der Oberfläche des Bolzens angepasste Oberfläche aufweist. Die Erstreckungsrichtung, d.h. die Vorschubrichtung, des Keils stimmt somit mit der Axialrichtung des Bolzens überein. Die als Kurzkupplung ausgebildete Gelenkkupplung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine hohe Steifigkeit bei zugleich geringem Gewicht aus.
Vorzugsweise ist der Keilwinkel derart bemessen, dass der Keil selbsthemmend zwischen dem Bolzen und einer Anlagefläche des Gabelstücks gehalten wird. Weiter kann der den Bolzen spielfrei im Gabelkopf fixierende Keil mittels Verschraubungen am Gabelstück und/oder am Bolzen befestigt sein. Während der Keil eine konkav gekrümmte und eine dieser gegenüberliegende, vorzugs weise abgeflachte Seite aufweist, ist der Bolzen entweder vollständig zylindrisch geformt oder überwiegend zylindrisch mit einer achsparallelen Abflachung. In jedem Fall liegt der Keil an einem zylindrisch gekrümmten Abschnitt des Bolzens an. Die vom Bolzen abgewandte, am Gabelkopf anliegende Oberfläche des Keils kann konvex gekrümmt sein, so dass beide für die Keilwirkung verantwortlichen Oberflächen des Keils eine Krümmung aufweisen. Damit sind durch den Keil Kräfte erzeugbar, die besonders gleichmäßig radial von außen auf den Bolzen einwirken.
Die Abflachung des Bolzens liegt ggf. an einer Anlagefläche des Gabelstücks an, welche normal zur Längsrichtung des Gabelstücks, d.h. normal zur mit der Fahrzeugslängsrichtung übereinstimmenden Zugrichtung, angeordnet ist. Die am Gabelstück gebildete Anlagefläche erstreckt sich unabhängig davon, ob der Bolzen abgeflacht ist, bevorzugt beiderseits einer Ebene, welche durch die Achse des Bolzens verläuft und deren Normale mit der Fahrzeugslängsrichtung einen rechten Winkel einschließt. Bei horizontaler Einbaulage des Bolzens handelt es sich hierbei um eine horizontale Ebene. Auf der einen Seite dieser Ebene erstreckt sich die Anlagefläche des Gabelstücks vorzugsweise über einen Winkel von weniger als 90°, bezogen auf den Umfang des Bolzens, während auf der anderen Seite der Ebene die Anlagefläche einen Winkel von mehr als 90° überstreicht. Insgesamt liegt der Bolzen vorzugsweise mit etwas weniger als der Hälfte seines Umfangs am Gabelstück an. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage des Bolzens. Die Gabelstücke weisen entsprechende Öffnungen auf, die ein Einsetzen des Bolzens im Wesentlichen in radialer Richtung ermöglichen. Im montierten Zustand der Gelenkkupplung liegt der Keil in bevorzugter Ausgestaltung an mindestens 1/6 des Umfangs des Bolzens an. Mindestens 2/3 des Umfangs des Bolzens kontaktieren in dieser Ausgestaltung entweder das Gabelstück oder den Keil. Zur einfachen Demontage des Keils kann in diesen eine Abziehvorrichtung, insbesondere ein Abziehgewinde, integriert sein.
Das sphärische Gelenk, welches eine Winkelbeweglichkeit um alle drei Raumachsen ohne lineare Freiheitsgrade aufweist, kann für eine Fett- oder Ölschmie rung vorgesehen und/oder mit einem Gleitgewebe ausgeführt sein. In jedem Fall kann der Außenring des Gelenks einteilig oder mehrteilig, insbesondere in Form eines gesprengten Lagerrings, gefertigt sein. Der Innenring des sphärischen Gelenks, welcher vom Bolzen durchdrungen ist, ist vorzugsweise ein vom Bolzen getrenntes Teil. Alternativ ist der Innenring mit dem Bolzen einteilig ausgebildet.
Ein effektiver Schutz des sphärischen Gelenks vor Verschmutzung oder anderen den Verschleiß fördernden Einflüssen wie Feuchtigkeit, Eis, Schnee, Staub oder eventuell verunreinigten Schmierstoffen ist mittels einer vorzugsweise als Faltenbalgdichtung ausgeführten Abdichtung erreichbar. Ebenso ist ein in der Anmeldung DE 10 2006 023 566.5 (Anmeldetag: 19.05.06) beschriebener schleifender Dichtring als Abdichtmittel geeignet.
Die Abdichtung ist ohne Einschränkung der Beweglichkeit des sphärischen Gelenks derart montiert, dass am Gelenk gehaltene Bereiche der Abdichtung bei Bedarf, beispielsweise bei einem Drehgelenkwechsel, durchrutschen können, ohne eine Beschädigung der Abdichtung zu riskieren. Zur zuverlässigen Fixierung der Abdichtung sind Spannelemente wie Runddrahtringe oder Wurmfedern geeignet, wobei eine Vorspannung des eigentlichen Faltenbalgmaterials nicht erforderlich ist. Die Spannelemente umgreifen beispielsweise zu beiden Seiten des sphärischen Gelenks den Bolzen umgebende Stützringe, welche Axialkräfte, die auf das sphärische Gelenk wirken, aufnehmen. Jeder Stützring ist dabei zwischen dem Innenring des sphärischen Gelenks und einem der Gabelstücke angeordnet. Nach einer alternativen Ausgestaltung sind die beiden Stützringe integrale Bestandteile des Innenrings.
In allen Ausführungsformen weist die Gelenkkupplung eine günstige Pressungsverteilung sowie im Zusammenhang damit ein hohes Kraftaufnahmevermögen auf, wobei eine Trennung oder Verbindung der Kupplung ebenso wie ein Austausch einzelner Lagerelemente mit geringem Aufwand möglich ist.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 eine Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge in einer Seitenansicht,
2 eine Schnittdarstellung der Gelenkkupplung nach 1,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge in einer Ansicht analog 1, und
4 in einer Schnittdarstellung analog 2 die Gelenkkupplung nach 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 zeigen vereinfacht eine Gelenkkupplung 1 für Schienenfahrzeuge, hinsichtlich deren prinzipieller Funktion beispielhaft auf die DE 41 21 080 A1 verwiesen wird. Die Gelenkkupplung 1 dient der semipermanenten Kupplung eines ersten Fahrzeugs, an welchem ein Gabelkopf 2 befestigt ist, mit einem zweiten Fahrzeug, an welchem eine Kupplungslasche 3 befestigt ist. Die in allen Raumrichtungen gelenkige Verbindung zwischen dem Gabelkopf 2 und der Kupplungslasche 3 ist realisiert mittels eines sphärischen Gelenkes 4, das von einem Bolzen 5 durchsetzt ist, der in zwei Gabelstücken 6 des Gabelkopfes 2 gehalten ist. Der Bolzen 5 befindet sich in der Gelenkkupplung 1 in horizontaler Einbaulage und ist quer zur als x-Richtung oder Längsachse bezeichneten Fahrzeuglängsrichtung angeordnet. Die Symmetrieachse des Bolzens 5 stimmt mit der auch als Querachse bezeichneten y-Achse eines rechtwinkligen Koordinatensystems überein.
Der Gabelkopf 2 weist auf seiner Unterseite eine horizontal angeordnete Platte 7 auf, die sich auf einem nicht dargestellten Drehgestell des Schienenfahrzeugs abstützt. Eine Drehachse des Drehgestells ist mit der vertikalen z-Achse, auch als Hochachse bezeichnet, identisch, die die Symmetrieachse y des Bolzens 5 senkrecht schneidet. Der Bolzen 5 ist in im Wesentlichen radialer Richtung von oben, durch zwei Öffnungen 8 in den Gabelstücken 6 hindurch, in den Gabelkopf 2 einsetzbar. Zur Verstärkung des Gabelkopfes 2 im Bereich der Öffnungen 8 sind am oberen Rand der Gabelstücke 6 seitliche Versteifungen 9 als integrale Bestandteile der Gabelstücke 6 ausgebildet.
Der Bolzen 5 ist im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 vollständig zylindrisch ausgebildet und liegt an einer konkav gekrümmten Anlagefläche 10 des Gabelstücks 6 an. Diese konkave Anlagefläche 10 weist einen Krümmungsradius auf, der zumindest annähernd dem Krümmungsradius des Bolzens 5 entspricht und erstreckt sich über einen Winkel von knapp 180°, so dass kein Einführen des Bolzens 5 in axialer Richtung, d.h. in y-Richtung, erforderlich ist. Die konkave Anlagefläche 10 erstreckt sich sowohl oberhalb als auch unterhalb einer horizontalen, durch die x- und die y-Achse aufgespannten Ebene E. Hierbei überstreicht die Anlagefläche 10 im Bereich oberhalb der Ebene E einen Winkel von etwas weniger als 90° und im Bereich unterhalb der Ebene E einen Winkel von etwas mehr als 90°. Dies bedeutet, dass der Bolzen 5, so lange keine weiteren Kräfte auf ihn wirken, bereits aufgrund der Schwerkraft in korrekter Positionierung im Gabelkopf 2 liegen bleiben würde. Um den Bolzen 5 an die konkave Anlagefläche 10 zu pressen, ist ein Keil 11 vorgesehen, dessen Vorschubrichtung mit der y-Richtung identisch ist. Der Keil 11 weist eine der Kontur des Bolzens 5 angepasste konkave Anlagefläche 12 sowie eine hierzu im Schnitt nach 2 um einen Keilwinkel α schräg gestellte ebene Anlagefläche 13 auf. Die letztgenannte Anlagefläche 13 des Keils 11 kontaktiert eine ebene Anlagefläche 14 am Gabelstück 6, die vertikal ausgerichtet ist und um den Keilwinkel α relativ zur y-z-Ebene schräg gestellt ist. Durch den Kraftschluss zwischen dem Bolzen 5, dem Keil 11 und dem Gabelstück 11 ist der Bolzen 5 ohne jegliche Schwächung dessen Querschnitts sowohl gegen axiale Verschiebung als auch gegen Verdrehung gesichert.
Das Gabelstück 6 weist, wie aus 2 ersichtlich, eine Gewindebohrung 15 auf, die mit einer Durchgangsbohrung 16 im Keil 11 fluchtet und ein Verschrauben des Keils 11 am Gabelkopf 2 ermöglicht. Optional können, wie in der oberen Hälfte von 2 dargestellt, auch im Bolzen 5 Gewindebohrungen 17 vorgesehen sein, die mit Durchgangsbohrungen 18 im Keil 11 fluchten und eine Schraubverbindung zwischen dem Keil 11 und dem Bolzen 5 ermöglichen. Auf diese Weise können Kippmomente am Keil 11 vermieden oder zumindest minimiert werden. Der Keil 11 ist in jedem Fall nur so weit in das Gabelstück 6 eingesetzt, das die Beweglichkeit des sphärischen Gelenks 4 nicht eingeschränkt ist. Parallel zur y-Achse befinden sich im Keil 11 zwischen den Durchgangsbohrungen 16, 18 Abziehgewinde 24, welche als Abziehvorrichtung eine einfache Demontage der Gelenkkupplung 1 ermöglichen.
Das sphärische Gelenk 4, welches einen starr mit der Kupplungslasche 3 verbundenen Außenring 19 und einen Innenring 20 aufweist, ist auf beiden Seiten der Kupplungslasche 3 durch je einen Faltenbalg 21 als Abdichtvorrichtung vor Verschmutzung geschützt. Jeder Faltenbalg 21 ist einerseits an einer sich parallel zur x-z-Ebene erstreckenden Seitenfläche der Kupplungslasche 3 und andererseits an einem den Bolzen 5 umgebenden Stützring 25, der zwischen dem Innenring 20 und einem der Gabelstücke 6 angeordnet ist, gehalten. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Stützring 25 auch ein Bestandteil des Innenrings 20 sein. Zur Fixierung des Faltenbalgs 21 auf dem Stützring 25, welcher den Innenring 20 in Axialrichtung des Bolzens 5 gegenüber dem Gabelstück 6 abstützt, ist ein Spannelement 26 aus Stahl, nämlich eine um den Stützring 25 gespannte Feder, vorgesehen. Die Abdichtvorrichtung 21 sorgt insbesondere dafür, dass ein Gleitgewebe 27, welches der Gleitlagerung zwischen dem Innenring 20 und dem Außenring 21 der als Radialgelenklager ausgebildeten Gelenkkupplung 1 dient, vor äußeren Einflüssen geschützt bleibt.
Das Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass der Bolzen 5 auf der dem Keil 11 gegenüber liegenden Seite eine Abflachung 22 aufweist, die an einer ebenfalls ebenen Anlagefläche 23 des Gabelstücks 6 anliegt. Hierdurch ist der Bolzen 5 formschlüssig gegen Verdrehung gesichert. Das Gabelstück 6 weist in diesem Fall zwei sich gegenüberliegende, ebene Anlageflächen 14, 23 auf, die relativ zueinander um den Keilwinkel α schräg gestellt sind. Die Anlageflächen 10, 12 hingegen, an welchen sich der Bolzen 5 und der Keil 11 berühren, sind wie im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 zylindrisch gekrümmt. Der Ein- und Ausbau des Bolzens 5 erfolgt entsprechend der anhand der 1 und 2 beschriebenen Weise.

1: Gelenkkupplung
2: Gabelkopf
3: Kupplungslasche
4: sphärisches Gelenk
5: Bolzen
6: Gabelstück
7: Platte
8: Öffnung
9: Versteifung
10: konkave Anlagefläche der Gabelstücks
11: Keil
12: konkave Anlagefläche des Keils
13: ebene Anlagefläche des Keils
14: ebene Anlagefläche des Gabelstücks
15: Gewindebohrung im Gabelstück
16: Durchgangsbohrung
17: Gewindebohrung
18: Durchgangsbohrung
19: Außenring
20: Innenring
21: Faltenbalg
22: Abflachung des Bolzens
23: ebene Anlagefläche des Gabelstücks
24: Abziehgewinde
25: Stützring
26: Spannelement
27: Gleitgewebe
α: Keilwinkel
E: Ebene
x, y, z: Längs-, Quer-, Hochachse

Claims

Gelenkkupplung für Schienenfahrzeuge, mit einem zur Verbindung mit einer ersten Fahrzeugeinheit vorgesehenen, zwei Gabelstücke (6) aufweisenden Gabelkopf (2) und einer zur Verbindung mit einer zweiten Fahrzeugeinheit vorgesehenen Kupplungslasche (3), wobei in der Kupplungslasche (3) ein sphärisches Gelenk (4) aufgenommen ist, welches von einem Bolzen (5) durchsetzt ist, der im Gabelkopf (2) gehalten ist, gekennzeichnet durch einen den Bolzen (5) im Gabelstück (6) fixierenden Keil (11), welcher in axialer Richtung des Bolzens (5) angeordnet ist und eine konkav gekrümmte, der zylindrischen Krümmung der Oberfläche des Bolzens (5) angepasste Oberfläche (12) aufweist.
Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) selbsthemmend zwischen den Bolzen (5) und eine relativ zur Achse des Bolzens (5) schräg gestellte Anlagefläche (14) am Gabelstück (6) gespannt ist.
Gelenkkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) am Gabelstück (6) verschraubt ist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) am Bolzen (5) verschraubt ist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) zylindrisch ist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) eine abgeflachte, achsparallel verlaufende Anlagefläche (22) aufweist.
Gelenkkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gabelstück (6) eine mit der Anlagefläche (22) des Bolzens (5) zusammenwirkende, normal zur Längsrichtung (x) des Gabelstücks (6) angeordnete Anlagefläche (23) aufweist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) mit weniger als der Hälfte seines Umfangs am Gabelstück (6) anliegt.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) an mindestens einem Sechstel des Umfangs des Bolzens (5) anliegt.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gabelstück (6) und der Keil (11) zusammen an mehr als 2/3 des Umfangs des Bolzens (5) anliegen.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (11) eine zu dessen Demontage nutzbare Abziehvorrichtung (24), insbesondere ein Abziehgewinde, aufweist.
Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen zum Schutz des sphärischen Gelenks (4) vorgesehenen Faltenbalg (21).