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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine in der Praxis vorbekannte gattungsgemäße Kupplungsanordnung ist schematisch in der 7 dargestellt. Bei dieser Lösung wird eine Kupplungsstange 1, die sich entlang einer Längsachse 2 erstreckt und im Bereich eines ersten axialen Endes einen Kupplungskopf 3 trägt, im Lagerbock 4 am nicht dargestellten Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs gehalten. Um die Kupplungsstange 1 in einer definierten Höhe zu halten und gleichzeitig die notwendigen aufwärts und abwärts gerichteten Bewegungen zu ermöglichen, ist eine Abstützstruktur 7 vorgesehen, welche die Kupplungsstange 1 mittels einer Stützfeder 16 von unten abstützt. Durch ihre Vorspannung hält die Stützfeder 16 die Kupplungsstange 1 in der geeigneten Höhe, durch ihre Federreserve erlaubt sie die nötigen Auf- und Abbewegungen.
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In einer Grundplatte 9, die am Wagenkasten befestigt ist, ist eine Öffnung für den Lagerbock 4 vorgesehen. Diese Öffnung ist ausreichend groß, dass auch die Kupplungsstange 1 im Falle einer Überlast in Längsrichtung, das heißt in Richtung der Längsachse 2, durch die Öffnung hindurch passt. Ein solcher Überlastfall tritt bei einem Aufprall des Schienenfahrzeugs auf ein Hindernis auf und wird auch als Crashfall bezeichnet.
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Hinter der genannten Öffnung ist ein Energieverzehrelement 8 vorgesehen, das sich beim Auftreten der Überlast in Längsrichtung verformt und dadurch zumindest einen Teil der überschüssigen Kraft in Richtung der Längsachse 2 aufnimmt. Bei dieser Verformung des Energieverzehrelementes 8 kann die Kupplungsstange 1 zumindest teilweise durch die Öffnung der Grundplatte 9 rutschen und die Verbindung zur Abstützstruktur 7 beziehungsweise der Stützfeder 16 wird beispielsweise durch Abscheren getrennt.
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Nachteilig bei der gezeigten Ausführungsform ist, dass die Abstützstruktur 7 einen vergleichsweise großen Raum unterhalb der Kupplungsstange 1 einnimmt und einen zusätzlichen Lagerbock 17 erfordert, mit welchem sie gelenkig an der Grundplatte 9 angeschlossen ist und von dieser getragen wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dargestellte gattungsgemäße Kupplungsanordnung derart zu verbessern, dass die Abstützstruktur einen geringeren Raum außerhalb der Kupplungsstange einnimmt, vorteilhaft ein geringeres Gewicht aufweist und insbesondere den Kraftfluss im Falle des Auftretens einer Überlast möglichst wenig ändert und vorteilhaft die Kompatibilität zum beschriebenen Energieverzehr gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Kupplungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung, die besonders für ein Schienenfahrzeug geeignet ist, jedoch auch bei anderen Fahrzeugen anwendbar ist, wobei die Kupplungsanordnung beispielsweise dem aneinander Ankuppeln von zwei Schienenfahrzeugteilen mit sich entsprechenden Kupplungsanordnungen beziehungsweise miteinander zusammenarbeitenden Kupplungsanordnungen dient, weist eine Kupplungsstange auf, die sich entlang einer Längsachse erstreckt und im Bereich eines ersten axialen Endes einen Kupplungskopf trägt.
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Ferner ist ein Lagerbock vorgesehen, an welchem die Kupplungsstange mit einem entgegengesetzt zum ersten axialen Ende angeordneten zweiten axialen Ende gelenkig um eine vertikale Achse angeschlossen ist. Gelenkig um eine vertikale Achse angeschlossen bedeutet dabei insbesondere, dass der Anschluss eine mechanisch zumindest im Wesentlichen starre Kopplung in Richtung der Längsachse zwischen der Kupplungsstange und dem Lagerbock herstellt, gegebenenfalls abgesehen von möglichen insbesondere elastischen Einfederungen, jedoch zugleich eine ausreichend große Winkelauslenkung der Kupplungsstange gegenüber dem Lagerbock und insbesondere einem sich an diesen anschließenden Energieverzehrelement und/oder gegenüber einer den Lagerbock umschließenden Grundplatte ermöglicht, sodass die Kupplungsstange beim Durchfahren von Kurven entsprechend seitlich ausschwenken kann.
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Erfindungsgemäß ist ein Lager zwischen dem Lagerbock und der Kupplungsstange vorgesehen, das eingerichtet ist, zumindest eine begrenzte Bewegung zwischen der Kupplungsstange und dem Lagerbock in der Vertikalrichtung zu ermöglichen. Damit kann auch ein Höhenausgleich erreicht werden. Die Bewegung wird beispielsweise durch ein elastisches Lager erreicht. Zusätzlich oder alternativ ist bereits der Lagerbock in Vertikalrichtung beweglich.
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Ferner ist eine Abstützstruktur vorgesehen, welche die Kupplungsstange gegen die Bewegung in der Vertikalrichtung elastisch abstützt, um das eingangs genannte Halten der Kupplungsstange in der richtigen Höhe sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß ist die Abstützstruktur in der Vertikalrichtung zumindest überwiegend auf Höhe des Lagerbockes und/oder der Kupplungsstange im Wesentlichen koaxial zur Längsachse positioniert. Das bedeutet, dass der Großteil der Abstützstruktur in der Vertikalrichtung in nur geringem Ausmaße über die Kupplungsstange hinaussteht, beispielsweise um maximal die Hälfte oder ein Drittel des Durchmessers der Kupplungsstange. Auch ein noch engeres Anschmiegen der Abstützstruktur an die Kupplungsstange ist möglich, sodass die Abstützstruktur beispielsweise nur um ein Viertel des Durchmessers oder weniger über die Kupplungsstange hinaussteht. Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich zumindest auf eine seitliche Draufsicht in Horizontalrichtung auf die Kupplungsstange.
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Dadurch, dass die Kupplungsstange zumindest im Wesentlichen koaxial zur Längsachse positioniert ist, was bedeutet, dass die Mittelachse beziehungsweise Längsachse der Abstützstruktur nahe bei der Längsachse der Kupplungsstange angeordnet ist, insbesondere innerhalb des äußeren Umfangs der Kupplungsstange verläuft, beispielsweise mit einem maximalen Abstand von einem halben Radius der Kupplungsstange oder weniger, wird weitgehend kein zusätzlicher Raum außerhalb der Kupplungsstange durch die Abstützstruktur blockiert. Die Abstützstruktur ist demnach weitgehend nicht exzentrisch zur Kupplungsstange angeordnet. Insbesondere ist die Kupplungsanordnung frei von einer in Radialrichtung der Kupplungsstange ausschließlich einseitig außerhalb der Kupplungsstange gelenkig getragenen Stützstruktur, wobei vorliegend unter dem Begriff getragen jedwede Aufhängung des entsprechenden Bauteils, hier der Stützstruktur, zu verstehen ist, bei welcher die Gewichtskräfte des Bauteils und möglicherweise auf das Bauteil wirkende Betriebskräfte durch das tragende Element aufgenommen werden, beispielsweise durch den Lagerbock oder eine Grundplatte, die beispielsweise am Wagenkasten befestigt ist.
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Ein weiterer Vorteil einer die Kupplungsstange vorteilhaft über deren Umfang umschließenden Abstützstruktur liegt in einem vergleichsweise erhöhten Biegewiderstandsmoment, sodass im Verhältnis zur dargestellten Lösung gemäß dem Stand der Technik bei gleichbleibender Steifigkeit Material eingespart werden kann.
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Günstig ist, wenn sich die Abstützstruktur oberhalb und unterhalb der Kupplungsstange und/oder über dem und unter dem Lager erstreckt, das heißt sowohl in einer Ebene oberhalb der Kupplungsstange beziehungsweise des Lagers und einer Ebene unterhalb der Kupplungsstange beziehungsweise des Lagers. Es ist selbstverständlich, dass die Abstützstruktur dabei in der Regel nicht nur mit ebenen Bauteilen versehen ist, sondern sich vorteilhaft gekrümmt um die Kupplungsstange erstreckt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Abstützstruktur gelenkig an dem Lagerbock angeschlossen und durch diesen getragen. Hierbei wird auf die obenstehende Bedeutung des Wortes Tragen verwiesen. Insbesondere wird die Abstützstruktur ausschließlich durch den Lagerbock getragen.
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Günstig ist, wenn die Abstützstruktur gelenkig um dieselbe Vertikalachse wie die Kupplungsstange an dem Lagerbock angeschlossen ist.
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Vorteilhaft ist der Lagerbock axial an ein verformbares Energieverzehrelement, das insbesondere eine Rohrform aufweist, angeschlossen.
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Insbesondere ist eine den Lagerbock und/oder das Energieverzehrelement umschließende Grundplatte vorgesehen, die eingerichtet ist, die Kupplungsanordnung an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an einem anderen Fahrzeugbauteil anzuschließen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abstützstruktur gelenkig, insbesondere gelenkig um die genannte Vertikalachse an der Grundplatte angeschlossen und wird durch diese getragen, insbesondere ausschließlich. Auch diesbezüglich wird auf die oben stehende Definition des Tragens verwiesen.
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Beispielsweise ist die Abstützstruktur oberhalb und unterhalb der Kupplungsstange und/oder des Lagers gelenkig an dem Lagerbock und/oder der Grundplatte angeschlossen und wird durch das entsprechende Bauteil getragen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Abstützstruktur einen die Kupplungsstange über deren Umfang umschließenden Träger und wenigstens zwei am Träger angeschlossene seitliche Führungen auf, wobei die seitlichen Führungen die Kupplungsstange in Horizontalrichtung zwischen sich einschließen. Die seitlichen Führungen können vorteilhaft über eine unterhalb der Kupplungsstange verlaufende, die Kupplungsstange von unten abstützende Quertraverse miteinander verbunden sein. Beispielsweise sind die seitlichen Führungen starr an dem Träger angeschlossen und die Quertraverse ist zumindest in Vertikalrichtung elastisch an den seitlichen Führungen angeschlossen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind zwei aufrecht auf der Quertraverse stehende Säulen vorgesehen, die von den seitlichen Führungen über ihrem Umfang umschlossen werden und mittels eines Federelementes in den seitlichen Führungen getragen werden.
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Das Lager kann beispielsweise als sphärisches Lager ausgeführt sein.
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Günstig ist, wenn das Lager als elastisches Lager, insbesondere als Gummi-Metall-Lager, ausgeführt ist.
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Insbesondere durch die dargestellte Ausführungsform mit den beiden seitlichen Führungen kann eine vergleichsweise weite Auf- und Abbewegung der Kupplungsstange ermöglicht werden. Vorteilhaft tragen die beiden seitlichen Führungen zudem zu dem hohen Biegewiderstandsmoment bei. Zumindest tragen sie jedoch zu einer günstigeren Krafteinleitung in die Struktur bei, indem sie das Biegewiderstandsmoment im Übergang zwischen Führungen und dem Träger der Abstützstruktur positiv beeinflussen.
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Wenn die seitlichen Führungen eine außen runde, insbesondere zylinderförmige Oberfläche aufweisen und sich mehr oder minder eng an die Kupplungsstange anschmiegen, wird auch in Querrichtung eine vergleichsweise große Steifigkeit erreicht. Insbesondere resultiert die Steifigkeit in Querrichtung aus der insgesamt gekrümmten Form des Trägers der Abstützstruktur, wobei die Führungen zusätzlich den genannten Einfluss auf die Steifigkeit haben.
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Bei einem Anschluss der Abstützstruktur an den Lagerbock, wobei insbesondere zusätzliche Anbindungspunkte an der Grundplatte entfallen, kann ein derart geringer Durchmesser erreicht werden, dass im Crashfall die Stützstruktur zusammen mit dem Lagerbock und der Kupplungsstange durch die Öffnung der Grundplatte geschoben wird. Lediglich die seitlichen Führungen müssen, wenn sie aufgrund ihrer Größe nicht durch die Öffnung passen, von der Abstützstruktur getrennt werden, was beispielsweise durch Abscheren oder auch einen geeigneten Steckmechanismus erreichbar ist.
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Bei einer Anbindung der Abstützstruktur an der Grundplatte, insbesondere oberhalb und unterhalb des Lagerbockes, sodass die Abstützstruktur den Lagerbock umgreift, kann immer noch der notwendige Bauraum gering gehalten werden und eine besonders große Steifigkeit erzielt werden. Dadurch, dass zwei vergleichsweise einfache Anschlüsse der Abstützstruktur an der Grundplatte vorgesehen werden können, weil jeder Anschluss nur einen Teil der Last des bisherigen zusätzlichen Lagerbockes tragen muss, werden die Kosten reduziert. Bei dieser Ausgestaltung kann ein weniger starkes Anschmiegen der Abstützstruktur an die Kupplungsstange vorgesehen sein, sodass im Crashfall (Überlastfall) ein flüssiges Durchrutschen der Kupplungsstange durch die Grundplatte und die Abstützstruktur sichergestellt wird. Die Ausführungsform erlaubt eine vergleichsweise geschlossene Form der Abstützstruktur, welche die Kupplungsstange umschließt. Ferner ist es nicht notwendig, dass, wenn seitliche Führungen entsprechend vorgesehen sind, diese im Überlastfall von der übrigen Abstützstruktur getrennt werden. Vielmehr kann beispielsweise eine Trennung zwischen der Quertraverse und der Kupplungsstange vorgesehen sein.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erste mögliche Ausgestaltung der Erfindung in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 2 eine seitliche Draufsicht auf die Ausgestaltung gemäß der 1;
- 3 eine Explosionsdarstellung der Ausgestaltung gemäß der 1;
- 4 eine dreidimensionale Ansicht des Trägers aus der Abstützstruktur in der Ausgestaltung gemäß der 1;
- 5 eine zweite mögliche Ausführungsform der Erfindung in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 6 eine seitliche Draufsicht auf die Ausgestaltung gemäß der 5.
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Bei der Ausgestaltung gemäß den 1-4 schließt sich die Abstützstruktur 7 besonders eng von außen an die Kupplungsstange 1 an. Ferner sind die Bauteile der Abstützstruktur 7 im Wesentlichen koaxial zur Kupplungsstange 1 beziehungsweise deren Längsachse 2 positioniert.
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Im Einzelnen ist die Kupplungsstange 1 über das sphärische elastische Lager 6 an dem Lagerbock 4 beweglich angeschlossen. Die Beweglichkeit wird durch den gelenkigen Anschluss um die Vertikalachse 5 und ferner durch die Elastizität des Lagers 6 erreicht.
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Beispielsweise weist der Lagerbock 4 eine rohrförmige Struktur mit sich einer anschließenden Gelenkgabel auf und die Kupplungsstange 1 weist im Bereich des zweiten axialen Endes einen Lagerring auf, in welchen das Lager 6 eingebracht ist, wobei ferner ein Zapfen 18 vorgesehen ist, der durch die Gelenkgabel und das Lager 6 geführt ist, um die gewünschte Drehbeweglichkeit um die Vertikalachse 5 auszubilden.
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Der Lagerbock 4 ist an ein Energieverzehrelement 8 angeschlossen, das koaxial zur Kupplungsstange 1 positioniert ist. Der Lagerbock 4 wird ferner von der Grundplatte 9 über seinem äußeren Umfang umschlossen, derart, dass in einem Crashfall der Lagerbock 4 und gegebenenfalls die Kupplungsstange 1 in Richtung des Energieverzehrelementes 8 durch die Grundlatte 9 geschoben werden kann.
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Über derselben Vertikalachse 5 ist auch die Abstützstruktur 7 gelenkig am Lagerbock 4 angeschlossen, hier ebenfalls mittels des Zapfens 18. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist hierfür die Abstützstruktur 7 einen Träger 10 auf, der eine um die Längsachse 2 geschlossene Grundform mit einer sich axial anschließenden Gelenkgabel 19 aufweist, die in die Gelenkgabel des Lagerbocks 4 eingreift und von dem Zapfen 18 entsprechend durchdrungen wird. Ferner weist der Träger 10 zwei im Bereich des der Gelenkgabel 19 entgegengesetzten axialen Endes angeschlossene seitliche Führungen 11, 12 auf, die mit Hohlzylindern 20, 21 versehen sind und über die die Kupplungsstange 1 von unten abstützende Quertraverse 13 miteinander verbunden sind.
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Auf der Quertraverse 13 stehen zwei Säulen 14, 15, beispielsweise ausgebildet durch Schrauben, welche von den Hohlzylindern 20, 21 umschlossen werden und gegenüber den Hohlzylindern 20, 21 elastisch abgestützt sind, sodass ein elastisches Auf- und Abfedern der Kupplungsstange 1 gegenüber dem Träger 10 ermöglicht wird.
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In der 2 ist ferner dargestellt, dass am ersten axialen Ende der Kupplungsstange 1 ein Kupplungskopf 3 vorgesehen ist.
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Bei der Ausgestaltung gemäß den 5 und 6 sind entsprechende Bezugszeichen für die entsprechenden Bauteile verwendet. Abweichend von der zuvor dargestellten Ausführungsform ist hier der Träger 10 mit der Gelenkgabel 19 außerhalb der Gelenkgabel des Lagerbocks 4 gelenkig über der Vertikalachse 5 an der Grundplatte 9 angeschlossen. Dies kann mittels des Zapfens 18 oder auch über eigene Zapfen erfolgen.
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Bei dieser Ausgestaltung passt der Träger 10 somit nicht durch die Öffnung der Grundplatte 9, sodass in einem Crashfall das Kupplungsrohr 1 von der Abstützstruktur 7, hier der Quertraverse 13 getrennt wird. Entsprechend ist es nicht notwendig die seitlichen Führungen 11, 12 bzw. die Hohlzylinder 20, 21 vom Träger 10 zu trennen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsstange
- 2
- Längsachse
- 3
- Kupplungskopf
- 4
- Lagerbock
- 5
- Vertikalachse
- 6
- Lager
- 7
- Abstützstruktur
- 8
- Energieverzehrelement
- 9
- Grundplatte
- 10
- Träger
- 11
- seitlicheFührung
- 12
- seitliche Führung
- 13
- Quertraverse
- 14
- Säule
- 15
- Säule
- 16
- Stützfeder
- 17
- zusätzlicher Lagerbock
- 18
- Zapfen
- 19
- Gelenkgabel
- 20
- Hohlzylinder
- 21
- Hohlzylinder
