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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zugkupplungshälfte sowie ein Verfahren zum Erfassen einer Drehposition des Hauptbolzens einer solchen Zugkupplungshälfte gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Bei gattungsgemäßen Zugkupplungshälften werden in der Praxis bereits Näherungssensoren mit Induktivaufnehmern, die die Position eines metallischen Gebers aufnehmen, verwendet, um einen Kuppelvorgang oder einen Entkuppelvorgang zweier entsprechender Zugkupplungshälften zu überwachen. In der Regel umfasst eine solche Zugkupplungshälfte, wie vorteilhaft auch bei der vorliegenden Erfindung, einen Kupplungskopf mit einem Kupplungskopfgehäuse, einem Kuppelverschluss mit Arretierung und einer Handentkupplung. Der Kuppelverschluss ist als Drehverschluss ausgeführt. Das Kupplungskopfgehäuse besitzt frontseitig ein besonders Profil. Das Profil wird durch einen Kegel und einen Trichter gebildet, die in der Regel von einer breiten, ebenen Stirnfläche umschlossen werden. Die Stirnfläche kann zum Beispiel durch eine separate Stirnplatte gebildet werden, die vorne am Kupplungskopfgehäuse befestigt ist.
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Der Kuppelverschluss befindet sich im Kupplungskopfgehäuse und umfasst eine Kuppelöse, einen Kuppelösenbolzen, ein Herzstück, einen Hauptbolzen, Zugfedern und eine Klinkenstange. Die Arretierung wird durch eine Stempelführung und ein Federlager gebildet. Die Handentkupplung greift am Hauptbolzen an und weist einen Entkuppelhebel mit Seilzug auf, wobei der Entkuppelhebel am Hauptbolzen drehfest angeschlossen ist. Am anderen Ende des Seilzugs ist in der Regel ein Handgriff befestigt.
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Zwei Kuppelverschlüsse zweier gegengleicher Zugkupplungshälften verbinden zwei Schienenfahrzeuge miteinander. Das Profil bildet mit dem Kegel und dem Trichter Gleit- und Zentrierflächen. Das Profil bestimmt den Greifbereich in Seiten-, Höhen- und Winkelversatz. Die separate Stirnplatte ist in der Regel abnehmbar, um die Instandhaltung des Kuppelverschlusses zu erleichtern und weist die Funktionsflächen des Profils auf.
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Die Zugfedern halten in der gekuppelten Stellung die Herzstücke an Anschlägen im Kupplungskopfgehäuse und sichern damit die Verriegelung der Kuppelverschlüsse. Die Kuppelverschlüsse übertragen Zugkräfte und die Stirnflächen übertragen Druckkräfte.
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Die Arretierung sichert die Drehstellung des Kuppelverschlusses in der Kuppelstellung, in der Entkuppelstellung und im entkuppelten Zustand in einer kuppelbereiten Stellung. Um die Kupplung zu lösen, das heißt den Kuppelverschluss aus der Kuppelstellung in die Entkuppelstellung zu verbringen, werden die beiden Herzstücke jeweils um die Hauptbolzenlängsachse aus der Kuppelstellung in die Entkuppelstellung verdreht, und zwar entgegen der Kraft der Zugfedern, sodass die Kuppelösen aus den Mäulern der Herzstücke gleiten. Die an den Herzstücken gelenkig angeschlossenen Klinkenstangen rasten mit einem Sperrzahn in eine Arretierung der Stempelführung ein, wobei sich beim Trennen der Fahrzeuge die Stempel der Stempelführung durch eine Federkraft nach vorne bewegen und die Klinkenstangen wieder freigeben, sodass sich die Herzstücke unter der Wirkung der Zugfedern wieder zurück verdrehen und dabei zusammen mit den Kuppelösen in die kuppelbereite Stellung gelangen.
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Mit dem Näherungssensor ist es nun möglich, die Drehung des Hauptbolzens aus seiner Kuppelstellung beziehungsweise in seine Kuppelstellung zu erfassen. Da das jeweilige Herzstück drehfest am Hauptbolzen angeschlossen ist, ist über die Verdrehstellung auch der Funktionszustand des Herzstücks beziehungsweise der Kuppelöse bekannt. Sowohl beim Kuppelvorgang aus der kuppelbereiten Stellung in die gekuppelte Stellung als auch beim Entkuppelvorgang aus der gekuppelten Stellung in die Entkuppelstellung verdreht sich der Hauptbolzen zusammen mit dem Herzstück sozusagen aus einer Nullstellung über einen vorgegebenen Winkelbereich (Entkuppelvorgang) beziehungsweise über den vorgegebenen Winkelbereich in die Nullstellung (Kuppelvorgang), um entweder die entkuppelte Stellung oder die Kuppelstellung einzunehmen. Bei den Vorgängen kann mit dem Näherungssensor erfasst werden, ob sich der Kuppelverschluss noch oder bereits in der Kuppelstellung befindet.
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Bei in der Praxis bekannten Zugkupplungshälften wird ein Geber, der mit dem Induktivaufnehmer des Näherungssensors zusammenarbeitet, durch eine radial in den Hauptbolzen eingeschraubte Standardschraube gebildet, wobei die Position des Schraubenkopfes durch einen vergleichsweise großen Induktivaufnehmer, das heißt durch einen Induktivaufnehmer mit vergleichsweise großer Aufnahmefläche, erfasst wird. Da die Oberfläche des Schraubenkopfes kleiner ist als die Aufnahmefläche des Induktivaufnehmers, bewegt sich der Schraubenkopf beim Verdrehen des Hauptbolzens in der Umfangsrichtung weg von der Aufnahmefläche, wobei zugleich auch der Abstand zwischen der Aufnahmefläche und dem Schraubenkopf in der Radialrichtung zur Hauptbolzenlängsachse, um die sich der Hauptbolzen zusammen mit dem Herzstück verdreht, größer wird. Durch dieses ungünstige Verhältnis der Aufnahmefläche, auch aktive Sensorfläche genannt, und der Fläche des Gebers muss bei der Montage der Schraube und des Induktivaufnehmers ein aufwändiger Einstellprozess durchgeführt werden, wobei dieser Einstellprozess durch die geringen Winkelunterschiede bei der Verdrehung fehlerträchtig ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zugkupplungshälfte der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der dargestellte Einstellprozess vereinfacht wird oder vorteilhaft ganz entfallen kann.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Zugkupplungshälfte und ein Verfahren gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Zugkupplungshälfte weist einen Drehverschluss, vorteilhaft mit den eingangs genannten Merkmalen auf. Jedenfalls umfasst der Drehverschluss wenigstens ein Herzstück, das drehfest an einem Hauptbolzen angeschlossen ist, gemeinsam mit dem Hauptbolzen um eine Hauptbolzenlängsachse verdrehbar ist zwischen einer Kuppelstellung und einer Entkuppelstellung und ein Maul zur Aufnahme einer Kuppelöse einer gegengleichen Zugkupplungshälfte. Ferner umfasst der Drehverschluss eine Kuppelöse, die verdrehbar am Herzstück exzentrisch zur Hauptbolzenlängsachse angeschlossen ist und in einen Kuppeleingriff in ein Maul eines Herzstückes der gegengleichen Zugkupplungshälfte bringbar ist.
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Die erfindungsgemäße Zugkupplungshälfte weist ferner einen Näherungssensor auf, der einen Induktivaufnehmer und einen am Hauptbolzen angeschlossenen metallischen Geber umfasst, wobei der Induktivaufnehmer dem Geber in Radialrichtung zur Hauptbolzenlängsachse gegenübersteht, um eine Verdrehposition des Hauptbolzens in der Drehrichtung zu erfassen.
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Erfindungsgemäß erstreckt sich der Geber entlang eines vorgegebenen Winkelbereiches in der Drehrichtung über die Oberfläche des Hauptbolzens von einem Anfangsbereich, dem der Induktivaufnehmer in der Kuppelstellung des Hauptbolzens mit einer Aufnahmefläche unmittelbar radial gegenübersteht, bis zu einem Endbereich, dem der Induktivaufnehmer in einer in Richtung der Entkuppelstellung des Hauptbolzens verdrehten vorgegebenen Auslenkstellung mit seiner Aufnahmefläche unmittelbar radial gegenübersteht, wobei eine Erstreckung des Gebers in der Drehrichtung größer ist als eine Erstreckung der Aufnahmefläche des Induktivaufnehmers in der Drehrichtung.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß eine vergleichsweise kleine Aufnahmefläche des Induktivaufnehmers einer vergleichsweise größeren Verdrehfläche des Gebers gegenübersteht, muss der Induktivaufnehmer bei der Verdrehung des Hauptbolzens nur noch erfassen, ob seiner Aufnahmefläche ein Teilbereich der radial äußeren Oberfläche des Gebers gegenübersteht oder nicht, und wenn ein entsprechender Teilbereich gegenübersteht, kann darauf geschlossen werden, dass die vom Hauptbolzen aus seiner Nullstellung beziehungsweise Kuppelstellung ausgehende Verdrehung um die Hauptbolzenlängsachse kleiner ist als der vorgegebene Winkelbereich, über den sich der Geber über der Oberfläche des Hauptbolzens erstreckt.
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Bevorzugt weist die radial äußere Oberfläche des Gebers über dem gesamten vorgegebenen Winkelbereich bei der Verdrehung des Hauptbolzens einen konstanten, insbesondere vergleichsweise kleinen Abstand gegenüber der Aufnahmefläche auf. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass die radial äußere Oberfläche des Gebers im Radialschnitt durch die Hauptbolzenlängsachse betrachtet eine Kreissegmentform aufweist, sondern auch hiervon mehr oder minder abweichende Formen kommen in Betracht, sodass der genannte Abstand zumindest im Wesentlichen konstant ist.
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Dadurch, dass keine nennenswerte Abstandsänderung zwischen dem Geber und der Aufnahmefläche erfolgt, solange der Hauptbolzen ausgehend von der Kuppelstellung um maximal den vorgegebenen Winkelbereich verdreht wird, wird der Geber vom Induktivaufnehmer sicher erfasst, ohne dass zuvor eine besondere Einstellung des Abstands beziehungsweise ein Einstellprozess der herkömmlichen Art erforderlich ist. Erst wenn der Hauptbolzen um mehr als den vorgegebenen Winkelbereich verdreht wird und damit der Geber nicht mehr zwischen der radial äußeren Oberfläche des Hauptbolzens und der Aufnahmefläche positioniert ist, erfasst der Induktivaufnehmer, dass seiner Aufnahmefläche kein metallisches Bauteil mehr nahe gegenübersteht, sodass hieraus geschlossen werden kann, dass der Hauptbolzen um mehr als den vorgegebenen Winkelbereich verdreht wurde. Es ergibt sich demnach ausgehend vom Kuppelzustand ein abrupter und deutlicher Übergang zwischen einem ersten Verdrehbereich, in dem der Induktivaufnehmer den Geber erfasst, und einem sich unmittelbar anschließenden zweiten Verdrehbereich, in dem der Induktivaufnehmer keinen Geber mehr erfasst, im Unterschied zu einem weitgehend kontinuierlichen oder weichen Übergang gemäß dem Stand der Technik.
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Der Abstand zwischen dem Geber und der Aufnahmefläche kann über dem vorgegebenen Winkelbereich insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm, bevorzugt 3 mm bis 4 mm, betragen.
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Der vorgegebene Winkelbereich beträgt vorteilhaft zwischen 3° und 10°, bevorzugt zwischen 5° und 8°.
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Besonders vorteilhaft entspricht die Erstreckung des Gebers in der Drehrichtung des Hauptbolzens einem Vielfachen der Erstreckung der Aufnahmefläche in der Drehrichtung des Hauptbolzens. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entspricht eine Erstreckung des Anfangsbereiches und des Endbereiches in der Drehrichtung jeweils zumindest im Wesentlichen einer Erstreckung der Aufnahmefläche in der Drehrichtung und der Endbereich ist vollständig außerhalb des Anfangsbereiches positioniert.
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Die Erstreckung des Gebers in Richtung der Hauptbolzenlängsachse kann kleiner sein als seine Erstreckung in der Drehrichtung. Bei dem Geber handelt es sich demnach um einen in der Drehrichtung langgezogenen bandförmigen Abschnitt auf der Oberfläche des Hauptbolzens.
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Die Erstreckung des Gebers in der Drehrichtung beträgt insbesondere ein Vielfaches seiner Erstreckung in Richtung der Hauptbolzenlängsachse.
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Die sich in der Drehrichtung erstreckenden seitlichen Begrenzungen des Gebers können insbesondere linear sein und bevorzugt parallel zueinander.
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In der Drehrichtung wird der Geber bevorzugt durch bogenförmige oder halbkreisförmige Begrenzungen begrenzt. Auch lineare Begrenzungen kommen in Betracht.
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Eine erfindungsgemäße Zugkupplung weist zwei Zugkupplungshälften der dargestellten Art auf, die durch Einkuppeln ihrer Kuppelösen in jeweils das Maul der jeweils anderen Zugkupplungshälfte miteinander gekuppelt oder kuppelbar sind.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen einer Drehposition des Hauptbolzens einer erfindungsgemäßen Zugkupplungshälfte wird der Geber ausgehend von der Kuppelstellung gegenüber dem Induktivaufnehmer derart verdreht, dass der Induktivaufnehmer den Geber bei dessen Verdrehung mit seiner Aufnahmefläche entlang des vorgegebenen Winkelbereiches kontinuierlich abtastet, wobei sich der Geber dabei mit einem zumindest im Wesentlichen konstanten Abstand gegenüber der Aufnahmefläche bewegt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Zugkupplungshälfte ist die Kuppelöse insbesondere über einer Drehachse verdrehbar, die parallel zur Hauptbolzenlängsachse ausgerichtet ist. Beispielsweise ist die Kuppelöse über einen Kuppelösenbolzen am Herzstück angeschlossen.
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Die Kuppelöse greift insbesondere mit einem von ihrer Drehachse, insbesondere vom Kuppelösenbolzen, fernen Ende in das Maul des Herzstückes der gegengleichen Kupplungshälfte ein. Beispielsweise weist die Kuppelöse zwei Schenkel auf, die an dem fernen Ende über einen parallel zur Hauptbolzenlängsachse verlaufenden Querriegel miteinander verbunden sind und am anderen Ende vorteilhaft durch den Kuppelösenbolzen miteinander verbunden sind, derart, dass sich die Schenkel beidseitig zum Herzstück erstrecken.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
- 1 eine exemplarische Schnittdarstellung in einem Radialschnitt durch den Hauptbolzen einer erfindungsgemäß ausgeführten Zugkupplungshälfte mit schematisch eingezeichnetem Induktivaufnehmer;
- 2 eine Prinzipdarstellung der Anordnung eines Gebers auf der radial äußeren Oberfläche des Hauptbolzens und dem radial gegenüberstehenden Induktivaufnehmer ebenfalls in einem Radialschnitt durch den Hauptbolzen;
- 3 eine Prinzipskizze in einer radialen Draufsicht auf den Hauptbolzen.
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In der 1 ist eine Zugkupplungshälfte mit einem Drehverschluss 1 gezeigt, der ein Herzstück 2 umfasst, das drehfest mit einem Hauptbolzen 3 verbunden ist und gemeinsam mit diesem über der Hauptbolzenlängsachse 4 entgegen der Kraft der Zugfeder beziehungsweise Zugfedern 10 verdreht werden kann. Ferner kann das Herzstück 2 durch die Kraft der Zugfedern 10 aus der hier gezeigten kuppelbereiten Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn in eine gekuppelte Stellung verdreht werden oder im Uhrzeigersinn in eine entkuppelte Stellung gedreht werden.
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Beim Verdrehen aus der hier gezeigten kuppelbereiten Stellung in die Kuppelstellung wird die Kuppelöse 6, die über den Kuppelösenbolzen 11 verdrehbar am Herzstück 2 angeschlossen ist, mit ihrem fernen Ende, das den Querriegel 12 trägt, mit diesem Querriegel 12 in ein entsprechendes Maul des Herzstücks einer gegengleichen Kupplungshälfte bewegt. Gleichzeitig wird der Querriegel einer entsprechenden Kuppelöse der gegengleichen Kupplung in das Maul 5 des Herzstücks 2 bewegt, sodass im gekuppelten Zustand die beiden Herzstücke 2 über die Kuppelösen 6 mechanisch miteinander verriegelt sind. In diesem Zustand liegen die Stirnplatten 13 der beiden Zugkupplungshälften aneinander an, sodass über die Stirnplatten 13 Druckkräfte übertragen werden und über die Kuppelösen 6 Zugkräfte.
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Beim Bewegen aus der Kuppelstellung in die entkuppelte Stellung wird das Herzstück 2 (beziehungsweise die Herzstücke 2 beider Zugkupplungshälften) gegen die Kraft der Zugfedern 10 im Uhrzeigersinn verdreht bis die Kuppelösen 6 aus den Mäulern 5 der Herzstücke 2 gleiten. Anschließend werden die Herzstücke 2 durch die Kraft der Zugfedern 10 wieder gegen den Uhrzeigersinn verdreht, bis die hier gezeigte kuppelbereite Stellung erreicht ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Näherungssensor 7 vorgesehen, der einen Induktivaufnehmer 8 und einen auf der äußeren Oberfläche des Hauptbolzens 3 aufgebrachten metallischen Geber 9 aufweist. Der Induktivaufnehmer 8 weist eine in der Radialrichtung dem Hauptbolzen 3 zugewandte Aufnahmefläche 8.1 auf, die erfasst, ob sie sich radial oberhalb des metallischen Gebers 9 befindet oder nicht.
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In der 2 ist die Kuppelstellung gezeigt, in welcher sich die Aufnahmefläche 8.1 radial gegenüberstehend der äußeren Oberfläche des metallischen Gebers 9 befindet. Die eingezeichnete 0°-Linie entspricht dabei dem Anfang des metallischen Gebers 9 in der Drehrichtung, die eingezeichnete 5°-Linie entspricht dem Ende des metallischen Gebers 9 in der Drehrichtung. Demgemäß erstreckt sich der metallische Geber 9 über einen vorgegebenen Winkelbereich von 5°.
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Der metallische Geber 9 weist einen Anfangsbereich A auf, dem die Aufnahmefläche 8.1 in der Kuppelstellung gegenübersteht. Der metallische Geber 9 weist ferner einen hierzu in der Drehrichtung versetzten Endbereich E auf, dem die Aufnahmefläche 8.1 in der Radialrichtung gegenübersteht, wenn der Hauptbolzen 3 aus der in der 2 gezeigten Kuppelstellung um ca. 3° in Richtung der Entkuppelstellung verdreht wurde (man beachte, dass bei der Prinzipskizze in der 2 das Verdrehen des Hauptbolzens 3 um die Hauptbolzenlängsachse 4 aus der Kuppelstellung in die Entkuppelstellung im Uhrzeigersinn erfolgt, im Gegensatz zu der Drehbewegung gemäß der in der 1 dargestellten Ausführungsform, weil beispielsweise die Kuppelöse diametral auf der anderen Seite des Hauptbolzens am Herzstück angeschlossen ist oder die Zugkupplungshälfte von der anderen Seite aus betrachtet wird).
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Solange die Verdrehung des Hauptbolzens 3 klein ist und sich der metallische Geber 9 damit zwischen der Aufnahmefläche 8.1 des Induktivaufnehmers und dem Hauptbolzen 3 erstreckt, liefert der Näherungssensor 7 ein geschaltetes beziehungsweise Ein-Signal. Wenn hingegen der Hauptbolzen 3 um mehr als den vorgegebenen Winkelbereich von 5° verdreht wurde, wird der Induktivaufnehmer 8 keinen metallischen Geber 9 mehr erfassen und aufgrund des vergleichsweise großen Abstandes zwischen der Aufnahmefläche 8.1 und der radial äußeren Oberfläche des Hauptbolzens 8 ein Aus-Signal liefern. Somit kann aus diesem Signal geschlossen werden, dass der Hauptbolzen 3 aus der gekuppelten Stellung um mehr als 5° verdreht wurde.
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Die hier gezeigten Winkelbereiche sind beispielhaft zu verstehen, beispielsweise könnte sich der vorgegebene Winkelbereich auch bis zur 8°-Linie erstrecken. Andere Winkelbereiche sind möglich.
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Bevorzugt ist der Abstand II in der Radialrichtung zwischen der Aufnahmefläche 8.1 und dem metallischen Geber 9 in der Kuppelstellung des Hauptbolzens 3 gleich oder kleiner als die Dicke I, mit welcher der metallische Geber 9 aus der radial äußeren Oberfläche des Hauptbolzens 3 herausragt. Damit kann ausgeschlossen werden, dass der Induktivaufnehmer 8 die äußere Oberfläche des Hauptbolzens 3 als Geber erfasst.
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In der 3 ist nochmals eine Draufsicht in der Radialrichtung auf den Hauptbolzen 3 gezeigt. Wie man sieht, beträgt die Erstreckung des metallischen Gebers 9 in der Drehrichtung ein Vielfaches der Erstreckung der Aufnahmefläche 8.1 in der Drehrichtung. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Endbereich E vollständig außerhalb des Anfangsbereiches A positioniert. Die Erstreckung der Aufnahmefläche 8.1 in der Drehrichtung entspricht jeweils der Erstreckung des Anfangsbereiches A und des Endbereiches E. Beispielhaft ist eine quadratische oder rechtwinklige Aufnahmefläche 8.1 dargestellt. Diese könnte jedoch genauso gut wiederum eine Kreisform oder auch eine andere Form aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehverschluss
- 2
- Herzstück
- 3
- Hauptbolzen
- 4
- Hauptbolzenlängsachse
- 5
- Maul
- 6
- Kuppelöse
- 7
- Näherungssensor
- 8
- Induktivaufnehmer
- 8.1
- Aufnahmefläche
- 9
- metallischer Geber
- 10
- Zugfeder
- 11
- Kuppelösenbolzen
- 12
- Querriegel
- 13
- Stirnplatte
- I
- Dicke
- II
- Abstand
- A
- Anfangsbereich
- E
- Endbereich
