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Schienenfahrzeuge werden in der Regel durch Kupplungen zu Zügen gekuppelt. Dies gilt für Personenzüge und für Güterzüge. Gerade bei Güterzügen können diese von Hand, aber auch automatisch durchgeführt werden - beispielsweise in Rangierbahnhöfen.
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Bei Personenverkehrs-Schienenfahrzeugen bestehen bereits Lösungen, bei welchen maximal drei Kuppelstellen im Zugverband automatisch ge- bzw. entkuppelt werden können.
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Aus technischer und ökonomischer Sicht ist dies allerdings für Güterzüge nicht sinnvoll, da bei Güterzügen durch die höhere Anzahl an Kuppelstellen am Güterzug elektrische Steuerleitungen durch den gesamten Zugverband nicht sinnvoll umsetzbar sind.
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Ferner werden Güterzüge viel häufiger entkuppelt und wieder neu zusammengestellt, beispielsweise in einem Rangierbahnhof. Anhand der größeren Anzahl der Kuppelstellen eines Zuges ist die Wahrscheinlichkeit im Vergleich zu Personenzügen viel höher, dass sich eine Kupplung entriegelt und löst. Wagen könnten sich so mit höherer Wahrscheinlichkeit vom Restzug trennen und erheblichen Schaden anrichten - wenn diese beispielsweise einen Berg hinunterfahren und auf andere Wagen oder Züge aufprallen.
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Daher besitzen reguläre Entkupplungsfunktionen ein sehr hohes Gefährdungspotential für den Bahnverkehr, denn bei einer unzureichenden technischen Sicherung vor unbeabsichtigten Entkupplungen können sich Teile des Zuges unkontrolliert bewegen, ohne gebremst zu werden.
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Aus dem Dokument
DE 10 2018 009 589 B3 ist eine Kupplungsunterstützungsvorrichtung bekannt, bei der es ermöglicht wird, Schienenfahrzeuge während der Fahrt zu kuppeln und zu trennen, wenn beide Schienenfahrzeuge über das System verfügen. Hierbei sind zwei gleiche Module pro Fahrzeugstirnfront verbaut, in der Mitte befindet sich eine konventionelle automatische Kupplung, und die neuen Module befinden sich rechts und links auf der Fahrzeugstirnseite.
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Im europäischen Schienengüterverkehr soll bis spätestens bis zum Jahr 2030 eine digitale automatische Kupplung an den dafür notwendigen Schienenfahrzeugen eingeführt werden, welche neben der automatischen Verbindung von Fahrzeugen allein durch Zusammenfahren auch die technische Funktion besitzen soll, Fahrzeuge automatisch zu entkuppeln. Hierzu muss ein Befehl vom Führungsfahrzeug, beispielsweise der Lokomotive gegeben werden. Hierzu ist es nötig, die Entkupplung mit einer sehr hohen Sicherheit durchzuführen, d.h. durch einen Einfachfehler (Fehler an einer Stelle) einer Kupplungseinheit oder Steuereinheit darf keine ungewollte Entkupplung stattfinden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Kupplung zu realisieren, so dass in der im Zugverband vorhandenen Netzwerktechnologie zur Kommandierung der Entkupplung verwendet werden kann, jedoch eine ausreichende Sicherheitsintegrität vorhanden ist, die ein Vermeiden von ungewollt angesteuerten Entkupplungen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird von einer Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, einem Kupplungssystem gemäß Anspruch 7 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung weist auf:
- eine Betätigungsvorrichtung, welcher dazu angepasst ist, eine Verriegelungsvorrichtung in einen entriegelten oder verriegelten Zustand zu bewegen;
- eine Recheneinheit, welche dazu angepasst ist, ein Betätigungssignal an eine erste Schaltvorrichtung zu übermitteln, sowie einen ersten Steueranschluss, welcher mit einem komplementären ersten Steueranschluss einer weiteren Kupplungsvorrichtung verbindbar ist, wobei der erste Steueranschluss mit einer dritten Schaltvorrichtung verbunden ist. Die Betätigungsvorrichtung, die erste Schaltvorrichtung und die dritte Schaltvorrichtung sind in Reihe geschaltet. Zum Starten der Bewegung der Betätigungsvorrichtung ist die Übermittlung eines Betätigungssignals an die erste Schaltvorrichtung und die dritte Schaltvorrichtung erforderlich, so dass sich diese schließen. Die Betätigungsvorrichtung (beispielsweise ein Motor) betätigt oder bewegt dann eine Verriegelungsvorrichtung.
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Die Schaltvorrichtungen sind in geschlossenem Zustand leitend, in offenem Zustand nicht leitend.
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Somit ist es erforderlich, dass zwei benachbarte Fahrzeuge Entkupplungssignale empfangen, um an der gemeinsamen Kuppelstelle einen Entkuppelvorgang auszulösen. Die Recheneinheit eines Fahrzeugs muss also ein entsprechendes Entkupplungssignal empfangen, diese muss Betätigungssignale an die erste Schaltvorrichtung übermitteln. Ein Fahrzeug kann ein Wagen sein, aber auch ein Triebfahrzeug wie beispielsweise eine Lok. Gleichzeitig muss die Recheneinheit eines anderen Fahrzeugs ebenfalls ein Entkupplungssignal empfangen (beispielsweise von der Lok bzw. dem Treibfahrzeug), und muss über den ersten Steueranschluss an die dritte Schaltvorrichtung ebenfalls ein Betätigungssignal übersenden. Erst dann kann eine Entkupplung stattfinden, im anderen Fahrzeug verläuft dieser Vorgang genau komplementär. Es sind also immer zwei Fahrzeuge notwendig, welche ein Entkupplungssignal empfangen müssen und entsprechende Betätigungssignale an jeweilige erste und dritte Schaltvorrichtungen aussenden müssen, dass die gemeinsame Kupplung entkuppelt.
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Diese Lösung kann ohne zugweite diskrete Steuerleitungen (beispielsweise eine Notbremsschleife oder andere Kupplungsfreigabe) realisiert werden, die Sicherheitsverantwortung der Entkupplungsfunktion kann also gleichmäßig auf die Recheneinheiten beider beteiligter Fahrzeuge verteilt werden, und somit kommt die einzelne Steuervorrichtung pro Fahrzeug mit einer geringeren Sicherheitsintegrität pro Recheneinheit aus. Um die Anzahl der Kupplungskontakte minimal zu halten, können die Informationen an der Kuppelstelle auf die ohnehin vorhandenen redundanten Netzwerkleitungen der Zugkommunikation aufgebracht werden.
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Vorzugsweise ist der erste Steueranschluss, welcher mit einem komplementären ersten Steueranschluss einer weiteren Kupplungsvorrichtung verbindbar ist, dazu angepasst ist, ein Betätigungssignal von einer vierten Schaltvorrichtung der weiteren Kupplungsvorrichtung zu erhalten. Ferner weist die Kupplungsvorrichtung ferner eine mit der Recheneinheit verbundene vierte Schaltvorrichtung auf, welche mit einem zweiten Steueranschluss verbunden ist, welche mit einem komplementären zweiten Steueranschluss einer weiteren Kupplungsvorrichtung verbindbar ist.
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So kann mit der Kupplungsvorrichtung auch an eine benachbarte Kupplungsvorrichtung ein Steuersignal ausgegeben werden, so dass auch an diesem Fahrzeug - gemeinsam mit dem Entkupplungssignal dieses Fahrzeugs - eine Entkupplung stattfinden kann.
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Vorzugsweise weist die Kupplungsvorrichtung ferner eine zweite Schaltvorrichtung auf, wobei die Betätigungsvorrichtung, die erste Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung und die dritte Schaltvorrichtung in Reihe geschaltet sind, wobei zumindest zum Starten der Entriegelung der Kupplungsvorrichtung die Übermittlung eines Betätigungssignals an die erste Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung und die dritte Schaltvorrichtung erforderlich ist.
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So können Fehler bei einer Kupplungsvorrichtung noch besser vermeiden werden; es sind somit noch mehr Schaltvorrichtungen vorhanden, welche alle korrekt geschaltet sein müssen, damit die Kupplungsvorrichtung entkuppelt werden kann.
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Vorzugsweise weist die Kupplungsvorrichtung ferner eine fünfte Schaltvorrichtung auf, welche parallel zur dritten Schaltvorrichtung geschaltet ist. Diese ist dazu angepasst, sich zu schließen, wenn die erste Schaltvorrichtung und die dritte Schaltvorrichtung geschlossen sind, sowie optional die zweite Schaltvorrichtung, d.h. dass Strom durch die Betätigungsvorrichtung fließt.
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Ein Entkupplungssignal des benachbarten Fahrzeugs muss also einmal kurz vorhanden sein, damit der Entkuppelvorgang gestartet werden muss - der Befehl hält dann an, bis der Entkuppelvorgang abgeschlossen ist. Da bei einer Entkupplung irgendwann der Kontakt zur benachbarten Kupplungsvorrichtung unterbrochen wird (und somit auch zwischen den ersten bzw. zweiten Steueranschlüssen) wird, funktioniert der Entkuppelvorgang weiterhin - die dritte Schaltvorrichtung muss also nicht mehr geschlossen sein, da die parallel geschaltete fünfte Schaltvorrichtung diese Aufgabe übernimmt und entsprechend die Verbindung zwischen erster Schaltvorrichtung, zweiter Schaltvorrichtung und fünfter Schaltvorrichtung und Betätigungsvorrichtung vornimmt. Hier wird somit das Prinzip der Selbsthaltung verwendet. Selbst wenn der Kontakt zur benachbarten Kupplungsvorrichtung unterbrochen wird, da die Entkupplung fortschreitet, wird die Betätigungsvorrichtung dann weiterhin eine Bewegung ausführen, damit der Entkuppelvorgang vollständig durchgeführt werden kann
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Vorzugsweise sind die dritte Schaltvorrichtung und die fünfte Schaltvorrichtung als Relais ausgebildet. Die dritte Schaltvorrichtung ist dazu angepasst, zu schließen, wenn ein Steuersignal über den ersten Steueranschluss übertragen wird, und die fünfte Schaltvorrichtung ist dazu angepasst, zu schließen, wenn die dritte Schaltvorrichtung geschlossen ist (und ferner die erste Schaltvorrichtung und optional die zweite Schaltvorrichtung) geschlossen sind).
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Ein solches Relais erlaubt die Detektion von Strömen, und wenn diese vorhanden sind, werden Schalter betätigt, im vorliegenden Fall geschlossen.
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Vorzugsweise ist die Recheneinheit über mindestens eine Energieversorungsleitung und mindestens eine Kommunikationsleitung mit einem Triebfahrzeug, wie beispielsweise einer Lokomotive, verbunden. Es wird nun zur Signalübertragung lediglich eine Leitung, nämlich die Kommunikationsleitung, verwendet, weswegen hier kostenaufwendige redundante Leitungen entfallen können. Eine Kommunikation im Rahmen des das Zugnetzwerks ist hier ausreichend.
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Ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem beinhaltet eine Trennstelle zwischen zwei Fahrzeugen des Schienenverkehrs, wobei pro Fahrzeug mindestens eine Kupplungsvorrichtung, wie oben beschrieben, vorgesehen ist. Hierbei ist die dritte Schaltvorrichtung der einen Kupplungsvorrichtung über den ersten Steueranschluss und den komplementären ersten Steueranschluss des zweiten Fahrzeugs mit der Recheneinheit des zweiten Fahrzeugs verbunden (vorzugsweise über eine vierten Schalteinrichtung), und die dritte Schaltvorrichtung der anderen Kupplungsvorrichtung ist über den zweiten Steueranschluss des zweiten Fahrzeugs und den komplementären zweiten Steueranschluss des ersten Fahrzeugs mit der Recheneinheit des ersten Fahrzeugs verbunden (vorzugsweise über eine vierten Schalteinrichtung).
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So wird sichergestellt, dass zur Aktivierung einer Betätigungsvorrichtung, welche die Entkupplung vornimmt, ein Signal einer ersten Schaltvorrichtung und optional zweiter Schaltvorrichtung eines Fahrzeugs vorhanden sein müssen, ferner das Signal eines anderen Fahrzeugs, vorzugsweise einer vierten Schaltvorrichtung eines anderen Fahrzeugs, welche wiederum von der lokalen Recheneinheit des anderen Fahrzeugs angesteuert wird.
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Ein Verfahren zum Entkuppeln zweier Kupplungsvorrichtungen einer Trennstelle zweier Fahrzeuge umfasst die folgenden Schritte:
- a) Senden je eines Entkuppelbefehls von einem Triebfahrzeug an eine Recheneinheit eines ersten Fahrzeugs und an eine Recheneinheit des zweiten zur Kuppelstelle benachbarten Fahrzeugs;
- b) Senden von Betätigungssignalen von der Recheneinheit des ersten Fahrzeugs an eine erste Schaltvorrichtung und eine vierte Schaltvorrichtung des ersten Fahrzeugs, optional an eine zweite Schaltvorrichtung;
- c) Senden von Betätigungssignalen von der Recheneinheit des zweiten Fahrzeugs an eine erste Schaltvorrichtung und eine vierte Schaltvorrichtung des zweiten Fahrzeugs, optional an eine zweite Schaltvorrichtung;
- d) Übertragen des Schaltsignals der vierten Schaltvorrichtung des zweiten Fahrzeugs an die dritte Schaltvorrichtung des ersten Fahrzeugs;
- e) Übertragen des Schaltsignals der vierten Schaltvorrichtung des ersten Fahrzeugs an die dritte Schaltvorrichtung des zweiten Fahrzeugs;
- f) Bewegen der ersten Betätigungsvorrichtung der Trennstelle und Bewegen der zweiten Betätigungsvorrichtung der Trennstelle.
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Hier wird wiederum sichergestellt, dass mehrere Signale ausgegeben werden müssen und von entsprechenden Schaltvorrichtungen empfangen werden müssen, damit der Entkuppelvorgang ausgelöst wird - selbst bei einer Fehlfunktion einer lokalen Recheneinheit kann so kein Entkuppelvorgang stattfinden, da bei der Recheneinheit des benachbarten Fahrzeugs bzw. benachbarten Kupplungsvorrichtung ebenfalls ein Fehler auftreten müsste - was statistisch gesehen nahezu ausgeschlossen ist.
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Ein Entkuppelbefehl kann durch den Lokführer nur dann gegeben werden, wenn zuvor die Zugkomposition (Anzahl, Identifikation, Reihenfolge und Orientierung der einzelnen Fahrzeuge im Zugverband) hinreichend sicher ermittelt wurde. Auf Basis dieser wählt der Lokführer die gewünschte Trennstelle für die Befehle aus, beispielsweise mit Hilfe seiner Nutzerschnittstelle. Für die selektierte Trennstelle kann er nun den Entkuppelbefehl erteilen, der von der dem Triebfahrzeug über das Zugnetzwerk an die beiden beteiligten Fahrzeuge mit jeweils eine separate Nachricht an die entsprechenden Recheneinheiten gegeben wird (mit der Angabe der vorderen bzw. hinteren Trennstelle). Jede lokale Recheneinheit dieser Fahrzeuge steuert die jeweilige Betätigungsvorrichtung für die Entkupplung an - und zwar so lange an, bis der Abschluss des Entkuppelvorgangs sicher erkannt wurde.
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Vorzugsweise erfolgt in Schritt d) die Übertragung über ein Paar komplementäre erste Steueranschlüsse, und einer dieser ersten Steueranschluss ist in dem ersten Fahrzeug vorgesehen, der andere erste Steueranschluss im zweiten Fahrzeug vorgesehen. Gleichzeitig erfolgt in Schritt e) die Übertragung über ein Paar komplementärer zweiter Steueranschlüsse, wobei ein zweiter Steueranschluss im ersten Fahrzeug vorgesehen ist, und der andere zweite Steueranschluss im zweiten Fahrzeug vorgesehen ist.
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So ist für den Start eines Entkuppelvorgangs an der Trennstelle immer ein Betätigungssignal von beiden beteiligten Fahrzeugen erforderlich - was die Sicherheit gegen ungewolltes Entkuppeln deutlich erhöht.
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Vorzugsweise sind weiter folgende Schritte umfasst:
- g) Trennen der Paare von ersten Steueranschlüsse sowie zweiten Steueranschlüsse;
- h) weiteres Bewegen der Betätigungsvorrichtung der ersten Kupplungsvorrichtung und weiteres Bewegen der Betätigungsvorrichtung der zweiten Kupplungsvorrichtungbis zum Ende des Entkuppelvorgangs.
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So kann sichergestellt werden, dass während des Fortschreitens des Entkuppelvorgangs und des Trennens der Kupplungsvorrichtungen die Betätigungsvorrichtung weiter bewegt wird (bis zum Ende des Entkuppelvorgangs), obwohl durch die Steueranschlüsse keine Verbindung (zur anderen beteiligten Kupplungsvorrichtung) mehr vorhanden ist.
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Vorzugsweise sind die Fahrzeuge: Wagen sowie die Lokomotive(n) zu einem Güterzug gekuppelt. Das erfindungsgemäße System findet also insbesondere bei Güterzügen Anwendung.
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Hier ist, aufgrund von zahlreichen Rangierfahrten und Entkuppelvorgängen einzelner Fahrzeuge sowie der hohen Anzahl der Kuppelstellen im Zug ein besonders sicheres System nötig.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben.
- 1 zeigt einen Zugverband mit mehreren Fahrzeugen und entsprechenden Trennstellen.
- 2 zeigt eine detaillierte Darstellung der elektrischen Entriegelung an Trennstellen.
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In 1 sind fünf Fahrzeuge F, F', F'', F''' und F'''' dargestellt, jeweils mit einer lokalen Recheneinheit 3, 3', 3'', 3''' und 3''''; ferner ist ein Triebfahrzeug Z vorgesehen, dieses umfasst ebenfalls eine Recheneinheit RZ. Hier ist dargestellt, dass jedes Fahrzeug F, F', F'', F''' und F'''' nur über zwei Leitungen mit dem benachbarten Wagen verbunden ist: Die Kommunikationsleitungen C realisieren das Kommunikationsnetzwerk im Zugverband, und die Energieversorgungsleitungen E realisieren die Energieversorgung vom Triebfahrzeug Z zu den Fahrzeugen F, F', F'', F''' und F''''.
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2 zeigt eine detaillierte Darstellung der Möglichkeit der Entriegelung der Trennstelle T .
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Hier ist in der einen Kupplungsvorrichtung K gezeigt, dass eine Betätigungsvorrichtung 1 (hier als Motor ausgebildet) in Reihe mit einer ersten Schaltvorrichtung 4 und einer zweiten Schaltvorrichtung 5 geschaltet ist. Die Betätigungsvorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, eine Verriegelungsvorrichtung 2 zu bewegen. Dazwischengeschaltet, in diesem Fall zwischen der Betätigungsvorrichtung 1 und der ersten Schaltvorrichtung 4, ist hier noch eine dritte Schaltvorrichtung 6 sowie eine fünfte Schaltvorrichtung 10. Die erste Schaltvorrichtung 4, die zweite Schaltvorrichtung 5 und die vierte Schaltvorrichtung 8 sind alle mit einer lokalen Recheneinheit 3 verbunden. Sobald Strom durch die erste Schaltvorrichtung 4, die Betätigungsvorrichtung 1, die zweite Schaltvorrichtung 5 und die dritte Schaltvorrichtung 6 fließt, wird dieser detektiert, und die fünfte Schaltvorrichtung 10 wird geschlossen. Die fünfte Schaltvorrichtung 10 ist als Relais ausgebildet, und wenn ein Stromfluss vorhanden ist, schließt sich das Relais. Die parallel geschaltete dritte Schaltvorrichtung 6 ist ebenfalls als Relais ausgebildet, und dieses Relais schließt sich, wenn durch einen ersten Steueranschluss 7 Strom fließt, welcher entsprechend von der benachbarten Kupplungsvorrichtung K' stammt. In der anderen Kupplungsvorrichtung K' funktioniert alles komplementär, hier sind ebenfalls eine erste Schaltvorrichtung 4', eine zweite Schaltvorrichtung 5' und eine dritte Schaltvorrichtung 6' vorgesehen, ferner eine vierte Schaltvorrichtung 4', welche für die Ausgabe eines Signals, welches an die eine Kupplungseinheit K durch den ersten Steueranschluss 7 ausgegeben wird, zuständig ist. Alle weiteren Teile sind identisch zur einen Kupplungsvorrichtung K und werden hier nicht gesondert beschrieben. Die Betätigungsvorrichtungen 1 und 1' der Kupplungsvorrichtungen K und K' können also nur dann betätigt werden, wenn beide Recheneinheiten 3 und 3' jeweils einen Entkuppelbefehl erhalten, und entsprechende Betätigungssignale an die ersten Schaltvorrichtungen 4, 4', die zweiten Schaltvorrichtungen 5, 5' und die vierten Schaltvorrichtungen 8 und 8' ausgeben. Die vierten Schaltvorrichtungen 8 und 8' beeinflussen wiederum die dritten Schaltvorrichtungen 6' und 6 der jeweils anderen Kupplungsvorrichtung K, K'.
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Erst wenn alle diese Schaltvorrichtungen aktiviert werden, beginnen die Betätigungsvorrichtungen 1 und 1' sich zu bewegen, und den Entkuppelvorgang einzuleiten.
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In 2 sind ferner die jeweils redundanten Kommunikationsleitungen C sowie Energieversorgungsleitungen E gezeigt. Die Kommunikationsleitungen C sind mit den lokalen Recheneinheiten 3 und 3' verbunden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist beispielsweise möglich, jede Art von Schaltvorrichtung einzusetzen, es können hier auch elektrische Schalter eingesetzt werden, ebenfalls elektromagnetisch betätigte Schalter.
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Die Betätigungsvorrichtung 1 muss nicht als Motor ausgestaltet sein - beispielsweise wäre hier auch ein Elektromagnet möglich, welcher Kupplungsvorrichtungen K, K' magnetisch lösen kann.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1, 1'
- Betätigungsvorrichtung / Motor
- 2, 2'
- Verriegelungsvorrichtung
- 3, 3', 3'', 3''', 3''''
- Recheneinheit
- 4, 4'
- erste Schaltvorrichtung
- 5, 5'
- zweite Schaltvorrichtung
- 6, 6'
- dritte Schaltvorrichtung
- 7, 7'
- erster Steueranschluss
- 8, 8'
- vierte Schaltvorrichtung
- 9, 9'
- zweiter Steueranschluss
- 10, 10'
- fünfte Schaltvorrichtung
- E
- Energieversorgungsleitung(en)
- C
- Kommunikationsleitung(en)
- K, K'
- Kupplungsvorrichtung
- T
- Trennstelle
- F, F', F'', F''', F''''
- Fahrzeug (Wagen)
- Z
- Triebfahrzeug
- RZ
- Recheneinheit des Triebfahrzeugs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018009589 B3 [0006]
