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Im Schienenverkehr müssen Züge mittels Kupplungen aus Einzelfahrzeugen gebildet und aufgelöst werden. Besonders vorteilhaft lässt sich das mit automatischen Mittelpufferkupplungen bewerkstelligen.
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Diese sind in der Regel mechanisch so ausgeführt, dass sie beim Aufprall zweier Fahrzeuge verriegeln. Durch Betätigung eines Entkuppelelements kann diese Verriegelung wieder gelöst werden und die Kupplung kann wieder gelöst werden. Das Entkuppelelement kann entweder Manuell (Mittels Seilzug oder Hebel) durch einen elektrischen, pneumatischen oder anderen Antrieb auch von Ferne betätigt werden.
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In der Regel ist es beim Rangieren möglich, die Züge „Aufzudrücken“, bevor entkuppelt wird, also die Wagen so zusammenzuschieben, dass über die Kupplungen nur Druckkräfte übertragen werden.
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Das geschieht deswegen, weil die meisten Verriegelungen schon unter geringer Zuglast nicht mehr beweglich und somit nicht entriegelbar sind. Das zunächst daran, dass hohe Reibungskräfte überwunden werden müssten. Ein Zweiter Grund, warum vermieden wird, unter Zuglast zu entkuppeln liegt daran, dass beim Entkuppeln die Verriegelungselemente sich bei den meisten Entwürfen so gegeneinander bewegen müssen, dass die (konstante) Zugkraft über ein immer kleiner werdende Fläche übertragen werden muss. Geht diese Fläche gegen null, steigt die Pressung (=Kraft/Fläche) gegen unendlich, so dass die Fließgrenze des Materials überschritten wird und die Verriegelungsmechanik somit beschädigt wird oder zumindest sehr schnell verschleißt.
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Beim Rangieren mit aus der Ferne auf Knopfdruck entkuppelbaren Kupplungen kann es aber sehr hilfreich sein, unter Zuglast entkuppeln zu können:
- Zum Beispiel ist es beim Abstoßen denkbar, dass die von hinten schiebende Lokomotive einen Wagenzug zunächst beschleunigt und dann leicht bremst, so dass alle Kupplungen unter Zuglast stehen. Wenn jetzt die Kupplungen von vorn nach hinten sukzessive gelöst werden, rollen die Wagen einzeln (mit Abständen zwischen ihnen) weiter. Zwischen diesen einzeln rollenden Wagen können dann Weichen umgestellt werden und die Wagen auf unterschiedliche Gleise geleitet werden.
- Ohne unter Zuglast entkuppelbarer Kupplung muss für jeden Wagen, der in ein anderes Gleis sortiert werden muss, der ganze Zug neu beschleunigt und abgebremst werden, was viel Zeit & Energie kostet.
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Ein weiteres Beispiel ist das manuelle Entkuppeln an einem Ablaufberg: Es ist nicht möglich, sehr früh, also weit vor dem Ablaufberg zu entkuppeln, weil entkuppelte Wagen sich durch Längsschwingungen im Zugverband neu verbinden würden. Bei langen gekuppelten Einheiten ist es aber auch nicht möglich, auf dem Ablaufberg zu entkuppeln, weil die letzte Kupplung des Verbandes, wenn sie auf der Kuppe des Ablaufbergs ankommt, dann schon unter Zugkraft steht.
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Ohne unter Zuglast entkuppelbarer manuell zu entriegelnder Kupplung muss dem Rangiermitarbeiter, der die Wagen entkuppelt genügend Zeit gelassen werden, je nach Länge des Verbandes hin und her zu laufen, wodurch die durchschnittliche Abdrückgeschwindigkeit und somit die Produktivität sinkt.
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Bei manchen Kupplungsentwürfen wird zur Abhilfe eine Pufferstellung realisiert, in der die Kupplung vor dem Ablaufberg in einen Zustand gebracht wird, bei dem bei Aufprall die Kupplung nicht kuppelt. Diese Pufferstellung hat aber den Nachteil, dass sie nach dem Aufprall wieder Manuell zurückgenommen werden muss, bei manchen Kupplungsentwürfen müssen dazu die Wagen sogar getrennt werden, was eine Lokomotive, erhöhten Personaleinsatz und Zeit erfordert.
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Bisherige Ansätze das Problem der Enkuppllung unter Last zu lösen waren:
- -(1) Entlastungsmechanik, welche die Zuglast über einen anderen Lastpfad 1 leitet, während die eigentliche Riegelmechank ohne Belastung entriegelt. Typischerweise ist diese Entlastungsmechanik als Rolle 2 an einem Hebel 3 ausgebildet.
Dieses Prinzip hat den Nachteil, dass die Betätigung der Kupplung erfordert, dass die Mechanik die zwei Kuppelköpfe geringfügig zusammenzieht, um einen Freigang der eigentlichen Riegelmechanik zu erzielen. Es muss also bei einer großen Zugkraft auf die Kupplung eine entsprechende Gegenkraft aufgebaut werden. Der zweite Nachteil liegt darin, eine Rolle zu verwenden: Dadurch wird die Zugkraft temporär über eine Linienberührung zwischen Bauteilen übertragen, wodurch die Flächenpressung sehr hoch wird wodurch entweder die Bauteile sehr groß ausgeführt werden müssen oder die höchstzulässige Zugkraft, unter der noch entkuppelt werden kann, sehr klein ist.
- -(2) Der Riegel 1 wird so ausgeführt, dass eine Zugkraft dazu führt, dass es sich in die entriegelte Stellung bewegt. Beispielsweise kann der Riegel drehbar um einen Punkt 2 ausgeführt werden. Um dennoch Zugkraft übertragen zu können wird der Riegel mittels einer weiteren Mechanik festgehalten: Damit diese unter Last entkuppeln kann, wird sie als Rolle3 ausgeführt, die Gegenkontur am Riegel ist so geformt, dass die Rolle in einer indifferenten Position auf dieser ruht und diesen festhält. Dies hat den Vorteil, dass die Kuppelköpfe beim Entkuppeln nicht zusammengezogen werden müssen.
Nachteil bleibt hier, ist dass die Zugkraft über eine Linienberührung zwischen Bauteilen übertragen wird, wodurch die Flächenpressung sehr hoch wird, wodurch entweder die Bauteile sehr groß ausgeführt werden müssen oder die höchstzulässige Zugkraft, unter der noch beschädigungsfrei entkuppelt werden kann sehr klein ist.
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Beschreibung der zu lösenden Aufgabe
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Die Aufgabe die es zu lösen gilt besteht also darin, eine Mechanik zu erfinden bei der:
- 1. Beim Betätigen die Kuppelköpfe nicht zusammengezogen werden
- 2. Bis zur Entlastung der Kupplung durch entriegeln (Überschreitung der Selbsthemmungsgrenze) nur Flächenberühung zwischen den Zugkraftübertragenden Bauteilen herrscht.
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Die Aufgabe wird beispielsweise gelöst durch einen Verriegelungsmechanismus gemäß Anspruch 1. Weitere Ausführungsformen welche die Aufgabe lösen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren:
- Demgemäß wird ein Verriegelungsmechanismus für Schienenfahrzeugkupplungen vorgeschlagen, bei dem die Zugkraft direkt oder anteilig über mindestens zwei gegenüber dem Kuppelkopf bewegliche Elemente geleitet wird, die derart wirkverbunden und bewegt werden können, dass sie einen Totpunkt herstellen oder annähern, wobei alle anteilig Zugkraftübertragenden Elemente derart gestaltet sind, dass bei Entkupplung bis zur Überwindung der Selbsthemmung zwischen diese stets in flächiger Berühung zueinander stehen.
- Die die mindestens zwei gegenüber dem Kuppelkopf bewegliche, Totpunktherstellende Elemente können so gestaltet und verbunden werden, dass sie zunächst bewegt werden können, ohne den Totpunkt zu erreichen, und beispielsweise durch eine Feder gegen einen Anschlag gesichert werden können.
- Alternativ können die mindestens zwei Totpunkt herstellende Elemente durch einen Verriegelungsmechanismus im Totpunkt verriegelt werden, so dass die von dem Verriegelungsmechanismus zu haltenden Kräfte theoretisch null sind.
- Alternativ können die mindestens zwei gegenüber dem Kuppelkopf bewegliche, Totpunktherstellende Elemente durch einen Verriegelungsmechanismus so nah am Totpunkt verriegelt werden, dass die von dem Verriegelungsmechanismus zu haltende Kräfte sehr klein sind.
- Um die Anmeldungsgemäße Verriegelung auf einen Kuppelkopf des Typs Scharfenberg anwenden zu können, können die Totpunkt herstellenden Elemente beispielsweise als Herzstück, und auf dem Herzstück bewegliches Hakenmaul ausgeführt werden.
- Eine weitere Möglichkeit, die Anmeldungsgemäße Erfindung auf einen Kuppelkopf des Typs Scharfenberg anwenden zu können, können die Totpunkt herstellenden Elemente beispielsweise als Herzstück, und auf dem Herzstück beweglicher Laschendrehpunkt ausgeführt werden.
- Um die Anmeldungsgemäße Verriegelung auf einen Kuppelkopf des Typs Schwab anwenden zu können, können die Totpunkt herstellenden Elemente beispielsweise als zwei Hebel eines Kniehebels ausgeführt werden.
- Um die Anmeldungsgemäße Verriegelung auf einen Kuppelkopf des Typs Willison anwenden zu können, können die Totpunkt herstellenden Elemente beispielsweise als zwei Teile eines Riegels gestaltet sein, welcher durch eine Feder in Endlage gehalten werden kann.
- Eine Weitere Möglichkeit, die Anmeldungsgemäße Erfindung auf einen Kuppelkopf des Typs Willison anwenden zu können besteht darin, die Totpunkt herstellenden Elemente als zwei Hebel eines Kniehebels gestaltet sind, dieser Kniehebel einen keilförmigen Riegel arretiert, und der Kniehebel durch einen Verriegelungsmechanismus in der Nähe des Totpunkts gehalten werden kann.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der 3-10 erläutert:
- • 3 zeigt schematisch ein allgemeines Wirkprinzip eines Anmeldungsgemäßen Verriegelungsmechanismusses
- • 4-7 zeigen schematisch das Anmeldungsgemäße Wirkprinzip auf einen Kuppelkopf des Typs Scharfenberg angewandt.
- • 8 zeigt schematisch das Anmeldungsgemäße Wirkprinzip auf einen Kuppelkopf des Typs Schwab angewandt.
- • 9-10 zeigen schematisch das Anmeldungsgemäße Wirkprinzip auf einen Kuppelkopf des Typs Willison angewandt.
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Sämtliche 3-10 Zeigen einen Verriegelungsmechanismus für Schienenfahrzeugkupplungen, gekennzeichnet dadurch, dass die Zugkraft (a) direkt oder anteilig über mindestens zwei gegenüber dem Kuppelkopf (d) bewegliche Elemente (b, c) geleitet wird, die derart wirkverbunden und bewegt werden können, dass sie einen Totpunkt herstellen oder annähern, wobei alle anteilig Zugkraftübertragenden Elemente derart gestaltet sind, dass bei Entkupplung bis zur Überwindung der Selbsthemmung zwischen diese stets in flächiger Berühung zueinander stehen.
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Die Aufgabe wird Anmeldungsweise beispielsweise wie folgt gelöst (3):
- Der Verriegelungsmechanismus umfasst mehrere Teile, welche sich während der gesamten Entkupplung flächig aufeinander abstützen. Im Verriegelten Zustand wird die Zugkraft direkt oder indirekt über mindestens zwei Totpunktherstellende Elemente b, c geleitet, welche gemeinsam einen Totpunkt herstellen, oder bei ausreichend Bewegungsfreiraum herstellen könnten. Für den verriegelten Zustand sind drei verschiedene Stellungen und damit Prinzipien denkbar:
- Prinzip 1: Eine Stellung vor dem Totpunkt (Abgebildet in Bildabschnitt a): In diesem Fall muss der Mechanismus derart konstruiert sein, dass bis zum Erreichen des Totpunkts die Übersetzung zwischen der Bewegung des Totpunktherstellenden Elements b, c und der Auseinanderbewegung der Kuppelköpfe d konstant null ist. In diesem Fall kann das totpunktherstellende Element c zu einer Seite durch Anschlag gesichert werden, zur anderen durch eine Feder f.
- Prinzip 2: Eine Stellung im Totpunkt (Abgebildet in Bildabschnitt b): In diesem Fall sollte im verriegelten Zustand das Totpunktherstellende Element c in beide Richtungen gegen Verdrehen gesichert sein. Dies kann beispielsweise durch eine Riegel g und einen Anschlag geschehen.
- Prinzip 3: Eine Stellung nach dem Totpunkt (Abgebildet in Bildabschnitt c): In diesem Fall muss die Nähe zum Totpunkt so klein gewählt werden, dass die resultierenden geringen Haltekräfte durch einen Riegel h mit Linienberührung aufgenommen werden können
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1 (Scharfenberg Translatorisch Kuppelmaul)
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In 4 Wird eine erste bevorzugte Ausführungsform nach dem Prinzip 1 für Kupplungen der Scharfenberg-Bauart dargestellt: Wird eine herkömmliche Scharfenbergkupplung unter Last entkuppelt, entsteht beim Entkuppeln eine reibende Linienberührung zwischen dem Hakenmaul des Herzstücks und der Öse. Hierdurch entstehen hohe Flächenpressungen, wodurch Verschleiß entsteht.
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In Bildabschnitt a) sehen wir das bekannte Scharfenbergprinzip mit einem Parallelogrammverschluss bestehend aus zwei Herzstücken 401 und zwei Ösen 402. Die Erfindungsgemäße Kupplung unterscheidet sich von der herkömmlichen Scharfenbergkupplung darin, dass das Herzstück zweiteilig ausgeführt ist: Das Hakenmaul 403 ist translatorisch auf dem Rest 404 des Herzstücks befestigt. Diese zwei Teile (b, c) sind die totpunktherstellenden Elemente.
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Die Zugkraftwirkungslinie 405 wird gestrichelt dargestellt. Die Normalkraftwirkungslinie 406 zwischen dem Hakenmaul 403 und dem Rest 404 des Herzstücks wird ebenfalls gestrichelt dargestellt.
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Wenn nun das Herzstück 401 gedreht wird, wird zunächst ein Totpunkt erreicht, dies wird in Bildabschnitt b) dargestellt. Zugkraftwirkungslinie 405 und Normalkraftwirkungslinie 406 liegen nun auf einer Line.
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Wenn nun das Herzstück 1 weitergedreht wird, wird die Selbsthemmungsgrenze erreicht: Die Normalkraft und die Zugkraft überwinden zusammen die Reibung zwischen Hakenmaul 403 und dem Rest 404 des Herzstücks, wodurch sich das Hakenmaul 403 und gegenüber dem Rest 404 des Herzstücks verschiebt. Hierdurch verschiebt sich auch die Normalkraftwirkungslinie 406, es vergrößert sich der Hebelarm und es entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem Drehomoment, welches von der Öse 402 auf den Rest 404 des Herzstücks ausgeübt wird und dem Drehmoment welches von dem Hakenmaul 403 auf den Rest 404 des Herzstücks ausgeübt wird. Durch das Verdrehen des Parallelogramms mit nun unterschiedlich langen Hebelarmen vergrößert sich der Abstand zwischen den Drehpunkten der Herzstücke 401. Dieses ist am Spalt zwischen den Kuppelköpfen 407 sichtbar. Die Geschwindigkeit der Verdrehung und somit auch die Geschwindigkeit der Spaltvergrößerung kann nun, Angetrieben durch die Zugkraft, mit der durch die Trägheit der Fahrzeuge vorgegebenen Geschwindigkeit mithalten. Hierdurch sinkt auch schlagartig die Kraft zwischen den Bauteilen. Bis zu diesem Punkt ist noch keine Linienberührung zwischen Hakenmaul 403 und Kuppelöse entstanden. Somit ist die Aufgabe 402 erfüllt.
Beide Herzstücke drehen sich nun durch das Ungleichgewicht der Hebelarme weiter und geben die Kupplung frei, dies ist in Bildabschnitt d) sichtbar.
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2 (Scharfenberg rotatorisch Kuppelmaul)
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In 5 wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform nach dem Prinzip 1 für Kupplungen der Scharfenberg-Bauart dargestellt: Hier wird das Herzstück 1 in ebenfalls in zwei Teile geteilt: Das Hakenmaul 502 und der Herzstückrest 503. Diese zwei Teile (b, c) sind die totpunktherstellenden Elemente. Anstatt das Hakenmaul translatorisch an dem Herzstückrest zu befestigen, wird es rotatorisch befestigt: Es ist im Punkt 504 gelagert. Die Zugkraftwirkungslinie 505 wird gestrichelt dargestellt. Die Wirkungslinie 506 der Kraft im Hakenmaul wird ebenfalls gestrichelt dargestellt.
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In Bildabschnitt a) wird der gekuppelte Zustand dargestellt.
Wenn nun das Herzstück 501 gedreht wird, wird zunächst ein Totpunkt erreicht, dies wird in Bildabschnitt b) dargestellt. Zugkraftwirkungslinie 505 und Hakenmaulwirkungslinie 506 liegen nun auf einer Line. Wenn nun das Herzstück 501 weitergedreht wird, wird die Selbsthemmungsgrenze erreicht, dies wird in Bildabschnitt c) dargestellt: Die Kraft im Hakenmaul und die Zugkraft überwinden zusammen die Reibung im Drehpunkt 504, wodurch sich das Hakenmaul 503 gegenüber dem Herzstückrest 503 verdreht. Hierdurch verdreht sich auch die Kraftwirkungslinie 506, es vergrößert sich der Hebelarm und es entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem Drehmoment, welches von der Öse 502 auf den Rest 504 des Herzstücks ausgeübt wird und dem Drehmoment welches von dem Hakenmaul 503 auf den Rest 504 des Herzstücks ausgeübt wird, was das Herzstück 501 weiter dreht. Die weitere Entkupplung geschieht sinngemäß wie in der zweiten Ausführungsform.
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3 (Scharfenberg Ösendrehpunkt Translatorisch)
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In 6 wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform nach dem Prinzip 1 für Kupplungen der Scharfenberg-Bauart dargestellt: In Abschnitt a) wird der gekuppelte Zustand dargestellt. Dieses Mal wird die ungleiche Länge der Hebelarme dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen dem Drehpunkt 602 des Herzstücks im Kuppelkopf und dem Drehpunkt 603 der Öse 607 verringert wird. Dies wird wie folgt erreicht: Der Drehpunkt 603 ist nicht direkt am Herzstück 601 befestigt, sondern wird im Herzstück in der Richtung 604 translatorisch geführt. Diese zwei Teile (b, c) sind die totpunktherstellenden Elemente.
Die Zugkraftwirkungslinie 605 wird gestrichelt dargestellt. Die Wirkungslinie 606 der Normalkraft in der translatorischen Führung wird ebenfalls gestrichelt dargestellt.
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Wenn nun das Herzstück 601 gedreht wird, wird zunächst ein Totpunkt erreicht, dies wird in Bildabschnitt b) dargestellt. Die Zugkraftwirkungslinie 605 und Normalkraftwirkungslinie 606 fallen nun zusammen.
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Wenn nun das Herzstück 601 weitergedreht wird, wird die Selbsthemmungsgrenze erreicht, dies ist in Bildabschnitt c dargestellt: Die Normalkraft in der Führung (Wirkungslinie 606) und die Zugkraft überwinden zusammen die Reibung in der translatorischen Führung, wodurch sich der Drehpunkt 603 gegenüber dem Herzstück 601 verschiebt. Hierdurch wird die Verringerung des Abstands zwischen dem Drehpunkt 602 des Herzstücks 601 im Kuppelkopf und dem Drehpunkt 603 der Öse 607 erreicht. Durch die ungleiche Länge der Hebelarme entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem Drehmoment, welches von der Öse 607 auf das Herzstück 601 ausgeübt wird und dem Drehmoment, welches am Drehpunkt 603 über die translatorische Führung auf das Herzstück ausgeübt wird. Durch das Verdrehen des Scharfenberg-Parallelogramms mit nun unterschiedlich langen Hebelarmen vergrößert sich der Abstand zwischen den Drehpunkten 602 der Herzstücke 601. Dieses ist am Spalt zwischen den Kuppelköpfen 608 sichtbar. Die Geschwindigkeit der Verdrehung und somit auch die Geschwindigkeit der Spaltvergrößerung kann nun, angetrieben durch die Zugkraft, mit der durch die Trägheit der Fahrzeuge vorgegebenen Geschwindigkeit mithalten. Hierdurch sinkt auch schlagartig die Kraft zwischen den Bauteilen. Bis zu diesem Punkt ist noch keine Linienberührung zwischen Hakenmaul 609 und dem Zylinder 610 am Ende der Kuppelöse entstanden. Somit ist auch die Aufgabe 2 erfüllt.
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Die weitere Entkupplung erfolgt sinngemäß wie in den vorigen Ausführungsformen, dies ist in Bildabschnitt d dargestellt:
- Beide Herzstücke drehen sich nun durch das Ungleichgewicht der Hebelarme weiter und geben die Kupplung frei.
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4 (Scharfenberg Ösendrehpunkt Rotatorisch)
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In 7 Wird eine vierte bevorzugte Ausführungsform nach dem Prinzip 1 für Kupplungen der Scharfenberg-Bauart dargestellt: Auch hier wird die ungleiche Länge der Hebelarme dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen dem Drehpunkt 702 des Herzstücks im Kuppelkopf und dem Drehpunkt 703 der Öse 704 verringert wird. Dies wird wie folgt erreicht: Der Drehpunkt 703 ist nicht direkt am Herzstück 701 befestigt, sondern wird am Kniehebel 705 befestigt. Dieser ist im Drehpunkt 706 am Herzstück befestigt. Kniehebel und Herzstück (b, c) sind in diesem Fall die totpunktherstellenden Elemente.
Die Zugkraftwirkungslinie 707 wird gestrichelt dargestellt. Die Wirkungslinie 708 zwischen dem Drehpunkt 703 und dem Drehpunkt 706 wird ebenfalls gestrichelt dargestellt.
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Wenn nun das Herzstück 701 gedreht wird, wird zunächst ein Totpunkt erreicht, dies wird in Bildabschnitt b) dargestellt. Zugkraftwirkungslinie 707 und Kniehebelwirkungslinie 708 liegen nun auf einer Line.
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Wenn nun das Herzstück 701 weitergedreht wird, wird die Selbsthemmungsgrenze erreicht: Die Kraft im Kniehebel und die Zugkraft 707 überwinden zusammen die Reibung in den Drehpunkten 703 und 706, wodurch sich der Kniehebel 705 gegenüber dem Herzstück 701 im Drehpunkt 706 verdreht. Hierdurch verdreht sich auch die Kniehebelwirkungslinie 708, es verkleinert sich der Hebelarm und es entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem Drehmoment, welches von der Öse 709 auf das Herzstück 701 ausgeübt wird und dem Drehmoment, welches am Drehpunkt 703 über den Kniehebel auf das Herzstück ausgeübt wird.
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Die weitere Entkupplung erfolgt sinngemäß wie in der zweiten Ausführungsform:
- Durch das Verdrehen des Parallelogramms mit nun unterschiedlich langen Hebelarmen vergrößert sich der Abstand zwischen den Drehpunkten 702 der Herzstücke 701. Dieses ist am Spalt zwischen den Kuppelköpfen 710 sichtbar. Die Geschwindigkeit der Verdrehung und somit auch die Geschwindigkeit der Spaltvergrößerung kann nun, Angetrieben durch die Zugkraft, mit der durch die Trägheit der Fahrzeuge vorgegebenen Geschwindigkeit mithalten. Hierdurch sinkt auch schlagartig die Kraft zwischen den Bauteilen. Bis zu diesem Punkt ist noch keine Linienberührung zwischen Hakenmaul 711 und der Kuppelöse 709 entstanden. Somit ist auch die Aufgabe 702 erfüllt.
- Beide Herzstücke drehen sich nun durch das Ungleichgewicht der Hebelarme weiter und geben die Kupplung frei, dies ist in Bildabschnitt d) sichtbar.
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Als weitere Ausführungsformen nach dem Scharfenbergprinzip, nach dem Prinzip 2 kommen die folgenden Ausführungsformen in Betracht:
- 5 Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform in Anlehnung an Ausführungsform 1, bei der Winkel der translatorischen Führung des Kuppelmauls auf dem Herzstück 1 im gekuppelten Zustand so gewählt wird, dass sie senkrecht zur Zugkraftrichtung steht. Somit befindet sich die Mechanik im gekuppelten Zustand bereits am Totpunkt. Weil bei niedrigen Reibwerten schon geringe Bewegungen in der Mechanik hier dazu führen könnten, dass die Selbsthemmungsgrenze überschritten und entkuppelt wird, muss hier die translatorische Bewegung gesondert gesperrt werden. Dieses kann beispielsweise durch einen Riegel geschehen, der bei der Betätigung des Entkuppelhebels (ob manuell oder automatisch) aus dem Weg geschwenkt wird, bevor die reguläre Entkupplung durch Verdrehen des Herzstücks geschieht.
- 6 Das Zusammentreffen von Totpunkt und gekuppelter Stellung kann in einer sechsten bevorzugten Ausführungsform in Anlehnung an Ausführungsform 2 ausgeführt werden: Hier wird der Drehpunkt zwischen Kuppelmaul und Herzstückrest so gewählt, dass die Kuppelmaulwirklinie in gekuppelter Stellung mit der Kraftwirkungslinie zusammenfällt. Auch hier muss hier die translatorische Bewegung gesondert gesperrt werden. Dieses kann durch dieselbe Mechanik wie für die Ausführunsgform 5 erfolgen
- 7 Das Zusammentreffen von Totpunkt und gekuppelter Stellung kann in einer siebten bevorzugten Ausführungsform in Anlehnung an Ausführungsform 3 ausgeführt werden: Hier wird der der Winkel der translatorischen Führung des Ösendrehpunkts auf dem Herzstück so gewählt, dass sie im gekuppelten Zustand senkrecht zur Kraftwirkungslinie steht. Auch hier muss hier die translatorische Bewegung gesondert gesperrt werden. Dieses kann durch eine Sperrmechanik in Anlehnung an die Sperrmechanik der Ausführungsform 5 erfolgen: Durch einen Riegel, der bei der Betätigung des Entkuppelhebels (ob manuell oder automatisch) aus dem Weg geschwenkt wird, bevor die reguläre Entkupplung durch Verdrehen des Herzstücks geschieht.
- 8 Das Zusammentreffen von Totpunkt und gekuppelter Stellung kann in einer achten bevorzugten Ausführungsform in Anlehnung an Ausführungsform 4 ausgeführt werden: Hier wird der der Winkel des Kniehebels im Herzstück so gewählt, dass er im gekuppelten Zustand senkrecht zur Kraftwirkungslinie steht. Auch hier muss hier die translatorische Bewegung gesondert gesperrt werden. Dieses kann durch eine Sperrmechanik in Anlehnung an die Sperrmechanik der Ausführungsform 5 erfolgen: Durch einen Riege, der bei der Betätigung des Entkuppelhebels (ob manuell oder automatisch) aus dem Weg geschwenkt wird, bevor die reguläre Entkupplung durch Verdrehen des Herzstücks geschieht.
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In 8 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform für Kupplungen nach dem Schwab-Prinzip, nach dem Prinzip 2 dargestellt:
- Beim Schwab-Kuppelkopf befindet sich in jedem Kuppelkopf 1 ein um einen Drehpunkt 2 gelagerten Drehriegel 3, der sich im anderen Kuppelkopf einhakt und so verhindert, dass die beiden Kuppelköpfe auseinandergleiten.
- Dieser Haken ist so ausgeführt, dass das Verdrehen des Riegels durch eine Sperrmechanik verhindert werden muss, weil die Zugkraft sonst sofort eine Verdrehung des Riegels herbeiführt und die Köpfe auseinandergleiten.
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Aus Gründen der Übersicht wird im Folgenden jeweils nur ein Riegelsystem dargestellt.
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In der erfindungsgemäßen Ausführung wird die Sperrmechanik als Kniehebel ausgeführt, bestehend aus einem ersten Riegelelement 804 und einem zweiten Riegelelement 805. Diese zwei Riegelelemente (b, c) sind in diesem Fall die totpunktherstellenden Elemente. Die beiden Riegelelemente sind mit einander gelenkig verbunden.
Das erste Riegelelement 804 ist mit dem Drehriegel 803 gelenkig verbunden, das zweite Riegelelement 805 ist mit dem Kuppelkopf 801 gelenkig verbunden.
In Bildabschnitt a) wird der gekuppelte Zustand dargestellt:
- Der Kniehebel befindet sich in seinem Totpunkt: Die Gelenke zwischen Kniehebel befinden sich alle in einer Linie. Ein Anschlag 806 verhindert, dass sich das zweite Riegelelement gegen den Uhrzeigersinn dreht, eine Sekundärsperre 807 verhindert, dass sich das zweite Riegelelement im Uhrzeigersinn dreht.
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In Bildabschnitt b) wird der Entkuppelprozess dargestellt: Die Sekundärsperre 807 wird bewegt, wodurch zunächst das zweite Riegelelement 805 gegen den Uhrzeigersinn freigegeben wird.
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In Bildabschnitt c) wird die Sekundärsperre 807 weitergedreht und schlägt nun an das zweite Riegelelement 805 im Punkt 808 an, so dass das zweite Riegelelement verdreht wird. Sobald der Hebelarm zwischen den 3 Gelenken des Kniehebels ausreichend groß ist, um die Reibungsmomente zu überwinden, ist die Selbshemmungsgrenze überwunden: Der Kniehebel bricht zusammen und der Drehriegel wird freigegeben, wodurch entkuppelt werden kann.
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In 9 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform für Kupplungen nach dem Willison-Prinzip, nach Prinzip 1 dargestellt. Anstatt ein einteiliges Kuppelelement zu verwenden, ist der Riegel zweiteilig ausgeführt. Weil die beiden Kuppelköpfe identisch sind, wird jeweils nur eine Seite mit Nummerierung versehen, um die Übersicht zu verbessern.
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Im ersten Bildabschnitt a) ist die Kuppelstellung dargestellt:
- Ein erstes Riegelelement 901 ist translatorisch. in einem Kupplungskopf 905 geführt, während ein zweites Riegelelement 902 auf dem ersten Riegelelement 901 um die Punkt 903 drehbar gelagert ist. Diese zwei Riegelelemente (b, c) sind in diesem Fall die totpunktherstellenden Elemente.
- Das erste Riegelement 901 wird durch eine Feder 904 in der vordersten Position gehalten, wodurch das zweite Riegelelement 902 sich auf dem zweiten Riegelement der Gegenkupplung abstützt und so ein Auseinandergleiten der Kuppelköpfe verhindert wird. Diese zwei Riegelteile sind die zwei Totpunkt herstellende Elemente.
- In der Skizze ist eine Normalkraftwirklinie 906 eingezeichnet, welche die Kraftwirkungslinie der Kraft anzeigt, welche zwischen erstem Riegelelement 1 und dem Kupplungkopf 905 wirkt. Außerdem ist eine Drehpunktverbindungslinie 907 eingezeichnet.
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In Bildabschnitt b) wird der Anfang der Entkupplung dargestellt:
- Wenn entkuppelt werden soll, wird das erste Riegelelement 901 zurückgezogen. Dadurch wird der Winkel zwischen der Drehpunktverbindungslinie 907 und der Normalkraftwirklinie 906 immer kleiner, bis die beiden Linien parallel stehen, und somit das System am Totpunkt steht. Wird nun der erste Riegel 901 weiter herausgezogen, wird der Winkel zwischen der Drehpunktverbindungslinie 907 und der Normalkraftwirklinie 906 in die andere Richtung immer größer. Wird der Winkel so groß, dass der Tangens dieses Winkels den Reibwert der Bauteile überschreitet, wird die Selbsthemmungsgrenze überschritten. Dies ist in Bildabschnitt c) dargestellt: Die Kuppelköpfe fangen an, auseinanderzugleiten, was am Spalt 8 sichtbar ist. Die Riegelelemente 901 gleiten nun durch die umgelenkte Zugkraft angetrieben schlagartig nach hinten, wodurch die Kupplung freigegeben wird.
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In 10 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform für Kupplungen nach dem Willison-Prinzip, nach Prinzip 3 dargestellt:
- In Bildabschnitt a) wird der gekuppelte Zustand dargestellt: der Riegel 001, der nicht parallele Wirkflächen hat und ohne Arretierung bei Zugkraft sofort nach hinten herausrustchen würde, wird durch einen leicht überstreckten Kniehebel, bestehend aus einem ersten Hebel 002 und einem zweiten Hebel 003 in der vorderen Stellung arretiert. Diese zwei Kniehebelteile (b, c) sind in diesem Fall die totpunktherstellenden Elemente.
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Der Kniehebel wird seinerseits über eine Rolle 4 durch eine entfernbare Sperre 5 in Richtung der momentanen Überstreckung arretiert. In die andere Richtung wird er einerseits durch die Überstreckung, andererseits durch die Feder 6 in Position gehalten.
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In Bildaschnitt b) wird die Entkupplung dargestellt: Die Sperre 005 wird entfernt. Angetrieben sowohl durch die Zugkraft über die nichtparallelen Wirkflächen des Riegels 001 als auch durch die Feder 006 bewegt sich der Riegel 001 nach hinten, wodurch die Kuppelköpfe auseinanderzugleiten können.
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In Bildabschnitt c) wird der Zustand nach Entkupplung dargestellt: Weil das Gegenprofil 007 nicht mehr auf den Fühlerhebel 008 drückt, wird dieser durch die Feder 009 gedreht. Durch die Zugstange 010 wird diese Bewegung auf den Kniehebel, also den Hebel 002 übertragen, der über den Totpunkt hinaus bewegt wird und den Riegel leicht zurückzieht.
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In Bildabschnitt d) wird das Kuppeln dargestellt: Dadurch, dass die Kniehebel nicht arretiert sind, können die Riegel 001 beim Aufprall zunächst problemlos nach hinten gleiten. Beim weiteren seitlichen Eingleiten der Willison-Profile werden dann die Fühlerhebel 008 vom Gegenprofil 007 niedergedrückt, wodurch die Feder 006 gespannt wird. Diese bewegt dann den Kniehebel über den Totpunkt hinaus, bis er durch die Rolle 004 und die entfernbare Sperre 005 gehalten wird, womit dann der in Bildabschnitt a) dargestellte, gekuppelte Zustand wiederhergestellt ist.
