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Zug- und Stoßvorrichtung zur Verwendung in Eisenbahnwagenkupplungen
-Die Erfindung bezieht sich auf Zug- und Stoßvorrichtungen zur Verwendung in Eiseubahnwagenkupplungen.
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Es ist bekannt, daß unter anomalen oder extremen Arbeitsbedingungen,
insbesondere wenn Wagenkupplungen Pufferungs- oder Stoßkräften unterworfen werden,
während sie in waagrechter oder in senkrechter Richtung im wesentlichen bis zur
Grenze ihrer freien Schwenkbarkeit ausgewinkelt sind, bei einem übermäßig großen
Winkelausschlag in waagrechter Richtung die Gefahr für eine Entgleisung vorhanden
ist oder die Gefahr besteht, daß ein hochgebauter Wagen von seinem Gestell abgehoben
wird, wenn ein übermäßig großer Winkelausschlag in - senkrechter Richtung vorhanden
ist.
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Die Erfindung vermeidet diese Bedingungen, indem sie Mittel vorsieht,
welche eine beschränkte waagrechte oder senkrechte Auswinklung der Kupplung frei
aufnehmen, aber die Winkellage der Kupplung begrenzen, wenn sie in waagrechter oder
in senkrechter Richtung über einen vorbestimmten Betrag hinaus ausgewinkelt wird.
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Es ist eine Zug- und Stoßvorrichtung für Mittelpufferkupplungen bekannt,
bei welcher die Pufferstange mit dem Fahrzeugrahmen durch ein Kugelgelenk verbunden
ist, welches die Feder für den Zugbolzen umschließt. Zweck dieser bekannten Ausführung
ist, zu verhindern, daß der Zugbolzen sich verbiegt und die Führungen für den Zugbolzen
mit der Zeit ausgeschlagen werden, wodurch beim Anfahren und Bremsen ein unangenehmes
Stoßen auftritt.
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Demgegenüber liegt der -Erfindung -die Aufgabe zugrunde, eine Zug-
und Stoßvorrichtung für eine Eisenbahnwagenkupplung, deren Schaft an seinem hinteren
Ende mit der Vorderfläche eines Nachlaufteiles im Kugelflächeneingriff steht,- zu
schaffen, welche-zwecks Ausschaltens der eingangs genannten nachteiligen Arbeitsbedingungen
die Kupplung daran hindert, in waagrechter oder senkrechter Richtung über vorbestimmte
Beträge hinaus auszuwinkeln.
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Die Erfindung besteht darin, da.ß an den Bereich des -Kugelflächeneingriffs
zwischen dem Hinterende des- Kupplungsschaftes und - der Vorderfläche des Nachlaufteiles
ebene Widerlagerflächen an dem Schaft und -an --dem Nachlaufteil anschließen, wobei
die Wideriagerflächen an dem Schaft nach vorn konisch verlaufen und wenigstens zwei
Widerlagerflächen an dem Naahlauftei1. - eine- . entsprechende, nach vorn konisch
verlaufende Ausbildung haben.
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Durch -die Erfindung wird gewährleistet, daß, wenn die Kupplung in-
waagrechter- oder senkrechter Richtung über-einen -vorbestimmten- -Bereich
-hinaus ausgewinkelt-ist, eine Rückstellkraft.entsteht,-welche das Bestreben hat,
die Kupplung -in den -vorbestimmten Bereich- zurückzuführen.- Außerdem wird -durch
die Erfindung die Abnutzung-. zwischen dem- Schaft und dein Nachlaufteil beträchtlich
verringert. - -Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert:
-- -Fig. 1 ist ein waagrechter Längsschnitt-durch eine aus Kupplung und Zug-. .und
Stoßvorrichtung -bestehende Anordnung;_ an -welcher die- Erfindung- verkörpert -ist;
Fig. 2- ist eine senkrechte Schnittansicht nach Linie II-II der -Fig: 1;- der Kupplungskopf
-ist vollständig wiedergegeben; -Fig. 3 ist eine waagrechte- Ansicht in- Längsrichtung,
teilweise im Schnitt; einer Anordnung eines Kupplungsaufbaues, -welche die-
maximale Größe des Winkels- -der -Kupplung -in - waagrechter - Richtung wiedergibt,
bei welcher immer noch ein vollständiger Flächeneingriff zwischen.-der-Kugel-und
der Schale zwischen dem Nachlaufteil-und dein Kupplungsschaft vorhanden ist;-Fig.
4 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 3; gibt -jedoch- -die Kupplung in-waagrechter
Richtung. im wesentlichen von -.der Grenze ihrer- waagrechten Schwenkbewegung wieder;-
Fig.
5 ist eine schaubildliche Ansicht des hinteren Teiles des Kupplungsschaftes; Fig.
6 ist eine schaubildliche Ansicht des vorderen Endes des vorderen Nachlaufteiles
der Zug- und Stoßvorrichtung; Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 2, welche
jedoch die Kupplung in einer Winkelstellung nach oben im wesentlichen in der Grenzlage
ihrer senkrechten Schwenkbewegung wiedergibt; Fig.7a ist in vergrößertem Maßstab
eine Teilansicht desjenigen Teiles der Fig. 7, welche den Eingriff zwischen dem
oberen Ende des Schaftes und dem Nachlaufteil wiedergibt; Fig. 8 ist in vergrößertem
Maßstab eine Schnittansicht nach Linie 8-8 der Fig. 1, welche den Kupplungsschaft
in senkrechter Richtung in einem Winkel in der gleichen Größenordnung wie in Fig.
7 wiedergibt; Fig.9 ist eine Seitenansicht des den Kupplungszapfen tragenden Blockes;
Fig. 10 ist die Draufsicht des den Kupplungszapfen tragenden Blockes; Fig.11 ist
eine waagrechte Schnittansicht nach Linie 11-11 der Fig. 2; Fig. 12 ist eine mittlere
senkrechte Schnittansicht des hinteren Teiles des Kupplungsschaftes und gibt in
gestrichelten Linien den Zapfenlagerblock teilweise eingeführt in die Zapfenöffnung
des Kupplungsschaftes wieder; Fig.13 ist eine Querschnittsansicht des Zapfenlagerblockes
und des Aufbaues des Kupplungsschaftes nach Linie 13-13 der Fig. 11.
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Gemäß den Zeichnungen, insbesondere gemäß Fig.1 und 2, ist ein Zug-
und Stoßgestänge mit einer Kupplung dargestellt, das zwischen Mittelträger 10 am
Ende eines Eisenbahnfahrzeuges angeordnet ist. Die Kupplung 12, welche eine Verriegelungskupplung
ist, enthält einen Kopf 14 und einen Schaft 16. Der Schaft 16 findet innerhalb des
vorderen Endes eines Joches 18 Aufnahme und ist an ihm mittels eines senkrechten
Zapfens 20 schwenkbar befestigt, der sich durch ein Zapfenloch oder eine Öffnung
22 in dem Schaft hindurch erstreckt. Das Joch 18 enthält eine übliche Zug-und Stoßvorrichtung,
welche eine Puffereinrichtung 24 (in strichpunktierten Linien wiedergegeben) sowie
vordere und hintere Nachlaufteile 26 und 28 enthält, welche mit vorderen und hinteren
Zugansätzen 30 bzw. 32 auf den Trägern 10 im Eingriff stehen. Der vordere Teil der
Kupplung wird durch einen auf einer Druckfeder ruhenden Kupplungsträger 34 abgestützt,
der in dem unteren Teil des Anschlag-Gußstückes 36 enthalten ist. Die Zapfenöffnung
22 in dem Schaft enthält neben dem Zapfen 20 einen Zapfenlagerblock 38, der mit
dem Zapfen 20 im Eingriff steht, und hat bei 40 einen ergänzendenbogenförmigenDruckeingriff
mit dem Schaft 16 am hinteren Ende der Öffnung 22. Der Lagerblock 38 ist zentriert
und wird in der öffnung 22 mittels Federn 42 gehalten. Die hintere Fläche oder das
Ende des Schaftes 16 befindet sich in ergänzendem Druckeingriff mit dem vorderen
Nachlaufteil 26; wenn die Kupplung einer Stoßkraft unterworfen wird, wie im einzelnen
nachstehend beschrieben wird.
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In Fig. 5 und 6 sind jeweils die Einzelheiten der Flächen des hinteren
Teiles des Kupplungsschaftes und die Einzelheiten der -vorderen, den Druck aufnehmenden
Fläche des vorderen Nachlaufteiles 26 des Zug- und Stoßgestänges wiedergegeben.
Die hintere Fläche oder das Ende 44 des Schaftes enthält einen zentral angeordneten
sphärischen Vorsprung 46, der nach Art eines Kugelgelenkes mit einer zentral angeordneten
sphärischen Aussparung 68 im Nachlaufteil in Eingriff treten kann. Seitlich des
Vorsprungs 46 sind ebene, nach vorn konisch verlaufende Flächen 50 und 54 vorgesehen,
welche mit ebenen, entsprechend konischen Flächen 70 und 72 am Nachlaufteil in Eingriff
treten können, wenn die Kupplung in waagrechter Richtung jenseits eines vorbestimmten
Bereiches im Winkel angeordnet ist. An der Oberseite und an der Unterseite dem Vorsprung
46 benachbart sind nach vorn konisch verlaufende Flächen 48 bzw. 52 angeordnet,
welche mit ebenen Flächen 74 bzw. 76 in Eingriff treten können, wenn die Kupplung
sich in senkrechter Richtung jenseits eines vorbestimmten Bereiches in einem Winkel
befindet. Nahe der Oberseite und der Unterseite der Druckaufnahmefläche 66 am Nachlaufteil
sind sich in Querrichtung erstreckende Verstärkungsrippen 84 bzw. 86 angeordnet.
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Zusätzlich zu dem vorgenannten Eingriff der Flächen bei einer Winkellage
in senkrechter Richtung ist weiterhin eine Berührung zwischen oberen abgeschrägten
Flächen 47 und 49 am Schaft und an den Nachlaufteilflächen 70 bzw. 72 vorhanden,
wenn der Kupplungsschaft nach oben im Winkel angeordnet ist. Wenn der Schaft im
Winkel nach unten angeordnet ist, ist eine Berührung zwischen unteren abgeschrägten
Flächen 51 und 53 am Schaft und an den Nachlaufflächen 70 bzw. 72 vorhanden. Daher
greifen bei einer Winkellage in senkrechter Richtung in jeder Richtung jenseits
eines vorbestimmten Bereiches drei Flächen am Schaft an drei entsprechenden Flächen
des Nachlaufteiles an. Diese Ausführung gewährleistet einen vollen Fläche-an-Fläche-Eingriff
zum Übertragen von Pufferkräften von der Kupplung zum Zug- und Stoßgestänge.
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Eine Verriegelungskupplung muß imstande sein, in senkrechter Richtung
eine Winkellage einzunehmen, die an dem Kupplungspunkt zwischen zwei Eisenbahnwagen
einer Verstellung von etwa 38 mm nach oben oder nach unten von der normalen geraden
Lage entspricht, und in waagrechter Richtung eine Winkellage einzunehmen, die am
Kupplungspunkt einer Verstellung von etwa 50 mm von der Mittellage entspricht. Es
ist jedoch ersichtlich, daß außergewöhnliche Arbeitsbedingungen bewirken, daß die
Kupplungen sich in einem Winkel jenseits der obengenannten Bereiche anordnen, wodurch
ein gefährlicher Arbeitszustand besteht, insbesondere wenn die Kupplungen einer
Stoßkraft unterworfen werden.
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Aus Fig. 3, in welcher die Kupplung in waagrechter Richtung um einen
Betrag ausgewinkelt ist, der am Kupplungspunkt einer Verstellung von etwa 50 mm
von der Mittellage entspricht, ist ersichtlich, daß ein voller Flächeneingriff zwischen
Kugel und Kugelschale zwischen dem Vorsprung 46 und der Aussparung 68 vorhanden.
ist. Die anfängliche Berührung wird zwischen den Flächen 54 an dem Schaft und der
Fläche 72 am Nachlaufteil gewährleistet. Wenn die Kupplung fortfährt, sich in waagrechter
Richtung in einem Winkel um einen Betrag zu drehen, der außerhalb der 50-mm-Grenze
liegt, ist die hintere Fläche 44 des Schaftes in Querrichtung relativ zum Nachlaufteil
26 angeordnet, und ein Zustand, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, wird erreicht,
in welchem ein voller Flächeneingriff zwischen Kugel und Kugelschale, d. h. zwischen
dem Vorsprung 46 und der Aussparung 68, nicht mehr vorhanden ist. Es ist jedoch
an dieser Stelle zwischen der-. Fläche 54 und.dem Schaft und der Fläche 72 am Nachlaufteil
ein vd#llständiger
Flächeneingriff zur Aufnahme der -Stoßkräfte
von der Kupplung vorhanden. Dies ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.
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Bei bekannten Ausführungen, welche am Kupplungsschaft Ausrichteschultern
sowie einen Teileingriff mit Kugel und Kugelschale zwischen dem Schaft und dem Nachlaufteil
haben, ist zwischen dem Schaft und dem Nachlaufteil eine Linien-auf-Flächc oder
eine Punkt-auf-Fläche-Berührung vorhanden. Des weiteren treten bei bekannten Ausführungen,
bei denen die Kupplung in waagrechter Richtung nur teilweise in einem Winkel angeordnet
ist, die seitlichen Kanten der Schultern des Schaftes in den sphärischen Teil des
Nachlaufteiles ein. Offensichtlich bewirkt eine solche Ausführung eine schwerwiegende
vorzeitige Abnutzung der Wiederauflageflächen des Schaftes und des Nachlaufteiles.
Bei der Erfindung, bei welcher jederzeit ein vollständiger Flächeneingriff zwischen
Kugel und Kugelschale oder ein ebener Fläche-zu-Fläche-Eingriff zwischen dem Schaft
und dem Nachlaufteil vorhanden ist, wird die Abnutzung zwischen diesen Teilen erheblich
verringert.
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Dieses Merkmal des vollen Flächeneingriffs zwischen dem Schaft und
dem Nachlaufteil ist auch dann vorhanden, wenn die Kupplung in senkrechter Richtung
in einem Winkel angeordnet ist, wie in Fig. 7, 7 a oder 8 dargestellt ist, in welcher
die Kupplung nach oben in einem Winkel im wesentlichen an der Grenze ihrer senkrechten
Schwenkbewegung angeordnet ist. In diesem Fall und unter Bezugnahme insbesondere
auf Fig. 7 a und 8 ist eine vollständige Flächenberührung zwischen den Oberflächen
47, 48 und 49 am Schaft und den Flächen 70, 74 und 72 am Nachlaufteil wie oben ausgeführt
vorhanden.
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Aus Fig. 4, 7, 7a, und 8 ist ersichtlich, daß das im Eingriff stehende
Ende des Nachlaufteiles etwas hinter seiner neutralen Lage angeordnet ist. Diese
Bedingung ergibt sich aus der exzentrischen Belastung und der Druckkraft der Puffereinrichtung
des Zug-Stoß-Gestänges, die während der Winkelbewegung der Kupplung in die in diesen
Ansichten dargestellte Stellung eintritt und gewährleistet, daß der Flächeneingriff
erfolgt.
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Der Höhenunterschied zwischen einem leeren Güterwagen und einem vollbeladenen
Güterwagen kann bis zu etwa 7,5 cm betragen. Wenn ein leerer Wagen mit einem beladenen
Wagen auf ebenem Geleise gekuppelt wird, bedeutet die zulässige 7,5-cm-Differenz
in der Höhe, daß eine Kupplung 3,8 cm angehoben und die andere um einen entsprechenden
Betrag nach unten gedrückt wird. Bei verhältnismäßig kurzen Kupplungen für Güterwagen
liegt die Linie der Zug- und Stoßkräfte zwischen diesen Wagen in einem Winkel von
etwa 3° zur Waagrechten. Bei schweren Pufferungskräften hat die senkrechte Komponente
dieser Winkelkraft das Bestreben, den leichten Wagen anzuheben und den schweren
nach unten zu drücken, wodurch eine weitere Differenz in der Höhe der beiden Wagen
verursacht wird. Die Tatsache, daß den üblichen Verriegelungseinrichtungen, wie
sie zur Zeit verwendet werden, eine Bewegungsmöglichkeit in senkrechter Richtung
erteilt werden muß, die größer ist als diejenige, welche notwendig wäre, um lediglich
die Schienenbedingungen zu berücksichtigen, bedeutet, daß unter extremen Pufferungskräften
der leichte Wagen angehoben und der schwere Wagen nach unten gedrückt werden könnte,
bis ihre Höhendifferenz etwa 15 cm beträgt. Falls diese Pufferungskräfte groß genug
sind und während einer genügend langen Zeitdauer vorhanden sind, ist erkennbar,
daß der leichte Wagen von seinen Gestellen abgehoben werden kann, wenigstens an
dem Ende, das die Stoßkraft aufnimmt.
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Gemäßig Fig. 7 sei .zum Zweck der Darstellung angenommen, daß die
in ihr dargestellte Kupplung mit einem niedrigen Wagen verbunden ist. Wenn die Kupplung
sich in der Mitte ihrer senkrechten Schwenkbahn befindet, wie in Fig. 2 dargestellt
ist, ist zwischen dem Vorsprung 44 am Schaft und der Aussparung 68 am Nachlaufteil
ein völliger Kugel-und Kugelschalen-Flächeneingriff vorhanden, und irgendwelche
an die Kupplung gelegte Pufferkraft wird im wesentlichen längs einer Mittellinie
der Kupplung gerichtet, wie sie in Fig. 2 durch die Kraft A dargestellt ist. Wenn
jedoch die Kupplung in senkrechter Richtung nach oben über die 3,8-cm-Grenze hinaus
in einem Winkel angeordnet wird, hört der Kugel- und Kugelsohaleneingr,iff auf,
jedoch tritt eine Fläche-zu-Fläche-Berührung zwischen dem Schaft und dem Nachlaufte:il
ein, wie oben ausgeführt wurde. Als Ergebnis wird die Stoßkraft der Kupplung nun
im wesentlichen durch den mittleren Teil dieser sich berührenden Oberflächen und
durch den Punkt 89 hindurohgeleitet, welcher der Schnittpunkt der Kupplungslinie
der Kupplung und der waagrechten Mittellinie der Kupplung ist. Diese Kraft ist durch
die Kraft B in Fig. 7 und 7 a dargestellt. Es ist insbesondere ersichtlich, daß
die Kraft B oberhalb einer waagrechten Linie mit dem Wagen, wie sie durch die Linie
H in Fig. 7 dargestellt ist, gerichtet ist, welche zusammen mit der Kraft B durch
den vorgenannten Punkt 89 hindurchgeht. Es ist ersichtlich, daß, falls die in Fig.
7 dargestellte Kupplung mit einer weiteren ähnlichen Kupplung mit Zug- und Stoßvorrichtung
gemäß der Erfindung gekuppelt wird, die Kraft B durch den Mittelteil der entsprechenden
miteinander im Eingriff stehenden Flächen an dem unteren Ende des Schaftes und des
in ihr befindlichen Nachlaufteiles hindurch gerichtet wird, wobei die zweite Kupplung
mit Zug-und Stoßvorrichtung mit einem hohen Wagen verbunden ist. Daher würde bei
einem hohen Wagen mit Kupplung und Zug- und Stoßvorrichtung die Kraft B durch den
mittleren Teil der unteren sich berührenden Flächen 51, 52 und 53 an dem Schaft
bzw. den Flächen 70, 76 und 72 am Nachlaufteil hindurch gerichtet sein. Es ist daher
ersichtlich, daß die in Fig. 7 dargestellte Kupplung der gegenüberliegenden Kupplung
.eines hohen Wagens eine nach unten gerichtete Pufferungskraft erteilt. Diese nach
unten gerichtete Pufferungskraft arbeitet längs der Linie der Kraft B, jedoch in
der entgegengesetzten Richtung, und hat das Bestreben, den hohen Wagen nach unten
zu drücken, wodurch die Gefahr vermieden wird, daß der Wagen von seinen Gestellen
abgehoben wird.
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Mit Bezug auf Fig. 8 bis 13 ist ein sich selbst zentrierender und
sich selbst haltender Zapfenlagerblock 38 als zusätzliches Merkmal der Erfindung
vo@rgesehen. In Fig. 11 und 13 sind der Kupplungsschaft 16 und der Lagerblock 38
in zusammengebauter Lage vor dem Einbau des Schaftes in das Joch 18 und den Zapfen
20 wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß die Zapfenöffnung 22 den Zapfen 20 und
den Zapfenlagerblock 38 aufnimmt. Dieser Lagerblock befindet sich in ergänzendem
Eingriff mit dem Zapfen bei 90 und mit dem Zapfen bei 91, wie in Fig. 8 und 11 dargestellt
ist. Der Lagerblock 38 wird in der vorher zusammengebauten Lage mit dem Schaft 16
durch Federn 42 gehalten, welche innerhalb Öffnungen oder Taschen 94 (Fig. 9, 10,
11 und 13) in dem Lagerblock
getragen werden. Jede Feder 42 wirkt
zwischen einer Seite des Lagerblockes und der benachbarten Seite der Öffnung 22,
und das Außenende jeder Feder findet in der konischen Nut 95 Aufnahme.
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Beim Zusammenbau des Lagerblockes in der Zapfenöffnung 22 werden die
Federn 42 in Öffnungen 94 im Lagerblock angeordnet und in ihm durch zweckentsprechende
Klammern unter Druck gehalten. Wenn die Federn auf diese Weise zusammengedrückt
sind, wird der Lagerblock, der in Fig. 12 in strichpunktierten Linien dargestellt
ist, in die Zapfenöffnung 22 längs der Hinterwandung 96 der Öffnung eingeführt.
Ein weiteres Einführen des Lagerblockes in die Öffnung 22 bewirkt, daß die Federn
42 in konische Nuten 95 eintreten, und der Lagerblock befindet sich in seiner richtigen
Lage, wenn die Federn 42 in den ovalen Teilen 97 der Nuten 95 eingesetzt sind, wie
in Fig. 13 dargestellt ist. Die Federn 42 sind in diagonaler Richtung und nach hinten
(Fig. 11) gerichtet, wodurch sie den Lagerblock in satten Eingriff mit der Hinterwandung
96 der Öffnungen 22 bringen. Diese Ausführung schafft eine sich selbst zentrierende
und sich selbst haltende Einrichtung für den Lagerblock. am Schaft (16) und am Nachläufteil
(26) anschließen, wobei die Widerlagerflächen (48, 50, 52 und 54) am Schaft nach
vorn konisch verlaufen und wenigstens zwei -Widerlagerflächen (70 und 72) am Nachlaufteil
eine entsprechende, nach vorn konisch verlaufende Ausbildung haben.
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2. Zug- und Stoßvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Hinterende
des Schaftes einen kugelförmigen Vorsprung und der Nachlaufteil eine entsprechende
kugelförmige Aussparung hat, dadurch gekennzeichnet, daß vier der Widerlagerflächen
rings um den Vorsprung (46) bzw. die Aussparung (68) vorgesehen sind.
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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Schaftflächen
wenigstens zwei in (Querrichtung im Abstand voneinander angeordnete Widerlagerflächen
(50 und 54) und wenigstens zwei in senkrechter Richtung im- Abstand angeordnete
Widerlagerflächen (48 und 52) enthalten.
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4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die nach vorn konisch verlaufenden Flächen (70 und 72) des Nachlaufteiles quer zur
Aussparung (68) angeordnet sind.
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5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Zapfenaufnahmeöffnung
in dem Schaft, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (22) Seitenwände mit konischen
Nuten (95) zur Aufnahme von Haltefedern (42) an einem zugeordneten Zapfenlagerblock
(38) hat.