DE19820237B4

DE19820237B4 - Automatische Kupplung, insbesondere Zugkupplung für Schienenfahrzeuge

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Publication number: DE19820237B4
Application number: DE1998120237
Authority: DE
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: KNORR-BREMSE SYSTEME FUER SCHIENENFAHRZEUGE GMBH, 8; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: DE19815350A1; DE19820237A1

Abstract

Automatische Kupplung insbesondere Kupplung für Schienenfahrzeuge, deren Kupplungskopf gegenüber dem Fahrzeuguntergestell federnd abgestützt und bezüglich des gesonderten Kupplungsarmes oder zusammen mit dem angeformten Kupplungsarm bezüglich des Fahrzeuguntergestells axial verschiebbar ist, wobei die Führung (9, 10) des Kupplungskopfes (1) am Kupplungsarm (2) bzw. des Kupplungsarmes (2) am Fahrzeuguntergestell (4) so ausgebildet ist, dass in einem vorgegebenem Bereich der Axialverschiebung eine erhöhte Reibkraft (R) zu überwinden ist, um Längsschwingungen zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass am Gelenk (5) des Kupplungsarms (2) eine Gleitfläche (8) angeordnet ist, die mit einer Gegenfläche (11) von mindestens einem der dem Kupplungsarm anschließenden Bauteilen in Anlage ist, wobei bei einer Druckbelastung des Kupplungsarmes (2) in Längsrichtung auf das Fahrzeuguntergestell zu an dieser Gleitfläche (8) eine vertikal abwärts gerichtete Kraftkomponente wirksam wird, die der durch die erhöhte Abstützkraft (A) erzeugte vertikal aufwärts gerichteten Kraft im Gelenk (5) entgegenwirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Kupplung, insbesondere Zugkupplung, für Schienenfahrzeuge, deren Kupplungskopf gegenüber dem Fahrzeuguntergestell federnd abgestützt und bezüglich des gesonderten Kupplungsarmes oder zusammen mit dem angeformten Kupplungsarm bezüglich des Fahrzeuguntergestells axial verschiebbar ist.
Aus der DE 32 40 845 A1 ist ein Stabilisierungssystem für Schienenfahrzeuge bekannt, bei dem jeweils zwischen benachbarten Fahrzeugenden Mittelpufferkupplungen und daran zusätzliche Schwingungsdämpfer gelenkig angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, automatische Kupplungen auf möglichst einfache Weise und ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile in die Lage zu versetzen, als Reibungsdämpfer zu wirken, um bei Schienenfahrzeugen, welche mit Hilfe der Kupplungen miteinander verbunden sind, Längsschwingungen zu dämpfen, wobei die Reibkraft bei hohem Reibwert an der Reibstelle ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile durch Ausnutzung der Elastizität der Abstützung der Kupplung begrenzt wird.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patenanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kupplung sind den restlichen Patentansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung vermittelt sowohl bei automatischen Mittelpufferkupplungen Vorteile als auch bei automatischen Zugkupplungen, welche in Verbindung mit Seitenpuffern verwendet werden. Besonders günstig wirkt sich die Verwirklichung der Erfindung bei automatischen Zugkupplungen aus, um Längsschwingungen bei Längsspiel zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Seitenpufferpaaren zweier mittels je einer mittleren automatischen Zugkupplung miteinander gekuppelter Schienenfahrzeuge zu dämpfen.
Nachstehend wird die Lösung dieser Aufgabe anhand von Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
Darin zeigt schematisch
1 die gegenseitige Verbindung zweier Schienenfahrzeuge mittels zweier erfindungsgemäßer automatischer Kupplungen (Seitenansicht),
2 den Kupplungsarm und das denselben umschließende Ende des Kupplungskopfes einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen automatischen Kupplung (Seitenansicht und Teilschnitt),
3 den Ausschnitt einer Kontaktzone zwischen Kupplungsarm und Gelenkbolzen,
4 den Ausschnitt des Kupplungsgelenkes mit vertikaler Abstützung des Gelenkbolzens
5 eine zweite Ausführungsform der Kontaktzone zwischen Kupplungsarm und Gelenkbolzen sowie
6 den an den Kupplungskopf angeformten Kupplungsarm mit dem daran angelenkten Gleitstück der erfindungsgemässen automatischen Kupplung (Seitenansicht und Teilschnitt),
In 1 sind zwei teleskopierbare automatische Zugkupplungen dargestellt, mit deren Hilfe zwei nicht gezeigte Schienenfahrzeuge miteinander verbunden sind. Jedes Schienenfahrzeug ist beiderseits seiner mittleren Zugkupplung mit je einem nicht wiedergegebenen Seitenpuffer versehen. Das Seitenpufferpaar des einen Schienenfahrzeugs und das Seitenpufferpaar des anderen Schienenfahrzeugs liegen einander gegenüber.
Jede Zugkupplung weist einen Kupplungskopf 1 und einen Kupplungsarm 2 auf. Der Kupplungskopf 1 ist mittels einer Schraubendruckfeder 3 am Untergestell 4 des zugehörigen Schienenfahrzeugs abgestützt und auf dem Kupplungsarm 2 axial verschiebbar, welcher seinerseits an dem Kupplungskopf 1 fernen Ende 5 um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse in Richtung des Doppelpfeils 7 schwenkbar am Fahrzeuguntergestell 4 angelenkt ist.
Wenn die beiden Schienenfahrzeuge sich aus der gegenseitigen Stellung gemäß 1 aufeinander zu bewegen, dann schieben sich die beiden starr miteinander gekuppelten Kupplungsköpfe 1 ihrer Zugkupplungen weiter auf deren Kupplungsarme 2 und erhöhen sich die Abstützkräfte A, mit denen die Schraubendruckfedern 3 auf die Kupplungsköpfe 1 einwirken, weil die Schwerpunkte der Zugkupplungen sich bezüglich der Schraubendruckfeder 3 verlagern und weil die Schraubendruckfedern 3 zusammengedrückt werden. Die erhöhten Abstützkräfte A drücken die Kupplungsköpfe 1 aufwärts, so daß die Kupplungsköpfe 1 jeweils mit einer vorderen Druckkraft F und einer hinteren Druckkraft F_H auf den zugehörigen Kupplungsarm 2 einwirken. Diese Druckkräfte F_V und F_H werden mit Hilfe einer besonderen Ausbildung der Führung 8 des jeweiligen Kupplungskopfes 1 auf dem zugehörigen Kupplungsarm 2 dazu ausgenutzt, daß in einem vorgegebenen Bereich der Axialverschiebung des Kupplungskopfes 1 auf dem Kupplungsarm 2 zu Dämpfungszwecken eine erhöhte Reibkraft R zu überwinden ist.
Die bei der Axialverschiebung des Kupplungskopfes 1 auf dem Kupplungsarm 2 aus der Kurzstellung in Richtung Schienenfahrzeuguntergestell 4 auf den Kupplungskopf 1 einwirkende erhöhte Reibkraft R und die auf den Kupplungsarm 2 einwirkende entsprechende Reibkraft R' greifen in relativ geringem Abstand von den Oberseiten des Kupplungskopfes 1 und des Kupplungsarmes 2 an den selben an. Die auf den Kupplungsarm 2 einwirkende Reibkraft R' bewirkt eine entsprechende Reaktionskraft R'', welche in verhältsnismäßig kleinem Abstand von der Unterseite des Kupplungsarmes 2 an dessen Gelenk 5 angreift. Der Abstand d zwischen den auf den Kupplungsarm 2 einwirkenden Kräften R' und R'' hat ein Kippmoment zur Folge, welches bei der Axialverschiebung des Kupplungskopfes 1 auf das Fahrzeuguntergestell 4 zu verstärkend wirkt, bei der Axialverschiebung in umgekehrter Richtung dagegen entlastend.
Um die Reibkräfte zwischen Kupplungskopf 1 und Kupplungsarm 2 bei zu hoch werdenden gegenseitigen Reibwerten zu begrenzen, wird das Gelenk 5 des Kupplungsarmes 2 so ausgebildet, daß sich der Kupplungsarm 2 bei Druckbelastung durch die Reibkraft R' wie in 2 dargestellt, über eine Gleitfläche 8 an der Gegenfläche 11 Gelenkbolzens 6 abstützt, wobei die Gleitfläche 8 zunächst nicht an der Gegenfläche 11 nach abwärts gleiten kann, weil die aufwärts gerichtete Kraft A der Schraubenfedern 3 (1) über die Führung 9, 10 zwischen Kupplungskopf 1 und Kupplungsarm 2 eine entsprechende aufwärts gerichtete Kraft V an der Gleitfläche 8 des Kupplungsarmes 2 bewirkt (3), mit der die Gleitfläche 8 auf die Gegenfläche 11 am Gelenkbolzen 6 drückt, der sich in der Anlagefläche 12 am Fahrzeuguntergestell 4 direkt oder über einen Bund 13 am Zugorgan 4' des Gelenkbolzens 6 abstützt, das sich dann seinerseits am Fahrzeuguntergestell 4 abstützt (4).
Wenn bei zu hoch werdendem Reibwert in der Führung 9, 10 zwischen Kupplungskopf 1 und Kupplungsarm 2 die Reibkraft R bzw. R' und R'' ein bestimmtes Maß übersteigt, dann wird über die Gleitfläche 8 des Kupplungsarmes 2 die vertikale Kraftkomponente V' größer als V, so daß der Kupplungsarm aufgrund des Spieles S₁ nach abwärts und in Längsrichtung gleitet, bis das Gelenk an der Anlagefläche 14 am Gelenkbolzen 6 zur Anlage kommt. Dadurch verlagert sich die Reaktionskraft R'', die durch die Reibkraft R' entsteht, teilweise nach oben, wodurch das oben erwähnte Kippmoment verringert, wodurch auch die bei der Axialverschiebung des Kupplungskopfes 1 auf das Fahrzeuguntergestell 4 zu sich verstärkende Wirkung abnimmt. Es ist auch möglich, am Ende des Druckhubes die Reaktionskraft R'' nur noch ausschließlich über die Anlagefläche 14 zu übertragen, indem die Gleitfläche 8 am oberen Ende und die Gegenfläche 11 am unteren Ende stufenförmig abgeflacht werden und im oberen Bereich nahe dem Anschlag 14 eine verhältnismäßig kurze Gleitfläche 15 am Kupplungsarm 2 und eine entsprechende ebenfalls verhältnismäßig kurze Gegenfläche 16 am Gelenkbolzen 6 während des letzten Teiles des Druckhubes aufeinander aufgleiten und so die Flächen 8 und 11 entlasten (5). Auf diese Weise reduziert sich das Kippmoment in der Führung 9, 10 noch weiter, was wiederum eine entsprechend größere Reduzierung der Führungskräfte F_V und F_H und eine entsprechend größere Reduzierung der Reibkräfte R, R' zur Folge hat, die auf diese Weise begrenzt werden.
Eine Kupplung mit angeformten Kupplungsarm und mit Reibungsdämpfung, die sich bei Druckbelastung der Kupplung in Längsrichtung verstärkt, wobei diese Verstärkung bei besonders starker Reibung im Dämpfungsbereich durch die Wirkung der Abstützfedern begrenzt wird, zeigt schematisch die 6.
Der mit dem nicht dargestellten Kupplungskopf fest verbundene Kupplungsarm 2 ist über den Gelenkbolzen 6 mit einem Gleitstück 17 verbunden, das die Zugkräfte der Kupplung über die Zugfeder 18 auf das Fahrzeuguntergestell 4 überträgt, wobei zwischen dem Gelenkbolzen 6 und dem Kupplungsarm 2 und/oder zwischen den Gelenkbolzen 6 und dem Gleitstück 17 ein gewisses Längsspiel vorgesehen ist.
Wenn die gekoppelten Schienenfahrzeuge sich gem. 1 aufeinander zu bewegen, dann schieben sich die Zugkupplungen mit den jetzt angeformten Kupplungsarmen 2 zum Fahrzeuguntergestell 4 hin und erhöhen sich die Abstützkräfte A, mit denen die Schraubendruckfedern 3 auf die Kupplungen einwirken, weil sich die Schwerpunkte der Kupplungen verlagern und die Schraubenfedern 3 zusammengedrückt werden. Durch diese Bewegung kommt die am Kupplungsarm 2 angeordnete Gleitfläche 8 zur Anlage an die mit dem Gleitstück 17 verbundene Gegenfläche 11, so daß das Gleitstück 17 sowohl nach aufwärts bis zur Anlage der Flächen 19 am Fahrzeuguntergestell 4, als auch in Längsrichtung gegen die Feder 20 bewegt wird, die zwischen Gleitstück 17 und Fahrzeuguntergestell 4 angeordnet ist.
Die erhöhten Abstützkräfte A bewirken über die Flächen 8 und 11 vertikale Kräfte, die eine vertikalte Gegenkraft F auf das Gleitstück 17 bewirken. Dadurch entsteht am Gleitstück 17 bei der Bewegung gegen die Feder 20 eine Reibkraft R, die durch einen vom Kupplungsarm 2 über die Gleitfläche 8 und die Gegenfläche 11 auf das Gleitstück 17 übertragenden Anteil der Kraft R₁ kompensiert wird, während ein weiterer Anteil von R₁ dazu dient, die Federkraft R₂ zu überwinden. Da der Abstand zwischen den Kräften R und R₁ verhältnismäßig klein ist, aber der Abstand von den Kräften R₁ und R₂ verhältnismäßig groß ist und außerdem die Kräfte R₁ und R₂ verhältnismäßig groß sind, entsteht im Gleitstück 17 ein Kippmoment, das durch die Kraft F_V im vorderen Bereich und die Kräfte F_H im hinteren Bereich zwischen Gleitstück 17 und Fahrzeuguntergestell 4 kompensiert wird. Dieses Moment verstärkt daher die durch die Führungskräfte F_V und F_H bewirkte Reibung zwischen Gleitstück 17 und Fahrzeuguntergestell 4.
Wenn bei zu hoch werdendem Reibwert die Reibkraft R ein bestimmtes Maß übersteigt, dann gleitet die Gleitfläche 8 entlang des Kupplungsarmes 2 entlang der Gegenfläche 11 des Gleitstückes 17 gegen die Wirkung der Abstützkraft A nach abwärts, bis sich der Kupplungsarm 2 an der Anschlagfläche 21 des Gleitstückes abstützt, die unterhalb der Gegenfläche 11 angeordnet ist.
Dadurch verringert sich das beschriebene Kippmoment auf das Gleitstück 17, weshalb die Kräfte F_V und F_H und dementsprechend die Reibkraft sich verringern.
Eine weitere Verringerung ist möglich, wenn die Gleitfläche 8 im oberen und die Gegenfläche 11 im oberen Bereich abgeflacht werden und gleichzeitig im unteren Bereich des Kupplungsarmes 2 eine Gleitfläche 22 angeordnet ist, die sich während des letzten Teiles des Druckhubes des Kupplungsarmes 2 auf einer Gegenfläche 23 abstützt, die im unteren Bereich des Gleitstückes 17 angeordnet ist, wodurch sich die Längskraft R₁ nach abwärts verlagert und so das Kippmoment und damit die Reibung noch weiter reduziert und auf diese Weise begrenzt.

Claims

Automatische Kupplung insbesondere Kupplung für Schienenfahrzeuge, deren Kupplungskopf gegenüber dem Fahrzeuguntergestell federnd abgestützt und bezüglich des gesonderten Kupplungsarmes oder zusammen mit dem angeformten Kupplungsarm bezüglich des Fahrzeuguntergestells axial verschiebbar ist, wobei die Führung (9, 10) des Kupplungskopfes (1) am Kupplungsarm (2) bzw. des Kupplungsarmes (2) am Fahrzeuguntergestell (4) so ausgebildet ist, dass in einem vorgegebenem Bereich der Axialverschiebung eine erhöhte Reibkraft (R) zu überwinden ist, um Längsschwingungen zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass am Gelenk (5) des Kupplungsarms (2) eine Gleitfläche (8) angeordnet ist, die mit einer Gegenfläche (11) von mindestens einem der dem Kupplungsarm anschließenden Bauteilen in Anlage ist, wobei bei einer Druckbelastung des Kupplungsarmes (2) in Längsrichtung auf das Fahrzeuguntergestell zu an dieser Gleitfläche (8) eine vertikal abwärts gerichtete Kraftkomponente wirksam wird, die der durch die erhöhte Abstützkraft (A) erzeugte vertikal aufwärts gerichteten Kraft im Gelenk (5) entgegenwirkt.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsarm (2) gegenüber dem angrenzenden Bauteil an dem die Gegenfläche (11) zu seiner Gleitfläche (8) angebracht ist, ein gewisses Spiel in Längsrichtung und in vertikaler Richtung aufweist, so dass die Gleitfläche (8) und die Gegenfläche (11) sich derart gegeneinander verschieben können, dass sich die Gleitfläche (8) des Kupplungsarmes (2) bei einer Längsbewegung zum Fahrzeuguntergestell (4) hin gleichzeitig nach abwärts bewegt.
Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (8) und Gegenfläche (11) so angeordnet sind, dass die in Längsrichtung wirkende Komponente der auf die Gleitfläche (8) des Kupplungsarmes (2) einwirkenden Kraft bei Kupplungen, bei denen der Kupplungskopf (1) sich teleskopisch auf den Kupplungsarm (2) verschieben kann, unterhalb der resultierenden der Reibkräfte in der Führung zwischen Kupplungskopf (1) und Kupplungsarm (2) liegt, solange der Kupplungsarm (2) in Längsrichtung noch nicht bis zur Anlagefläche (14) in Richtung des Gelenkbolzens (6) bewegt wurde, und dass diese Bewegung in Längsrichtung am Ende dieses Hubes an einer Anlagefläche (14) zwischen Kupplungsarm und den angrenzenden Bauteilen begrenzt wird, der näher bei oder oberhalb der Wirkungsrichtung der Kraft (R'') liegt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kupplungsarm anschließenden Bauteile den Gelenkbolzen (6), das Zugorgan (4') und/oder das Gleitstück umfassen.
Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (8) und Gegenfläche (11) so angeordnet sind, dass die in Längsrichtung wirkende Komponente der auf die Gleitfläche (8) des Kupplungsarmes (2) einwirkenden Kraft bei Kupplungen mit angeformten Kupplungsarm oberhalb der Richtung der auf das Gleitstück (17) einwirkenden Kraft (R2) liegt, solang der Kupplungsarm (2) noch nicht bis zur Anlagefläche (23) bewegt wurde und dass diese Bewegung am Ende dieses Hubes durch die Anlagefläche (23) begrenzt wird, die erheblich unterhalb der Gegenfläche (11) liegt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (11) am Gelenkbolzen (6) angeordnet ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (11) an dem Zugorgan (4') angeordnet ist, auf das die im Kupplungsarm (2) wirkenden Längskräfte über den Gelenkbolzen (6) übertragen werden.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (11) am Fahrzeuguntergestell (4) angeordnet ist.
Kupplung mit teleskopisch angeordnetem Kupplungsarm (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (8) im oberen Bereich und die Gleitfläche (11) im unteren Bereich abgeflacht sind und dass eine weitere verhältnismäßig kurze Gleitfläche (15) am Kupplungsarm (2) sowie eine entsprechende Gegenfläche (16) im oberen Bereich des Gelenkes (5) während des letzten Teiles des Druckhubes des Kupplungsarmes (2) die Übertragung der Reaktionskraft (R'') übernehmen und so die Gleitfläche (8) und die Gegenfläche (11) entlasten.
Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (16) am Gelenkbolzen (6) angeordnet ist.
Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (16) an dem Zugorgan (4') angeordnet ist auf das die im Kupplungsarm (2) wirkenden Längskräfte über den Gelenkbolzen übertragen werden.
Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (16) am Fahrzeuguntergestell (4) angeordnet ist.
Kupplung mit angeformten Kupplungsarm (2) nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (8) im oberen Bereich und die Gleitfläche (11) im unteren Bereich abgeflacht ist und dass eine weitere verhältnismäßig kurze Gleitfläche (22) am Kupplungsarm (2) sowie eine entsprechende Gegenfläche (23) im unteren Bereich des Gelenkes während des letzten Teiles des Druckhubes des Kupplungsarmes (2) die Übertragung der Reaktionskraft (R2) übernehmen und so die Gleitfläche (8) und die Gegenfläche (11) entlasten.