EP1247715B1

EP1247715B1 - Zug- und Stosseinrichtung für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: EP1247715B1
Application number: EP01130585A
Authority: EP
Inventors: Otto Ziegler; Elio Tommasini
Original assignee: Schwab Verkehrstechnik AG
Current assignee: Schwab Verkehrstechnik AG
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: NO20021532D0; PL200650B1; CZ2002954A3; DE50115675D1; SK287429B6; PL353048A1; NO328742B1; EP1247715A1; CZ298095B6; ATE485988T1; NO20021532L; SK3922002A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Zug- und Stosseinrichtung für Schienenfahrzeuge gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zug- und Stosseinrichtungen für Schienenfahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungen wie beispielsweise in Form von Puffern oder Kupplungen bekannt.
Eine grundsätzliche Problematik bei Zug- und Stosseinrichtungen für Schienenfahrzeuge besteht darin, dass im Schiebebetrieb oder beim Bremsen über die jeweilige Zug- und Stosseinrichtung Druckkräfte vom einen auf das andere Schienenfahrzeug ausgeübt werden, welche eine seitwärts gerichtete Komponente, also eine quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs gerichtete Kraft aufweisen. Diese Querkomponenten treten insbesondere beim Durchfahren von Kurven auf, da die Längsmittelachse des einen Schienenfahrzeuges unter einem Winkel zu der Längsmittelachse des vorangehenden bzw. nachfolgenden Schienenfahrzeuges verläuft. Damit die Entgleisungssicherheit von Schienenfahrzeugen gewährleistet ist, darf diese Querkomponente in Relation zur Längskraft einen bestimmten Wert nicht übersteigen.
Beispielsweise ist aus der EP 1 022 206 eine gattungsgemässe Zug- und Stosseinrichtung für kurzgekuppelte Schienenfahrzeuge bekannt. Diese ist beidseitig mit je einer Stützplatte zum Befestigen am Untergestell des Schienenfahrzeugs versehen. Jede Stützplatte beinhaltet einen Gabelkopf zur Aufnahme eines Gelenkbolzens, an welchem der Kopf der Kupplung angelenkt ist.
Im weiteren ist aus der DE 41 18 529 eine Zug- und Stosseinrichtung für kurzgekuppelte Schienenfahrzeuge bekannt. Diese ist mit einer Zug- und Druckstange versehen, deren Kopfteil über einen Gelenkbolzen mit einem Zugbügel verbunden ist. Die Endfläche dieses Kopfteils liegt direkt an der am Fahrzeug fixierten Druckplatte an. Beim Auslenken der Kuppelstange verschiebt sich der druckseitige Krafteinleitungspunkt im ersten Moment in Auslenkrichtung. Danach jedoch, beim weiteren Auslenken der Kuppelstange, wandert der druckseitige Krafteinleitungspunkt wieder nach innen, was unerwünscht ist, da dadurch die Querkomponente in Relation zur Längskraft wieder ansteigt und somit die Entgleisungsgefahr des Schienenfahrzeugs im Schiebebetrieb nicht mehr gewährleistet ist.
Eine weitere, gattungsgemässe Kupplungseinrichtung für Schienenfahrzeuge ist aus der WO 00/64723 bekannt. Diese Kupplungseinrichtung weist eine zentrale Kuppelstange auf, deren beide Enden über eine Gelenkverbindung mit dem Schienenfahrzeug verbunden sind. Die Gelenkverbindung weist an der Kuppelstange befestigtes Joch auf, das zusammen mit einer mit einem Kugelkopf versehenen Zugstange ein Kugelgelenk bildet. Das Joch stützt sich dabei druckseitig an einer federbelasteten Druckplatte ab. Beim Auslenken der Kuppelstange, wandert der druckseitige Krafteinleitungspunkt zuerst nach aussen um sich dann beim weiteren Auslenken wieder nach innen zu verschieben, was zu den vorgängig erwähnten Problemen führt und die Entgleisungsgefahr des Schienenfahrzeugs im Schiebebetrieb ansteigen lässt.
Schliesslich ist aus der EP-A1-0 838 977 ein Kupplungssystem für Schienenfahrzeuge bekannt, bei dem die Zugstange über eine Drehbefestigungsvorrichtung am Schienenfahrzeug abgestützt ist. Diese Drehbefestigungsvorrichtung umfasst zwei Platten, zwischen denen eine Federanordnung eingespannt ist. Die beiden Platten sind axial beweglich zwischen zwei Anschlägen eingespannt. Über die beiden Platten werden sowohl Stoss- wie auch Druckkräfte auf das Schienenfahrzeug übertragen. Die Drehbefestigungsvorrichtung umfasst im weiteren ein Kugelgelenk, mittels welchem die Zugstange an einem Gabelkopf befestigt ist, der seinerseits über eine Schraube mit den beiden Druckscheiben und der dazwischen angeordneten Federanordnung verbunden ist. Beim Auslenken der Zugstange verschiebt sich die Krafteinleitungsfläche entlang des Kugelkopfs. Die Kraftübertragung in Druckrichtung erfolgt über die hintere, d.h. dem Fahrzeug zugewandten Platte, während die Kraftübertragung in Zugrichtung über die vordere, d.h. dem Fahrzeug abgewandten Platte erfolgt.
Aus der EP-A2-1 086 870 ist eine Zug- und Stoßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei sind Befestigungsmittel mit einer Krafteinleitungsfläche an einer Kuppelstange zu erkennen. Diese weist eine Kraftübertragungseinrichtung auf, die ein ein Kontakt mit der Krafteinleitungsfläche ist. Bei diesem Kontakt ergibt sich ein entlang der Kontaktsfläche wandernder Drehpunkt der Kuppelstange, der nie hinter der Krafteinleitungsfläche verläuft.
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung nun darin, eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Kupplungsanordnung für Schienenfahrzeuge so auszugestalten, dass beim Auftreten von Druckkräften das Verhältnis von Querkraft zu Längskraft (Fq/Fl) insbesondere auch bei ungünstigen Bedingungen kleiner ist, so dass die Entgleisungssicherheit der Schienenfahrzeuge beim Auftreten von Stosskräften erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
Der erfindungsgemässe Grundgedanke besteht darin, auf beiden Seiten der zentralen Kuppelstange eine Drehbefestigungsvorrichtungen zum Fixieren am Schienenfahrzeug vorzusehen, wobei der Drehpunkt des Gelenks der jeweiligen Drehbefestigungsvorrichtung im Bereich oder hinter einer Krafteinleitungsfläche liegt, über welche Stosskräfte von der Kuppelstange auf die jeweilige Drehbefestigungsvorrichtung übertragen werden, und wobei zwischen der genannten Krafteinleitungsfläche und der Kuppelstange Mittel angeordnet sind, welche beim seitlichen Auslenken der Kuppelstange den Kraftübertragungsschwerpunkt für Stosskräfte in Auslenkrichtung der Kuppelstange verschieben.
Durch diese Merkmale wird die Richtung der auf das Schienenfahrzeug einwirkenden Kraft (Kraftwirkungslinie) so beeinflusst, dass die Querkraft kleiner wird im Verhältnis zur Längsdruckkraft. Je kleiner die quer zum Fahrzeug angreifenden Kräfte werden, umso höher wird die Entgleisungssicherheit oder umso höher werden die zulässigen Längsdruckkräfte bei gegebener zulässiger Querkraft.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 16 umschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine teilweise im Schnitt dargestellte Zug- und Stossvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 2: einen Befestigungsflansch in einer Draufsicht;
Fig. 3: die eine Seite der Zug- und Stossvorrichtung gemäss Fig.1 in ausgelenktem Zustand;
Fig. 4: die Zug- und Stossvorrichtung in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 5: zwei durch die Zug- und Stossvorrichtung miteinander verbundene Schienenfahrzeuge beim Durchfahren eines Bogens;
Fig. 6: zwei durch die Zug- und Stossvorrichtung miteinander verbundene Schienenfahrzeuge beim Durchfahren eines S-förmigen Gleisabschnitts;
Fig. 7: eine alternative Ausführung einer teilweise im Schnitt dargestellte Zug- und Stossvorrichtung, und
Fig. 8: die eine Seite der Zug- und Stossvorrichtung gemäss Fig. 7 in ausgelenktem Zustand.

Fig. 1 zeigt eine Zug- und Stossvorrichtung, welche sich insbesondere zum Kurzkuppeln von Schienenfahrzeugen eignet. Da die Zug- und Stossvorrichtung symmetrisch aufgebaut ist, wird bei den nachfolgenden Erläuterungen zumeist nur auf die linke, geschnittene Hälfte der Zug- und Stossvorrichtung Bezug genommen. Es versteht sich, dass entsprechende Teile auf der anderen -rechten- Seite ebenfalls vorhanden sind.
Die Zug- und Stossvorrichtung weist eine zentrale Kuppelstange 1 auf, welche vorzugsweise als Gussteil, insbesondere als Sphärogussteil, hergestellt ist. Die Kuppelstange 1 ist im wesentlichen rohrförmig gestaltet, wobei die Wandstärke zum Ende 2 hin zunimmt. Die Stirnseite der Kuppelstange 1 ist von einem Abschlussteil 3 verschlossen. Auf beiden Seiten der Kuppelstange 1 ist je eine Drehbefestigungsvorrichtung 5, 6 angeordnet. Diese umfasst jeweils einen Flansch 8, mittels welchem die Zug- und Stossvorrichtung am Schienenfahrzeug (nicht dargestellt) befestigt wird. Der Flansch 8 ist zwischen zwei Federpaketen 9, 12 angeordnet, wobei das innere Federpaket 9 in Stossrichtung und das äussere Federpaket 12 in Zugrichtung wirksam ist. Zwischen den beiden Federpaketen 9, 12 bzw. zwischen dem Flansch 8 und dem in Druckrichtung wirksamen Federpaket 9 ist zudem eine an der Aussenseite der Kuppelstange 1 geführte, kolbenförmig ausgebildete Hülse 16 eingespannt, welche mit einer Bohrung 17 versehen ist, durch die sich eine Zugstange 20 erstreckt. Die Hülse 16 ist in Relation zur Kuppelstange 1 axial verschiebbar. Zwischen der Aussenseite der Kuppelstange 1 und der Innenseite der Hülse 16 sind zwei ringförmige Kunststoffbänder 19 angeordnet, welche als Gleitlager wirken. Die Hülse 16 ist auf der dem Flansch 8 zugewandten Seite mit einem Kopfteil 18 versehen ist, das eine teilweise sphärisch gestaltete Oberfläche 25 aufweist, wobei der Mittelteil des Kopfteils 18 vorzugsweise abgeflacht ausgebildet ist. Der Flansch 8 bildet zusammen mit dem Kopfteil 18 ein Druckgelenk 15, mittels welchem im Fahrbetrieb auftretende Druckkräfte von der Kuppelstange 1 auf das Schienenfahrzeug übertragen werden.
Mit dem Bezugszeichen 26 ist eine Krafteinleitungsfläche bezeichnet, über welche Stosskräfte von der Kuppelstange 1 auf den fest mit dem Fahrzeug zu fixierenden Flansch übertragen werden. Im gezeigten Beispiel fällt die Krafteinleitungsfläche 26 mit der dem Kopfteil 18 zugewandten Stirnfläche des Flansches 8 zusammen. Diese Krafteinleitungsfläche 26 bildet somit für Stosskräfte den Übergang von den auslenkbaren auf die fest mit dem Schienenfahrzeug verbundenen bzw. zu verbindenden Elemente.
Im hier dargestellten, nicht ausgelenkten Zustand der Zug- und Stossvorrichtung erfolgt die Kraftübertragung in Stossrichtung von der Kuppelstange 1 bzw. von der Hülse 16 auf den Flansch 8 über den geraden Mittelabschnitt des Kopfteils 18. Die Hülse 16 ist derart angeordnet, dass sie ihre Längsmittelachse drehbar ist. Der an der Hülse 16 angeordnete Kopfteil 18 ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt, so dass eine Gleitpaarung zwischen dem Kopfteil 18 und dem aus Stahl gefertigten Flansch 8 gebildet wird.
Sowohl die Hülse 16 wie auch der Abschlussteil 3 der Kuppelstange 1 sind mit je einer Durchgangsbohrung 4, 17 versehen, durch welche sich die Zugstange 20 erstreckt. Die als Kopfschraube ausgebildete Zugstange 20 dient dem Vorspannen der beiden Federpakete 9, 12 und dem Übertragen von Zugkräften. Zum Abstützen des zugseitig aktiven Federpakets 12 ist zwischen dem Kopf 21 der Zugstange 20 und dem Federpaket 12 ein Druckteller 27 angeordnet. Am gewindeseitigen Ende 22 der Zugstange 20 ist eine Mutter 24 aufgeschraubt, welche sich auf der Innenseite des Abschlussteils 3 der Kuppelstange 1 abstützt. Die Mutter 24 ist mittels eines Sicherungsringes 23 gegen Verdrehung gesichert.
Der Flansch 8 ist mittels eines Kugelgelenks 7 an der Zugstange 20 fixiert. Der Drehpunkt 29 des Kugelgelenks 7 liegt dabei hinter der Krafteinleitungsfläche 26 des Flansches 8. Durch das Vorsehen eines Kugelgelenks 7 wird sowohl ein horizontales wie auch vertikales Auslenken der Kuppelstange 1 in Bezug auf den Flansch 8 ermöglicht. Vorzugsweise ist die Bohrung 4 im Abschlussteil 3 so gross, dass unter allen Betriebsbedingungen ein radialer Spalt zwischen der Zugstange 20 und der Bohrungswandung im Abschlussteil 3 bestehen bleibt und keine Führungskräfte über den Abschlussteil 3 auf die Zugstange 20 ausgeübt werden. Die Führungskräfte werden vorzugsweise über die Hülse 16 auf die Führungsbänder 19 und somit auf die Kuppelstange 1 übertragen. Durch diese Ausgestaltung können die auf die Zugstange 20 einwirkenden Biegekräfte reduziert werden.
Jedes Federpaket 9, 12 besteht aus einer Vielzahl von aus elastomerem Kunststoff gefertigten Federelementen 10, 13 welche unter sich durch Zwischenscheiben 11, 14 getrennt sind. Indem unabhängige Federpakete 9, 13 für Druck und Zug vorgesehen sind, wird ein weicher Wechsel von Zug auf Druck und umgekehrt erreicht. Durch die Anordnung des Flansches 8 zwischen den beiden vorgespannten Federpaketen 9, 12 befindet sich der Flansch 8 im unbelasteten Ruhezustand in einer sogenannten Schwimmstellung, in der bei Kraftänderungen ein absolut stossfreier Hub ermöglicht wird. Dieses in Bezug auf die Zugdynamik sehr vorteilhafte Verhalten wird insbesondere auch durch jeglichen Verzicht auf Hubbegrenzungen erreicht. Indem der Kopfteil 18 mit einem abgeflachten Mittelteil versehen ist, wird bei nicht ausgelenkter Kuppelstange 1, also bei einem geraden Gleisabschnitt, eine grossflächige Anlage des Kopfteils 18 am Flansch 8 erreicht, was eine stabilisierende Wirkung zur Folge hat. Dadurch können insbesondere Schlinger- und Schwingbewegungen des hintersten Wagens bei Beharrungsfahrt verhindert werden. Indem die Hülse 16 um die Längsmittelachse drehbar angeordnet ist, wird eine gleichmässige Abnützung des Kopfteils 18 erreicht.
Natürlich könnte der zumindest teilweise mit einer sphärischen Oberfläche 25 versehene Kopfteil 18 auch direkt an der Kuppelstange 1 angeordnet und dabei auf die Hülse 16 verzichtet werden. In diesem Fall müsste das druckseitig aktive Federpaket auf die Innenseite der Kupplungstange verlegt und die Zugstange 20 entsprechend dimensioniert werden.
Alternativ dazu könnte natürlich auch der Flansch 8 auf der dem Kopfteil 18 zugewandten Seite mit einer teilweise sphärisch gestalteten Oberfläche versehen werden und dafür der Kopfteil 18 mit einer geraden oder leicht sphärischen Oberfläche versehen werden.
In der Fig. 2 ist der Befestigungsflansch 8 in einer Draufsicht dargestellt, aus der insbesondere Befestigungsbohrungen 28 ersichtlich sind, welche zum Durchführen von Schrauben vorgesehen sind, mittels welchen der Flansch 8 und damit die Zug- und Stossvorrichtung am Schienenfahrzeug fixiert werden kann. Anstelle des gezeigten Flansches 8 können jedoch auch Flansche ohne Befestigungsbohrungen verwendet werden. In diesem Fall wir der jeweilige Flansch in einen korrespondierenden Aufnahmeschlitz im Schienenfahrzeug eingeführt, wobei auf dessen Unterseite vorzugsweise eine Sicherungsplatte vorgesehen ist, die den Flansch am Herausfallen hindert.
Fig. 3 zeigt die linke Seite der Zug- und Stossvorrichtung gemäss Fig.1 in ausgelenktem Zustand in vergrösserter Darstellung. Mit 30 ist der abgeflachte Mittelteil des Kopfteils 18 bezeichnet. Die Kuppelstange 1 ist im vorliegenden Fall um ca. 6° gegenüber der andeutungsweise eingezeichneten Fahrzeuglängsachse 32 des Schienenfahrzeugs ausgelenkt, wobei die Längsmittelachse der Kuppelstange 1 mit dem Bezugszeichen 33 versehen ist. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass sich durch die Auslenkung der Kuppelstange 1 die Berührung zwischen dem Kopfteil 18 der Hülse 16 und dem Flansch 8 in Auslenkrichtung der Kuppelstange 1, d.h. in Bezug auf die Längsmittelachse 33 radial nach aussen, verlagert hat, so dass der Flansch 8 nunmehr an der mit X bezeichneten Stelle der sphärisch gestalteten Oberfläche 25 des Kopfteils 18 anliegt. Demzufolge erfolgt die Krafteinleitung in Stossrichtung von der Kuppelstange 1 bzw. von der Hülse 16 auf den Flansch 8 ebenfalls an der mit X bezeichneten Stelle. Indem der Drehpunkt 29 des Kugelgelenks 7 wie im dargestellten Beispiel hinter der Krafteinleitungsfläche 26 liegt, verschiebt sich beim Auslenken der Kuppelstange 1 der druckseitige Kraftübertragungsschwerpunkt X kontinuierlich in Auslenkrichtung der Kuppelstange 1. Dadurch wird beim Auftreten von Druckkräften das Verhältnis von Querkraft zu Längskraft (Fq/FI) kleiner und die Entgleisungssicherheit des Schienenfahrzeugs wird erhöht. Wenn von Stossrichtung gesprochen wird, so bedeutet dies im Normalfall, dass über die Zug- und Stossvorrichtung auf das entsprechende Fahrzeug eine Stosskraft ausgeübt wird, welche insbesondere beim Bremsen der Fahrzeuge oder im Schiebebetrieb auftritt. Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass der Drehpunkt 29 des Kugelgelenks 7 hinter der Krafteinleitungsfläche 26 liegt, sondern der Drehpunkt könnte auch bis an die Krafteinleitungsfläche 26 herangeschoben, oder in Einzelfällen sogar leicht darüber hinaus verschoben werden.
Fig. 4 zeigt die Zug- und Stossvorrichtung in einem ersten Betriebszustand, der beim Durchfahren einer S-Bogens auftreten kann. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die zwischen den druckseitigen Krafteineinleitungspunkten XI, Xr verlaufende Kraftwirkungslinie 34 praktisch parallel zu den schematisch dargestellten Längsachsen 35, 36 der Schienenfahrzeuge verläuft. Die Querkräfte können dadurch sehr niedrig gehalten werden. Der Winkel zwischen der Kraftwirkungslinie 34 und der Längsmittelachse 37 der Kuppelstange 1 ist mit a bezeichnet. Die Auslenkrichtung der Kupplungstange 1 in Bezug auf den linken Flansch 8 ist durch einen Pfeil 38 angedeutet und die Verschieberichtung des linken Krafteineinleitungspunkts XI durch einen Pfeil 39. Der Kopfteil 18 und der druckseitige Krafteineinleitungspunkt XI verschieben sich somit beim Auslenken der Kuppelstange 1 gleichsinnig in Auslenkrichtung 38 der Kuppelstange 1.
Fig. 5 zeigt schematisch zwei mittels einer Zug- und Stossvorrichtung verbundene Schienenfahrzeuge 40, 41. Der dargestellte Betriebszustand tritt beispielsweise dann auf, wenn das rechte Schienenfahrzeug in einen Bogen mit einem Radius von ca. 150m einfährt. Aufgrund der eingezeichneten Kraftwirkungslinie 44 ist ersichtlich, dass auch in diesem Betriebszustand die Kraftwirkungslinie 44 nur einen kleinen Winkel mit der Längsmittelachse 42, 43 des jeweiligen Fahrzeugs 40, 41 einschliesst, bzw. praktisch parallel dazu verläuft.
Fig. 6 zeigt eine schematisch dargestellte Zug- und Stossvorrichtung im Zustand, wenn die beiden Schienenfahrzeuge 45, 46 einen UIC-S-Bogen durchfahren. Auch hier verläuft die Kraftwirkungslinie 49 praktisch parallel zu den Längsachsen 47, 48 der Schienenfahrzeuge 45, 46, so dass die Querkräfte wiederum sehr klein sind.
In der Fig. 7 ist eine alternative Ausführung einer Zug- und Stossvorrichtung dargestellt, wobei nachfolgend insbesondere auf die Unterschiede zum vorgängigen Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 bis 4 eingegangen wird. Gleiche Teile sind in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Zusatz "a" versehen.
Die Zug- und Stossvorrichtung weist eine zentrale Kuppelstange 1a auf, welche, im Gegensatz zum vorgängigen Ausführungsbeispiel, nicht einstückig ausgebildet ist, sondern aus zwei Teilen 1b, 1c besteht, die in der Mitte zusammengeschraubt sind. Zum Fixieren der Drehbefestigungsvorrichtung 5a an der Kuppelstange 1a ist wiederum eine Zugstange 20a vorgesehen, wobei zur Aufnahme der Zugkräfte zwischen dem am Kopf 21a der Zugstange 20a abgestützten Druckteller 27a und dem Flansch 8a ein Federpaket 12a angeordnet ist.
Der wesentliche Unterschied zum vorgängigen Ausführungsbeispiel besteht jedoch in der Art und Ausgestaltung der Mittel zum Verschieben des Kraftübertragungsschwerpunkts. Anstelle eines Druckgelenks ist im vorliegenden Fall eine Federanordnung 50 vorgesehen, die als zentrales Element eine ringförmige, aus elastomerem Kunststoff bestehende Druckfeder 51 aufweist. Die Druckfeder 51 besitzt in Druckrichtung eine hohe Federsteifigkeit und ist zwischen dem Befestigungsflansch 8a und einer auf das Ende der Kuppelstange 1a aufgeschobenen Hülse 52 angeordnet. Die Hülse 52 legt sich mittels einer Schulter 53 am stirnseitigen Ende der Kuppelstange 1a an und stützt die Druckfeder 51 vollflächig ab. Zwischen dem Befestigungsflansch 8a und der Druckfeder 51 ist zudem eine Gleitplatte 54 und eine Zwischenplatte 55 angeordnet. Die beiden Platten 54, 55 sind miteinander verschraubt und mittels eines gemeinsamen Kugelgelenks 56 drehbar an der Zugstange 20a abgestützt. Auf beiden Seiten der Druckfeder 51 ist zudem je eine Zwischenscheibe angeordnet.
Der Befestigungsflansch 8a ist wiederum mittels eines Kugelgelenks 7a an der Zugstange 20a abgestützt, wobei das Kugelgelenk 7a nicht zentral im Flansch 8a sondern etwas nach hinten gegen das Schienenfahrzeug versetzt angeordnet ist. Dadurch liegt der Drehpunkt 29a des Kugelgelenks 7a noch weiter hinter der Krafteinleitungsfläche 26a, wobei die Krafteinleitungsfläche 26a auch in diesem Fall durch die der Kuppelstange 1a zugewandte Stirnseite des Flansches 8a gebildet wird, welche gleichzeitig die Kraftübergangsebene von der auslenkbaren Kuppelstange 1a auf die am Schienenfahrzeug zu fixierenden Drehbefestigungsvorrichtung 5a darstellt. Durch die nach hinten, gegen das Schienenfahrzeug versetzte Anordnung des Kugelgelenks 7a sowie die Gleitplatte 54 und die Zwischenplatte 55 wird der Abstand zwischen dem Drehpunkt 29a des Kugelgelenks 7a und der Druckfeder 51 noch vergrössert.
Aus der Fig. 8 ist die rechte Seite der Zug- und Stossvorrichtung gemäss Fig. 7 in ausgelenktem Zustand ersichtlich. Beim seitlichen Auslenken der Kuppelstange 1a wird die Druckfeder 51 auf der Auslenkseite zusammengedrückt, während sie auf der anderen Seite entlastet wird. Im Gegensatz zum vorgängigen Ausführungsbeispiel wird die Stosskraft nicht über eine punkt- oder linienförmige Berührungsfläche im Druckgelenk 15 (Fig. 1) übertragen, sondern sie wird mittels der Druckfeder 51 flächig von der Hülse 52 auf die Zwischenplatte 55 übertragen. Die Kraftübertragungsfläche ist näherungsweise durch eine schraffierte Fläche F angedeutet. Analog zum vorgängigen Beispiel verschiebt sich jedoch mit zunehmender Auslenkung der Kuppelstange 1a der Kraftübertragungsschwerpunkt X1 kontinuierlich in Auslenkrichtung der Kuppelstange 1a. Durch die Gleitplatte 54, welche aus einem Kunststoff besteht, der gegenüber dem vorzugsweise aus Gusseisen bestehenden Flansch 8a mit guten Gleiteigenschaften versehen ist, kann der radiale Versatz zwischen der Druckfeder 51 und dem Flansch 8a beim Auslenken der Kuppelstange 1a weitgehend aufgenommen werden. Die Druckfeder 51 wird im vorliegenden Fall nicht primär zur Aufnahme der Stossenergie verwendet, sondern zur Verschiebung des Kraftübertragungsschwerpunkts X1 in Abhängigkeit des Auslenkwinkels der Kuppelstange 1a. Durch diese Druckfeder 51 wird somit eine relative grossflächige Kraftübertragung erreicht, so dass trotz der Verlagerung des Kraftübertragungsschwerpunkts X1 niedrige spezifische Flächenpressungen auftreten, was den Einsatz von einfachen und trotzdem wartungsfreien Gleitwerkstoffen, wie sie insbesondere für die Fertigung der Gleitplatte 54 zum Einsatz kommen, erlaubt.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Zug- und Stossvorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Höhere Entgleisungssicherheit durch exzentrische Krafteinleitung im Stossbetrieb, beim Einfahren in Kurven und beim Durchfahren von S-Bögen;
Vorgespannte spielfreie Drehbefestigungsvorrichtung;
Weicher Wechsel von Zug auf Druck und umgekehrt dank unabhängigen Federpaketen für Druck und Zug;
Automatische Spielaufhebung;
Weitgehend wartungsfrei, da bei der Variante gemäss Fig. 1 eine gleichmässige Abnützung des Kopfteils erreicht wird, bzw. bei der Variante gemäss Fig. 7 niedrige spezifische Flächenpressungen auftreten;
Stabilisierende Wirkung bei Geradeausfahrt dank grossflächiger Auflage; damit werden einerseits Schlinger- und Schwingbewegungen des hintersten Wagens bei Beharrungsfahrt verhindert und andererseits wird das seitliche Ausbrechen des Wagens beim Auftreten von hohen Längsdruckkräften bei Geradeausfahrt verhindert;

Bezugszeichenliste

1: Kuppelstange
2: Ende der Kuppelstange
3: Anschlussteil
4: Bohrung
5: Drehbefestigungsvorrichtung
6: Drehbefestigungsvorrichtung
7: Kugelgelenk
8: Flansch
9: Federpaket
10: Federelement
11: Zwischenscheibe
12: Federpaket
13: Federelement
14: Zwischenscheibe
15: Druckgelenk
16: Hülse
17: Bohrung
18: Kopfteil
19: Kunststoffband
20: Zugstange
21: Kopf
22: Ende der Zugstange
23: Sicherungsring
24: Mutter
25: sphärische Oberfläche
26: Krafteinleitungsfläche
27: Druckteller
28: Befestigungsbohrungen
29: Drehpunkt
30: abgeflachter Mittelteil
31 32: Fahrzeuglängsachse
33: Längsmittelachse
34: Kraftwirkungslinie
35: Längsachse des einen Schienenfahrzeugs
36: Längsachse des anderen Schienenfahrzeugs
37: Längsmittelachse
38: Pfeil (Auslenkrichtung)
39: Verschieberichtung des Krafteinleitungspunkts
40: Schienenfahrzeug
41: Schienenfahrzeug
42: Längsmittelachse
43: Längsmittelachse
44: Kraftwirkungslinie
45: Schienenfahrzeug
46: Schienenfahrzeug
47: Längsmittelachse
48: Längsmittelachse
49: Kraftwirkungslinie
50: Federanordnung
51: Druckfeder
52: Hülse
53: Schulter
54: Gleitplatte
55: Zwischenplatte
56: Kugelgelenk

Claims

Zug- und Stossvorrichtung zum gelenkigen Verbinden von Schienenfahrzeugen, mit einer zentralen Kuppelstange (1, 1a), welche auf beiden Seiten mittels je einer Drehbefestigungsvorrichtung (5, 5a) am Schienenfahrzeug fixierbar ist, wobei die Drehbefestigungsvorrichtung (5, 5a) eine Krafteinleitungsfläche (26, 26a) aufweist, über welche Stosskräfte von der Kuppelstange (1, 1a) auf die jeweilige Drehbefestigungsvorrichtung (5, 5a) übertragen werden, und wobei die Krafteinleitungsfläche (26, 26a) an der Stirnseite eines Befestigungsmittels (8, 8a) angeordnet ist, mittels welchem die Drehbefestigungsvorrichtung (5, 5a) am Schienenfahrzeug fixierbar ist, und wobei wobei zwischen der genannten Krafteinleitungsfläche (26, 26a) und der Kuppelstange (1, 1a) eine Kraftübertragungseinrichtung (15, 50) angeordnet ist, welche beim seitlichen Auslenken der Kuppelstange (1, 1a) den Kraftübertragungsschwerpunkt (X, X1) für Stosskräfte in Auslenkrichtung der Kuppelstange (1, 1a) verschieben, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Befestigungsmittel (8, 8a) mit einem Gelenk (7, 7a) versehen ist, dessen Drehpunkt (29, 29a) in Stossrichtung hinter der Krafteinleitungsfläche (26, 26a) verläuft.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbefestigungsvorrichtung (5) einen Flansch (8) aufweist, an dem die Krafteinleitungsfläche (26) angeordnet ist, wobei sich an der Krafteinleitungsfläche (26) ein mit der Kuppelstange (1) in Wirkverbindung stehender Kopfteil (18) druckseitig abstützt, und wobei die Krafteinleitungsfläche (26) und/oder die Oberfläche (25) des Kopfteils (18) zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist/sind und zusammen ein Druckgelenk (15) bilden, welches beim seitlichen Auslenken der Kuppelstange (1) den Kraftübertragungsschwerpunkt (X) für Stosskräfte kontinuierlich in Auslenkrichtung der Kuppelstange (1) verschiebt.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kraftübertragungseinrichtung eine in Stossrichtung vorgespannte Federanordnung (50) umfasst, welche in Wirkverbindung mit der Kuppelstange (1a) steht und zusammen mit dieser ausgelenkt wird, wobei die Federanordnung (50) in Stossrichtung eine derart hohe Federsteifigkeit besitzt, dass sich der Kraftübertragungsschwerpunkt (X1) mit zunehmendem Auslenken der Kuppelstange (1a) in Auslenkrichtung derselben verschiebt.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (50) zumindest eine ringförmige, aus elastomerem Kunststoff bestehende Druckfeder (51) umfasst.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Krafteinleitungsfläche (26a) und der Druckfeder (51) eine Gleitplatte (54) angeordnet ist, an welcher sich die Druckfeder (51) direkt oder indirekt axial abstützt.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gleitplatte (54) und der Druckfeder (51) eine Zwischenplatte (55) angeordnet ist, welche mit der Gleitplatte (54) verbunden ist, wobei die Zwischenplatte (55) und die Gleitplatte (54) gemeinsam mittels eines Drehgelenks (56) abgestützt sind.
Zug- und Stossvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drehbefestigungsvorrichtung (5a) einen Flansch (8a) zum mechanischen Fixieren am Schienenfahrzeug aufweist, und dass zwischen diesem Flansch (8a) und der Kuppelstange (1a) die Kraftübertragungseinrichtung (50) angeordnet ist, welche beim seitlichen Auslenken der Kuppelstange (1a) den Kraftübertragungsschwerpunkt (X1) für Stosskräfte in Auslenkrichtung der Kuppelstange (1a) verschieben.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (8a) zwischen der Federanordnung (50) und einem Federpaket (12a) angeordnet ist, wobei eine zugseitig an der Kuppelstange (1a) abgestützte Zugstange (20a) zum Vorspannen der Federanordnung (50) und des Federpakets (12a) vorgesehen ist, und wobei der Flansch (8a) mittels eines Kugelgelenks (7a) drehbar an der Zugstange (20a) fixiert ist.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am stirnseitigen Ende der Kuppelstange (1a) eine Hülse (52) angeordnet ist, welche sich mittels einer Schulter (53) an der Kuppelstange (1a) anlegt und die Druckfeder (51) in axialer Richtung vollflächig abstützt.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil (18) federnd mit der Kuppelstange (1) verbunden ist.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise sphärische Oberfläche (25) einen abgeflachten Mittelabschnitt (30) aufweist.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (8) zwischen zwei Federpaketen (9, 12) angeordnet ist, wovon das Eine in Stossrichtung und das Andere in Zugrichtung aktiv ist, wobei eine zugseitig an der Kuppelstange (1) abgestützte Zugstange (20) zum Vorspannen der Federpakete (9, 12) vorgesehen ist, und wobei der Flansch (8) mittels eines Gelenks (7) drehbar an der Zugstange (20) fixiert ist.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Kuppelstange (1) beidseitig mit je einer an der Kuppelstange (1) geführten Hülse (16) versehen ist, welche auf der dem Flansch (8) zugewandten Seite mit dem zumindest teilweise sphärisch gestalteten Kopfteil (18) versehen ist, wobei das in Druckrichtung aktive Federpaket (9) derart zwischen der Stirnseite der Kuppelstange (1) und der Hülse (16) angeordnet ist, dass die Hülse (16) in Relation zur Kuppelstange (1) axial verschiebbar ist.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Hülse (16) drehbar um die Längsmittelachse (33) angeordnet ist.
Zug- und Stossvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise sphärische Oberfläche (25) direkt an der Kuppelstange (1) angeordnet ist.