EP1371539A1 - Kupplungsanordnung mit einem Energieverzehrglied für Fahrzeug - Google Patents

Kupplungsanordnung mit einem Energieverzehrglied für Fahrzeug Download PDF

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EP1371539A1
EP1371539A1 EP02008869A EP02008869A EP1371539A1 EP 1371539 A1 EP1371539 A1 EP 1371539A1 EP 02008869 A EP02008869 A EP 02008869A EP 02008869 A EP02008869 A EP 02008869A EP 1371539 A1 EP1371539 A1 EP 1371539A1
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EP
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evk
coupling arrangement
arrangement according
bypass
energy
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EP1371539B1 (de
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Christian Radewagen
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Voith Turbo Scharfenberg GmbH and Co KG
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Voith Turbo Scharfenberg GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G9/00—Draw-gear
    • B61G9/04—Draw-gear combined with buffing appliances
    • B61G9/08—Draw-gear combined with buffing appliances with fluid springs or fluid shock-absorbers; Combinations thereof

Definitions

  • the present invention relates to a coupling arrangement for Connecting a first and a second car body at a multi-unit vehicle, in particular a rail vehicle, with at least one energy dissipation and / or force transmission member (hereinafter called "EVK member”) for transmission of pulling and / or pushing forces of the first car body on the connected, adjacent second car body.
  • EVK member energy dissipation and / or force transmission member
  • Coupling arrangements with the features mentioned are basically known from rail vehicle engineering. in this connection serve clutches for connecting vehicles to train and / or Compressive forces from a car body to an adjacent, to transfer coupled car body.
  • clutch arrangements with at least one energy dissipation member equipped, which tensile and compressive forces up to a sufficient size and thereby the tensile and impact forces, which during normal driving between the individual car bodies occur, absorbed.
  • the energy absorbing elements serve in the clutch assembly for consumption of the resulting tensile and impact energy to a hinge assembly or Car coupling between the car bodies from damage too protect.
  • energy absorbing elements in rail transport often used gas hydraulic or hydrostatic buffers.
  • a power transmission member For example, could be a coupling rod due to their rigid execution, the attacking tensile or shear forces between two adjacent coupled car bodies without play transfers.
  • clutch assemblies with an EVK element in which the Energy absorbing element as a gas hydraulic or hydrostatic buffer executed, the conditionally have the property that they transmit statically lower forces due to their bias as dynamic, can in a pushing association, with which one Car body pushed by a subsequent railcar or train is, for example, an unregulated acceleration of the pulling train the static bias of the buffers in exceeded the clutch assembly between the car bodies become. This occurs in particular more frequently in a towing operation two trains in which a failed train from a is pushed next train.
  • the crossing of the static bias of the energy absorbing elements (buffer) in the coupling arrangement between pushed car bodies has As a result, during the acceleration phase, the energy absorbing elements in the clutch assembly due to their design imprint conditional property.
  • the partially compressed or pushed together energy absorbing elements and thus also the entire coupling arrangement can not transmit forces during their expansion phase, so that the pushed carbody compared to the sliding Car body delayed in time initiates the braking process.
  • the Time delay corresponds to the expansion time of the collapsed Coupling arrangement, i. the time it takes is until the energy absorbing members in the clutch assembly again usually in the relaxed initial state, which at the original coupling of the adjacent car bodies was set, take.
  • a power transmission between the decelerating car body and the pushed car body Only starts again when the clutch assembly on her original measure has lengthened and the energy absorbers engage the damping of the tensile force.
  • This object is achieved by means of a coupling arrangement for connecting a first and a second car body in a multi-unit vehicle, especially one Rail vehicle, with at least one EVK element for transmission of pulling and / or pushing forces from the first car body solved the connected adjacent second car body, wherein Means for activating and / or deactivating a damping characteristic of the EVK element are provided.
  • the solution according to the invention has a whole series of essential Advantages over those known from the automotive industry and on the above-explained coupling arrangement.
  • Another advantage of clutch arrangement according to the invention is that the Damping property of the EVK element after its deactivation can be reactivated if necessary. Such a requirement is for example, if in the above-described sliding train the pushed carbody bouncing on an obstacle, causing a shock from the front, pushed car body against the direction of travel to the rear, sliding car body is running. This is the impact energy transmitted via the EVK link between the two car bodies.
  • the EVK member at least one energy absorber as well provided at least one power transmission member.
  • the energy absorber builds advantageously by that of the transferred the first car body to the second car body Shock accumulating energy.
  • the power transmission member is used for transmitting the tensile and / or shear forces between the two coupled car bodies.
  • EVK element conceivable.
  • the Means for activating and / or deactivating the damping characteristic of the EVK element at least one bypass element.
  • the coupling arrangement according to the invention serves the bypass member as a possible realization for deactivating the damping characteristic of the EVK element.
  • a technical realization for reactivating a already deactivated by, for example, a bypass element Damping property of the EVK member can be particularly advantageous be implemented by a corresponding shock protection member, this being when a defined force value is exceeded the damping characteristic of the EVK element is activated.
  • the activation takes place in a particularly advantageous manner an interruption of the bridging of the pressure force flow through the inserted bypass element.
  • the means for activating or deactivating the damping property of the EVK element conceivable.
  • shock absorber at the last paragraph said embodiment, this is as a bursting element for Deactivation of the bypass element is executed.
  • This one has in particular the advantage that rupture elements, for example, on Material properties or characteristics are based, exactly definable Have bursting, which is particularly effective and easy to realize the deactivation of the bypass member or activating the previously deactivated damping characteristic of the EVK element can be executed.
  • a possible embodiment of the coupling arrangement according to the invention provides that the clutch assembly after exceeding a defined force value, the bypass element irreversible deactivated and thus the damping property of the EVK member and the clutch assembly reactivated.
  • the bypass member can for example, by a predetermined breaking point of a corresponding Berstiatas be enforced.
  • Such irreversible state changes or circuits can be particularly effective Way extremely inexpensive by example corresponding Berstiata be activated, the irreversible
  • the bypass member of the coupling arrangement according to the invention is designed as a clasp-like element, which is so It is constructed that between the damping areas of the Coupling assembly and the solid, rigid part of this mounted becomes.
  • This clasp-like element is characterized by that two stirrups, connected with rigid elements, so against the non-damping coupling elements of the invention Clutch assembly support that the energy absorbing element the force flow is excluded in the compression direction and the Pushing force is transmitted through the clasp-like element.
  • the clasp-like element designed so that, for example, in the event of a rear-end collision from the shift operation of the vehicle combination, corresponding Berst mandate address which the power transmission dissolve over the clasp-like elements, so that the Damping property of the EVK element is activated and the Damping can intervene.
  • Berst mandate came here, for example corresponding members in question, which when exceeded respond to a certain thrust (for example break) and thereby the power transmission over the dissolve clasp-like element irreversibly.
  • the interpretation criterion for the response of the Berstide selected according to that to be transmitted Force does not exceed the permissible values.
  • the energy absorbing element the EVK member of the clutch assembly according to the invention is formed regeneratively. This is as maintenance-free as possible and thus almost unlimited use given the coupling arrangement according to the invention. This On the one hand leads to the reduction of maintenance costs of the corresponding Car body and on the other to a reliable at any time Coupling of corresponding car bodies.
  • the energy absorbing element designed as a dynamic damping element is, in particular as a spring, gas hydraulic or hydrostatic buffer or a combination of these.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a conventional one Coupling arrangement in the installed state.
  • the coupling arrangement is composed of a coupling head 7, which via an EVK member 1 with the vehicle undercarriage 6 of a car body 100; 101 is connected. Being in the coupled state two car bodies coupled together so that the respective Coupling heads 7 are in mechanical engagement. While driving is then on the respective EVK element 1, the occurring Forces in or opposite to the direction of travel on the transfer each vehicle undercarriage 6.
  • the EVK member 1 is therefore in principle designed as a solid coupling rod, which the tensile or shear forces between the two Car bodies 100; 101 transmits.
  • the EVK element 1 with an energy absorbing member 2 (not explicitly shown) for Disassembling the by the from the first car body 100 on the second car body 101 transmitted shock energy equipped.
  • the energy absorbing element 2 is a regenerative one Element, such as a spring, gas hydraulic or Hydrostatic buffer or a combination of these.
  • the EVK member 1 serves as the centerpiece in the illustrated coupling arrangement the connection of the coupled car bodies 100; 101 i.e. over this member are the tensile or shear forces of the coupled car bodies 100, 101 transferred.
  • the absorption of impacts takes place in one integrated in the EVK element 1 Energy Consumption Member, which is shown in FIG Representation is not shown explicitly.
  • FIG 2a shows a detailed view of the coupling arrangement according to Figure 1 in the expanded state.
  • the EVK element 1 with the energy absorbing element 2 and the power transmission member 3 is constructed.
  • the over the coupling head 7 transmitted tensile or shear forces run over the Power transmission element 3 in the vehicle frame 6.
  • the EVK member 1 has an integrated next to the power transmission member 3 Energy Consumption 2 on. This is in the illustrated Embodiment designed as a hydrostatic buffer.
  • Figure 2b shows a detailed view of the coupling arrangement according to Figure 1 or 2a in the compressed state.
  • Two coupled car bodies 100, 101 in push mode, so are over the coupling head 7 transmitted via the EVK member 1 thrust forces.
  • the power flow runs through the EVK element 1 in the respective Undercarriage 6. Due to the dynamic damping characteristic of the energy dissipation member integrated in the EVK element 1 2, the entire clutch assembly in the push mode by a dependent of the thrust force length, ⁇ 1, pushed together. This results from the fact that the respective Energy absorbing elements 2 of the clutch assembly during the Acceleration phase are pressed.
  • this relative velocity can cause that the capacity of the energy absorbing elements 2 in the pulling direction exceeded and shocks undamped from the power transmission links 3 are introduced into the vehicle undercarriage 6.
  • shocks undamped from the power transmission links 3 are introduced into the vehicle undercarriage 6.
  • Furthermore a coupling crack is possible.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the invention Clutch arrangement.
  • the coupling arrangement according to the invention serves to compress the clutch assembly during the Acceleration phase in pushing operation between two car bodies 100; 101 to prevent. This will avoid that dynamic damping path .DELTA.l results, which is in a Relative speed between the respective car bodies 100, 101 when changing the acceleration phase into a deceleration phase during the shift operation arises.
  • a bypass member 4 between the damping region of the energy absorbing element 2 in the EVK element 1 and the rigid part the power transmission member 3 mounted.
  • the bypass member 4 as a clasp which is characterized by the fact that two yokes, which are connected with rigid elements, so against the support non-damping coupling elements that the actual Energy absorbing element 2 from the power flow in the printing direction Excluded and the thrust force on the clasp or the bypass member 4 is transmitted.
  • the bypass member 4 is designed so that in the case of Rear-end collision from the pushing mode Shock-absorbing elements 5 respond, which the power transmission via the bypass member. 4 dissolve and the damping property of the EVK element 1 after previous deactivation is reactivated. This can do that Energy absorbing element 2 of the EVK element 1 with its dynamic Damping properties intervene again.
  • the shock-absorbing member 5 as Burst executed, which when exceeding a defined Shear or compressive force value breaks and thus the Bypass 4 deactivated, so that the bridging of the pressure force flow is interrupted by the bypass member 4. there is the activation of the shock-absorbing member 5 irreversible.
  • This has the advantage that in a very reliable way the Design criterion of the response force for the shock absorber for deactivating the bypass element 4 or for activating the damping characteristic of the EVK element 1 can be set can.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Verbinden eines ersten und eins zweiten Wagenkastens bei einem mehrgliedrigen Fahrzeug mit wenigstens einem EVK-Glied (1) (Energieverzehr- und/oder Kraftübertragungsglied) zum Übertragen von Zugund/oder Schubkräften von dem ersten Wagenkasten (100) auf den verbundenen, benachbarten zweiten Wagenkasten (101), wobei Mittel (4, 5) zum Aktivieren und/oder Deaktivieren einer Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes (1) vorgesehen sind. Hierdurch wird erreicht, dass dynamischen Dämpfungselemente in Form von Energieverzehrgliedern (2) in der Kupplungsanordnung bewusst deaktiviert werden können, um eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Wagenkästen (100; 101) während beispielsweise eines Schiebetriebs des Fahrzeuggespannes zu verhindern. Bei Überschreiten einer definierten Schub- oder Zugkraft, beispielsweise im Falle eines Auffahrunfalls aus dem Schiebebetrieb, deaktivieren Stoßsicherungsglieder (5) das Bypassglied (4), wodurch die Kraftflussüberbrückung der übertragenen Zug- bzw. Druckkräfte über das Energieverzehrglied (2) der Kupplungsanordnung unterbrochen und die Dämpfungseigenschaft der Kupplungsanordnung bzw. des EVK-Gliedes (1) erneut aktiviert wird. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Wagenkastens bei einem mehrgliedrigen Fahrzeug, insbesondere bei einem Schienenfahrzeug, mit wenigstens einem Energieverzehr- und/oder Kraftübertragungsglied (im folgenden kurz "EVK-Glied" genannt) zum Übertragen von Zug- und/oder Schubkräften von dem ersten Wagenkasten auf den verbundenen, benachbarten zweiten Wagenkasten.
Kupplungsanordnungen mit den eingangs genannten Merkmalen sind dem Grunde nach aus der Schienenfahrzeugstechnik bekannt. Hierbei dienen Kupplungen zum Verbinden von Fahrzeugen, um Zugund/oder Druckkräfte von einem Wagenkasten auf einen benachbarten, angekoppelten Wagenkasten zu übertragen. In der Regel sind Kupplungsanordnungen mit wenigstens einem Energieverzehrglied ausgerüstet, welches Zug- und Druckkräfte bis zu einer hinreichenden Größe aufnimmt und dadurch die Zug- und Stoßkräfte, welche während des normalen Fahrbetriebes zwischen den einzelnen Wagenkästen auftreten, absorbiert. Die Energieverzehrglieder in der Kupplungsanordnung dienen zum Verzehr der anfallenden Zug- und Stoßenergie, um eine Gelenkanordnung bzw. Wagenkupplung zwischen den Wagenkästen vor Beschädigungen zu schützen. Als Energieverzehrglieder im Schienenverkehr werden häufig Gashydraulik- oder Hydrostatikpuffer eingesetzt.
Während das Energieverzehrglied in der Kupplungsanordnung auftretende Stoßkräfte absorbiert und dadurch das Übertragen von Stößen zwischen benachbarten, angekoppelten Wagenkästen Stößen zwischen benachbarten, angekoppelten Wagenkästen verhindert, dient das Kraftübertragungsglied in der Kupplungsanordnung zum Übertragen von Zug- und/oder Schubkräften von einem ersten Wagenkasten auf einen verbundenen, benachbarten zweiten Wagenkasten. Ein derartiges Kraftübertragungsglied könnte beispielsweise eine Kupplungsstange sein, die aufgrund ihrer starren Ausführung die angreifenden Zug- bzw. Schubkräfte zwischen zwei benachbarten angekoppelten Wagenkästen spielfrei überträgt. Eine Kupplungsanordnung, welche lediglich ein Kraftübertragungsglied ohne ein zusätzliches Energieverzehrglied aufweist, würde alle Stöße ungedämpft über das Kraftübertragungsglied weiterleiten. Von daher sind in der Regel Kupplungsanordnungen so ausgeführt, dass diese ein Energieverzehrglied und ein Kraftübertragungsglied in Kombination miteinander aufweisen. Ein Beispiel einer derartigen Kupplungsanordnung ist die altbekannte Klauenkupplung in Kombination mit den Seitenpuffern der jeweiligen Wagenkästen. Im weiteren Sinne ist aber auch eine starre Kupplungsstange denkbar, die an wenigstens einem ihrer Enden ein Energieverzehrglied aufweist, etwa in Form eines Federelementes oder eines anderen, gleichartigen Dämpfungselementes.
Da Kupplungsanordnungen mit einem EVK-Glied, in welchem das Energieverzehrglied als Gashydraulik- oder Hydrostatikpuffer ausgeführt ist, bauartig bedingt die Eigenschaft haben, dass sie aufgrund ihrer Vorspannung statisch geringere Kräfte übertragen als dynamisch, kann in einem Schubverband, bei dem ein Wagenkasten von einem nachfolgenden Triebwagen bzw. Zug geschoben wird, durch beispielsweise eine ungeregelte Beschleunigung des anschiebenden Zuges die statische Vorspannung der Puffer in der Kupplungsanordnung zwischen den Wagenkästen überschritten werden. Dieses tritt insbesondere häufiger bei einem Abschleppbetrieb zweier Züge ein, bei dem ein ausgefallener Zug von einem nachfolgenden Zug geschoben wird. Das Überschreiten der statischen Vorspannung der Energieverzehrglieder (Puffer) in der Kupplungsanordnung zwischen angeschobenen Wagenkästen hat zur Folge, dass sich während der Beschleunigungsphase die Energieverzehrglieder in der Kupplungsanordnung aufgrund ihrer Bauart bedingten Eigenschaft eindrücken. Diese Eigenschaft kann insbesondere dann kritisch werden, wenn der schiebende Zug bzw. Triebwagen direkt von der Beschleunigungs- in eine Bremsverzögerung wechselt und der geschobene Wagenkasten nicht mitbremsen kann. Die teilweise komprimierte bzw. zusammengeschobenen Energieverzehrglieder und somit auch die gesamte Kupplungsanordnung können während ihrer Expansionsphase keine Kräfte übertragen, so dass der geschobene Wagenkasten im Vergleich zum schiebenden Wagenkasten zeitlich verzögert den Bremsvorgang einleitet. Die Zeitverzögerung entspricht dabei der Expansionszeit der zusammengeschobenen Kupplungsanordnung, d.h. der Zeit, die benötigt wird, bis die Energieverzehrglieder in der Kupplungsanordnung wieder in der Regel in dem entspannten Ausgangszustand, welcher beim ursprünglichen Zusammenkuppeln der benachbarten Wagenkästen eingestellt wurde, einnehmen. Ein Kraftübertragung zwischen dem abbremsenden Wagenkasten und dem angeschobenen Wagenkasten setzt erst wieder ein, wenn sich die Kupplungsanordnung auf ihr ursprüngliches Maß gelängt hat und die Energieverzehrglieder zur Dämpfung der Zugkraft in Eingriff kommen.
Aufgrund der oben beschriebenen Wechselwirkung zwischen dem Energieverzehrglied und dem Kraftübertragungsglied in der Kupplungsanordnung beim Wechsel vom Beschleunigungs- in den Verzögerungszustand eines geschobenen Wagenkastenverbandes entsteht zwischen den Wagenkästen eine Relativgeschwindigkeit, die von den Energieverzehrgliedern der Kupplungsanordnung abgebremst werden müssen. Bei großen Expansionshüben bzw. Pufferhüben kann diese Relativgeschwindigkeit dazu führen, dass die Kapazität der Energieverzehrglieder in Zugrichtung überschritten wird und Stöße ungedämpft von den Kraftübertragungsgliedern in das Fahrzeuguntergestellt eingeleitet werden. In Extremsituationen, insbesondere bei einem Schwerlastgespann, kann es dann zu Deformationen an den jeweiligen Wagenkästen oder Kupplungsanordnungen kommen, was zu einer extremen Belastung der Kupplungsanordnung bis hin zum Kupplungsabriss führt.
Dieses ist ein in der Schienenfahrzeugtechnik bisher ungelöstes Problem, da bisher keine technische Lösung existiert, um die extremen Belastungen der Kupplungsanordnungen zu vermeiden. Zur Zeit kann die Belastung der jeweiligen Kupplungsanordnungen bei einem oben beschriebenen schiebenden Wagenkastenverband nur durch ein besonders vorsichtiges und voraussehendes Manövrieren auf ein ungefährliches Maß gehalten werden, was in vielen Fällen jedoch aufgrund von unvorhersehbaren Ereignissen nicht gelingt, wie etwa bei Auffahrunfällen.
Aufgrund der geschilderten Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung anzugeben, in welcher sowohl bei einem geschobenen als auch bei einem schiebenden Wagenkastenverband die jeweiligen Kraftübertragungsglieder der beteiligten Kupplungen und die Fahrzeuggestelle der beteiligten Wagenkästen vor extremen Belastungen wirkungsvoll geschützt werden. Dieses soll selbst bei extremen Manövern gelten, wie etwa bei einem Wechsel von der Beschleunigungsphase in eine Verzögerungsphase in einem geschobenen Fahrzeugverband.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Kupplungsanordnung zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Wagenkastens bei einem mehrgliedrigen Fahrzeug, insbesondere bei einem Schienenfahrzeug, mit wenigstens einem EVK-Glied zum Übertragen von Zug- und/oder Schubkräften von dem ersten Wagenkasten auf den verbundenen benachbarten zweiten Wagenkasten gelöst, wobei Mittel zum Aktivieren und/oder Deaktivieren einer Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Lösung weist eine ganze Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber der aus der Fahrzeugtechnik bekannten und vorstehend erläuterten Kupplungsanordnung auf. Durch die Mittel zum Aktivieren und/oder Deaktivieren einer Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes wird dabei bewirkt, dass die Dämpfungseigenschaft der gesamten Kupplungsanordnung bei Bedarf aktiviert bzw. deaktiviert werden kann. Insbesondere in Situationen, bei denen die herkömmlich vorgesehene Dämpfungseigenschaft der Kupplungsanordnung zu problematischen Situationen führen kann, wird dabei die Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes und somit die Dämpfungseigenschaft der gesamten Kupplungsanordnung deaktiviert. Bei einem Abschleppbetrieb zweier Züge, bei dem ein ausgefallener Zug von einem nachfolgenden Zug geschoben wird, wäre beispielsweise eine Deaktivierung der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes in der betreffenden Kupplungsanordnung sinnvoll. Dadurch wird aktiv verhindert, dass die statische Vorspannung der Kupplungsanordnung, welche die Dämpfungseigenschaft dieser definiert, zwischen den Wagenkästen überschritten wird. Dieses ist häufig der Fall bei z.B. einer ungeregelten Beschleunigung des anschiebenden Zuges. Durch die Deaktivierung der Dämpfungseigenschaft kann folglicherweise das EVK-Glied der Kupplungsanordnung während der Beschleunigungsphase nicht komprimiert bzw. eingedrückt werden. Somit ist die kritische Situation, wenn der schiebende Zug direkt von der Beschleunigungsin eine Bremsverzögerung wechselt und der geschobene Zug nicht bremsen kann, entschärft, da die Kupplungsanordnung direkt die Verzögerungskraft des schiebenden Zuges auf den geschobenen Zug übertragt, weil eine Expansionsphase der Kupplungsanordnung ausbleibt. Als Folge davon kann keine Relativgeschwindigkeit zwischen den Wagenkästen bei diesem Beschleunigungs-Verzögerungswechsel entstehen, die von der Kupplungsanordnung in Zugrichtung abgebremst werden müsste. Somit ist ferner die Deformationsgefahr am jeweiligen Fahrzeuggestell bzw. in der Kupplungsanordnung nicht mehr gegeben. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung besteht darin, dass die Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes nach dessen Deaktivierung im Bedarfsfall wieder aktiviert werden kann. Ein derartiger Bedarfsfall liegt beispielsweise dann vor, wenn in dem oben beschriebenen schiebenden Zugverband der geschobene Wagenkasten auf ein Hindernis prallt, wodurch ein Stoß von dem vorderen, geschobenen Wagenkasten entgegen der Fahrtrichtung zu dem hinteren, schiebenden Wagenkasten läuft. Dabei wird die Stoßenergie über das EVK-Glied zwischen den beiden Wagenkästen übertragen. Bei extremen Stößen, beispielsweise im Falle eines Auffahrunfalls aus dem Schiebebetrieb, würde bei einer starren Kupplungsanordnung bzw. bei einer Kupplungsanordnung mit deaktivierter Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes möglicherweise aufgrund der anfallenden Stoßenergie Beschädigungen der Kupplungsanordnung entstehen, im Extremfall sind sogar Schäden im Fahrzeuguntergestell nicht auszuschließen. Erfindungsgemäß und in vorteilhafter Weise ist es möglich, die Deaktivierung der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes wieder zu aktivieren, so dass die beispielsweise bei einem Auffahrunfall anfallende Energie in dem Energieverzehrglied des EVK-Gliedes absorbiert und somit zuverlässig abgebaut wird.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.
So ist für das EVK-Glied wenigstens ein Energieverzehrglied sowie wenigstens ein Kraftübertragungsglied vorgesehen. Das Energieverzehrglied baut vorteilhafterweise der durch den von dem ersten Wagenkasten auf den zweiten Wagenkasten übertragenen Stoß anfallenden Energie ab. Das Kraftübertragungsglied dient zum Übertragen der Zug- und/oder Schubkräfte zwischen den beiden zusammengekoppelten Wagenkästen. Selbstverständlich sind aber auch andere Ausführungsformen eines EVK-Gliedes denkbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform enthalten die Mittel zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes wenigstens ein Bypassglied. Dieses ist dabei so ausgeführt, dass es das Energieverzehrglied des EVK-Gliedes in der Kupplungsanordnung in Bezug auf angreifende Zugoder Schubkräfte entlastet und dadurch eine Kraftflussüberbrückung über das Energieverzehrglied der zwischen den beiden Wagenkästen übertragenen Zug- oder Druckkräfte in besonders effektiver Weise ermöglicht wird. In der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung dient das Bypassglied als eine mögliche Realisierung zum Deaktivieren der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes. Dies ist eine besonders leicht zu realisierende Umsetzung der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung, was zum einen in besonders vorteilhafter Weise die Kupplungsmasse nur unbedeutend anwachsen lässt, da das Bypassglied entsprechend leicht ausgeführt werden kann, und zum anderen eine kostengünstige Umsetzung der Erfindung ermöglicht.
Eine technische Realisierung für das erneute Aktivieren einer bereits durch beispielsweise eines Bypassgliedes deaktivierten Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes kann besonders vorteilhaft durch ein entsprechendes Stoßsicherungsglied umgesetzt werden, wobei dieses beim Überschreiten eines definierten Kraftwertes die Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes aktiviert. Die Aktivierung erfolgt dabei in besonders vorteilhafter Weise durch ein Unterbrechen der Überbrückung des Druckkraftflusses durch das eingesetzte Bypassglied. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Ausführungsformen für die Mittel zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes denkbar.
Eine besonders effektive und leicht zu realisierende Ausführungsform des Stoßsicherungsgliedes bei der im letzten Absatz genannten Ausführungsform ist dieses als ein Berstelement zum Deaktivieren des Bypassgliedes ausgeführt. Dieses hat insbesondere den Vorteil, dass Berstelemente, die beispielsweise auf Materialeigenschaften oder -charakteristika basieren, genau definierbare Berstwerte aufweisen, wodurch besonders effektiv und leicht zu realisieren das Deaktivieren des Bypassgliedes bzw. das Aktivieren der zuvor deaktivierten Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes ausgeführt werden kann.
Eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung sieht vor, dass die Kupplungsanordnung nach Überschreiten eines definierten Kraftwertes das Bypassglied irreversibel deaktiviert und somit die Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes und der Kupplungsanordnung wieder aktiviert. Ein derartige irreversible Deaktivierung des Bypassgliedes kann beispielsweise durch eine Sollbruchstelle eines entsprechenden Berstelementes erzwungen werden. Derartige irreversiblen Zustandsänderungen bzw. Schaltungen können in besonders effektiver Weise äußerst kostengünstig durch beispielsweise entsprechende Berstelemente aktiviert werden, wobei das irreversible Deaktivieren zusätzlich eine Wartung des Berstelementes in der Regel erübrigt, was zu einer hohen Betriebseffizienz der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung führt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bypassglied der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung als ein spangenartiges Element ausgeführt ist, welches so konstruiert ist, dass es zwischen den dämpfenden Bereichen der Kupplungsanordnung und dem festen, starren Teil dieser montiert wird. Dieses spangenartige Element zeichnet sich dadurch aus, dass sich zwei Bügel, verbunden mit starren Elementen, so gegen die nicht dämpfenden Kupplungselemente der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung abstützen, dass das Energieverzehrglied aus dem Kraftfluss in Druckrichtung ausgeklammert wird und die Schubkraft über das spangenartige Element übertragen wird. In besonders vorteilhafter Weise ist dabei das spangenartige Element so konstruiert, dass beispielsweise im Falle eines Auffahrunfalls aus dem Schiebebetrieb des Fahrzeuggespannes, entsprechende Berstelemente ansprechen, welche die Kraftübertragung über die spangenartigen Elemente auflösen, so dass die Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes aktiviert wird und die Dämpfung eingreifen kann. Als Berstelemente kämen hier beispielsweise entsprechende Glieder in Frage, welche bei Überschreiten einer bestimmten Schubkraft ansprechen (beispielsweise zerbrechen) und dadurch die Kraftübertragung über das spangenartige Element irreversibel auflösen. Dabei ist in vorteilhafter Weise das Auslegekriterium für das Ansprechen der Berstelemente entsprechend gewählt, dass die zu übertragende Kraft die zulässigen Werte nicht überschreitet.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Energieverzehrglied des EVK-Gliedes der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung regenerativ ausgebildet ist. Dadurch wird eine möglichst wartungsfreie und somit nahezu zeitlich unbegrenzte Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung gegeben. Dieses führt zum einen zur Reduktion der Wartungskosten des entsprechenden Wagenkastens und zum anderen zu einem jederzeit zuverlässigen Verkuppeln entsprechender Wagenkästen.
In einer möglichen Realisierung ist vorgesehen, dass das Energieverzehrglied als ein dynamisches Dämpfungselement ausgeführt ist, insbesondere als ein Feder-, Gashydraulik- oder Hydrostatikpuffer oder eine Kombination dieser. Indem auf bereits aus der Schienenfahrzeugtechnik bekannten und vielfach eingesetzten Bauteilen bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung zurückgegriffen wird, kann in besonders vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Realisierung der Kupplungsanordnung besonders leicht und kosteneffizient möglich ist. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Ausführungsformen denkbar.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Kupplungsanordnung im eingebauten Zustand;
Figur 2a
eine detaillierte Ansicht der Kupplungsanordnung gemäß Figur 1 im expandierten Zustand;
Figur 2b
eine detaillierte Ansicht der Kupplungsanordnung gemäß Figur 1 oder 2a im komprimierten Zustand; und
Figur 3
eine detaillierte Ansicht der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Kupplungsanordnung im eingebauten Zustand. Die Kupplungsanordnung setzt sich aus einem Kupplungskopf 7 zusammen, welcher über ein EVK-Glied 1 mit dem Fahrzeuguntergestell 6 eines Wagenkasten 100; 101 verbunden ist. Im gekoppelten Zustand werden zwei Wagenkästen derart aneinander gekoppelt, dass die jeweiligen Kupplungsköpfe 7 in mechanischem Eingriff stehen. Im Fahrbetrieb wird dann über das jeweilige EVK-Glied 1 die auftretenden Kräfte in bzw. entgegengesetzt der Fahrtrichtung auf das jeweilige Fahrzeuguntergestell 6 übertragen. Das EVK-Glied 1 ist von daher im Prinzip als eine massive Kupplungsstange ausgebildet, welche die Zug- bzw. Schubkräfte zwischen den beiden Wagenkästen 100; 101 überträgt. Ferner ist das EVK-Glied 1 mit einem Energieverzehrglied 2 (nicht explizit dargestellt) zum Abbauen der durch den von dem ersten Wagenkasten 100 auf den zweiten Wagenkasten 101 übertragenen Stoß anfallenden Energie ausgerüstet. In der Regel ist das Energieverzehrglied 2 ein regeneratives Element, wie etwa ein Feder-, Gashydraulik- oder Hydrostatikpuffer oder eine Kombination dieser. Das EVK-Glied 1 dient bei der dargestellten Kupplungsanordnung als Herzstück der Verbindung der zusammengekoppelten Wagenkästen 100; 101, d.h. über dieses Glied werden die Zug- bzw. Schubkräfte von den zusammengekoppelten Wagenkästen 100, 101 übertragen. Die Absorption von Stößen erfolgt in einem in dem EVK-Glied 1 integrierten Energieverzehrglied, welches in der Figur 1 gezeigten Darstellung nicht explizit gezeigt ist. Zusätzlich sind Wagenkästen 100, 101 mit weiteren Energieverzehrgliedern 2 ausgerüstet, diese liegen in Form von Puffern vor.
Figur 2a zeigt eine detaillierte Ansicht der Kupplungsanordnung gemäß Figur 1 im expandierten Zustand. Hier ist deutlich zu erkennen, wie das EVK-Glied 1 mit dem Energieverzehrglied 2 und dem Kraftübertragungsglied 3 aufgebaut ist. Die über den Kupplungskopf 7 übertragenen Zug- bzw. Schubkräfte laufen über das Kraftübertragungsglied 3 in das Fahrzeuggestell 6. Das EVK-Glied 1 weist neben dem Kraftübertragungsglied 3 ein integriertes Energieverzehrglied 2 auf. Dieses ist in der dargestellten Ausführungsform als Hydrostatikpuffer ausgebildet.
Figur 2b zeigt eine detaillierte Ansicht der Kupplungsanordnung gemäß Figur 1 bzw. 2a im komprimierten Zustand. Befinden sich zwei zusammengekoppelte Wagenkästen 100, 101 (in der in Figur 2b dargestellten Ausführungsform ist jeweils nur eine Kupplungsanordnung dargestellt) im Schiebebetrieb, so werden über den Kupplungskopf 7 über das EVK-Glied 1 Schubkräfte übertragen. Der Kraftfluss läuft dabei über das EVK-Glied 1 in das jeweilige Fahrzeuguntergestell 6. Aufgrund der dynamischen Dämpfungseigenschaft des in dem EVK-Glied 1 integrierten Energieverzehrglieds 2 wird die gesamte Kupplungsanordnung im Schiebebetrieb um eine von der Schubkraft abhängigen Länge, Δ1, zusammengeschoben. Dieses ergibt sich dadurch, dass die jeweiligen Energieverzehrglieder 2 der Kupplungsanordnung während der Beschleunigungsphase eingedrückt werden. Kritisch kann diese Eigenschaft werden, wenn der schiebende Wagenkasten 100; 101 direkt von der Beschleunigungs- in eine Bremsverzögerung wechselt und der geschobene Wagenkasten 101; 100 nicht mitbremsen kann. Die in Figur 2b gezeigte zusammengeschobene Kupplungsanordnung befindet sich in diesem Zustand in einer Expansionsphase, in der keine Kräfte übertragen werden können. Eine Kraftübertragung erfolgt erst wieder, wenn sich die jeweiligen Kupplungsanordnungen auf ihr ursprüngliches Maß - wie in Figur 2a dargestellt - gelängt haben und die Energieverzehrglieder 2 zur Dämpfung der Zug- bzw. Schubkraft in Eingriff kommen. Die Folge ist, dass aus diesem Beschleunigungs-Verzögerungswechsel eine Relativgeschwindigkeit zwischen den jeweiligen Wagenkästen 100; 101 entsteht, die von den Energieverzehrglieder 2 in Zugrichtung abgebremst werden müssen. Bei großen dynamischen Dämpfungswegen, Δl, kann diese Relativgeschwindigkeit dazu führen, dass die Kapazität der Energieverzehrglieder 2 in Zugrichtung überschritten und Stöße ungedämpft von den Kraftübertragungsgliedern 3 in das Fahrzeuguntergestell 6 eingeleitet werden. In Extremsituationen kann es zu Deformationen am Fahrzeuguntergestell oder an der Kupplungsanordnung kommen. Des weiteren ist ein Kupplungsriss möglich.
Figur 3 zeigt ein detaillierte Ansicht der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung dient dazu, das Komprimieren der Kupplungsanordnung während der Beschleunigungsphase im Schiebebetrieb zwischen zwei Wagenkästen 100; 101 zu verhindern. Dadurch wird vermieden, dass ein dynamischer Dämpfungsweg Δl resultiert, welcher sich in einer Relativgeschwindigkeit zwischen den jeweiligen Wagenkästen 100, 101 beim Wechsel der Beschleunigungsphase in eine Verzögerungsphase während des Schiebebetriebs entsteht. Erfindungsgemäß wird hierzu ein Bypassglied 4 zwischen dem dämpfenden Bereich des Energieverzehrgliedes 2 im EVK-Glied 1 und dem starren Teil des Kraftübertragungsgliedes 3 montiert. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist das Bypassglied 4 als eine Spange ausgeführt, die sich dadurch auszeichnet, dass zwei Bügel, die mit starren Elementen verbunden sind, sich so gegen die nicht dämpfenden Kupplungselemente abstützen, dass das eigentliche Energieverzehrglied 2 aus dem Kraftfluss in Druckrichtung ausgeklammert und die Schubkraft über die Spange bzw. das Bypassglied 4 übertragen wird.
Das Bypassglied 4 ist dabei so konstruiert, dass im Falle eines Auffahrunfalls aus dem Schiebebetrieb Stoßsicherungsglieder 5 ansprechen, welche die Kraftübertragung über das Bypassglied 4 auflösen und die Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes 1 nach zuvoriger Deaktivierung wieder aktiviert wird. Dadurch kann das Energieverzehrglied 2 des EVK-Gliedes 1 mit seinen dynamischen Dämpfungseigenschaften wieder eingreifen. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist das Stoßsicherungsglied 5 als Berstelement ausgeführt, welches beim Überschreiten eines definierten Schub- bzw. Druckkraftwertes zerbricht und dadurch das Bypassglied 4 deaktiviert, so dass die Überbrückung des Druckkraftflusses durch das Bypassglied 4 unterbrochen wird. Dabei ist die Aktivierung des Stoßsicherungsgliedes 5 irreversibel. Dieses hat den Vorteil, dass in sehr zuverlässiger Weise das Auslegungskriterium der Ansprechkraft für das Stoßsicherungsglied zum Deaktivieren des Bypassgliedes 4 bzw. zum Aktivieren der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes 1 eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste
1
EVK-Glied
2
Energieverzehrglied
3
Kraftübertragungsglied
4
Bypassglied
5
Stoßsicherungsglied
6
Fahrzeuguntergestell
7
Kupplungskopf
100
Erster Wagenkasten
101
Zweiter Wagenkasten
Δ1
Dynamischer Dämpfungsweg

Claims (9)

  1. Kupplungsanordnung zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Wagenkastens (100; 101) bei einem mehrgliedrigen Fahrzeug, insbesondere bei einem Schienenfahrzeug, mit wenigstens einem Energieverzehr- und/oder Kraftübertragungsglied (1) (im folgenden kurz "EVK-Glied" (1) genannt) zum Übertragen von Zug- und/oder Schubkräften von dem ersten Wagenkasten (100) auf den verbundenen, benachbarten zweiten Wagenkasten (101),
    gekennzeichnet durch
    Mittel (4, 5) zum Aktivieren und/oder Deaktivieren einer Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes (1).
  2. Kupplungsanordnung (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das EVK-Glied (1) wenigstens ein Energieverzehrglied (2) zum Abbauen der durch den von dem ersten Wagenkasten (100) auf den zweiten Wagenkasten (101) übertragenen Stoß anfallenden Energie und wenigstens ein Kraftübertragungsglied (3) zum Übertragen der Zug- und/oder Schubkräfte zwischen den beiden Wagenkästen (100; 101) umfasst.
  3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mittel (4, 5) zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes (1) wenigstens ein Bypassglied (4) enthalten zum Entlasten des Energieverzehrgliedes (2) und/oder zur Kraftflussüberbrückung der über das Energieverzehrglied (2) zwischen den beiden Wagenkästen (100; 101) übertragenen Zug- und/oder Druckkräfte.
  4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel (3, 4) zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der Dämpfungseigenschaft des EVK-Gliedes (1) ferner ein Stoßsicherungsglied (5) umfassen, zum Unterbrechen der Überbrückung des Druckkraftflusses durch das Bypassglied (4) bei Überschreiten eines definierten Kraftwertes.
  5. Kupplungsanordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet , dass das Stoßsicherungsglied (5) als Berstelement zum Deaktivieren des Bypassgliedes (4) ausgeführt ist.
  6. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine irreversible Deaktivierung des Bypassgliedes (4) nach Überschreiten eines definierten Kraftwertes.
  7. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bypassglied (4) als spangenartiges Element nicht dämpfende Elemente bzw. starre Elemente des EVK-Gliedes (1) abstützt.
  8. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet , dass das Energieverzehrglied (2) regenerativ ausgebildet ist.
  9. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Energieverzehrglied (2) ein dynamisches Dämpfungselement ist, insbesondere ein Feder-, Gashydraulik- oder Hydrostatikpuffer oder eine Kombination dieser.
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