EP2263927B1 - Übergangskupplung zum Adaptieren von Kupplungen unterschiedlicher Bauart - Google Patents

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EP2263927B1
EP2263927B1 EP09162958A EP09162958A EP2263927B1 EP 2263927 B1 EP2263927 B1 EP 2263927B1 EP 09162958 A EP09162958 A EP 09162958A EP 09162958 A EP09162958 A EP 09162958A EP 2263927 B1 EP2263927 B1 EP 2263927B1
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EP
European Patent Office
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coupling
coupler housing
transitional
insert
housing
Prior art date
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EP09162958A
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English (en)
French (fr)
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EP2263927A1 (de
Inventor
Dr. Kay Uwe Kolshorn
Siegfried Kobert
Dirk Behrens
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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Priority to AT09162958T priority patent/ATE537049T1/de
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Priority to CA2702342A priority patent/CA2702342C/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/04—Couplings for special purposes not otherwise provided for for matching couplings of different types, i.e. transitional couplings

Definitions

  • the present invention relates to a transitional coupling for adapting couplings of different types, the transitional coupling having a first connecting portion for releasably connecting the transitional clutch to a first clutch, a second connecting portion for releasably connecting the transitional clutch to a second clutch and a coupling housing for connecting the first connecting means having the second connection means.
  • a transition coupling with the features defined in the preamble of claim 1 is known from DE-A-2 951 686 known.
  • the invention relates to, for example, a transition coupling for mixed coupling between an automatic central buffer coupling and a screw coupling or AAR coupling
  • the first connection portion may be formed as a dome closure for releasably connecting the transition coupling with the coupling head of an automatic central buffer coupling
  • the second connection region as a can be formed in the towing hook of a screw or AAR clutch coupling handle can be used for releasably connecting the transitional coupling with the coupling head of a screw or AAR coupling.
  • connection area generally refers to an interface between the coupling housing of the transition coupling on the one hand and the coupling to be connected to the transition coupling.
  • the connection region may be formed, for example, as a dome closure or have a dome closure for releasably connecting the transition coupling with the Coupling head of an automatic central buffer coupling.
  • the connecting portion has a coupling bracket which can be used in the towing hook of a screw coupling or AAR coupling.
  • other embodiments for the connection area come into question.
  • a transition coupling of the type mentioned above is generally known from railway engineering and is used to connect rail vehicles equipped with different coupling systems (e.g., Scharfenberg coupling on AAR head or towing hook).
  • the placement of the transition coupling, for example, on the towing hook or AAR head is usually done manually, while the dome operation can take place automatically with the central buffer coupling.
  • a conventional transition coupling for mixed coupling between an automatic central buffer coupling and, for example, a screw coupling usually has a coupling housing in which a dome closure can be accommodated as first connection means for mechanically connecting the transition coupling with a coupling closure provided in the coupling head of an automatic central buffer coupling.
  • In the coupled state then lies on the end face of the coupling housing of the transitional coupling on the end face of the coupling head of the automatic central buffer coupling.
  • a coupling bracket which is receivable, for example, in the towing hook of a screw or AAR coupling and thus can ensure a mechanical connection of the transition coupling with the screw or the AAR coupling.
  • tensile and compressive forces are introduced into the second connecting device of the transitional coupling designed as a coupling bracket by the towing hook of the screw coupling or AAR coupling.
  • the pressure forces introduced into the coupling yoke or second connecting device are conducted via the wall of the coupling housing to the end face of the transitional coupling and transmitted from there to the end face of the coupling head of the automatic central buffer coupling that is mechanically connected to the transition coupling.
  • the dome closures may, for example, have a centerpiece rotatably mounted relative to the clutch housing via a main bolt with a coupling eye hinged thereto. In this case, there is a tensile force transmission via the respective coupling eyes, which engage in the corresponding frogs.
  • the present invention is by no means limited to a transitional coupling designed to connect an automatic central buffer coupling to a screw coupling. Rather, the invention generally relates to a transitional coupling for adapting couplings of different types, wherein the transitional coupling comprises a connecting device which is compatible with a coupling of a first type and adapted to form a detachable connection with the coupling of the first type, and wherein the transition coupling further second connecting means, which is compatible with a coupling of a second type and adapted to form a releasable connection with the coupling of the second type.
  • the first and the second connecting means are each connected to each other via the coupling housing, when the transition coupling is used for adapting the first type coupling with the second type coupling, the tensile and compressive forces occurring during operation of the first connection means transmitted via the coupling housing to the second connection means.
  • the housing of the transition coupling is used for power transmission both under tensile and compressive stress, this must have correspondingly high compressive and tensile strengths.
  • a conventional transition coupling clutch housing is usually designed in metal (investment casting). Accordingly, conventionally, a material is used which has comparatively high tensile and compressive strengths and in particular isotropic, i. has the same properties in all spatial directions.
  • the present invention is based on the problem that previous approaches to the realization of a lightweight construction in the construction of a coupling housing a transition coupling not or are not readily applicable. This is due to the fact that the transition coupling only a defined, limited space is available, so that the geometric dimensions of the designed in lightweight transition coupling must substantially correspond to the dimensions of a conventional transition coupling.
  • a transitional clutch is a relatively heavily loaded component in the power flow, to which not only compressive forces, but in particular also tensile forces act. For this reason, as a material for the clutch housing of the transition coupling, for example aluminum is out of the question, since aluminum has only comparatively low tensile strengths.
  • the present invention seeks to provide a transition coupling in the aforementioned type in lightweight construction, in particular to simplify the manual handling of the transition coupling.
  • the first connection means formed as an insert and received in a recess in the coupling housing and are firmly connected to the coupling housing / is.
  • insert as used herein is generally meant an insert which serves to force introduction into the fibers of the fiber composite material not take place directly in the region where the tensile and compressive forces are introduced into the transitional coupling. Rather, the force is introduced into the fibers of the fiber composite material only after the force introduced into the transition coupling force on the insert (insert) transmitted and thus fanned out. In this way, the occurrence of forces acting on the fibers of the composite force peaks can be prevented.
  • Fiber composite plastics are based on reinforcing fibers embedded in polymeric matrix systems. While the matrix holds the fibers in a predetermined position, transfers stresses between the fibers and protects the fibers from external influences, the reinforcing fibers gain the supporting mechanical properties.
  • Aramid, glass and carbon fibers are particularly suitable as reinforcing fibers. Since aramid fibers only expose themselves to a relatively low stiffness because of their extensibility, glass and carbon fibers can be found in stiff structural components. For highly stressed components, such as the clutch housing of a transition coupling, only carbon fibers are to be used because they show the highest specific strength.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastics
  • the invention proposes to use as the material of the coupling housing a carbon fiber reinforced plastic, wherein at least the majority of the fibers is laid in the direction of the previously calculated load paths. range way
  • a quasi-isotropic fiber architecture with equal proportions of fiber in different spatial directions is selected if loads from different directions act on these areas.
  • the outer shape of the coupling housing is based on a coupling housing in metal construction, although it is preferably deliberately omitted sharp-edged creases, beads and possibly existing stiffening ribs, which can be easily realized in investment casting constructions and are mechanically useful. Due to the fact that according to the invention, the coupling housing formed from fiber composite material has a shape adapted to a metal housing and preferably rounded rounded Abrupt directional change of the laid along force flow vectors fibers are prevented with almost identical space, resulting in a notch effect on the fibers and the failure of the structure would.
  • the fibers are designed to be stress-resistant or power flow-oriented, ie. near net shape along previously calculated force flow vectors are placed, the fibers often have to change their distance from each other, because the power flow lines converge at bottlenecks or in the areas where the tensile or compressive forces are introduced via the first and / or second connection means in the clutch housing.
  • the fibers require a constant space, they can not be deposited arbitrarily tight.
  • the fibers must be reduced at bottlenecks or in heavily loaded areas in number. In such cases, i. In heavily stressed areas of the coupling housing, gaps then form along the deposition paths of the fibers, which can adversely affect the mechanical behavior of the composite material in these heavily loaded areas.
  • the first and / or second connecting device can be used as an insert, for example as a metal or ceramic. Insert, trained and received in the clutch housing and are firmly connected to the clutch housing / is. Accordingly, finds the introduction of force into the fibers of the fiber composite material not directly in the area where the tensile and compressive forces are introduced into the transitional coupling. Rather, the introduction of force into the fibers of the fiber composite material takes place only after the force introduced into the transitional clutch is transmitted via the connecting device designed as an insert and thus fanned out. In this way, the occurrence of forces acting on the fibers of the composite force peaks can be prevented.
  • the first and / or second connection means for example as an insert, such as
  • the introduction of force into the fibers of the fiber composite material does not take place directly in the region where the tensile and compressive forces are introduced into the transitional coupling
  • the introduction of force into the fibers of the fiber composite material takes place only after the force introduced into the transitional coupling has been transferred and fanned out via the connecting device formed as an insert kender force peaks are prevented.
  • the coupling housing has a special fiber architecture which redirects pressure forces introduced into the coupling housing via the first connection device and / or via the second connection device such that they are at least partially absorbed as tensile forces by the carbon fiber composite material.
  • the coupling housing has tensile or compressive fiber regions which are spatially separated from one another at least in regions and integrated in the carbon fiber composite material, wherein the tensile forces introduced into the coupling housing via the first and / or second connecting device are essentially transmitted via the tensile fiber regions and be introduced via the first and / or second connection means introduced into the clutch housing pressure forces substantially over the Druckmaschine Kunststoffe.
  • the coupling housing being constructed by the special, suitably designed fiber architecture, a local separation of the pressure and tensile load paths is achieved, as required.
  • the special load of the clutch housing is used, which has completely different load regions under compressive and tensile load. According to these load paths, special tension and compression fiber straps are integrated in the last-mentioned implementation of the solution according to the invention.
  • the first connecting device has a dome closure for releasably connecting the transitional coupling to the coupling head of a central buffer coupling
  • the second connecting means insertable in the towing hook of a screw or AAR coupling coupling bracket for releasably connecting the transitional coupling having the coupling head of a screw coupling or AAR coupling
  • the coupling housing is a cone-shaped or funnel-shaped in horizontal longitudinal section view formed with a tapered end and extending on the longitudinal axis of the transition coupling recess, wherein formed as an insert coupling bracket received in this recess and the coupling housing is firmly connected.
  • a profile is proposed for the coupling housing, which is adapted to a coupling head of an automatic central buffer coupling, in particular to the coupling head of a Scharfenberg ® automatic center buffer coupling, which aligns the coupling head of the automatic central buffer coupling centered and even in tight turns and height offset guarantees an automatic connection of the transition coupling with the coupling head of the automatic central buffer coupling.
  • the recess provided on the tapered end of the coupling housing has a U-shaped cross-sectional shape in longitudinal section with rounded edges. In this way, it can be effectively prevented that kinks occur in the transition between the coupling hanger formed as an insert and the aligned fibers of the fiber-composite coupling housing in the force flow vectors, which can lead to a notch effect on the fibers and to the failure of the structure.
  • the coupling bracket formed as an insert has a U-shaped cross-sectional geometry in longitudinal section, further comprising a toggle pin which connects the two leg portions of the U-shaped coupling bracket and is designed , Tensile or compressive forces from the towing hook of a screw coupling or AAR coupling to transfer to the trained as an insert hanger. It is conceivable in this case, in particular, to carry out the towing hook bolt separately from the coupling bracket designed as an insert, which is accommodated in bores aligned axially with one another and provided in the two leg regions of the coupling bracket.
  • the trained as an insert coupling bracket is not only non-positively, but also positively connected to the clutch housing.
  • the towing hook bolt of the coupling bracket by the sleeve-shaped elements of the coupling bracket on the one hand and by the provided in the coupling housing and axially aligned with the sleeve-shaped elements of the coupling bracket holes on the other hand runs.
  • the peripheral peripheral region of the bore running through the coupling housing is formed as a thickened region. Since the peripheral peripheral region of this bore contributes to the initiation of the coupling hook formed on the fiber-composite construction of the coupling housing, the thickened region increases the tensile and compressive strength of the fiber architecture provided in this region of the coupling housing.
  • the transition coupling is designed for mixed coupling between an automatic central buffer coupling of the type Scharfenberg ® and a screw coupling.
  • the dome closure of the transition coupling comprises a centerpiece which can be rotated relative to the clutch housing via a vertically running main bolt and has a coupling eye hinged thereto.
  • the force introduction into the executed in fiber composite coupling housing does not take place directly over the main pin, but indirectly via the sleeve-shaped elements, so that the introduced forces are distributed over the surface distributed in the fibers of the formed in fiber composite coupling housing.
  • a failure of the structure of the formed in fiber composite construction clutch housing in the region of the main bolt can be effectively prevented.
  • the basic body formed by fiber composite construction is formed in one piece as a wound body, which is constructed from carbon fibers in the form of continuous fibers. Accordingly, it lends itself to the production of the coupling housing, the so-called Tailored Fiber Placement (TFP) method, in which fibers are attached by means of embroidery on flat surfaces, such as glass or carbon fiber fabrics.
  • TFP Tailored Fiber Placement
  • the fixation can take place with different suture materials.
  • polyester yarns hardly contribute to the strength of the subsequent CFRP material, aramid, glass or carbon sewing threads can improve interlaminar shear strength.
  • the prepreg process is based on thin slivers of parallel continuous filaments preimpregnated with a viscous polymer resin.
  • the prepregs are provided on both sides with release papers or foils and are processed by rollers. The material is cut to size and then built up in layers according to a laying plan.
  • the prepreg method is particularly suitable for relatively large and slightly curved components and not for complex three-dimensional constructions, it is preferred for the preparation of the clutch housing used in the transition coupling according to the invention to choose the so-called infiltration process.
  • the illustrated in the drawings embodiment of the transition coupling 1 according to the invention is designed in lightweight construction and consists of a coupling housing 10, which is formed of fiber composite material.
  • a coupling closure 5 is received as a first connection means, which serves for releasably connecting the transitional coupling 1 with the coupling head of an automatic central buffer coupling.
  • the transition coupling 1 shown in the drawings is designed to couple with a Scharfenberg® automatic center- fetching coupling.
  • the dome closure 5 accommodated in the clutch housing 10 formed from fiber composite material has, in particular, a center piece 6, which is rotatably mounted relative to the clutch housing 10 via a vertically extending main bolt 8.
  • a coupling eye 7 is articulated, which serves to engage in a heart of a to be coupled with the transition coupling 1 automatic central buffer coupling.
  • the dome closure 5 in addition to the already mentioned core 6, which is rotatably mounted on the main pin 8 in the clutch housing 10, and on which the coupling eye 7 is hinged, also tension springs, spring bearings and a ram-type pawl bar to permit automatic coupling and decoupling of the transitional clutch 1 with an automatic center-buffer clutch of the Scharfenberg® type, for example. Accordingly, it is preferable if the dome closure 5 accommodated in the coupling housing 10 is designed as a conventional rotary closure and is designed to be mechanically detachably connected to the coupling head of an automatic central buffer coupling.
  • the heart 6, the main pin 8 and the dome 7 are executed in metal construction (investment casting).
  • the dome closure 5 forming components - such as the coupling housing 10 - are executed in fiber composite construction.
  • coupling eye 7 in hybrid construction, as shown in the illustration of Fig. 7 can be removed.
  • Coupling eye 7 shown are the areas of coupling dome 7, which serve for tensile force on the core 6 of the dome closure 5, as an insert, such as metal inserts executed while the middle part of the dome 7 is at least partially formed of fiber composite material.
  • the dome closure 5 accommodated in the coupling housing 10 serves to transmit tensile forces when the transitional coupling 1 is mechanically connected to the coupling head of an automatic central buffer coupling which is not explicitly shown in the drawings. Pressure forces, however, are transmitted via the flat end face 11 of the clutch housing 10.
  • the coupling housing 10 has a profile consisting of a wide, flat edge 13 and conical and funnel-shaped guide surfaces. This profile aligns the transitional clutch 1 with respect to an automatic central buffer coupling to be mechanically connected to the transitional clutch 1, centering it and allowing it to slide into each other even in tight bends and when displaced vertically.
  • the representation in Fig. 3b the integrally formed with the coupling housing 10 end face 11 of the coupling housing 10 is provided with a wide, flat edge 13, on the addition of a common flat rim 12 is placed.
  • This ring 12 which is additionally provided in comparison with a metal-type coupling housing, increases the contact area between the end face 11 of the coupling housing 10 formed of fiber composite material with the end face of a coupling head mechanically connected to the transition coupling 1 an automatic central buffer coupling. Due to the enlarged contact area thus achieved, a concentration of the force flow vectors on the end face 11 of the coupling housing 10 is prevented or reduced during pressure force transmission.
  • FIG Fig. 2 in an advantageous embodiment of the transition coupling 1 according to the invention a metal plate-shaped end plate 2 is provided, which is detachably connected to the end face 11 of the executed in fiber composite construction coupling housing 10.
  • the formed in fiber composite construction coupling housing 10 of the transition coupling 1 may also have a likewise formed in fiber composite construction end face 11 which is formed integrally with the coupling housing 10.
  • This end face 11 preferably has a funnel 14 for receiving the coupling eye of an automatic central buffer coupling to be mechanically connected to the transition coupling 1.
  • Adjacent to the funnel 14 formed in the end face 11 of the coupling housing 10 is in the in Fig. 1 illustrated transition coupling 1 further formed on the end face 11 of the coupling housing 10, a cone 15 in fiber composite construction.
  • the end face 11 of the transitional coupling 1 has a profile which is compatible with the profile of a coupling head of an automatic central buffer coupling.
  • a coupling bracket 16 running which is used in the draw hook 100 of a screw coupling for releasably connecting the transitional coupling 1 with the screw coupling.
  • the running in fiber composite coupling housing 10 at its end face 11 opposite end portion a corresponding recess 17 which extends on the longitudinal axis of the transitional coupling 1.
  • this recess 17 of the insert, such as metal insert executed coupling bracket 16 is added and firmly connected to the fiber composite material of the coupling housing 10, in particular glued.
  • the insert 16 forming the hanger 16, such as metal insert, is separate in FIG Fig. 5a shown and has a cross-sectionally U-shaped geometry, so that the inserted in the recess insert member forms a running on the longitudinal axis of the transition coupling 1 groove 18. As in Fig. 1 and Fig. 2 indicated, in this groove 18 of the hitch 100 a screw coupling can be used.
  • the coupling bracket 16 is also conceivable to form the coupling bracket of two formed as an insert supporting structures, which are made entirely from a CFRP. At both ends metal bushes can be integrated into which bolts are pressed to connect the two support structures together. These bolts are thickened in the central region between the two support structures and terminate laterally flush with the support structures. As impact protection, half-shell-shaped metal elements can be mounted (eg welded) on the side inclined to the end face.
  • the coupling bracket 16 formed at the rear end of the transitional coupling 1 has a toggle pin 19 which bridges the groove 18 extending in the longitudinal direction of the transitional coupling 1 and connects the leg portions 16.1, 16.2 of the coupling bracket 16 formed as an insert, such as a metal insert.
  • the tow hook 19 is shown in a separate illustration in FIG Fig. 5b shown. It is preferably made in metal construction and can be firmly connected to the designed as an insert, such as metal insert, clutch hanger 16.
  • the towing hook bolt 19 on the one hand and the coupling bracket 16 designed as an insert, such as a metal insert, for example, are each designed as separate components.
  • the formed at the rear end of the formed in fiber composite coupling housing 10 recess 17 has a corresponding rounded geometry to a steady flow as possible of the force flow vectors at the transition between the designed as an insert, such as metal insert, coupling bracket 16 and the Fiber composite material of the clutch housing 10 to ensure.
  • the coupling bracket 16 designed as an insert, such as a metal insert, is - as already mentioned - integrally connected to the fiber composite material of the coupling housing 10 via its extensively formed leg regions 16.1, 16.2, in particular adhesively bonded.
  • a positive connection is also provided in the illustrated embodiment of the transition coupling 1 according to the invention.
  • sleeve-shaped elements 20 are respectively formed or provided on the outer surfaces on the two leg regions 16.1, 16.2 of the coupling bracket 16 designed as an insert, such as a metal insert, for example (cf. Fig. 5a ). These sleeve-shaped elements 20 are each received in a form-fitting manner in a horizontally extending bore 21 in the coupling housing 10 made of fiber composite material (cf. Fig. 3a ).
  • coupling bracket 16 of the already mentioned towing hook bolt 19 runs.
  • the respective ends of the tow hook 19 are secured by means of a thickening 22 and a nut accordingly to a falling out of the tow hook 19th From the horizontally extending bore 21 or from the recorded in the horizontally extending bore 21 sleeve-shaped elements 20 of the clutch bracket 16 to prevent.
  • the main pin 8 is connected in a similar manner with the formed in fiber composite construction clutch housing 10.
  • preferred embodiment of the transition coupling 1 sleeve-shaped elements 23 are preferably provided in metal, through which the vertical main pin 8 of the dome closure 5 is guided, and which are received in a vertical bore 24 in the clutch housing 10 formed of fiber composite material ,
  • the preferably formed as an insert, such as metal inserts sleeve-shaped elements 23 are separately in Fig. 6a shown.
  • the peripheral circumference of the provided in the clutch housing 10 and extending in the longitudinal direction of the main pin 8 bore 24 is preferably formed as a thickened region 26, wherein the sleeve-shaped elements 23 have an outwardly projecting collar 27 which rests on the thickened region 26 ,
  • sleeve-shaped components 20 and 23 for receiving the tow hook 19 and for receiving the main pin 8 ensures that the forces transmitted from the main pin 8 and the tow hook 19 on the trained in fiber composite coupling housing 10 forces are introduced over a large area in the fiber composite material , Thus, the force is introduced into the fiber composite material as large as possible, so that in particular a concentration of force flow vectors at the force introduction points can be prevented.
  • the formed in fiber composite construction clutch housing 10 has a total of a coupling housing 10 in metal construction adapted, but rounded shape.
  • the geometric dimension of the transition coupling 1 according to the invention substantially corresponds to the dimension of a conventional transition coupling in metal construction, so that for the use of the transition coupling 1 available installation space is not exceeded.
  • the rounded shape of the executed in fiber composite construction coupling housing 10 is used to avoid sharp-edged kinks, beads, etc. In this way it is possible to design the fibers along the expected force flow vectors in the formation of the coupling housing 10 in fiber composite construction, whereby abrupt changes in direction in sharp edges are avoided. Such changes of direction would lead to a notch effect on the fibers and failure of the structure.
  • the invention provides that within the formed in fiber composite construction coupling housing 10, the fibers are laid along previously calculated force flow vectors, so that the fibers are designed power flow justice. Since the laying down of the fibers along the previously calculated force flow vectors can lead to three-dimensional fiber progressions, it is preferable to build up the wall of the coupling housing 10 in layers and to realize an optimized fiber course within each layer. In this way, a specific fiber architecture is realized in order to obtain the expected load cases adapted properties of the coupling housing 10 of the transition coupling 1. In this case, it is preferable to choose a quasi-isotropic fiber architecture, for example, with equal proportions of fiber in the tensile and compressive directions.
  • carbon fibers in the form of continuous fibers.
  • a so-called precursor is used, i. it is based on a carbon-rich polymer, which can be relatively easily spun into continuous fibers, and converts it in a subsequent pyrolysis step to a carbon fiber.
  • Carbon fibers generally consist of parallel continuous filaments and are also referred to in technical language as "rovings".
  • the clutch housing 10 it is preferable for the production of the fiber-composite construction of the clutch housing 10, using the TFP method to position the carbon fibers along previously calculated paths that correspond to the calculated force flow vectors, near net shape.
  • the clutch housing 10 to be manufactured in fiber composite construction has a relatively complex three-dimensional shape, which is similar to the shape of a metal-housing coupling housing 10, it can not be avoided with the TFP method that the continuous carbon fibers in particular at the front and rear of the clutch housing 10 along relatively tight curve radii must be laid. With tight curve radii, however, the stored rovings tend to tilt or stand up in the curve area. Filaments on the inside curve of the depositing track would have to be compressed or stretched on the outer curve. However, since the stiffness of the reinforcing fibers does not allow length compensation, the filaments deviate from the tensile and compressive stresses, resulting in a reduction in the strength of the structure.
  • the fiber-composite construction of the clutch housing 10 is a winding body, wherein the endless carbon fibers are stored as loops.
  • the invention is not limited to the embodiments of the transitional coupling 1 previously described with reference to the drawings.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übergangskupplung zum Adaptieren von Kupplungen unterschiedlicher Bauart, wobei die Übergangskupplung einen ersten Verbindungsbereich zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit einer ersten Kupplung, einen zweiten Verbindungsbereich zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit einer zweiten Kupplung sowie ein Kupplungsgehäuse zum Verbinden der ersten Verbindungseinrichtung mit der zweiten Verbindungseinrichtung aufweist.
  • Eine Übergangskupplung mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmalen ist aus der DE-A-2 951 686 bekannt.
  • Demgemäß betrifft die Erfindung beispielsweise eine Übergangskupplung zum gemischten Kuppeln zwischen einer automatischen Mittelpufferkupplung und einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung, wobei der erste Verbindungsbereich als Kuppelverschluss ausgebildet sein kann zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit dem Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung, und wobei der zweite Verbindungsbereich als ein in den Zughaken einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung einsetzbaren Kupplungsbügel ausgebildet sein kann zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit dem Kupplungskopf einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung.
  • Unter dem hierin verwendeten Begriff "Verbindungsbereich" ist allgemein eine Schnittstelle zwischen dem Kupplungsgehäuse der Übergangskupplung einerseits und der mit der Übergangskupplung zu verbindenden Kupplung zu verstehen. Der Verbindungsbereich kann beispielsweise als Kuppelverschluss ausgebildet sein bzw. einen Kuppelverschluss aufweisen zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit dem Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung. Andererseits ist es denkbar, dass der Verbindungsbereich einen Kupplungsbügel aufweist, der in den Zughaken einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung einsetzbar ist. Selbstverständlich kommen aber auch andere Ausführungsformen für den Verbindungsbereich in Frage.
  • Eine Übergangskupplung der eingangs genannten Art ist allgemein aus der Eisenbahntechnik bekannt und wird eingesetzt, um Schienenfahrzeuge zu verbinden, die mit unterschiedlichen Kupplungssystemen ausgestattet sind (z.B. Scharfenberg-Kupplung auf AAR-Kopf oder Zughaken). Das Aufsetzen der Übergangskupplung beispielsweise auf den Zughaken bzw. AAR-Kopf erfolgt in der Regel manuell, während der Kuppelvorgang mit der Mittelpufferkupplung automatisch stattfinden kann.
  • Eine herkömmliche Übergangskupplung zum gemischten Kuppeln zwischen einer automatischen Mittelpufferkupplung und beispielsweise einer Schraubenkupplung weist in der Regel ein Kupplungsgehäuse auf, in welchem als erste Verbindungseinrichtung ein Kuppelverschluss aufgenommen sein kann zum mechanischen Verbinden der Übergangskupplung mit einem in dem Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung vorgesehenen Kuppelverschluss. Im gekuppelten Zustand liegt dann die Stirnfläche des Kupplungsgehäuses der Übergangskupplung an der Stirnfläche des Kupplungskopfes der automatischen Mittelpufferkupplung an.
  • An dem der Stirnfläche der Übergangskupplung gegenüberliegenden Ende kann als zweite Verbindungseinrichtung ein Kupplungsbügel vorgesehen sein, welcher beispielsweise in den Zughaken einer Schraubenkupplung oder einer AAR-Kupplung aufnehmbar ist und demnach eine mechanische Verbindung der Übergangskupplung mit der Schraubenkupplung bzw. der AAR-Kupplung gewährleisten kann.
  • Im Betrieb werden von dem Zughaken der Schraubenkupplung bzw. AAR-Kupplung Zug- und Druckkräfte in die als Kupplungsbügel ausgebildete zweite Verbindungseinrichtung der Übergangskupplung eingeleitet. Die in den Kupplungsbügel bzw. zweite Verbindungseinrichtung eingeleiteten Druckkräfte werden über die Wandung des Kupplungsgehäuses zur Stirnfläche der Übergangskupplung geleitet und von dort auf die Stirnfläche des mit der Übergangskupplung mechanisch verbundenen Kupplungskopfes der automatischen Mittelpufferkupplung übertragen.
  • Andererseits werden Zugkräfte über die erste Verbindungseinrichtung, wie etwa die mechanisch miteinander verbundenen Kuppelverschlüsse der Übergangskupplung und der automatischen Mittelpufferkupplung, übertragen. Die Kuppelverschlüsse können beispielsweise ein über einen Hauptbolzen relativ zum Kupplungsgehäuse drehbar gelagertes Herzstück mit einer daran angelenkten Kuppelöse aufweisen. Dabei erfolgt eine Zugkraftübertragung über die jeweiligen Kuppelösen, welche in den entsprechenden Herzstücken eingreifen.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls auf eine Übergangskupplung beschränkt ist, welche ausgelegt ist, eine automatische Mittelpufferkupplung mit einer Schraubenkupplung zu verbinden. Vielmehr betrifft die Erfindung allgemein eine Übergangskupplung zum Adaptieren von Kupplungen unterschiedlicher Bauart, wobei die Übergangskupplung eine Verbindungseinrichtung aufweist, welche kompatibel mit einer Kupplung einer ersten Bauart und ausgelegt ist, eine lösbare Verbindung mit der Kupplung der ersten Bauart auszubilden, und wobei die Übergangskupplung ferner eine zweite Verbindungseinrichtung aufweist, welche kompatibel mit einer Kupplung einer zweiten Bauart und ausgelegt ist, eine lösbare Verbindung mit der Kupplung der zweiten Bauart auszubilden.
  • Da bei der gattungsgemäßen Übergangskupplung die erste und die zweite Verbindungseinrichtung jeweils über das Kupplungsgehäuse miteinander verbunden sind, werden - wenn die Übergangskupplung zum Adaptieren von der Kupplung der ersten Bauart mit der Kupplung der zweiten Bauart verwendet wird - die im Betrieb auftretenden Zug- und Druckkräfte von der ersten Verbindungseinrichtung über das Kupplungsgehäuse zu der zweiten Verbindungseinrichtung übertragen.
  • Da demnach sowohl bei Zug- als auch Druckbeanspruchung das Gehäuse der Übergangskupplung zur Kraftübertragung herangezogen wird, muss dieses entsprechend hohe Druck- und Zugfestigkeiten aufweisen. Aus diesem Grund ist das bei einer herkömmlichen Übergangskupplung vorgesehene Kupplungsgehäuse üblicherweise in Metallbauweise (Feinguss) ausgeführt. Demnach kommt herkömmlich ein Werkstoff zum Einsatz, welcher vergleichsweise hohe Zug- und Druckfestigkeiten aufweist und insbesondere isotrope, d.h. in alle Raumrichtungen gleiche, Eigenschaften hat.
  • Der Nachteil bei einer herkömmlichen aus der Eisenbahntechnik bekannten und vorstehend beschriebenen Übergangskupplung ist darin zu sehen, dass aufgrund der insbesondere für das Kupplungsgehäuse gewählten Metallbauweise ein manuelles Einsetzen der Übergangskupplung in die Schnittstelle zwischen den zu adaptierenden Kupplungen, wie beispielsweise in den Zughaken einer Schraubenkupplung bzw. AAR-Kupplung, erschwert ist.
  • Demnach ist man seit Längerem bemüht, durch Leichtbaukonstruktionen eine Übergangskupplung zu gestalten, die sich manuell leichter handhaben lässt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, dass bisherige Ansätze zur Verwirklichung einer Leichtbauweise bei der Konstruktion eines Kupplungsgehäuses einer Übergangskupplung nicht bzw. nicht ohne Weiteres anwendbar sind. Dies liegt zum einen daran, dass der Übergangskupplung nur ein definierter, begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, so dass die geometrischen Abmessungen der in Leichtbauweise ausgeführten Übergangskupplung den Abmessungen einer herkömmlichen Übergangskupplung im Wesentlichen entsprechen muss. Andererseits handelt es sich bei einer Übergangskupplung um ein im Kraftfluss befindliches relativ stark belastetes Bauteil, an dem nicht nur Druckkräfte, sondern insbesondere auch Zugkräfte angreifen. Aus diesem Grund kommt als Material für das Kupplungsgehäuse der Übergangskupplung beispielsweise Aluminium nicht in Frage, da Aluminium nur vergleichsweise niedrige Zugfestigkeiten aufweist.
  • Auf Grundlage dieser Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Übergangskupplung in der eingangs genannten Art in Leichtbauweise auszubilden, um insbesondere das manuelle Handling der Übergangskupplung zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Übergangskupplung nach Anspruch 1 gelöst.
  • In einer möglichen Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung ist es zusätzlich denkbar, dass zur Einleitung von Zug- und Druckkräfte in das Kupplungsgehäuse die erste Verbindungseinrichtung als Insert ausgebildet und in einer Aussparung in dem Kupplungsgehäuse aufgenommen und fest mit dem Kupplungsgehäuse verbunden sind/ist.
  • Unter dem hierin verwendeten Begriff "Insert" ist allgemein ein Einsatzteil zu verstehen, welches dazu dient, dass eine Krafteinleitung in die Fasern des Faserverbundwerkstoffes nicht unmittelbar in dem Bereich stattfindet, wo die Zug- und Druckkräfte in die Übergangskupplung eingeleitet werden. Vielmehr erfolgt die Krafteinleitung in die Fasern des Faserverbundwerkstoffes erst nachdem die in die Übergangskupplung eingeleitete Kraft über das Einsatzteil (Insert) übertragen und somit aufgefächert wurde. Auf diese Weise kann das Auftreten von auf die Fasern des Verbundwerkstoffes einwirkenden Kraftspitzen verhindert werden.
  • Faserverbundkunststoffe sind auf in polymere Matrixsysteme eingebetteten Verstärkungsfasern aufgebaut. Während die Matrix die Fasern in einer vorbestimmten Position hält, Spannungen zwischen den Fasern überträgt und die Fasern vor äußeren Einflüssen schützt, kommen den Verstärkungsfasern die tragenden mechanischen Eigenschaften zu. Als Verstärkungsfasern sind insbesondere Aramid-, Glas- und Kohlenstofffasern geeignet. Da Aramidfasern aufgrund ihrer Dehnbarkeit nur eine relativ niedrige Steifigkeit aussetzen, sind Glas- und Kohlenstofffasern in steifen Strukturbauteilen zu finden. Bei hochbelasteten Bauteilen, wie etwa dem Kupplungsgehäuse einer Übergangskupplung, sind ausschließlich Kohlenstofffasern zu verwenden, da sie die höchste spezifische Festigkeit zeigen.
  • Zwar ist bereits beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik bekannt, dass kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit haben und deshalb für strukturelle bzw. lasttragende Strukturen interessant sein könnten, problematisch ist allerdings, dass die mechanischen Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen anisotrop, d.h. richtungsabhänging sind. Die Zugfestigkeit quer zur Faserrichtung beträgt je nach Faserart nur etwa 5% der Zugfestigkeit in Faserrichtung. Demnach scheint auf den ersten Blick ein in Faserverbundbauweise ausgeführtes Kupplungsgehäuse für den Einsatz bei einer Übergangskupplung ungeeignet zu sein.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass zur Konstruktion des Kupplungsgehäuses der Übergangskupplung eine bestimmte Faserarchitektur realisiert werden sollte, um an die zu erwartenden Lastfälle angepasste Eigenschaften zu erhalten. Im Einzelnen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, als Material des Kupplungsgehäuses einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff einzusetzen, wobei zumindest der Großteil der Fasern in Richtung der zuvor berechneten Lastpfade verlegt ist. Bereichsweise wird ggf. eine quasiisotrope Faserarchitektur mit gleichgroßen Faseranteilen in verschiedenen Raumrichtungen gewählt, wenn in diese Bereiche Lasten aus verschiedenen Richtungen einwirken.
  • Ferner ist die äußere Form des Kupplungsgehäuses an ein Kupplungsgehäuse in Metallbauweise angelehnt, wobei allerdings vorzugsweise auf scharfkantige Knicke, Sicken und ggf. vorhandene Aussteifungsrippen, die bei Feingusskonstruktionen leicht realisiert werden können und mechanisch sinnvoll sind, bewusst verzichtet wird. Dadurch, dass erfindungsgemäß das aus Faserverbundwerkstoff gebildete Kupplungsgehäuse eine an ein Kupplungsgehäuse in Metallbauweise angepasste und vorzugsweise abgerundete Formgebung aufweist, werden bei nahezu identischem Bauraum abrupte Richtungswechsel der entlang von Kraftflussvektoren gelegten Fasern verhindert, was zu einer Kerbwirkung auf die Fasern und zum Versagen der Struktur führen würde.
  • Aufgrund der Tatsache, dass das Kupplungsgehäuse der Übergangskupplung eine vergleichsweise komplexe dreidimensionale Geometrie aufweist, ist es problematisch, aus dem Stand der Technik bekannte Prozesse zur Herstellung von Verbundwerkstoffen einzusetzen. Da, wie bereits ausgeführt, bei dem Kupplungsgehäuse der erfindungsgemäßen Übergangskupplung die Fasern beanspruchungsgerecht bzw. kraftflussgerecht ausgelegt sind, d.h. endkonturnah entlang zuvor berechneter Kraftflussvektoren gelegt sind, müssen die Fasern häufig ihren Abstand zueinander ändern, weil die Kraftflusslinien an Engstellen bzw. in den Bereichen zusammenlaufen, wo beim Kupplungsgehäuse die Zug- bzw. Druckkräfte über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung eingeleitet werden. Da allerdings die Fasern einen konstanten Raum beanspruchten, lassen sie sich nicht beliebig dicht ablegen. Vielmehr müssen die Fasern an Engstellen bzw. in stark belasteten Bereichen in ihrer Anzahl reduziert werden. In solchen Fällen, d.h. bei stark beanspruchten Bereichen des Kupplungsgehäuses, entstehen dann Lücken entlang der Ablagebahnen der Fasern, die das mechanische Verhalten des Verbundwerkstoffes in diesen stark belasteten Bereichen negativ beeinflussen können.
  • Um dies zu verhindern, ist bei einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass zur Einleitung von über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung in das Kupplungsgehäuse übertragenen Zug- und Druckkräften die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung als Insert, beispielsweise als Metalloder Keramik-Insert, ausgebildet und in dem Kupplungsgehäuse aufgenommen und fest mit dem Kupplungsgehäuse verbunden sind/ist. Demnach findet die Krafteinleitung in die Fasern des Faserverbundwerkstoffes nicht unmittelbar in dem Bereich statt, wo die Zug- und Druckkräfte in die Übergangskupplung eingeleitet werden. Vielmehr erfolgt die Krafteinleitung in die Fasern des Faserverbundwerkstoffes erst nachdem die in die Übergangskupplung eingeleitete Kraft über die als Insert ausgebildete Verbindungseinrichtung übertragen und somit aufgefächert wurde. Auf diese Weise kann das Auftreten von auf die Fasern des Verbundwerkstoffes einwirkenden Kraftspitzen verhindert werden.
  • Demnach bleibt festzuhalten, dass aufgrund der besonderen Konstruktion des Kupplungsgehäuses der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen möglich ist, wodurch auch bei dem hochbelasteten Kupplungsgehäuse ein maximaler Gewichtsvorteil gegenüber Metallbauweisen bei gleicher spezifischer Festigkeit und Steifigkeit erzielbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Übergangskupplung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Wie bereits zuvor angedeutet, ist bei einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass zur Einleitung von über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung in das Kupplungsgehäuse übertragenen Zug- und Druckkräften die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung als Insert, beispielsweise als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert" ausgebildet und in dem Kupplungsgehäuse aufgenommen und fest mit dem Kupplungsgehäuse verbunden sind/ist. Demnach findet die Krafteinleitung in die Fasern des Faserverbundwerkstoffes nicht unmittelbar in dem Bereich statt, wo die Zug- und Druckkräfte in die Übergangskupplung eingeleitet werden. Vielmehr erfolgt die Krafteinleitung in die Fasern des Faserverbundwerkstoffes erst nachdem die in die Übergangskupplung eingeleitete Kraft über die als Insert ausgebildete Verbindungseinrichtung übertragen und somit aufgefächert wurde. Auf diese Weise kann das Auftreten von auf die Fasern des Verbundwerkstoffes einwirkenden Kraftspitzen verhindert werden.
  • Andererseits ist es bevorzugt, wenn das Kupplungsgehäuse eine spezielle Faserarchitektur aufweist, welche in das Kupplungsgehäuse über die erste Verbindungseinrichtung und/oder über die zweite Verbindungseinrichtung eingeleitete Druckkräfte derart umleitet, dass diese zumindest teilweise als Zugkräfte von dem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff aufgenommen werden.
  • Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, dass das Kupplungsgehäuse Zugoder Druckfaserbereiche aufweist, welche örtlich voneinander zumindest bereichsweise getrennt und in dem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff integriert sind, wobei die über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung in das Kupplungsgehäuse eingeleiteten Zugkräfte im Wesentlichen über die Zugfaserbereiche und die über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung in das Kupplungsgehäuse eingeleiteten Druckkräfte im Wesentlichen über die Druckfaserbereiche aufgenommen werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird, indem das Kupplungsgehäuse durch die spezielle, beanspruchungsgerecht ausgelegte Faserarchitektur aufgebaut ist, beanspruchungsgerecht eine örtliche Trennung der Druck- und Zugbelastungspfade erreicht. Hierbei wird die spezielle Belastung des Kupplungsgehäuses ausgenutzt, der bei Druck- und Zugbelastung vollkommen andere Belastungsregionen aufweist. Entsprechend dieser Lastpfade werden bei der zuletzt genannten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung spezielle Zug- und Druckfasergurte integriert.
  • Bei einer möglichen Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung, bei welcher die erste Verbindungseinrichtung einen Kuppelverschluss zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit dem Kupplungskopf einer Mittelpufferkupplung aufweist, und bei welcher die zweite Verbindungseinrichtung einen in den Zughaken einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung einsetzbaren Kupplungsbügel zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung mit dem Kupplungskopf einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung aufweist, ist vorgesehen, dass der zuvor erwähnte Druckfaserbereich als ein im Kohlenstofffaserverbundwerkstoff integrierter Druckgurt ausgebildet ist, welcher von einer zugseitigen Stirnfläche des Kupplungsgehäuses zu einem druckkraftaufnehmenden Bereich des Kupplungsbügels läuft, und das der zuvor erwähnte Zugfaserbereich als ein im Kohlenstofffaserverbundwerkstoff integrierter Zuggurt ausgebildet ist, welcher einen Hauptbolzen des Kuppelverschlusses mit einem zugkraftaufnehmenden Bereich des Kupplungsbügels verbindet.
  • Diese örtliche Trennung der Druck- und Zugbelastungspfade bzw. der druckkraftaufnehmenden und zugkraftaufnehmenden Bereiche des Kupplungskopfes ist äußerst ungewöhnlich, da in der Regel Zug- und Druckbelastungen die gleichen Pfade nehmen. Indem bewusst eine örtliche Trennung der Druck- und Zugbelastungspfade gewählt wird, kann wirkungsvoll verhindert werden, dass die CFK-Strukur des Kupplungskopfes beide Lasten gleichermaßen aufnehmen muss. Durch die nach der erfindungsgemäßen Lösung vorgeschlagenen örtlichen Trennung der druckkraftaufnehmenden und zugkraftaufnehmenden Bereiche desder CFK-Struktur des Kupplungskopfes lässt sich der CFK-Werkstoff besser ausnutzen.
  • Andererseits ist es grundsätzlich denkbar, dass das Kupplungsgehäuse ein in horizontaler Längsschnittansicht kegel- oder trichterförmiges Profil mit einer an seinem verjüngten Ende ausgebildeten und auf der Längsachse der Übergangskupplung verlaufenden Ausnehmung ausgebildet ist, wobei ein als Insert ausgebildeter Kupplungsbügel in dieser Ausnehmung aufgenommen und mit dem Kupplungsgehäuse fest verbunden ist. Demnach wird für das Kupplungsgehäuse ein Profil vorgeschlagen, welches an einen Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung, insbesondere an den Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung vom Scharfenberg®-Typ angepasst ist, welches den Kupplungskopf der automatischen Mittelpufferkupplung ausrichtet, diesen zentriert und auch in engen Kurven und bei Höhenversatz eine automatische Verbindung der Übergangskupplung mit dem Kupplungskopf der automatischen Mittelpufferkupplung garantiert.
  • Dadurch, dass der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel in einer am verjüngten Ende des Kupplungsgehäuses ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen und mit dem Kupplungsgehäuse fest verbunden ist, wird sichergestellt, dass die von einem Zughaken einer Schraubenkupplung auf den Kupplungsbügel übertragenen Kräfte flächig in das Material des Kupplungsgehäuses und insbesondere in die entlang der zuvor berechneten Kraftflussbahnen ausgerichteten Fasern eingeleitet werden kann.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die am verjüngten Ende des Kupplungsgehäuses vorgesehene Ausnehmung eine in Längsschnittansicht U-förmige Querschnittsformgebung mit abgerundeten Kanten aufweist. Auf diese Weise kann wirkungsvoll verhindert werden, dass beim Übergang zwischen dem als Insert ausgebildeten Kupplungsbügel und den ausgerichteten Fasern des in Faserverbundbauweise ausgeführten Kupplungsgehäuses in den Kraftflussvektoren Knicke auftreten, was zu einer Kerbwirkung auf die Fasern und zum Versagen der Struktur führen kann.
  • In einer bevorzugten Realisierung der Übergangskupplung der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel eine in Längsschnittansicht U-förmige Querschnittsgeometrie aufweist, wobei ferner ein Zughakenbolzen vorgesehen ist, welcher die beiden Schenkelbereiche des U-förmig ausgebildeten Kupplungsbügels miteinander verbindet und ausgelegt ist, Zug- oder Druckkräfte von dem Zughaken einer Schraubenkupplung oder einer AAR-Kupplung auf den als Insert ausgebildeten Kupplungsbügel zu übertragen. Denkbar hierbei ist es insbesondere, den Zughakenbolzen separat von dem als Insert ausgebildeten Kupplungsbügel auszuführen, welcher in axial miteinander fluchtenden und in den beiden Schenkelbereichen des Kupplungsbügels vorgesehenen Bohrungen aufgenommen ist.
  • Um eine möglichst stabile Verbindung zwischen dem als Insert ausgebildeten Kupplungsbügel und dem in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuse erzielen zu können, ist in einer bevorzugten Realisierung der Übergangskupplung vorgesehen, dass der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel hülsenförmige Elemente aufweist, welche mit den in den Schenkelbereichen des Kupplungsbügels ausgebildeten Bohrungen axial fluchten. Diese hülsenförmigen Elemente sind wiederum in Bohrungen aufgenommen, welche durch das Kupplungsgehäuse laufen. Demnach ist der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel nicht nur kraftschlüssig, sondern auch formschlüssig mit dem Kupplungsgehäuse verbunden.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Zughakenbolzen des Kupplungsbügels durch die hülsenförmigen Elemente des Kupplungsbügels einerseits und durch die im Kupplungsgehäuse vorgesehenen und mit den hülsenförmigen Elementen des Kupplungsbügels axial fluchtenden Bohrungen andererseits läuft. Dies ermöglicht es, dass der Zughakenbolzen - bei Bedarf - ausgetauscht werden kann, ohne dass hierzu der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel von dem in Faserverbundbauweise ausgeführten Kupplungsgehäuse getrennt werden muss.
  • Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übergangskupplung ist es insbesondere von Vorteil, wenn der periphere Umfangsbereich der durch das Kupplungsgehäuse laufenden Bohrung als aufgedickter Bereich ausgebildet ist. Da der periphere Umfangsbereich dieser Bohrung einen Beitrag zur Einleitung der von dem Zughakenbolzen auf das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse liefert, erhöht der aufgedickte Bereich die Zug- und Druckfestigkeit der in diesem Bereich des Kupplungsgehäuses vorgesehenen Faserarchitektur.
  • Vorzugsweise ist die Übergangskupplung ausgelegt zum gemischten Kuppeln zwischen einer automatischen Mittelpufferkupplung vom Typ Scharfenberg® und einer Schraubenkupplung. Für diesen Fall umfasst der Kuppelverschluss der Übergangskupplung ein über einen vertikal verlaufenden Hauptbolzen relativ zum Kupplungsgehäuse verdrehbares Herzstück mit einer daran angelenkten Kuppelöse. Da zumindest die Zugkräfte, welche von einer mit der Übergangskupplung verbundenen automatischen Mittelpufferkupplung auf die Übergangskupplung übertragen werden, dann über das Herzstück und den Hauptbolzen in das in Faserverbundbauweise ausführte Kupplungsgehäuse übertragen werden, ist es bevorzugt, wenn der obere und/oder untere Endbereich des Hauptbolzens in einem als Insert ausgebildeten hülsenförmigen Element gelagert sind/ist, welches in einer im Grundkörper vorgesehenen und in Längsrichtung des Hauptbolzens verlaufenden Bohrung eingesetzt und mit dem Grundkörper fest verbunden ist. Demnach findet bei dieser bevorzugten Realisierung der Übergangskupplung die Krafteinleitung in das in Faserverbundbauweise ausgeführte Kupplungsgehäuse nicht direkt über den Hauptbolzen, sondern indirekt über die hülsenförmigen Elemente statt, so dass die eingeleiteten Kräfte flächig verteilt in die Fasern des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses eingeleitet werden. Auf diese Weise kann wirksam ein Versagen der Struktur des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses im Bereich des Hauptbolzens verhindert werden.
  • Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn der in Faserverbundbauweise ausgebildete Grundkörper einstückig als Wickelkörper.ausgebildet ist, welcher aus Kohlenstofffasern in Form von Endlosfasern aufgebaut ist. Demnach bietet es sich für die Herstellung des Kupplungsgehäuses das sogenannte Tailored-Fibre-Placement (TFP-) Verfahren an, bei welchem Fasern mittels Sticktechnik auf flächigen Untergründen, wie beispielsweise Glas- oder Kohlenstofffasergeweben, befestigt werden. Die Fixierung kann dabei mit verschiedenen Nähfadenmaterialien stattfinden. Während beispielsweise Polyesterfäden kaum zur Festigkeit des späteren CFK-Materials beitragen, können Aramit-, Glas- oder Karbonnähfäden die interlaminare Scherfestigkeit verbessern. Auch ist es grundsätzlich möglich, schmelzbare Nähfäden einzubringen, die sich während der Infilterationsphase auflösen. Dadurch kann die festgestickte Faser relaxieren und eine gleichmäßigere Faserlage erreicht werden.
  • Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, zur Herstellung des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses den sogenannten Prepreg-Prozess zu wählen. Bei dem Prepreg-Prozess wird von dünnen Faserbändern aus parallel liegenden Endlosfilamenten ausgegangen, die mit einem viskosen Polymerharz vorimprägniert wurden. Die Prepregs sind beidseitig mit Trennpapieren oder -folien versehen und werden von Rollen verarbeitet. Das Material wird zugeschnitten und dann schichtweise entsprechend einem Legeplan aufgebaut.
  • Da sich die Prepreg-Methode insbesondere für relativ große und schwach gekrümmte Bauteile eignet und nicht für komplexe dreidimensionale Konstruktionen, ist es zur Herstellung des bei der erfindungsgemäßen Übergangskupplung zum Einsatz kommenden Kupplungsgehäuses bevorzugt, den sogenannten Infilterations-Prozess zu wählen. Hierbei wird zunächst ein "trockenes", d.h. harzfreies Kohlefaserhalbzeug zu einer Preform verarbeitet und später mit einem dünnflüssigen Polymerharz infiltriert.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Übergangskupplung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine dreidimensionale perspektivische Ansicht auf eine Übergangskupp- lung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    Fig. 2
    eine dreidimensionale perspektivische Ansicht auf eine weitere Ausfüh- rungsform der Übergangskupplung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 3a
    eine dreidimensionale perspektivische Rückansicht auf das mit Inserts versehenen Kupplungsgehäuse der Übergangskupplung einer Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 3b
    einen dreidimensionale perspektivische Vorderansicht auf das Kupp- lungsgehäuse gemäß Fig. 3a;
    Fig. 4
    eine dreidimensionale perspektivische Rückansicht auf das Kupplungs- gehäuse der Übergangskupplung einer Ausführungsform der vorliegen- den Erfindung ohne eingesetzte Inserts;
    Fig. 5a
    eine dreidimensionale perspektivische Ansicht auf einen als Insert aus- gebildeten Kupplungsbügel zur Verwendung in einem Kupplungsgehäuse beispielsweise gemäß Fig. 4;
    Fig. 5b
    eine dreidimensionale perspektivische Ansicht auf einen Zughakenbolzen zur Verwendung in einem Kupplungsgehäuse beispielsweise gemäß Fig. 4;
    Fig. 6a
    eine dreidimensionale perspektivische Ansicht auf obere und untere als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildete hülsenförmige Elemente zur Aufnahme eines Hauptbolzens bei einem Kupplungsgehäu- se beispielsweise gemäß Fig. 4;
    Fig. 6b
    eine dreidimensionale perspektivische Ansicht auf einen Hauptbolzen zur Verwendung in einem Kupplungsgehäuse beispielsweise gemäß Fig. 4; und
    Fig. 7
    eine Ausführungsform einer Kuppelöse in Hybridbauweise für eine Aus- führungsform der Übergangskupplung gemäß der vorliegenden Erfin- dung.
  • Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 ist in Leichtbauweise ausgeführt und besteht aus einem Kupplungsgehäuse 10, welches aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist. In dem Kupplungsgehäuse 10 ist als erste Verbindungseinrichtung ein Kuppelverschluss 5 aufgenommen, welcher zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung 1 mit dem Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung dient. Im Einzelnen ist die in den Zeichnungen dargestellte Übergangskupplung 1 ausgelegt, mit einer automatischen Mittelpufferkupplung vom Typ Scharfenberg® zu kuppeln.
  • Der in dem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Kupplungsgehäuse 10 aufgenommene Kuppelverschluss 5 weist insbesondere ein Herzstück 6 auf, welches über einen vertikal verlaufenden Hauptbolzen 8 relativ zum Kupplungsgehäuse 10 verdrehbar gelagert ist. An dem Herzstück 6 ist eine Kuppelöse 7 angelenkt, die dazu dient, in ein Herzstück einer mit der Übergangskupplung 1 zu kuppelnden automatischen Mittelpufferkupplung einzugreifen.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt, ist es selbstverständlich denkbar, dass der Kuppelverschluss 5 zusätzlich zu dem bereits erwähnten Herzstück 6, welches über den Hauptbolzen 8 drehbar im Kupplungsgehäuse 10 gelagert ist, und an welchem die Kuppelöse 7 angelenkt ist, ferner Zugfedern, Federlager und eine Klinkenstange mit Stempelführung aufweist, um ein automatisches Kuppeln und Entkuppeln der Übergangskupplung 1 mit einer automatischen Mittelpufferkupplung beispielsweise vom Typ Scharfenberg® zu gestatten. Demnach ist es bevorzugt, wenn der in dem Kupplungsgehäuse 10 aufgenommene Kuppelverschluss 5 als herkömmlicher Drehverschluss ausgebildet und ausgelegt ist, mechanisch mit dem Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung lösbar verbunden zu werden.
  • Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 sind das Herzstück 6, der Hauptbolzen 8 sowie die Kuppelöse 7 in Metallbauweise (Feinguss) ausgeführt. Um eine größere Gewichtseinsparung der Übergangskupplung 1 zu erzielen, ist es selbstverständlich denkbar, wenn zumindest einige der den Kuppelverschluss 5 ausbildenden Bauteile - wie das Kupplungsgehäuse 10 - in Faserverbundbauweise ausgeführt sind.
  • Beispielsweise ist es denkbar, die Kuppelöse 7 in Hybridbauweise auszuführen, wie es der Darstellung der Fig. 7 entnommen werden kann. Bei der in Fig. 7 gezeigten Kuppelöse 7 sind die Bereiche der Kuppelöse 7, welche zur Zugkraftübertragung auf das Herzstück 6 des Kuppelverschlusses 5 dienen, als Insert, wie beispielsweise Metall-Inserts, ausgeführt, während der mittlere Teil der Kuppelöse 7 zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
  • Der in dem Kupplungsgehäuse 10 aufgenommene Kuppelverschluss 5 dient zur Übertragung von Zugkräften, wenn die Übergangskupplung 1 mit dem in den Zeichnungen nicht explizit dargestellten Kupplungskopf einer automatischen Mittelpufferkupplung mechanisch verbunden ist. Druckkräfte hingegen werden über die ebene Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 übertragen. Wie es beispielsweise den Darstellungen in Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, weist hierzu das Kupplungsgehäuse 10 ein Profil bestehend aus einem breiten, ebenen Rand 13 sowie kegel- und trichterförmig ausgebildeten Führungsflächen auf. Dieses Profil richtet die Übergangskupplung 1 in Bezug auf eine mit der Übergangskupplung 1 mechanisch zu verbindenden automatischen Mittelpufferkupplung aus, zentriert diese und lässt sie auch in engen Kurven und bei Höhenversatz ineinander gleiten.
  • Im Einzelnen ist ausweislich der Darstellung in Fig. 3b die integral mit dem Kupplungsgehäuse 10 gebildete Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 mit einem breiten, ebenen Rand 13 versehen, auf den zusätzlich ein verbreiteter ebener Kranz 12 aufgesetzt ist. Dieser im Vergleich zu einem Kupplungsgehäuse in Metallbauweise zusätzlich vorgesehene Kranz 12 vergrößert den Kontaktbereich zwischen der Stirnfläche 11 des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Kupplungsgehäuses 10 mit der Stirnfläche eines mit der Übergangskupplung 1 mechanisch verbundenen Kupplungskopfes eine automatische Mittelpufferkupplung. Durch den damit erzielten vergrößerten Kontaktbereich wird eine Aufkonzentration der Kraftflussvektoren an der Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 bei Druckkraftübertragung verhindert bzw. reduziert.
  • Da - wie bereits ausgeführt - bei der Übergangskupplung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung Druckkräfte über die ebene Stirnfläche 11 und dem zusätzlichen Kranz 12 auf das Kupplungsgehäuse einer mit der Übergangskupplung 1 mechanisch verbundenen automatische Mittelpufferkupplung übertragen werden, ist ausweislich der Darstellung in Fig. 2 in einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 eine in Metallbauweise ausgebildete Stirnplatte 2 vorgesehen, welche lösbar mit der Stirnfläche 11 des in Faserverbundbauweise ausgeführten Kupplungsgehäuses 10 verbunden ist. Durch diese in Metallbauweise ausgebildete Stirnplatte 2 können die in das Kupplungsgehäuse 10 der Übergangskupplung 1 eingeleiteten Druckkräfte wirksam auf eine große Fläche verteilt werden, so dass eine Aufkonzentration von Kraftflussvektoren im Stirnflächenbereich des Kupplungsgehäuses 10 vermieden wird.
  • Wie es insbesondere der Darstellung in Fig. 1 zu entnehmen ist, kann das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse 10 der Übergangskupplung 1 eine ebenfalls in Faserverbundbauweise ausgebildete Stirnfläche 11 aufweisen, die einstückig mit dem Kupplungsgehäuse 10 ausgebildet ist. Diese Stirnfläche 11 weist vorzugsweise einen Trichter 14 zur Aufnahme der Kuppelöse einer mit der Übergangskupplung 1 mechanisch zu verbindenden automatischen Mittelpufferkupplung auf. Benachbart zu dem in der Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 ausgebildeten Trichter 14 ist bei der in Fig. 1 dargestellten Übergangskupplung 1 ferner an der Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 ein Kegel 15 in Faserverbundbauweise angeformt.
  • Demnach weist die Stirnfläche 11 der Übergangskupplung 1 ein Profil auf, welches kompatibel mit dem Profil eines Kupplungskopfes einer automatischen Mittelpufferkupplung ist.
  • In dem der Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 gegenüberliegenden Endbereich der Übergangskupplung 1 ist - wie es der Darstellung in Fig. 3a entnommen werden kann - ein Kupplungsbügel 16 ausgeführt, welcher in den Zughaken 100 einer Schraubenkupplung einsetzbar ist zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung 1 mit der Schraubenkupplung. Hierzu weist das in Faserverbundwerkstoff ausgeführte Kupplungsgehäuse 10 an seinem der Stirnfläche 11 gegenüberliegenden Endbereich eine entsprechende Ausnehmung 17 auf, die auf der Längsachse der Übergangskupplung 1 verläuft. In diese Ausnehmung 17 ist der als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgeführte Kupplungsbügel 16 aufgenommen und fest mit dem Faserverbundwerkstoff des Kupplungsgehäuses 10 verbunden, insbesondere verklebt.
  • Das den Kupplungsbügel 16 ausbildende Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ist separat in Fig. 5a dargestellt und weist eine im Querschnitt U-förmige Geometrie auf, so dass das in der Ausnehmung eingesetzte Insert-Bauteil eine auf der Längsachse der Übergangskupplung 1 verlaufende Nut 18 ausbildet. Wie in Fig. 1 und Fig. 2 angedeutet, ist in diese Nut 18 der Zughaken 100 einer Schraubenkupplung einsetzbar.
  • Alternativ zu dem in Fig. 5a dargestellten Insert, welcher den Kupplungsbügel 16 ausbildet, ist es auch denkbar, den Kupplungsbügel aus zwei als Inserts ausgebildeten Tragstrukturen zu bilden, die komplett aus einem CFK gefertigt sind. An beiden Enden können Metallbuchsen integriert sein, in die Bolzen gepresst werden, um die beiden Tragstrukturen miteinander zu verbinden. Diese Bolzen sind im mittleren Bereich zwischen den beiden Tragstrukturen aufgedickt und schließen seitlich bündig mit den Tragstrukturen ab. Als Schlagschutz können halbschalenförmige Metallelemente auf der zur Stirnfläche geneigten Seite angebracht (z.B. geschweißt) werden.
  • Ferner weist der am hinteren Ende der Übergangskupplung 1 ausgebildete Kupplungsbügel 16 einen Zughakenbolzen 19 auf, der die in Längsrichtung der Übergangskupplung 1 verlaufende Nut 18 überbrückt und die Schenkelbereiche 16.1, 16.2 des als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildeten Kupplungsbügels 16 miteinander verbindet. Der Zughakenbolzen 19 ist in einer separaten Darstellung in Fig. 5b gezeigt. Er ist vorzugsweise in Metallbauweise ausgeführt und kann fest mit dem als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildeten Kupplungsbügel 16 verbunden sein.
  • Bei der in den Zeichnungen dargestellten Übergangskupplung 1 hingegen sind der Zughakenbolzen 19 einerseits und der als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildete Kupplungsbügel 16 andererseits jeweils als separate Bauteile ausgeführt.
  • Über den am hinteren Ende der Übergangskupplung 1 vorgesehenen Kupplungsbügel 16 und den damit verbundenen Zughakenbolzen 19 werden im Betrieb der Übergangskupplung 1 Zug- und Druckkräfte von einem Zughaken 100 einer Schraubenkupplung in das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse 10 eingeleitet, wobei der Zughaken 100 der Schraubenkupplung in die am hinteren Ende der Übergangskupplung 1 ausgebildete Nut 18 eingesetzt ist. Um bei der Krafteinleitung in das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse 10 Kraftspitzen zu vermeiden, sind die Schenkelbereiche 16.1, 16.2 des als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildeten Kupplungsbügel 16 vergleichsweise großflächig ausgebildet und flächig mit dem Faserverbundwerkstoff des Kupplungsgehäuses 10 stoffschlüssig verbunden.
  • Hierbei ist es bevorzugt, wenn die am hinteren Ende des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses 10 ausgebildete Ausnehmung 17 eine entsprechend abgerundete Geometrie aufweist, um einen möglichst stetigen Verlauf der Kraftflussvektoren am Übergang zwischen dem als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildeten Kupplungsbügel 16 und dem Faserverbundwerkstoff des Kupplungsgehäuses 10 zu gewährleisten.
  • Der als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildete Kupplungsbügel 16 ist - wie bereits erwähnt - über seine großflächig ausgebildeten Schenkelbereiche 16.1, 16.2 mit dem Faserverbundwerkstoff des Kupplungsgehäuses 10 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt. Zusätzlich zu dieser stoffschlüssigen Verbindung ist bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 ferner eine formschlüssige Verbindung vorgesehen. Im Einzelnen sind an den beiden Schenkelbereichen 16.1, 16.2 des als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildeten Kupplungsbügels 16 jeweils an den Außenflächen hülsenförmige Elemente 20 angeformt bzw. vorgesehen (vgl. Fig. 5a). Diese hülsenförmigen Elemente 20 sind jeweils in einer horizontal verlaufenden Bohrung 21 in dem aus Faserverbundwerkstoff ausgebildeten Kupplungsgehäuse 10 formschlüssig aufgenommen (vgl. Fig. 3a).
  • Durch die hülsenförmigen Elemente 20 des als Insert, wie beispielsweise Metall-Insert, ausgebildeten Kupplungsbügels 16 läuft der bereits erwähnte Zughakenbolzen 19. Die jeweiligen Enden des Zughakenbolzens 19 sind mit Hilfe einer Verdickung 22 bzw. einer Mutter entsprechend gesichert, um ein Herausfallen des Zughakenbolzens 19 aus der horizontal verlaufenden Bohrung 21 bzw. aus den in der horizontal verlaufenden Bohrung 21 aufgenommenen hülsenförmigen Elementen 20 des Kupplungsbügels 16 zu verhindern.
  • Der zum Kuppelverschluss 5 gehörende vertikal verlaufende Hauptbolzen 8, welcher das Verdrehen des Herzstückes 6 relativ zum Kupplungsgehäuse 10 gewährleistet, ist separat in Fig. 6b dargestellt. Der Hauptbolzen 8 ist in ähnlicher Weise mit dem in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuse 10 verbunden. Im Einzelnen sind bei der in den Zeichnungen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 hülsenförmige Elemente 23 vorzugsweise in Metallbauweise vorgesehen, durch welche der vertikale Hauptbolzen 8 des Kuppelverschlusses 5 geführt wird, und welche in einer vertikalen Bohrung 24 in dem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Kupplungsgehäuse 10 aufgenommen sind. Die vorzugsweise als Insert, wie beispielsweise Metall-Inserts ausgebildeten hülsenförmigen Elemente 23 sind separat in Fig. 6a gezeigt.
  • Aus einer Zusammenschau der Figuren 6a und 3a ergibt sich unmittelbar, dass der periphere Umfangsbereich der im Kupplungsgehäuse 10 vorgesehenen und in Längsrichtung des Hauptbolzens 8 verlaufenden Bohrung 24 vorzugsweise als aufgedickter Bereich 26 ausgebildet ist, wobei die hülsenförmigen Elemente 23 einen nach außen ragenden Kragen 27 aufweisen, welcher auf dem aufgedickten Bereich 26 aufliegt.
  • Durch die Verwendung von hülsenförmigen Bauteilen 20 bzw. 23 zur Aufnahme des Zughakenbolzens 19 und zur Aufnahme des Hauptbolzens 8 wird erreicht, dass die von dem Hauptbolzen 8 bzw. Zughakenbolzen 19 auf das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse 10 übertragenen Kräfte möglichst großflächig in das Faserverbundmaterial eingeleitet werden. Somit erfolgt die Krafteinleitung in den Faserverbundwerkstoff möglichst großflächig, so dass insbesondere eine Aufkonzentration von Kraftflussvektoren an den Krafteinleitungspunkten verhindert werden kann.
  • Dieser Effekt wird vorzugsweise dadurch verstärkt, dass - wie bereits angedeutet - die peripheren Umfangsbereiche der in dem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Kupplungsgehäuse 10 vorgesehenen Bohrungen 21, 24 entsprechend verdickt ausgebildet sind. Diese Aufdickungen 25, 26 an den peripheren Umfangsbereichen der in dem Kupplungsgehäuse 10 vorgesehenen Bohrungen 21, 24 sind vorzugsweise symmetrisch zu den Krafteinleitungspunkten ausgebildet.
  • Wie es den Darstellungen in den Figuren 1 und 2 entnommen werden kann, weist das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse 10 insgesamt eine an ein Kupplungsgehäuse 10 in Metallbauweise angepasste, aber abgerundete Formgebung auf. Auf diese Weise entspricht die geometrische Abmessung der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 im Wesentlichen der Abmessung einer herkömmlichen Übergangskupplung in Metallbauweise, so dass der für die Verwendung der Übergangskupplung 1 zur Verfügung stehende Einbauraum nicht überschritten wird. Die abgerundete Formgebung des in Faserverbundbauweise ausgeführten Kupplungsgehäuses 10 dient dazu, um scharfkantige Knicke, Sicken etc. zu vermeiden. Auf diese Weise ist es möglich, bei der Ausbildung des Kupplungsgehäuses 10 in Faserverbundbauweise die Fasern entlang der zu erwartenden Kraftflussvektoren auszulegen, wobei abrupte Richtungswechsel in scharfen Kanten vermieden werden. Solche Richtungswechsel würden zu einer Kerbwirkung auf die Fasern und zum Versagen der Struktur führen.
  • Im Einzelnen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses 10 die Fasern entlang zuvor berechneter Kraftflussvektoren gelegt werden, so dass die Fasern kraftflussgerecht ausgelegt sind. Da das Ablegen der Fasern entlang der zuvor berechneten Kraftflussvektoren zu dreidimensionalen Faserverläufen führen kann, ist es bevorzugt, die Wand des Kupplungsgehäuses 10 schichtweise aufzubauen und innerhalb jeder Schicht einen optimierten Faserverlauf zu realisieren. Auf diese Weise wird eine bestimmte Faserarchitektur realisiert, um an die zu erwartende Lastfälle angepasste Eigenschaften des Kupplungsgehäuses 10 der Übergangskupplung 1 zu erhalten. Hierbei ist es bevorzugt, eine quasiisotrope Faserarchitektur zu wählen, und zwar beispielsweise mit gleichgroßen Faseranteilen in Zug- und Druckrichtung.
  • Für die den Aufbau des Kupplungsgehäuses 10 in Faserverbundbauweise ist es bevorzugt, Kohlenstofffasern in Form von Endlosfasern zu verwenden. Zur Herstellung derartiger Endlosfasern wird ein sogenannter Precursor verwendet, d.h. man geht von einem kohlenstoffreichen Polymer aus, welches relativ einfach zu Endlosfasern versponnen werden kann, und wandelt es in einem nachgeschalteten Pyrolyseschritt zu einer Kohlenstofffaser um. Kohlenstofffasern bestehen im Allgemeinen aus parallel liegenden Endlosfilamenten und werden im technischen Sprachgebrauch auch als "Rovings" bezeichnet.
  • Grundsätzlich sind verschiedene Prozesse zur Herstellung des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses 10 denkbar. Zur Herstellung des Kupplungsgehäuses 10 bietet sich insbesondere aber das sogenannten Tailored-Fibre-Placement (TFP-) Verfahren an, bei welchem die Fasern mittels Sticktechnik auf flächigen Untergründen, wie z.B. Glas- oder Kohlenstofffasergeweben befestigt werden. Die Fixierung kann dabei mit verschiedenen Nähfadenmaterialien stattfinden.
  • Im Einzelnen ist es zur Herstellung des in Faserverbundbauweise ausgebildeten Kupplungsgehäuses 10 bevorzugt, mit Hilfe des TFP-Verfahrens die Kohlenstofffasern entlang zuvor berechneter Bahnen, die den berechneten Kraftflussvektoren entsprechen, endkonturnah zu positionieren. Da allerdings das in Faserverbundbauweise herzustellende Kupplungsgehäuse 10 eine relativ komplexe dreidimensionale Formgebung aufweist, die an die Formgebung eines Kupplungsgehäuses 10 in Metallbauweise angelehnt ist, lässt es sich auch mit dem TFP-Verfahren nicht vermeiden, dass die Endlos-Kohlenstofffasern insbesondere am vorderen und hinteren Bereich des Kupplungsgehäuses 10 entlang relativ enger Kurvenradien verlegt werden müssen. Bei engen Kurvenradien neigen die abgelegten Rovings allerdings dazu, im Kurvenbereich zu verkippen bzw. sich aufzustellen. Filamente an der Innenkurve der Ablegebahn müssten gestaucht oder an der Außenkurve gestreckt werden. Da die Steifigkeit der Verstärkungsfasern allerdings keinen Längenausgleich zulässt, weichen die Filamente den Zug- und Druckspannungen aus, was zu einer Reduktion der Festigkeit der Struktur führt.
  • Aus diesem Grund ist es bevorzugt, das in Faserverbundbauweise ausgeführte Kupplungsgehäuse 10 als Wickelkörper auszubilden, wobei die Endlos-Kohlenstofffasern als Schlaufen abgelegt werden. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Übergangskupplung 1 die Krafteinleitung in das in Faserverbundbauweise ausgebildete Kupplungsgehäuse 10 nicht direkt, sondern über relativ großflächtige Insert, wie beispielsweise Metall-Inserts, 16, 20, 23 erfolgt, kann wirksam verhindert werden, dass im Bereich der Krafteinleitung die Lasten großflächig verteilt und immer auf eine genügende Anzahl tragender Fasern umgeleitet werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die zuvor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen der Übergangskupplung 1 beschränkt. So ist es beispielsweise auch denkbar, zusätzlich zu dem Kupplungsgehäuse 10 weitere Komponenten der Übergangskupplung 1 in Faserverbundbauweise oder in Hybridbauweise auszuführen. Beispielsweise kann an der Stirnfläche 11 des Kupplungsgehäuses 10 ein ebenfalls in Faserverbundbauweise ausgeführter Greifer ausgebildet sein, welcher einstückig mit dem in Faserverbundbauweise ausgeführten Kupplungsgehäuse 10 gebildet ist.
  • Andererseits ist es auch denkbar, die Kuppelöse 7 des Kuppelverschlusses in Hybridbauweise auszuführen, wobei die Bereiche der Kuppelöse 7, in welchen Kräfte eingeleitet werden, als Insert, wie beispielsweise Metall-Inserts, ausgebildet sind, während für die übrigen Bereiche eine Faserverbundweise gewählt wird.

Claims (18)

  1. Übergangskupplung (1) zum Adaptieren von Kupplungen unterschiedlicher Bauart, wobei die Übergangskupplung (1) folgendes aufweist:
    - eine erste Verbindungseinrichtung (5) zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung (1) mit einer ersten Kupplung;
    - eine zweite Verbindungseinrichtung (16) zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung (1) mit einer zweiten Kupplung; und
    - ein Kupplungsgehäuse (10) zum Verbinden der ersten Verbindungseinrichtung (5) mit der zweiten Verbindungseinrichtung (16),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kupplungsgehäuse (10) aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere Kohlenstofffaserverbundwerkstoff gebildet ist und eine an ein Kupplungsgehäuse einer in Metallbauweise ausgeführten Übergangskupplung angepasste Formgebung aufweist, wobei das Kupplungsgehäuse (10) eine beanspruchungsgerecht ausgelegte Faserarchitektur aufweist;
    wobei die zweite Verbindungseinrichtung (16) als Insert ausgebildet ist; und wobei das Kupplungsgehäuse (10) eine Ausnehmung (17) aufweist, in welcher die als Insert ausgebildete zweite Verbindungseinrichtung (16) aufgenommen und fest mit dem Faserverbundwerkstoff des Kupplungsgehäuses (10) verbunden ist.
  2. Übergangskupplung nach Anspruch 1,
    wobei ein der ersten Verbindungseinrichtung (5) zugeordnetes Insert (23) vorgesehen ist, welches in einer in dem Kupplungsgehäuse (10) vorgesehenen Aussparung (24) aufgenommen und fest mit dem Kupplungsgehäuse (10) verbunden ist.
  3. Übergangskupplung nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei das Kupplungsgehäuse (10) eine spezielle Faserarchitektur aufweist, welche in das Kupplungsgehäuse (10) über die erste Verbindungseinrichtung (5) und/oder über die zweite Verbindungseinrichtung (16) eingeleitete Druckkräfte derart umleitet, dass diese zumindest teilweise als Zugkräfte von dem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff aufgenommen werden.
  4. Übergangskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Kupplungsgehäuse (10) Zug- und Druckfaserbereiche aufweist, welche örtlich voneinander zumindest bereichsweise getrennt und in dem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff integriert sind, wobei die über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung (5, 16) in das Kupplungsgehäuse (10) eingeleiteten Zugkräfte im Wesentlichen über die Zugfaserbereiche und die über die erste und/oder zweite Verbindungseinrichtung (5, 16) in das Kupplungsgehäuse (10) eingeleiteten Druckkräfte im Wesentlichen über die Druckfaserbereiche aufgenommen werden.
  5. Übergangskupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die erste Verbindungseinrichtung (5) einen Kuppelverschluss zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung (1) mit dem Kupplungskopf einer Mittelpufferkupplung aufweist, und
    wobei die zweite Verbindungseinrichtung (16) einen in den Zughaken (100) einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung einsetzbaren Kupplungsbügel zum lösbaren Verbinden der Übergangskupplung (1) mit dem Kupplungskopf einer Schraubenkupplung oder AAR-Kupplung aufweist.
  6. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 5,
    wobei der Druckfaserbereich als ein im Kohlenstofffaserverbundwerkstoff integrierter Druckgurt ausgebildet ist, welcher von einer zugseitigen Stirnfläche des Kupplungsgehäuses (10) zu einem druckkraftaufnehmenden Bereich des Kupplungsbügels läuft, und
    wobei der Zugfaserbereich als ein im Kohlenstofffaserverbundwerkstoff integrierter Zuggurt ausgebildet ist, welcher einen Hauptbolzen des Kuppelverschlusses mit einem zugkraftaufnehmenden Bereich des Kupplungsbügels verbindet.
  7. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 5 oder 6,
    wobei das Kupplungsgehäuse (10) ein in horizontaler Längsschnittansicht kegel- oder trichterförmiges Profil mit einer an seinem verjüngten Ende ausgebildeten und auf der Längsachse der Übergangskupplung (1) verlaufenden Ausnehmung (17) aufweist, und wobei der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel (16) in der am verjüngten Ende des Kupplungsgehäuses ausgebildeten Ausnehmung (17) aufgenommen und mit dem Kupplungsgehäuse (10) verbunden ist.
  8. Übergangskupplung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    wobei der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel (16) zwei im wesentlichen parallel verlaufende Schenkelbereiche (16.1, 16.2) aufweist, die flächig mit dem Kupplungsgehäuse (10) fest verbunden sind, und wobei ferner ein Zughakenbolzen (19) vorgesehen ist, welcher die beiden Schenkelbereiche (16.1, 16.2) des als Insert ausgebildeten Kupplungsbügels (16) vorzugsweise an deren freien Endbereichen miteinander verbindet und ausgelegt ist, Zug- oder Druckkräfte von dem Zughaken (100) einer Schraubenkupplung oder einer AAR-Kupplung auf den als Insert ausgebildeten Kupplungsbügel (16) zu übertragen.
  9. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 8,
    wobei der Zughakenbolzen (19) separat von dem als Insert ausgebildeten Kupplungsbügel (16) ausgeführt ist und in axial miteinander fluchtenden Bohrungen in den beiden Schenkelbereichen (16.1, 16.2) des als Insert ausgebildeten Kupplungsbügels (16) aufgenommen ist.
  10. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 9,
    wobei der als Insert ausgebildete Kupplungsbügel (16) zwei hülsenförmige Elemente (20) aufweist, welche mit den Bohrungen in den beiden Schenkelbereichen des als Insert ausgebildeten Kupplungsbügels (16) axial fluchten, und welche in einer im Kupplungsgehäuse (10) ausgebildeten horizontalen Bohrung (21) aufgenommen sind, wobei der Zughakenbolzen (19) durch die beiden hülsenförmigen Elemente (20) des Kupplungsbügels (16) einerseits und die im Kupplungsgehäuse (10) vorgesehene horizontale Bohrung (21) andererseits läuft.
  11. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 10,
    wobei der periphere Umfangsbereich der im Kupplungsgehäuse (10) ausgebildeten horizontalen Bohrung (21) als aufgedickter Bereich (25) ausgebildet ist.
  12. Übergangskupplung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
    wobei der Kuppelverschluss (5) ein über einen vertikal verlaufenden Hauptbolzen (8) relativ zum Kupplungsgehäuse (10) verdrehbares Herzstück (6) mit einer daran angelegten Kuppelöse (7) aufweist, und wobei der obere und/oder untere Endbereich des Hauptbolzens (8) jeweils in einem als Insert ausgebildeten hülsenförmigen Element (23) gelagert sind/ist, wobei die als Insert ausgebildeten hülsenförmigen Elemente (23) in einer im Kupplungsgehäuse (10) vorgesehenen und in Längsrichtung des Hauptbolzens verlaufenden Bohrung (24) eingesetzt und mit dem Kupplungsgehäuse (10) fest verbunden sind.
  13. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 12,
    wobei der periphere Umfangsbereich der im Kupplungsgehäuse (10) vorgesehenen und in Längsrichtung des Hauptbolzens (8) verlaufenden Bohrung (24) als aufgedickter Bereich (26) ausgebildet ist, und wobei das hülsenförmige Element (23) einen nach außen ragenden Kragen (27) aufweist, welcher auf dem aufgedickten Bereich (26) aufliegt.
  14. Übergangskupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Kupplungsgehäuse (10) bei der ersten und/oder zweiten Verbindungseinrichtung (5, 16) eine Stirnfläche (11) mit einem breiten, ebenen Rand (13) und einem zusätzlich auf dem Rand (13) aufgesetzten Kranz (12) aufweist.
  15. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 14,
    welche ferner eine Stirnplatte (2), insbesondere eine aus Metall gefertigte Stirnplatte, aufweist, welche lösbar mit der Stirnfläche (11) des Kupplungsgehäuses (10) verbunden ist.
  16. Übergangskupplung (1) nach Anspruch 14 oder 15,
    wobei das Kupplungsgehäuse (10) einen aus Faserverbundwerkstoff ausgebildeten Greifer aufweist, welcher mit der Stirnfläche (11) des Kupplungsgehäuses (10) fest verbunden ist bzw. an der Stirnfläche (11) des Kupplungsgehäuses (10) angeformt ist.
  17. Übergangskupplung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
    wobei in der Stirnfläche (11) des Kupplungsgehäuses (10) ein Trichter (14) zur Aufnahme der Kuppelöse einer automatischen Mittelpufferkupplung und beabstandet zum Trichter (14) ein Kegel (15) aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet sind.
  18. Übergangskupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Kupplungsgehäuse (10) zumindest teilweise als Wickelkörper ausgebildet ist.
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