EP3429901B1

EP3429901B1 - Kupplungssystem mit pneumatischer auslenkung

Info

Publication number: EP3429901B1
Application number: EP17709656.7A
Authority: EP
Inventors: Ralf Schipmann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: EP3429901A1; CN108698619A; DE102016104740A1; WO2017157738A1; CN108698619B

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für ein Schienenfahrzeug, insbesondere zur pneumatischen Auslenkung einer Mittelpufferkupplung für Schienenfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Ein System zur Auslenkung einer Kupplungsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2014 101 986 A1 bekannt. Die Kupplungsvorrichtung weist ein mit dem Wagenkasten verbundenes Stellglied auf. Dieses Stellglied ist dazu ausgelegt, die Kupplungsstange bedarfsweise aus der Mittenstellung auszulenken. Indem die Kupplungsvorrichtung zweier sich gegenüberstehender Schienenfahrzeuge entsprechend vorausgelenkt werden, ist somit ein automatisches Kuppeln zweier Schienenfahrzeuge auch beispielsweise in engen Kurven möglich.
Die hierzu notwendigen Stellglieder bzw. Aktoren werden gemäß dem Stand der Technik vornehmlich als hydraulische Systeme ausgeführt, um eine schnelle und präzise Positionierung des Kupplungskopfes eines Schienenfahrzeuges mit einer beliebigen Auslenkung zu ermöglichen. Jedoch weisen Schienenfahrzeuge nur in seltenen Fällen Hydrauliksysteme auf. Die notwendigen Systemkomponenten, wie z.B. hydraulische Pumpen, Druckspeicher und Überdruckventile, müssen zusätzlich in die Infrastruktur des Schienenfahrzeuges integriert werden, um eine seitliche Auslenkung des Kupplungskopfes zu ermöglichen. Weiterhin stellt der Einsatz von Hydraulikflüssigkeiten wie beispielsweise Öl einen wesentlichen Risikofaktor im Brandfall dar.
Hingegen bedingt der Einsatz von pneumatischen Systemlösungen kein zusätzliches Risiko im Betrieb eines Schienenfahrzeuges. Die Kompressibilität von gasförmigen Arbeitsmedien bzw. Fluiden bedingt hierbei eine schnelle aber schlagartige und mit undefinierter Kraft eingeleitete Bewegung. Die Positionierung des Kupplungskopfes beim Vor-Auslenken der Kupplungsstange ist demzufolge schwierig einzustellen und ungenau.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungssystem zur Verfügung zu stellen, das eine einfache, kosteneffiziente und risikoarme Integration in ein Schienenfahrzeug ermöglicht. Ferner soll eine feinstufige (Vor-)Auslenkung des Kupplungskopfes einer Kupplungsvorrichtung ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Kupplungssystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 weist das erfindungsgemäße Kupplungssystem für ein Schienenfahrzeug einen Lagerbock auf, der an dem Schienenfahrzeug anordbar ist, eine Kupplungsstange, die an ihrem ersten Ende über eine gelenkige Verbindung mit dem Fahrzeug verbindbar ist, einen Kupplungskopf, der an dem zweiten Ende der Kupplungsstange angeordnet ist, welches im montierten Zustand dem Schienenfahrzeug abgewandt ist, und eine Aktorvorrichtung, die seitlich der Kupplungsstange angeordnet ist. Die Aktorvorrichtung ist mit dem Schienenfahrzeug verbindbar. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen Aktorvorrichtung und Schienenfahrzeug als ein Festlager ausgestaltet. Vorteilhafterweise ist die Aktorvorrichtung somit gegen das Schienenfahrzeug bzw. dessen Rahmen bzw. dessen Fahrgestell abgestützt, um eine Relativbewegung der Kupplungsstange mit dem Kupplungskopf gegenüber dem Schienenfahrzeug zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Aktorvorrichtung ist in Bezug auf die Kupplungsstange einseitig angeordnet. In dieser Anordnung liegt der Vorteil begründet, dass der Schwenkbereich der Kupplungsstange beim Auslenken, insbesondere in seitlicher Richtung, durch die Aktorvorrichtung nicht eingeschränkt wird.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter der Auslenkung der Kupplungsstange stets die Rotation der Kupplungsstange um eine Drehachse zu verstehen, sodass der Kupplungskopf eine zweckmäßige (Vor-)Auslenkung erfährt und das Verbinden bzw. das Koppeln zweier gegenüberstehender Schienenfahrzeuge ermöglicht wird. Zur Auslenkung der Kupplungsstange mit dem Kupplungskopf, insbesondere einer sogenannten Mittelpufferkupplung, erfolgt die Rotation der Kupplungsstange stets um eine Drehachse, die durch die gelenkige Verbindung zwischen Kupplungsstange und Schienenfahrzeug bzw. Lagerbock verläuft. Sofern der Kupplungskopf über die Kupplungsstange hinreichend auslenkbar ist, können zwei sich gegenüberstehende Schienenfahrzeuge anhand des Greifbereiches der Mittelpufferkupplung miteinander gekoppelt werden. Die Auslenkung der Kupplungsvorrichtung ist somit insbesondere als eine Vor-Auslenkung zu verstehen, sodass das gegenseitige Finden der einander entgegengerichteten Kupplungsvorrichtungen ermöglicht wird.
Die Aktorvorrichtung weist einen pneumatischen Hubzylinder auf, sodass die Kupplungsstange an ihrem zweiten Ende mit dem Kupplungskopf in zwei entgegengesetzte Richtungen auslenkbar ist. Der Einsatz eines pneumatischen Hubzylinders bedingt den Vorteil, dass das Fluid bzw. Arbeitsfluid, im Gegensatz zu Hydraulikflüssigkeiten wie Öl, kein zusätzliches Risiko, beispielsweise im Brandfall, darstellt. Vielmehr können Medien wie Luft oder andere Gas eingesetzt werden, die weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Unter anderem kann ein schwer entzündliches Arbeitsfluid gewählt werden, um das Gefahrenpotential im Brandfall weiter zu senken.
Ferner weist die Infrastruktur von Schienenfahrzeugen pneumatische Systeme auf, sodass keine zusätzlichen Komponenten, wie z.B. Druckspeicher, pneumatische Pumpen zur Bereitstellung eines komprimierten Arbeitsfluids oder Überdruckventile, notwendig werden. Vielmehr sind die bereits im Schienenfahrzeug integrierten Komponenten auch zur Versorgung der Aktorvorrichtung mit Arbeitsfluid gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Somit kann die Infrastruktur bzw. die Anzahl an Systemkomponenten, z.B. gegenüber einer hydraulischen Vorrichtung zur Auslenkung der Kupplungsstange, reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kupplungsstange anhand der Aktorvorrichtung in zwei entgegengesetzte Richtungen auslenkbar. Somit ist pro Kupplungsvorrichtung bzw. pro Kupplungsstange eine einzige Aktorvorrichtung ausreichend, um die zweckmäßige Verwendung eines Schienenfahrzeuges zu ermöglichen. Die Anzahl an Komponenten zur Auslenkung der Kupplungsstange mit dem Kupplungskopf wird reduziert. Neben einer reduzierten Ausfallwahrscheinlichkeit kann somit eine kosteneffiziente Herstellung sowie Instandhaltung gewährleistet werden.
Die Auslenkung der Kupplungsstange durch den pneumatischen Hubzylinder erfolgt insbesondere schrittweise. Vorteilhafterweise ist es somit möglich, eine gewünschte Auslenkung der Kupplungsstange in mehrere Teilbewegungen zu untergliedern. In der Folge ist ein pneumatischer Hubzylinder einsetzbar, der einen kleineren maximalen Hubweg aufweist. Die Positioniergenauigkeit eines pneumatischen Hubzylinders ist auf diese Weise optimierbar, da der Einfluss der Kompressibilität des gasförmigen Arbeitsfluids reduziert wird. Der grundlegende Nachteil eines pneumatischen Hubzylinders gegenüber z.B. einem hydraulischen Hubzylinder ist in der Folge durch den Einsatz kleinerer Hubzylinder verringerbar. Dabei ist die schrittweise Auslenkung der Kupplungsstange mit dem Kupplungskopf hinreichend genau und schnell, sodass einander gegenüberstehende Schienenfahrzeuge anhand des Greifbereiches des Kupplungskopfes miteinander verbindbar sind.
Die Aktorvorrichtung ist gemäß der vorliegenden Erfindung kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Kupplungsstange verbindbar. Eine Verbindung zwischen der Aktorvorrichtung und der Kupplungsstange kann dauerhaft vorliegen. Jedoch muss die Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht kontinuierlich mit der Kupplungsstange verbunden sein.
Insbesondere ist hierunter zu verstehen, dass die Aktorvorrichtung in ihrer Gesamtheit nicht zu jedem Zeitpunkt fest mit der Kupplungsstange verbunden sein muss. Entlang der Kraftübertragung innerhalb der Aktorvorrichtung können einzelne Komponenten der Aktorvorrichtung bedarfsweise von der Verbindung mit der Kupplungsstange entkoppelbar sein bzw. mit der Kupplungsstange verbindbar sein. Anhand einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung ist folglich eine Kraftübertragung durch die Aktorvorrichtung auf die Kupplungsstange herstellbar. So kann eine Auslenkung der Kupplungsstange bedarfsweise erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Hubzylinder ein Zylindergehäuse auf, das mit einem ersten Fluidanschluss und einem zweiten Fluidanschluss versehen ist. Der erste und der zweite Fluidanschluss sind als Fluidzulauf und/oder Fluidablauf einsetzbar. Insbesondere ist der Hubzylinder als ein doppeltwirkender Hubzylinder ausgestaltet. Vorteilhafterweise ist mit dem Hubzylinder eine Bewegung in beide Richtungen entlang der Längsachse des Hubzylinders bedarfsweise ausführbar. Somit kann eine beliebige Position des Hubzylinders in gesteuerter bzw. geregelter Form mit hoher Genauigkeit angefahren werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Hubzylinder eine Grundposition auf, bei der sich ein Kolbenboden eines Kolbens des Hubzylinders in einer Mittelposition befindet, sodass der Kolben in beiden axialen Richtungen des Hubzylinders bewegbar ist. Vorteilhafterweise stellt die Grundposition des Hubzylinders den Zustand dar, aus dem eine Bewegung des Kolbens erfolgt, um eine Auslenkung der Kupplungsstange zu erzielen. Die Mittelposition des Kolbenbodens ist entsprechend vorzugsweise in der längsseitigen Mitte des Zylindergehäuses vorgesehen. Aus der Grundposition ist der Hubzylinder bzw. der Kolben bedarfsweise in beide Richtungen entlang der Längsachse des Hubzylinders verfahrbar. Erfindungsgemäß weist die Aktorvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem ein Schlitten angeordnet und mit dem Hubzylinder derart verbunden ist, dass der Schlitten bei Bewegung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung des Hubzylinders verschiebbar ist. Der Hubzylinder ist an einer ersten Seite mit dem Gehäuse und das Gehäuse wiederum mit dem Schienenfahrzeug verbunden. Die Aktorvorrichtung ist somit gegen das Schienenfahrzeug bzw. dessen Rahmen bzw. dessen Fahrgestell abgestützt. Der Schlitten ist mit dem Kolben des Hubzylinders verbunden. Vorteilhafterweise ist eine Relativbewegung des Schlittens gegenüber dem Schienenfahrzeug und dem Gehäuse der Aktorvorrichtung durch die Bewegung des Kolbens erzeugbar. Somit ist der Schlitten in beide Bewegungsrichtungen des Kolbens in Richtung der Längsachse des Hubzylinders bewegbar. Hierbei gleitet der Schlitten innerhalb des Gehäuses der Aktorvorrichtung, welches vorzugsweise eine entsprechende Führung für den Schlitten aufweist. Insbesondere kann das Gehäuse den Schlitten teilweise oder vollständig umgeben, sodass eine geführte, relative Bewegung des Schlittens in dem Gehäuse in axialer Richtung des Hubzylinders möglich ist. Weiterhin kann in dem Gehäuse wenigstens ein Anschlag vorgesehen sein. So ist ein maximaler Verfahrweg des Schlittens gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Schienenfahrzeug unabhängig vom Hubzylinder in wenigstens einer Richtung begrenzbar. Erfindungsgemäß weist die Aktorvorrichtung eine Zahnstange auf, die in dem Gehäuse der Aktorvorrichtung verschiebbar angeordnet ist. Somit ist die Zahnstange entlang der beiden axialen Richtungen des Hubzylinders anhand des Gehäuses geführt. Ferner wird durch Zähne bzw. der Zahneingriffe ein bedarfsweiser Formschluss und/oder Kraftschluss ermöglicht, sodass eine Verschiebung in axialer Richtung ausführbar ist. Nach einer ersten Verschiebung der Zahnstange in dem Gehäuse ist der Formschluss und/oder Kraftschluss mit den Zähnen bzw. den Zahneingriffen lösbar. Die Zahnstange verbleibt in ihrer Position. Bei Wiederherstellung eines Formschlusses und/oder Kraftschlusses sind eine zweite und gegebenenfalls weitere Verschiebungen der Zahnstange in dem Gehäuse durchführbar.
Vorzugsweise greift die Zahnstange kraftschlüssig und/oder formschlüssig in die Kupplungsstange ein. Indem die Zahnstange in dem Gehäuse der Aktorvorrichtung verschiebbar ist, wird über die Verschiebung der Zahnstange somit eine Auslenkung der Kupplungsstange ermöglicht.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Aktorvorrichtung mit der Kupplungsstange verbindbar, indem innerhalb der Aktorvorrichtung ein Formschluss und/oder Kraftschluss mit der Zahnstange herstellbar ist. Ferner ist eine Verbindung zwischen der Kupplungsstange und der Aktorvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung lösbar, indem innerhalb der Aktorvorrichtung eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Zahnstange gelöst wird. Somit ist die Aktorvorrichtung wenigstens teilweise von der Kupplungsstange entkoppelbar. Erfindungsgemäß ist die Aktorvorrichtung mit einer drehbar gelagerten ersten Klinke und einer drehbar gelagerten zweiten Klinke in dem Schlitten versehen. Ferner ist eine Rampe in dem Gehäuse vorgesehen, auf der die erste Klinke und die zweite Klinke gleitend verschiebbar sind. Erfolgt eine Relativbewegung des Schlittens gegenüber dem Gehäuse der Aktorvorrichtung, werden die Klinken mit dem Schlitten mitgeführt und gegenüber der Rampe, auf der sie aufliegen und gegen die sie mittels einer Druckfeder gepresst werden, verschoben.
Bei Bewegung des Schlittens ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schlitten und der Zahnstange mittels der ersten Klinke oder der zweiten Klinke herstellbar. Abhängig von der Bewegungsrichtung des Schlittens gleitet die erste Klinke oder die zweite Klinke von der Rampe ab und greift in die Zähne der Zahnstange ein. Die andere Klinke verbleibt auf der Rampe, wodurch ein Eingriff auf die Zahnstange verhindert wird. Mit fortlaufender Bewegung des Kolbens des Hubzylinders bzw. des Schlittens ist die Zahnstange auf diese Weise mitführbar. Eine Verschiebung der Zahnstange kann in beliebigem Umfang erfolgen, bis der Kolben bzw. der Schlitten den jeweiligen Anschlag des Hubzylinders bzw. des Gehäuses erreicht. Ferner ist ein Ende der Bewegung erreicht, bevor auch die andere Klinke von der Rampe abgleitet.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Schrittweite pro Bewegungsablauf der Aktorvorrichtung anhand der Zähne bzw. Eingriffe der Zahnstange einstellbar. Ebenso ist der Hubweg, insbesondere der maximale Hubweg, des pneumatischen Hubzylinders variierbar, um die Schrittweite zu adaptieren. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Schrittweite pro Bewegungsablauf gemäß der vorliegenden Ausführungsform dem halben Hubweg, aus der Grundposition bis zum Anschlag des Hubzylinders, entspricht. Ferner ist zu berücksichtigen, dass mit zunehmendem Hubweg bzw. zunehmender Schrittweite die Positioniergenauigkeit des pneumatischen Hubzylinders und somit des pneumatisch auslenkbaren Kupplungssystems reduziert wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht die Aktorvorrichtung mit einer Rückholfeder vor, die mit dem Gehäuse und dem Schlitten derart verbunden ist, dass die Aktorvorrichtung in die Grundposition rückstellbar ist. In der Grundposition liegen die erste Klinke und die zweite Klinke auf der Rampe auf. Vorzugsweise ist die Rückholfeder derart in der Aktorvorrichtung positioniert, dass die Rückholfeder jeweils teilweise in einer Nut des Schlittens und in einer Nut des Gehäuses angeordnet ist. Bei einer relativen Bewegung des Schlittens gegenüber dem Gehäuse wird die Feder auf diese Weise komprimiert und eine Rückstellkraft gespeichert. Zur Positionierung der Rückholfeder ist an den Endseiten der Rückholfeder vorzugsweise ein Zentriermittel bzw. Positioniermittel vorgesehen.
Vorteilhafterweise ist die Aktorvorrichtung bzw. der Schlitten zusammen mit dem Kolben durch die Rückholfeder in eine Grundposition rückstellbar, wenn der pneumatische Hubzylinder entspannt wird. Ferner wird durch die Rückholfeder bzw. das Zurückstellen der Aktorvorrichtung in die Grundposition ein Formschluss und/oder Kraftschluss des Schlittens mit der Zahnstange, über die beiden Klinken, automatisch gelöst. Die Zahnstange verbleibt bei der Rückstellung der Aktorvorrichtung vorteilhafterweise in ihrer zuvor eingestellten Position.
Sofern die Rückholfeder die Aktorvorrichtung in ihre Grundposition zurückfährt, werden die erste Klinke und die zweite Klinke auf die Rampe gezogen. Insbesondere wird die Klinke, die bei der vorhergehenden Bewegung des Schlittens von der Rampe abgeglitten ist, wieder auf die Rampe geführt. So wird der formschlüssige und/oder kraftschlüssige Eingriff der abgeglittenen Klinke in die Zahnstange gelöst. Wenn die Aktorvorrichtung bzw. der Kolben und der Schlitten der Aktorvorrichtung in die Grundposition fahren, verbleibt die Zahnstange folglich an ihrer relativen Position gegenüber dem Gehäuse der Aktorvorrichtung. Eine zuvor erzielte Verschiebung der Zahnstange bleibt erhalten. Folglich bleibt auch eine zuvor eingestellte Auslenkung der Kupplungsstange mit dem Kupplungskopf erhalten.
Wird anschließend eine weitere Bewegung des Kolbens mit dem Schlitten initiiert, gleitet eine der Klinken entsprechend der Bewegungsrichtung von der Rampe ab und greift in die Zahnstange ein, um diese mitzuführen. Nach dem Erreichen der gewünschten Position verfährt die Rückholfeder den Schlitten wieder in die Grundposition. Eine weitere Verschiebung der Zahnstange ist erfolgt. Indem die Verschiebung des Schlittens mit den Klinken in eine Richtung und die nachfolgende Rückstellung in die Grundposition mehrfach hintereinander durchgeführt werden, erfolgt eine schrittweise Verschiebung der Zahnstange um ein gewünschtes Maß. Indem die Zahnstange mit der Kupplungsstange des Schienenfahrzeuges in Eingriff steht, ist durch die Aktorvorrichtung schrittweise eine gewünschte Auslenkung der Kupplungsstange mit dem Kupplungskopf erzielbar.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse der Aktorvorrichtung eine Bremseinheit auf, sodass eine relative Bewegung der Zahnstange gegenüber dem Gehäuse verzögerbar ist. Vorteilhafterweise kann keine freie Bewegung der Zahnstange in dem Gehäuse erfolgen. Insbesondere bei einer Neigung der Fahrstrecke und eine dadurch begründete Schräglage des Schienenfahrzeuges ist auf diese Weise einer unerwünschten Verschiebung der Zahnstange in dem Gehäuse vorbeugbar. Unter anderem kann die Bremseinheit als eine federbelastete Rasteinheit vorgesehen sein. Die federbelastete Rasteinheit greift in die Zahnstange ein. Eine freie Bewegung der Zahnstange in dem Gehäuse wird verzögert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Verzögerung der Zahnstange durch Reibung. Eine derartige Reibbremse kann als eine manuell bedienbare Bremse oder als eine selbstwirkende Bremse oder als eine kontinuierlich wirkende Bremse ausgestaltet sein. Die auf die Zahnstange wirkende Reibkraft ist hierbei derart anzusetzen, dass insbesondere eine unerwünschte freie Bewegung der Zahnstange, z.B. durch die Schwerkraft bei Neigung des Schienenfahrzeuges, verhindert wird. Es besteht der Vorteil, dass eine Position der Zahnstange auch unter der Einwirkung von Schwerkraft gehalten werden kann.
Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind entlang des Zylindergehäuses wenigstens ein erster Fluidauslass und ein zweiter Fluidauslass vorgesehen. Die Fluidanschlüsse sind in diesem Fall bevorzugterweise als Fluidzuläufe einsetzbar.
In der Grundposition des Hubzylinders liegen seitlich des Kolbenbodens ein erstes und ein zweites Volumen vor. Bevorzugterweise sind die Fluidauslässe an dem Zylindergehäuse derart angeordnet, dass in der Grundposition des Hubzylinders je ein Fluidauslass pro Volumen vorliegt. Ein Arbeitsfluid ist vorzugsweise beidseitig des Kolbenbodens aus dem jeweiligen Volumen des Hubzylinders über den ersten und/oder zweiten Fluidauslass ausleitbar. Dadurch besteht der Vorteil, die Fluidanschlüsse zur Zuführung von Fluid einsetzen zu können, während die Fluidauslässe zum Ausleiten von Fluid aus dem Zylindergehäuse einsetzbar sind.
Im Allgemeinen ist ein Fluidauslass keinem der beiden Volumina des Hubzylinders fest zugeordnet. Ein Fluidauslass ermöglicht die Herstellung einer strömungsmäßigen Verbindung zu einem der Volumina in Abhängigkeit von der Position des Kolbens bzw. des Kolbenbodens. Die Fluidauslässe sind abhängig von der Position des Kolbenbodens innerhalb des Zylindergehäuses jeweils dem ersten Volumen oder dem zweiten Volumen zugeordnet. Sofern der Kolbenboden exakt an der Position eines Fluidauslasses steht, wird dieser Fluidauslass durch den Kolbenboden strömungsmäßig verschlossen, sodass der Fluidauslass keinem der beiden Volumina zugeordnet ist. Dann kann kein Fluid aus dem Hubzylinder über diesen verschlossenen Fluidauslass ausströmen.
Insbesondere sind die Fluidauslässe zum strömungsmäßigen Ausleiten von gasförmigem Arbeitsfluid aus einem Volumen des Hubzylinders vorgesehen. Gleichfalls ist nicht ausgeschlossen, dass die Fluidauslässe als strömungsmäßige Verbindungen zum Einleiten von Fluid in ein Volumen des Hubzylinders einsetzbar sind. Ebenso kann es vorteilhaft sein, die Fluidanschlüsse zum Ausleiten von Arbeitsfluid aus dem Hubzylinder einzusetzen, insbesondere um den Hubzylinder in eine Endposition bzw. Anschlagsposition zu fahren. Vorteilhafterweise sind mit den Fluidanschlüssen und den Fluidauslässen sämtliche Kombination zum Einleiten und Ausleiten von Fluid in und aus einem Volumen des Hubzylinders darstellbar.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Hubzylinder über die Kolbenstange direkt mit der Kupplungsstange verbunden. Im Sinne der vorliegenden Verbindung ist die Aktorvorrichtung mit der Kupplungsstange formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar. Jedoch ist gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen, dass eine Verbindung zwischen der Kupplungsstange und der Kolbenstange kontinuierlich vorliegt. Anhand der wenigstens zwei Fluidauslässe ist die Bewegung des Kolbens derart steuerbar, dass pneumatische Hubzylinder mit großen Hubwegen einsetzbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Fluidauslässe jeweils mit einem Ventil strömungsmäßig verbunden, sodass ein Ausströmen von Fluid aus dem Zylindergehäuse über wenigstens einen der Fluidauslässe steuerbar ist. Vorteilhafterweise sind die hydrostatischen Druckverhältnisse in den zwei Volumina des Hubzylinders anhand der Fluidanschlüsse, die hierbei als Fluidzulauf verwendet werden, und den Fluidauslässen einstell- und steuerbar. Eine Bewegung des Kolbens des Hubzylinders ist erzeugbar, indem in den Volumina des Zylindergehäuses, beidseitig des Kolbenbodens, unterschiedliche hydrostatisehe Drücke eingestellt werden. Dieses hydrostatische Druckverhältnis ist durch eine Druckerhöhung über die Fluidanschlüsse adaptierbar, oder über das Öffnen wenigstens eines der Ventile, um Arbeitsfluid über den entsprechenden Fluidauslass aus dem Hubzylinder ausströmen zu lassen.
Es ist möglich, eine Bewegung des Kolbens in dem Zylindergehäuse, und somit eine Auslenkung der Kupplungsstange, durch eine hohe hydrostatische Druckdifferenz in den beiden Volumina des Hubzylinders zu erzeugen. Ferner ist es möglich, eine solche Bewegung der Kupplungsstange zu erzeugen, indem bei gleichem Druck in dem ersten und zweiten Volumen des Hubzylinders wenigstens ein Fluidauslass geöffnet wird, der ein Ausströmen von Arbeitsfluid aus einem der Volumina und eine damit verbundene Druckabnahme ermöglicht. Ferner ist es möglich, die Erhöhung des hydrostatischen Drucks in einem Volumen durch das Einleiten zusätzlichen Arbeitsfluids und das Auslassen von Arbeitsfluid aus dem anderen Volumen gleichzeitig auszuführen. Auf diese Weise kann eine optimale Verfahrgeschwindigkeit bei exakter Positionierung der Kupplungsstange im Zuge der Auslenkung erreicht werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Fluidauslässe über die Länge des Zylindergehäuses vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise ist somit in der Grundposition der Aktorvorrichtung beidseitig des Kolbenbodens jeweils wenigstens ein Fluidauslass angeordnet. Somit ist eine gezielte Bewegung des Kolbens in beide axialen Richtungen des Hubzylinders möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Bewegung des Kolbens erzeugbar, indem anhand wenigstens eines der Ventile eine strömungsmäßige Verbindung über den zugehörigen Fluidauslass herstellbar ist. Sofern das wenigstens eine Ventil geöffnet wird, strömt aus dem zugeordneten Volumen des Zylindergehäuses das Arbeitsfluid den hydrostatischen Druckverhältnissen entsprechend über den zugehörigen Fluidauslass aus dem Zylindergehäuse aus. Gemäß den hydrostatischen Druckverhältnissen zwischen den beiden Volumina in dem Zylindergehäuse bewegt sich der Kolben in Richtung des kleineren hydrostatischen Drucks. Sobald der Kolbenboden den Fluidauslass, über den Arbeitsfluid aus dem Zylindergehäuse ausströmt, erreicht und diesen Fluidauslass verschließt, kann kein weiteres Fluid aus dem Zylindergehäuse ausströmen. In der Folge kommt es zu einem Druckausgleich zwischen den beiden Volumina des Zylindergehäuses. Der Kolben ist auf vorteilhafter Weise in gedämpfter Form abbremsbar. Ferner ist eine gewünschte Position des Kolbens anhand der Fluidauslässe präzise anfahrbar. Aufgrund der Verbindung zwischen der Kolbenstange und der Kupplungsstange ist auf diese Weise eine Auslenkung der Kupplungsstange erzielbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung hierdurch nicht ausgeschlossen sein.
Es zeigen schematisch:

Fig. 1:: eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug;
Fig. 2a:: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung;
Fig. 2b:: das erste Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Explosionsdarstellung;
Fig. 2c:: das erste Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Seitenansicht;
Fig. 3a:: das erste Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Schnittansicht A-A gemäß Fig. 2c;
Fig. 3b:: das erste Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Schnittansicht B-B gemäß Fig. 2c;
Fig. 3c:: das erste Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Detailansicht X-X gemäß Fig. 3a;
Fig. 4a-c:: ein beispielhafter Ablauf zur Erzielung einer Auslenkung der Kupplungsstange mit dem ersten Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5a-c:: ein beispielhafter Ablauf zur Erzielung einer Auslenkung der Kupplungsstange mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Aktorvorrichtung, welches nicht Teil der Erfindung ist.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kupplungssystems für ein Schienenfahrzeug 1. Das Kupplungssystem weist einen Lagerbock 2 auf. An dem Lagerbock 2 ist eine Kupplungsstange 3 mit ihrem ersten Ende anhand einer gelenkigen Verbindung 2a angebracht. An dem zweiten Ende der Kupplungsstange 3, das dem Schienenfahrzeug 1 abgewandt ist, ist ein Kupplungskopf 4 zur Verbindung mit einem weiteren Schienenfahrzeug bzw. dessen Kupplungsvorrichtung vorgesehen.
Seitlich der Kupplungsstange 3 ist eine Aktorvorrichtung 5 angeordnet. Insbesondere ist die Aktorvorrichtung 5 in Bezug auf die Kupplungsstange 3 einseitig positioniert. Die Aktorvorrichtung 5 ist mittels eines Festlagers 6 an dem Schienenfahrzeug 1 oder an dessen Rahmen oder an dessen Fahrgestell angebracht. Ferner greift die Aktorvorrichtung 5 anhand einer Zahnstange 15 bzw. einer Kolbenstange 112b auf die Kupplungsstange 3 ein, sodass eine seitliche Auslenkung der Kupplungsstange 3 mit dem Kupplungskopf 4 möglich ist. Anhand der Aktorvorrichtung 5 ist eine seitliche Auslenkung der Kupplungsstange 3 in zwei Richtungen möglich. Die Kupplungsstange 3 rotiert dabei um eine Drehachse, die durch die gelenkige Verbindung 2a der Kupplungsstange 3 mit dem Lagerbock 2 verläuft.
Fig. 2a veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Aktorvorrichtung 5 für ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem. Die Aktorvorrichtung 5 weist gemäß Fig. 2a ein Gehäuse 5a auf. In dem Gehäuse 5a ist die Zahnstange 15 verschiebbar gelagert und geführt. Die Zahnstange 15 weist eine Aufnahme 20 zur Verbindung mit der Kupplungsstange 3 auf (vgl. Fig. 1). Ferner weist die Aktorvorrichtung 5 einen Hubzylinder 10 auf, der an einer Seite mit dem Gehäuse 5a verbunden ist. Der Hubzylinder 10 ist an seiner anderen Seite über einen Kolben 12, der eine Kolbenstange 12b aufweist, mit einem Schlitten 5b (in Fig. 2a nicht dargestellt) verbunden. Der Hubzylinder 10 ist hierzu an beiden Seiten mit geeigneten Aufnahmevorrichtungen ausgestaltet. Nach Fig. 2a werden die Verbindungen zwischen Gehäuse 5a und Hubzylinder 10 sowie zwischen Hubzylinder 10 bzw. Kolbenstange 12b und Schlitten 5b mittels einer Bolzenverbindung hergestellt und gesichert. Somit kann eine translatorische Bewegung des Kolbens 12 in dem Hubzylinder 10 auf den Schlitten 5b übertragen werden, wobei sich der Hubzylinder 10 gegen das Gehäuse 5a abstützt. Das Gehäuse 5a ist wiederrum mit dem Schienenfahrzeug 1 verbindbar (in Fig. 2a nicht gezeigt), sodass eine Kraftübertragung auf das Schienenfahrzeug 1 bzw. dessen Rahmen oder Fahrgestell erfolgt.
Fig. 2b zeigt das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung 5 in einer Explosionsdarstellung. Die Aktorvorrichtung 5 weist das zweiteilig ausgeführte Gehäuse 5a und den Schlitten 5b auf, der in dem Gehäuse 5a verschiebbar gelagert und geführt ist. In dem Gehäuse 5a ist eine Rampe 17 vorgesehen, die entlang der Führung für den Schlitten 5b angeordnet ist. Beidseitig der Rampe 17 sind Vertiefungen vorgesehen, welche die Führungsfläche des Gehäuses 5a für den Schlitten 5b unterbrechen. Die Rampe 17 mündet mit abfallenden Flanken in die Vertiefungen. Am gegenüberliegenden Ende weisen die Vertiefungen steile, insbesondere senkrechte, Endanschläge auf. Die Vertiefungen ragen in die darunterliegende Führung für die Zahnstange 15 hinein.
Weiterhin weist das Gehäuse 5a an seiner Oberseite einen Ausschnitt auf, durch den der Schlitten 5b hindurchragen kann, sodass der Schlitten 5b mit dem Hubzylinder 10 bzw. dessen Kolbenstange 12b verbindbar ist. Gleichzeitig stellt dieser Ausschnitt des Gehäuses 5a Anschläge zur Beschränkung der translatorischen Bewegung des Schlittens 5b dar.
Gemäß Fig. 2b ist in dem Schlitten 5b eine Nut zur teilweisen Aufnahme einer Rückholfeder 18 vorgesehen. Vorzugsweise ist in dem Gehäuse 5a eine korrespondierende Nut vorgesehen (in Fig. 2b nicht gezeigt), sodass die Rückholfeder 18 teilweise in das Gehäuse 5a und teilweise in den Schlitten 5b hineinragt. Die Rückholfeder 18 ist ferner beidseitig mit Endkappen versehen, um sicher sowie zentriert in den Nuten des Gehäuses 5a sowie des Schlittens 5b positioniert werden zu können. Sofern anhand des Hubzylinders 10 eine Relativbewegung des Schlittens 5b gegenüber dem Gehäuse 5a eingeleitet wird, insbesondere zur Auslenkung der Kupplungsstange 3, wird die Rückholfeder 18 komprimiert. Sobald der pneumatische Hubzylinder 10 entspannt wird, wird der Schlitten 5b und der Kolben 12 des Hubzylinders 10 durch das Entspannen der komprimierten Rückholfeder 18 wieder in die Grundposition zurückgefahren.
Ferner weist die Aktorvorrichtung gemäß Fig. 2b eine erste Klinke 16a und eine zweite Klinke 16b auf, die über eine Druckfeder 19 auseinander gepresst werden. Die Klinken 16a; 16b sind drehbar gelagert mit dem Schlitten 5b verbunden. In der Grundposition der Aktorvorrichtung 5 liegen die beiden Klinken 16a; 16b auf der Rampe 17 des Gehäuses 5a auf und werden durch die Druckfeder 19 gegen diese gepresst. Bei einer translatorischen Bewegung des Schlittens 5b gegenüber dem Gehäuse 5a in eine der beiden axialen Richtungen des Hubzylinders 10 gleitet eine der beiden Klinken 16a; 16b von der Rampe 17 in die danebenliegende Vertiefungen ab. Die abgeglittene Klinke 16a; 16b ragt nach dem Abgleiten in die Führung des Gehäuses 5a für die Zahnstange 15 hinein. Die Zahnstange 15 weist Zähne bzw. Eingriffe über wenigstens einen Teil ihrer Gesamtlänge auf. Die Zähne der Zahnstange 15 sind den Klinken 16a; 16b und der Rampe 17 entgegengerichtet.
Fig. 2c stellt die erste Ausführungsform der Aktorvorrichtung 5 in einer Seitenansicht dar. Der Hubzylinder 10 ist auf der Oberseite des Gehäuses 5a positioniert und ist mit diesem verbunden. Das Gehäuse 5a weist Führungen für den Schlitten 5b sowie darunterliegend für die Zahnstange 15 auf. Die Rückholfeder 18 ragt mit ihrem Durchmesser teilweise in den Schlitten 5b mit der dafür vorgesehenen Nut sowie teilweise in das Gehäuse 5a mit der dafür vorgesehenen Nut hinein.
Fig. 3a zeigt das erste Ausführungsbeispiel der Aktorvorrichtung in der Schnittansicht A-A gemäß Fig. 2c. Pfeile signalisieren die Bewegungsrichtungen, in welche die Aktorvorrichung 5 verfahrbar bzw. die Zahnstange 15 verschiebbar ist. Der Hubzylinder 10 mit dem Kolben 12 und dem Zylindergehäuse 11 ist über die Kolbenstange 12b mit dem Schlitten 5b verbunden. Ein Kolbenboden 12a des Kolbens 12 unterteilt das Zylindergehäuse 11 in ein erstes Volumen V1 und ein zweites Volumen V2. Ferner weist der Hubzylinder 10 vorzugsweise zwei Fluidzuläufe 13a; 13b für das erste Volumen V1 und das zweite Volumen V2 auf (in Fig. 3a nicht dargestellt). Der Hubzylinder 10 ist somit als doppeltwirkender Hubzylinder einsetzbar. Die Aktorvorrichtung 5 befindet sich gemäß Fig. 3a in ihrer Grundposition, wobei sich der Kolbenboden 12a des Kolbens 12 in der Mitte des Zylindergehäuses 11 befindet. Eine Bewegung des Kolbens 12 entlang der axialen Richtungen des Hubzylinders 10 ist aus dieser Grundposition heraus zu beiden Seiten möglich. Ebenso ist der Schlitten 5b in der Mitte der Aussparung an der Oberseite des Gehäuses 5a positioniert, durch die der Schlitten 5a mit seinem Verbindungsteil zur Verbindung mit dem Kolben 12 hindurchragt.
In dem Gehäuse 5a ist die Rampe 17 vorgesehen. Auf der Rampe 17 sind die zwei drehbar gelagerte Klinken 16a; 16b sich gegenüberstehend angeordnet. Die beiden Klinken 16a; 16b sind an dem Schlitten befestigt. Die Druckfeder 19 presst die Klinken 16a; 16b auseinander und gegen die Rampe 17 des Gehäuses 5a. Sofern eine der Klinken 16a; 16b von der Rampe 17 in eine der jeweils danebenliegende Vertiefung abgleitet, greift die abgeglittene Klinke 16a; 16b in die Vertiefung sowie die daran entlang geführte Zahnstange 15 bzw. deren Zahneingriffe ein.
Fig. 3b veranschaulicht das erste Ausführungsbeispiel der Aktorvorrichtung 5 für ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem in der Schnittansicht B-B gemäß Fig. 2c. Gemäß Fig. 3b ist die Anordnung der Rückholfeder 18 innerhalb der Nuten in dem Gehäuse 5a sowie in dem Schlitten 5b erkennbar. Der Schlitten 5b ist in der vorgesehenen Führung innerhalb des Gehäuses 5a verschiebbar. Ferner zeigt Fig. 3b die Rampe 17 mit den seitlich angeordneten Vertiefungen. Die Zahnstange 15 ragt gemäß Fig. 3b über diese Vertiefungen hinaus, sodass beim Abgleiten einer Klinke 16a; 16b von der Rampe 17 in eine der Vertiefungen der Eingriff der jeweiligen Klinke 16a; 16b in die Zahnstange bzw. deren Zahneingriffe erfolgt.
In Fig. 3c ist eine Detailansicht X-X gemäß Fig. 3a des ersten Ausführungsbeispiels einer Aktorvorrichtung 5 gezeigt. Insbesondere stellt die Detailansicht X-X die erste und zweite Klinke 16a; 16b auf der Rampe 17 aufliegend dar. Die Druckfeder 19 presst die beiden Klinken 16a; 16b auseinander und gegen die Rampe 17. Ferner weist die Rampe 17 beidseitig abfallende Flanken auf, die in Vertiefungen münden. So kann eine Klinke 16a; 16b, die zuvor von der Rampe 17 abgeglitten ist, durch eine Bewegung des Schlittens 5b in die entgegengesetzte Richtung wieder auf die Rampe 17 aufgleiten bzw. hochgezogen werden.
Die Fig. 4a bis 4c stellen einen Bewegungsablauf der beispielhaften Aktorvorrichtung 5 gemäß Fig. 2a für ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem dar, um die Auslenkung der Kupplungsstange 3 eines Schienenfahrzeuges 1 zu ermöglichen. Die Bewegungsrichtungen des Schlittens 5b und der Zahnstange 15 sind anhand von Pfeilen in den Figs. 4a bis 4c angedeutet.
Gemäß Fig. 4a erfolgt anhand entsprechender hydrostatischer Druckverhältnisse in dem Hubzylinder 10, also einem höheren hydrostatischen Druck in dem ersten Volumen V1 und einem geringeren hydrostatischen Druck in dem zweiten Volumen V2, eine Bewegung des Kolbens 12 nach rechts. Die Kolbenstange 12b überträgt die Bewegung des Hubzylinders 10 auf den Schlitten 5b, sodass dieser relativ zu dem Gehäuse 5a, und somit auch relativ zu dem Schienenfahrzeug 1, bewegt wird. Die Rampe 17 ist in dem Gehäuse 5a angeordnet und führt ebenfalls keine Bewegung aus. Die Klinken 16a; 16b werden von dem sich nach rechts bewegenden Schlitten 5b mitgeführt und gleiten über die Rampe 17 nach rechts. Am Ende der Rampe 17 gleitet die zweite Klinke 16b von der Rampe 17 in die danebenliegende Vertiefung ab und greift in die Zähne bzw. die Eingriffe der Zahnstange 15 ein. Die erste Klinke 16a befindet sich hierbei teilweise noch auf der Rampe 17.
Der Eingriff der zweiten Klinke 16b in die Zahnstange 15 stellt einen Form- und/oder Kraftschluss mit den Zähnen der Zahnstange 15 dar. Während der Schlitten 5b über den Kolben 12 bzw. die Kolbenstange 12b bewegt wird, nimmt der Schlitten 5b die Zahnstange 15 anhand der eingreifenden zweiten Klinke 16b mit.
Fig. 4b zeigt den Status der beispielhaften Aktorvorrichtung 5 sobald der Schlitten 5b den rechten Anschlag des Gehäuses 5a erreicht hat. Nachdem die rechte Klinke 16b in die Zahnstange 15 eingegriffen hat, wurde die Zahnstange 15 mit der Bewegung des Schlittens 5b mitgeführt. Hierdurch wird eine Auslenkung der Kupplungsstange 3 erzielt, die über die Aufnahme 20 mit der Zahnstange 15 verbunden ist (in Fig. 4a-4c nicht gezeigt).
Sobald der Schlitten 5b den Anschlag des Gehäuses 5a erreicht, ist vorzugsweise auch der Kolben 12 an dem entsprechenden Ende des Hubzylinders 10 angelangt. Indem der verfügbare Hubweg des Hubzylinders 10 anwendungsspezifisch in hinreichender Größe ausgestaltet wird, kann gleichzeitig eine optimierte Positioniergenauigkeit gewährleistet werden. Hingegen führt ein zu groß dimensionierter Hubzylinder zu einer Ungenauigkeit bei der Positionierung des pneumatischen Hubzylinders und somit zu einer ungenauren Auslenkung der Kupplungsstange 3.
Fig. 4c veranschaulicht das Zurückkehren der Aktorvorrichtung 5 bzw. des Schlittens 5b und des Kolbens 12 in die Grundposition mit Hilfe der Rückholfeder 18 (in 4a bis 4c nicht dargestellt). Hierzu wird der Hubzylinder 10 entspannt, d.h. das hydrostatische Druckverhältnis zwischen erstem Volumen V1 und zweitem Volumen V2 wird aufgelöst, sodass in beiden Volumina V1; V2 derselbe hydrostatische Druck vorliegt. Anhand der Relativbewegung des Schlittens 5b gegenüber dem Gehäuse 5a wurde die Rückholfeder 18 zuvor vorgespannt bzw. komprimiert. Sobald ein Ende der Bewegung des Schlittens 5b erreicht ist, kann der Hubzylinder 10 durch eine entsprechende Reduktion des hydrostatischen Drucks in dem ersten Volumen V1 entlastet werden. Mit Hilfe der vorgespannten Rückholfeder 18 wird die Aktorvorrichtung 5 anschließend in die Grundposition zurückgefahren.
Die vorgespannte Rückholfeder 18 löst hierzu eine Relativbewegung des Schlittens 5b gegenüber dem Gehäuse 5a aus, sodass der Kolbenboden 12a wieder in die längsseitige Mitte des Zylindergehäuses 11 zurückfährt. Hierbei werden die in dem Schlitten 5b aufgenommenen Klinken 16a; 16b wieder auf die Rampe 17 gezogen, sodass der formschlüssige und/oder kraftschlüssige Eingriff der zweiten Klinke 16b in die Zahnstange 15 aufgelöst wird. Sobald der Kolbenboden 12a wieder mittig in dem Zylindergehäuse 11 steht, sind die beiden Klinken 16a; 16b auf der Rampe 17 angeordnet.
Indem beim Zurückfahren des Hubzylinders 10 in die Grundposition, zusammen mit dem Schlitten 5b, der Eingriff der beiden Klinken 16a; 16b gelöst und anhand der Rampe 17 verhindert wird, verbleibt die Zahnstange 15 in der zuvor eingestellten Position. Folglich bleibt eine zuvor eingestellte Auslenkung der Kupplungsstange 3 während des Zurückfahrens der Aktorvorrichtung 5 in die Grundposition erhalten.
Sofern die Kupplungsstange 3 weiter ausgelenkt werden soll, kann der Prozess gemäß Fig. 4a bis 4c beliebig oft wiederholt werden bis eine maximal vorgesehene Auslenkung der Kupplungsstange 3 bzw. Verschiebung der Zahnstange 15 erreicht ist. Ein Anhalten an einer beliebigen Position des Hubweges des Huzylinders 10 ist gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Es wird stets eine komplette Bewegung des Hubzylinders 10 bzw. des Kolbens 12 aus der Grundposition bis zum Anschlag des Hubzylinders 10 bzw. des Gehäuses 5a ausgeführt. Anhand des immer wiederkehrenden Zurückfahrens der Aktorvorrichtung 5 bzw. des Schlittens 5b in die Grundposition erfolgt die (Vor-)Auslenkung der Kupplungsstange 3 mit dem Kupplungskopf 4 (in Fig. 2; 2a bis 2c nicht gezeigt) schrittweise.
Fig. 5a zeigt ein weiteres, zweites Ausführungsbeispiel der Aktorvorrichtung 5, welches nicht Teil der Erfindung ist. Die dargestellte Aktorvorrichtung 5 weist den Hubzylinder 110 auf, mit dem Zylindergehäuse 111 und dem Kolben 112. Der Kolben 112 weist den Kolbenboden 112a und die Kolbenstange 112b auf. Der Kolbenboden 112b unterteilt das Zylindergehäuse 111 in das erste Volumen V1 und das zweite Volumen V2. Die Kolbenstange 112b ist vorzugsweise direkt mit der Kupplungsstange 3 verbunden (in Fig. 5a nicht dargestellt; siehe Fig. 1). Folglich führt eine Auslenkung des Kolbens 112 zu einer direkten Auslenkung der Kupplungsstange 3 in axialer Richtung des Hubzylinders 10.
Das Zylindergehäuse 111 weist zwei Fluidzuläufe 113a; 113b in der Nähe der Endseiten bzw. an den Endseiten auf. Gemäß Fig. 5a sind weiterhin vier Fluidauslässe 114a; 114b; 114c; 114d vorgesehen, die vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander entlang der Längsrichtung des Zylindergehäuses 111 verteilt sind. Ferner sind in der Grundposition der Aktorvorrichtung 5 dem ersten Volumen V1 und dem zweiten Volumen V2 vorzugsweise eine gleiche Anzahl an Fluidauslässen zugeordnet. Weiterhin sind an den Fluidauslässen 114a-114d jeweils Ventile vorgesehen (in Fig. 5a nicht dargestellt), sodass das strömungsmäßige Öffnen eines Fluidauslasses 114a-114d, um Fluid aus dem ersten Volumen V1 und/oder dem zweiten Volumen V2 des Zylindergehäuses 111 ausströmen zu lassen, steuerbar ist.
Die Figs. 5a bis 5c stellen eine Bewegung der zweiten Ausführungsform der Aktorvorrichtung 5 für ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem dar, um eine (Vor-)Auslenkung der Kupplungsstange 3 eines Schienenfahrzeuges 1 zu erzielen.
Fig. 5a zeigt hierbei die Aktorvorrichtung 5 bzw. den Hubzylinder 10 in der Grundposition. Die ersten drei Fluidauslässe 114a-c sind strömungsmäßig getrennt, während das Ventil am vierten Fluidauslass 114d geöffnet ist. Im ersten Volumen V1 wird ein größerer hydrostatischer Druck angelegt, als im zweiten Volumen V2. In der Folge bewegt sich der Kolben 112 mit dem Kolbenboden 112a gemäß Fig. 5b nach rechts. Hierdurch wird eine entsprechende Auslenkung der Kupplungsstange 3 über die Bewegung der Kolbenstange 112b erzielt.
In Fig. 5b ist der Zustand dargestellt, bevor der Kolbenboden 112a den geöffneten vierten Fluidauslass 114d übertritt und hierbei verschließt. Sobald der Kolbenboden 112a den vierten Fluidauslass erreicht und diesen strömungsmäßig verschließt, sodass kein weiteres Fluid aus dem zweiten Volumen V2 austreten kann, erhöht sich bei einer fortlaufen Bewegung des Kolbens 112 nach rechts der hydrostatische Druck in dem zweiten Volumen V2. Demnach wird eine Bewegung des Kolbens 112 abgebremst sobald der Kolbenboden 112a den strömungsmäßig geöffneten, vierten Fluidauslass erreicht und wenigstens teilweise verschließt.
Fig. 5c zeigt den Zustand der Aktorvorrichtung 5 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, sobald der Kolbenboden 112a den strömungsmäßig verbundenen Fluidauslass 114d überschritten hat. In diesem Zustand der Aktorvorrichtung 5 liegt eine strömungsmäßige Verbindung über den vierten Fluidauslass 114d zu dem ersten Volumen V1 vor. Das zweite Volumen V2 ist strömungsmäßig verschlossen, sodass kein Fluid aus dem zweiten Volumen V2 ausströmen kann. Sobald der Kolbenboden 112b den geöffneten vierten Fluidauslass 114d erreicht hat und diesen überschreitet, wird in dem zweiten Volumen V2 ein hydrostatischer Druck erzeugt, der dem hydrostatischen Druck in dem ersten Volumen V1 entgegenstrebt. Die hydrostatischen Drücke des ersten und zweiten Volumens V1; V2 gleichen sich an. In der Folge wird eine Bewegung des Kolbens 12 abgebremst, bis die hydrostatischen Drücke im ersten Volumen V1 und im zweiten Volumen V2 gleich sind.
In der Folge richtet sich der Kolbenboden 112a derart aus, dass ein Gleichgewicht der hydrostatischen Drücke in dem ersten Volumen V1 und in dem zweiten Volumen V2 erreicht ist. Dabei verschließt der Kolbenboden 112a den geöffneten vierten Fluidanschluss 114d, sodass der Kolben 112 eine definierte Position einnimmt. Die Kupplungsstange 3 wird somit gezielt ausgelenkt. In Abhängigkeit von der Position der Fluidanschlüsse 114a-d sowie dem strömungsmäßigen Öffnen oder Schließen der Fluidanschlüsse 114a-d ist auf diese Weise eine bestimmte Position mit dem pneuamtischen Hubzylinder gezielt anfahrbar. Eine schrittweise Auslenkung der Kupplungsstange 3 über den gesamten Hubweg des Hubzylindes 110 kann gleichfalls schrittweise erfolgen, indem die Fluidanschlüsse 114a-d nacheinander in gesteuerter Form entsprechend geöffnet und geschlossen werden.
Indem über die Fluidanschlüsse 113a; 113b das jeweilige Volumen V1; V2 mit einem spezifischen pneumatischen Druck beaufschlagt wird, sodass der Kolbenboden 112a ferner in einer gewünschten Position gehalten werden kann. Ferner kann ein Fluidauslass 114a-d oder können mehrere Fluidauslässe 114a-d anhand der zugeordneten Ventile gleichzeitig oder seriell strömungsmäßig geöffnet bzw. strömungsmäßig geschlossen werden, kann eine bedarfsweise Bewegung des Kolbens 112 des Hubzylinders 110 gesteuert werden. Insbesondere sind hierbei auch pneumatische Hubzylinder mit größeren Hubwegen einsetzbar, da eine gezielte Positionierung des Kolbens 112 anhand der Fluidauslässe 114a-d erfolgt. Insbesondere ist somit eine schrittweise Auslenkung der Kupplungsstange 3 möglich, die direkt mit der Kolbenstange 112b in Verbindung steht.

Bezugszeichen

V1: erstes Volumen
V2: zweites Volumen
1: Schienenfahrzeug
2: Lagerbock
2a: Gelenkige Verbindung an dem Lagerbock
3: Kupplungsstange
4: Kupplungskopf
5: Aktorvorrichtung
5a: Gehäuse
5b: Schlitten
10: Hubzylinder
11: Zylindergehäuse
12: Kolben
12a: Kolbenboden
12b: Kolbenstange
13a: erster Fluidzulauf
13b: zweiter Fluidzulauf
14a-d: Fluidauslass
15: Zahnstange
16a: erste Klinke
16b: zweite Klinke
17: Rampe
18: Rückholfeder
19: Druckfeder
20: Aufnahme

Claims

Kupplungssystem für ein Schienenfahrzeug (1), mit einem Lagerbock (2), der an dem Schienenfahrzeug (1) anordbar ist, mit einer Kupplungsstange (3), die an ihrem ersten Ende über eine gelenkige Verbindung (2a) mit dem Fahrzeug (1) verbindbar ist, mit einem Kupplungskopf (4), der an dem zweiten Ende der Kupplungsstange (3), welches im montierten Zustand dem Schienenfahrzeug (1) abgewandt ist, vorgesehen ist, und mit einer Aktorvorrichtung (5), die seitlich der Kupplungsstange (3) angeordnet und mit dem Schienenfahrzeug (1) verbindbar ist,
wobei
die Aktorvorrichtung (5) in Bezug auf die Kupplungsstange (3) einseitig vorgesehen ist und einen pneumatischen Hubzylinder (10; 110) aufweist, sodass die Kupplungsstange (3) an ihrem zweiten Ende mit dem Kupplungskopf (4) in zwei entgegengesetzte Richtungen insbesondere schrittweise auslenkbar ist und die Aktorvorrichtung (5) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Kupplungsstange (3) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorvorrichtung (5) ein Gehäuse (5a) aufweist, in dem ein Schlitten (5b) angeordnet ist, der mit dem Hubzylinder (10) derart verbunden ist, dass der Schlitten (5b) bei Bewegung des Kolbens (12) gegenüber dem Gehäuse (5a) in axialer Richtung des Hubzylinders (10) verschiebbar ist,
wobei die Aktorvorrichtung (5) mit einer Zahnstange (15) vorgesehen ist, die in dem Gehäuse (5a) der Aktorvorrichtung (5) verschiebbar vorgesehen ist, und
wobei die Aktorvorrichtung (5) mit einer drehbar gelagerten ersten Klinke (16a) und einer drehbar gelagerten zweiten Klinke (16b) in dem Schlitten (5b) sowie mit einer Rampe (17) in dem Gehäuse (5a), auf der die erste Klinke (16a) und die zweite Klinke (16b) verschiebbar sind, derart vorgesehen ist, dass bei Bewegung des Schlittens (5b) eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schlitten (5b) und der Zahnstange (15) mittels der ersten Klinke (16a) oder der zweiten Klinke (16b) herstellbar ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 1,
wobei der Hubzylinder (10; 110) ein Zylindergehäuse (11; 111) aufweist, das mit einem ersten Fluidanschluss (13a; 113a) und einem zweiten Fluidanschluss (13b; 113b) versehen ist.
Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei der Hubzylinder (10; 110) eine Grundposition aufweist, bei der sich ein Kolbenboden (12a; 112a) eines Kolbens (12; 112) des Hubzylinders (10; 110) in einer Mittelposition befindet, sodass der Kolben (12; 112) in beide axialen Richtungen des Hubzylinders (10; 110) bewegbar ist.
Kupplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Aktorvorrichtung (5) eine Rückholfeder (18) aufweist, die mit dem Gehäuse (5a) und dem Schlitten (5b) derart verbunden ist, dass die Aktorvorrichtung (5) in die Grundposition rückstellbar ist, in der die erste Klinke (16a) und die zweite Klinke (16b) auf der Rampe (17) aufliegen.
Kupplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Gehäuse (5a) der Aktorvorrichtung (5) eine Bremseinheit aufweist, sodass eine relative Bewegung der Zahnstange (15) gegenüber dem Gehäuse (5a) verzögerbar ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 5,
wobei die Verzögerung durch Reibung erfolgt.