EP3802263B1

EP3802263B1 - Kupplungssystem für ein schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP3802263B1
Application number: EP19734701.6A
Authority: EP
Inventors: Alexander LEVI; Dietmar Kapp; Almedin GOJAK; Clemens Karl ROLLER; Andriy Pavlenko; Sven Wachter
Original assignee: Era Contact GmbH
Current assignee: Era Contact GmbH
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2023-08-02
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: US20210253145A1; EP3802263A1; PL3802263T3; WO2019234242A1; DE202019005502U1; CN112351926B; DE102018113776A1; CN112351926A; ES2960068T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine elektrische Kupplung mit einem Kupplungsgehäuse, einer an dem Kupplungsgehäuse angebrachten Kontaktträgerstruktur und einer Vielzahl von Kontakten, die an der Kontaktträgerstruktur montiert sind und die jeweils eine von mehreren unterschiedlichen Funktionen aufweisen.
Elektrische oder optische Kupplungen werden für die Signal- und Leistungsübertragung in Schienenfahrzeugen eingesetzt. Eine solche Kupplung wird häufig mit automatischen oder halbautomatischen Mittelpufferkupplungen ausgeliefert. Letztere ermöglichen das Kuppeln und Entkuppeln von zwei oder mehr Triebzügen zu einem Zugverband, ohne dass hierfür zusätzliches Bedienpersonal erforderlich ist.
US 3 606 030 A offenbart ein Kupplungssystem für Schienenfahrzeuge mit einem Gehäuse und einer Kontaktträgerstruktur mit einer Vielzahl von Kontaktelementen. Die Kontaktträgerstruktur ist aus verschiedenen Kontaktträgereinsätzen (dort Modul genannt) zusammengesetzt.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine elektrische Kupplung 10, die Teil eines derzeit von der Anmelderin selbst vertriebenen Kupplungssystems ist. Dieses Kupplungssystem weist neben der elektrischen Kupplung 10 einen oder mehrere in Figur 1 nicht gezeigte Handstecker auf, die über Schutzschläuche mit der Kupplung 10 verbunden sind.
Die elektrische Kupplung 10 hat ein Kupplungsgehäuse 12, das im Wesentlichen aus einem Gehäusekörper 14 und einer Klappe 16 gebildet ist. Die Klappe 16 wird beim Kuppeln automatisch relativ zu dem Gehäusekörper 14 so verschwenkt, dass sie eine an einer Stirnseite des Gehäusekörpers 14 angebrachte Kontaktträgerstruktur 20 freigibt. Beim Entkuppeln schließt sich die Klappe 16 automatisch und bedeckt die Kontaktträgerstruktur 20. Eine Federanordnung 18 sorgt dafür, dass die Klappe 16 im gekuppelten Zustand in ihrer offenen Stellung und im entkuppelten Zustand in ihrer geschlossenen Stellung festgesetzt ist.
Gemäß Figur 2, welche die Kontaktträgerstruktur 20 noch einmal in Alleinstellung zeigt, ist die Kontaktträgerstruktur 20 aus einem einstückigen Isolierkörper 21 gebildet, an dem eine Vielzahl von elektrischen Kontakten 22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b und 28a, 28b montiert sind. Durch die vorgenannten elektrischen Kontakte, mit denen die einstückige Kontaktträgerstruktur 21 bestückt ist, sind unterschiedliche Übertragungsfunktionen realisiert. So dienen die mit 22a, 22b bezeichneten Kontakte der digitalen Datenübertragung, während die elektrischen Kontakte 24a, 24b für eine Hochfrequenz-Signalübertragung, die Kontakte 26a, 26b für eine Niederfrequenz-Signalübertragung und die elektrischen Kontakte 28a, 28b für eine Energieübertragung, d.h. Stromübertragung vorgesehen sind. Da die elektrischen Kontakte unterschiedlichen Übertragungszwecken dienen, unterscheiden sie sich auch konstruktiv voneinander. Dies ist in Figur 2 für die Kontakte 22a, 22b und 28a, 28b unmittelbar ersichtlich. Gleiches gilt jedoch auch für die Kontakte 24a, 24b und 26a, 26b. So sind z.B. die der Hochfrequenz-Signalübertragung dienenden Kontakte 24a, 24b als vergoldete Kontakte und die der Niederfrequenz-Signalübertragung dienenden Kontakte 26a, 26b als versilberte Kontakte ausgeführt.
Wie der Darstellung nach Figur 2 ferner zu entnehmen ist, bilden die an der Kontaktträgerstruktur 20 montierten Kontakte eine gleichsam spiegelsymmetrische Kontaktanordnung bezüglich einer mittigen Symmetrieachse X, welche die Kontaktträgerstruktur 20 in zwei Hälften unterteilt. Dabei sind die in Figur 2 in der linken Hälfte der Kontaktträgerstruktur 20 angeordneten Kontakte 22a, 24a, 26a, 28a als Steckerkontakte ausgeführt, während die in der rechten Hälfte der Kontaktträgerstruktur 20 angeordneten Kontakte 22b, 24b, 26b, 28b als Buchsenkontakte ausgeführt sind. Im vorliegenden technischen Kontext bezeichnet man die linke und die rechte Seite der Kontaktträgerstruktur 20 auch als Kegelseite bzw. Trichterseite. Die spiegelsymmetrische Kontaktanordnung trägt dem Umstand Rechnung, dass die elektrische Kupplung 20 ein Kuppeln in entgegengesetzten Richtungen ermöglichen soll.
Eine herkömmliche elektrische Kupplung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art stellt stets eine kundenspezifische Baueinheit dar. Dies bedeutet, dass je nach der vorliegenden Kundenanforderung die Kupplung projektspezifisch neu konstruiert und gefertigt werden muss. Da jede Kupplung ein Unikat ist, ergeben sich lange Lieferzeiten. Diese sind insbesondere einer Vielzahl von Interaktionsschleifen bei der mechanischen und elektrischen Abstimmung und der aufwändigen Freigabeprozedur geschuldet. Auch sind bei dem Kunden, z.B. einem Fahrzeughersteller, eine aufwändige Projektierung und ein aufwändiges Änderungsmanagement erforderlich. Zudem sind hohe Anforderungen an die Dokumentation gestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kupplungssystem für ein Schienenfahrzeug sowie ein Verfahren zu dessen Fertigung anzugeben, die eine erhebliche Reduzierung des Entwurfs- und Fertigungsaufwands ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht ein Kupplungssystem für ein Schienenfahrzeug vor, umfassend eine Kupplung mit einem Kupplungsgehäuse, einer an dem Kupplungsgehäuse angebrachten Kontaktträgerstruktur und einer Vielzahl von Kontakten, die an der Kontaktträgerstruktur montiert sind und die jeweils eine von mehreren unterschiedlichen Funktionen aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Kontaktträgerstruktur aus mehreren separaten Kontaktträgereinsätzen zusammensetzbar. An jedem der separaten Kontaktträgereinsätze sind aus der Vielzahl der Kontakte nur solche montiert, die gleiche Funktion aufweisen.
Die Kupplung ist als elektrische Kupplung ausgeführt. Dementsprechend sind die Kontakte, die an der Kontaktträgerstruktur montiert sind, als elektrische Kontakte ausgebildet. In jedem Fall sind die Kontakte auf die speziellen technischen Vorgaben ausgelegt, die aus der jeweilige Anwendung resultieren. Im Bahnbereich betreffen diese Vorgaben beispielsweise die Anzahl der Steckzyklen sowie die hier anzutreffenden rauen Einsatzbedingungen infolge von Umwelt-, Schock- und Vibrationseinflüssen.
Das Vorsehen separater Kontaktträgereinsätze begünstigt einen modularen Aufbau des Kupplungssystems nach einem Baukastenprinzip. Durch dieses Baukastenprinzip sind insbesondere standardisierte Anschlussmöglichkeiten gegeben, durch die der Entwurfs- und Fertigungsaufwand erheblich reduziert wird. Auch eine nachträgliche Änderung des Kupplungssystems ist einfach und schnell möglich, da lediglich Module getauscht werden müssen, deren Funktionstüchtigkeit im Vorfeld schon geprüft worden ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kupplung unter Berücksichtigung technologischer Weiterentwicklungen nachgerüstet werden soll. Dabei bleibt trotz des vorteilhaften Aufbaus die Flexibilität erhalten, die der Kunde im Hinblick auf die in seiner speziellen Anwendung zu realisierenden Übertragungsfunktionen benötigt.
Die Erfindung ermöglicht eine erhebliche Reduzierung des Entwurfs- und Fertigungsaufwands und stellt zugleich sicher, dass dem Kunden die erforderliche Funktionalität und Flexibilität dennoch erhalten bleiben. Die Erfindung beruht insoweit auf einer umfangreichen und präzisen Analyse der auf dem vorliegenden technischen Gebiet bevorzugt übertragenen Signale. Insbesondere bildet diese Analyse die Grundlage für die durch die vorliegende Erfindung realisierbare Modularisierung des Kupplungssystems.
Sofern in der vorliegenden Anmeldung davon die Rede ist, dass die elektrischen Kontakte gleiche oder unterschiedliche Funktion haben, so ist mit dieser Funktion eine Signalübertragungsfunktion gemeint, d.h. eine Funktion, welche die Übertragung der elektrischen Signale innerhalb des Kupplungssystems charakterisiert.
Die separaten Kontaktträgereinsätze der Kupplung, aus denen die Kontaktträgerstruktur zusammensetzbar ist, sind aus Funktionspaaren gebildet, die jeweils zwei Kontaktträgereinsätze umfassen, deren Kontakte gleiche Funktion aufweisen.
in einer besonders bevorzugten Ausführung ist innerhalb der Kontaktträgerstruktur jedem Kontaktträgereinsatz eine feste Montageposition zugeordnet, die in Abhängigkeit der Funktion, welche die an diesem Kontaktträgereinsatz montierten Kontakte aufweisen, vorbestimmt ist.
Die Montagepositionen der ein jeweiliges Funktionspaar bildenden Kontaktträgereinsätze sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse angeordnet, welche die Kontaktträgerstruktur in zwei Hälften unterteilt. In diesem Fall sind die Kontakte derjenigen Kontaktträgereinsätze, deren Montagepositionen sich in einer Hälfte der Kontaktträgerstruktur befinden, als Stiftkontakte ausgeführt, während die Kontakte derjenigen Kontaktträgereinsätze, deren Montagepositionen sich in der anderen Hälfte der Kontaktträgerstruktur befinden, als Buchsenkontakte ausgeführt sind. Die vorgenannten beiden Hälften der Kontaktträgerstruktur sind dabei insbesondere der Trichterseite bzw. der Kegelseite der Kupplung zugeordnet.
Das Kupplungssystem umfasst mindestens einen Handstecker, der außerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnet ist und mehrere Kontakteinsätze mit jeweils mindestens einem elektrischen Kontakt aufweist, der mit einem der Kontakte eines der Kontaktträgereinsätze verbindbar ist. Ein solcher Handstecker ist beispielsweise über einen Schutzschlauch mit dem Kupplungsgehäuse verbunden. In dem Schutzschlauch sind Leitungen geführt, die zwischen der Kupplung und dem Handstecker verlaufen. Der Handstecker dient dem Anschluss dieser Leitungen innerhalb des Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform können die Kontakteinsätze und deren Kontakte des Handsteckers einerseits und die an dem Kupplungsgehäuse angeordneten Kontaktträgereinsätze sowie deren Kontakte andererseits deutlich unterschiedlich ausgeführt sein. Insbesondere ist es möglich, die Kontakteinsätze und Kontakte des Handsteckers, die in der Regel nur sehr selten händisch gesteckt und gezogen werden müssen, weniger robust und generell mit geringerem technischen Aufwand auszuführen als die Kontaktträgereinsätze und Kontakte, die an dem Kupplungsgehäuse montiert sind. So befinden sich letztere an der dem Außenraum zugewandten Stirnseite des Kupplungssystems und müssen etwa beim Kuppeln und Entkuppeln von zwei Triebzügen zu einem Zugverband eine hohe Zahl an Steckzyklen unbeschadet überstehen. Diese Kontaktträgereinsätze und Kontakte liegen während des Kuppel- und Entkupplungsvorgangs kurzzeitig zum Außenraum hin frei und sind ansonsten durch eine
Klappe oder durch die gekuppelte Gegenkupplung geschützt. Dementsprechend sind die technischen Anforderungen an die an der Stirnseite des Kupplungssystems vorhandenen Kontaktkomponenten deutlich höher als an die entsprechenden Komponenten, die sich im Handstecker befinden.
Das Kupplungssystem ist aus mehreren unabhängig voneinander montierbaren Modulen zusammengesetzt, wobei jedes Modul mindestens zwei der Kontaktträgereinsätze, die eines der Funktionspaare bilden, und mindestens einen der Kontakteinsätze des Handsteckers sowie eine erste elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktträgereinsätzen und eine zweite elektrische Verbindung zwischen einem der beiden Kontaktträgereinsätze und dem Kontakteinsatz des Handsteckers umfasst.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die elektrische Verbindung eine erste elektrische Leitung auf, die einen der Kontakte des einen Kontaktträgereinsatzes mit einem der Kontakte des anderen Kontaktträgereinsatzes koppelt. Ferner weist die zweite Verbindung eine zweite elektrische Leitung auf, die den vorgenannten elektrischen Kontakt des anderen Kontaktträgereinsatzes mit einem der Kontakte des Kontakteinsatzes des Handsteckers koppelt.
Die erste und die zweite Leitung sind in einer besonders bevorzugten Ausführung direkt an dem Kontakt des anderen Kontaktträgereinsatzes befestigt.
Die Kontaktträgereinsätze sind jeweils mittels einer Schraubverbindung an dem Kupplungsgehäuse montierbar.
Vorzugsweise ist eine umlaufende Kupplungsdichtung vorgesehen, die zwischen dem Kupplungsgehäuse und der aus den Kontaktträgereinsätzen zusammengesetzten Kontaktträgerstruktur gehalten ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens ein Haltereinsatz vorgesehen, der mittels einer Schraubverbindung an dem Kupplungsgehäuse montierbar ist, wobei die Kupplungsdichtung zum Teil zwischen dem Haltereinsatz und dem Kupplungsgehäuse gehalten ist.
Die unterschiedlichen Funktionen der an den separaten Kontaktträgereinsätzen montierten elektrischen Kontakte beinhalten vorzugsweise mindestens eine digitale Datenübertragung, eine Hochfrequenz-Signalübertragung, eine Niederfrequenz-Signalübertragung und eine Energieübertragung.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Fertigung eines Kupplungssystems für ein Schienenfahrzeug vor, bei dem die oben genannten Module derart vormontiert werden, dass eine Vielzahl an unterschiedlichen Modulen bereitgestellt wird, dann diejenigen Module ausgewählt werden, die einer vorgegebenen Sollkonfiguration entsprechen, und schließlich die ausgewählten Module zusammengesetzt werden.
Die Erfindung sieht ferner vor ein Verfahren zur Fertigung eines für ein Schienenfahrzeug vorgesehenen Kupplungssystems mit einer elektrischen Kupplung, die ein Kupplungsgehäuse und eine an dem Kupplungsgehäuse angebrachte Kontaktträgerstruktur aufweist, und mit mindestens einem Handstecker, der außerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: Vorhalten von separaten, der Ausbildung der Kontaktträgerstruktur dienenden Kontaktträgereinsätzen, wobei an jedem der separaten Kontaktträgereinsätze aus einer Vielzahl von elektrischen Kontakten, die jeweils eine von mehreren unterschiedlichen Funktionen aufweisen, nur solche Kontakte montiert sind, die gleiche Funktion haben; Vorhalten von separaten, der Ausbildung des Handsteckers dienenden Kontakteinsätzen mit jeweils mindestens einem Kontakt; Vormontieren einer Vielzahl von Modulen, von denen jedes Modul mindestens einen der Kontaktträgereinsätze, mindestens einen der Kontakteinsätze und eine Verbindung zwischen dem Kontaktträgereinsatz und dem Kontakteinsatz umfasst; Auswählen derjenigen Module, die einer vorgegebenen Sollkonfiguration des Kupplungssystems entsprechen; und Zusammensetzen der ausgewählten Module, wobei jedes Modul derart vormontiert wird, dass es mindestens zwei der Kontaktträgereinsätze umfasst, die ein Funktionspaar bilden und deren Kontakte gleiche Funktion aufweisen, und dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktträgereinsätzen vorgesehen ist.
Dabei sind die vorgenannten Kontakte wiederum als elektrische Kontakte ausgeführt.
Dieses Verfahren ermöglicht es, ein Kupplungssystem aus einer begrenzten Anzahl an lagerhaltigen Standardkomponenten in Form der vorgenannten Module zu konfigurieren. Damit lässt sich eine spezielle Kupplungsvariante in sehr viel kürzer Zeit als bisher aufbauen. Einzige Variable ist dabei letztlich die Länge des Kabels, das zwischen der an dem Kupplungsgehäuse angeordneten Kontaktträgerstruktur und dem Handstecker verläuft und die elektrische Verbindung zur Signalübertragung zwischen der Kontaktträgerstruktur und dem Handstecker herstellt. Für jedes Modul reduziert sich dabei der Montageaufwand darauf, das Kabel abzuschneiden, abzuisolieren, anzuschlagen, einzubauen und einer Endprüfung zu unterziehen. Alle anderen Bauteile sind fertig am Lager verfügbar. Somit kann ohne großen Zeitverzug eine Austauschkupplung geliefert und eine Wartung ohne Zeitdruck im rollierenden Verfahren durchgeführt werden.
Auf diese Weise lässt sich ein Kupplungssystem fertigen, das die Summe der einzelnen Module ist, wobei die Module innerhalb des Kupplungssystems jeweils genau einen festgelegten Platz haben, der in jeder Konfiguration dergleiche ist, und zwar sowohl in der Kupplung, als auch in dem Handstecker.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1: eine elektrische Kupplung nach dem Stand der Technik;
Figur 2: eine Kontaktträgerstruktur der Kupplung nach Figur 1;
Figur 3: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kupplungssystems;
Figur 4: eine Kontaktträgerstruktur der in Figur 3 gezeigten elektrischen Kupplung;
Figur 5: eine perspektivische Schnittansicht der elektrischen Kupplung nach Figur 3;
Figur 6: eine schematische Darstellung, die ein erfindungsgemäßes, vormontierbares Modul zum Aufbau des Kupplungssystems nach Figur 3 zeigt;
Figur 7: eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht zur Veranschaulichung eines Doppelleitungsanschlusses an einem elektrischen Kontakt, der an einem separaten Kontaktträgereinsatz montiert ist; und
Figur 8: eine schematische Darstellung, die den modulartigen Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplungssystems veranschaulicht.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 8 ein elektrisches Kupplungssystems 29 beschrieben, das eine erfindungsgemäße Weiterentwicklung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten, aus dem Stand der Technik bekannten Lösung darstellt. Dabei konzentriert sich die folgende Beschreibung im Wesentlichen auf solche Aspekte, durch die sich das erfindungsgemäße Kupplungssystem 29 von der bisherigen Lösung unterscheidet und die für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
Das Kupplungssystem 29 umfasst eine elektrische Kupplung 30, die ein Kupplungsgehäuse 32 hat, an dessen Stirnseite eine Kontaktträgerstruktur 34 angebracht ist. Das Kupplungssystem 29 beinhaltet ferner zwei Handstecker 36, 38, die jeweils über einen Schutzschlauch 40 bzw. 42 an das Kupplungsgehäuse 32 der elektrischen Kupplung 30 gekoppelt sind.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Kontaktträgerstruktur 34 ist in Figur 4 dargestellt. So ist die Kontaktträgerstruktur 34 im Unterschied zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Stand der Technik nicht in Form des einstückigen Kontaktträgers 21 ausgeführt, sondern aus mehreren separaten Kontaktträgereinsätzen 44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b und 50a, 50b zusammengesetzt. Die Kontaktträgerstruktur 34 wird an ihren beiden Enden von zwei Haltereinsätzen 52a bzw. 52b eingefasst.
Die Kontaktträgereinsätze 44a/b bis 50a/b bilden funktionell getrennte Baugruppen dergestalt, dass in den Kontaktträgereinsätzen jeweils nur elektrische Kontakte montiert sind, die eine gleiche Übertragungsfunktion haben. So weisen die Kontaktträgereinsätze 44a, 44b jeweils zwei Kontakte 54a bzw. 54b auf, die der digitalen Datenübertragung dienen. Die Kontaktträgereinsätze 46a, 46b sind demgegenüber jeweils mit mehreren Kontakten 56a bzw. 56b bestückt, die der Hochfrequenz-Signalübertragung dienen. Die Kontakte 56a, 56b sind deshalb z.B. als vergoldete Kontakte ausgeführt. Die jeweils drei Kontaktträgereinsätze 48a bzw. 48b bilden funktionsgleiche Baugruppen. So ist jede dieser Kontaktträgereinsätze 48a, 48b mit mehreren elektrischen Kontakten 58a bzw. 58b bestückt, die der Niederfrequenz-Signalübertragung dienen. Die Kontakte 58a, 58b sind beispielsweise als versilberte Kontakte ausgeführt. Schließlich sind die Kontaktträgereinsätze 50a, 50b jeweils mit mehreren elektrischen Kontakten 60a bzw. 60b bestückt, die der Energieübertragung (Stromübertragung) dienen.
Die elektrischen Kontakte 54a, 56a, 58a, 60a,54b, 56b, 58b, 60b bilden eine spiegelsymmetrische Kontaktanordnung bezüglich einer mittigen Symmetrieachse Y, welche die Kontaktträgerstruktur 34 in zwei Hälften unterteilt. Die in Figur 4 in der linken Hälfte der Kontaktträgerstruktur 34 angeordneten elektrischen Kontakte 54a, 56a, 58a und 60a sind als Steckerkontakte ausgebildet. Demgegenüber sind die in der rechten Hälfte der Kontaktträgerstruktur 34 montierten Kontakte 54b, 56b, 58b und 60b als Buchsenkontakte ausgeführt. Die linke und die rechte Seite der Kontaktträgerstruktur 34 bilden die Kegelseite bzw. die Trichterseite.
Die Figur 5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht durch die rechte Hälfte der in Figur 4 dargestellten Kontaktträgerstruktur 34. Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, weist die Kupplung 30 eine umlaufende Kupplungsdichtung 62 auf, welche die Kontaktträgerstruktur 34 einschließt. Die Kupplungsdichtung 62 ist direkt zwischen dem Kupplungsgehäuse 32 und den einzelnen Kontaktträgereinsätzen 44a/b bis 50a/b sowie den beiden Haltereinsätzen 52a, 52b gehalten. Für die Positionierung der Kupplungsdichtung 62 sind somit keine zusätzlichen Teile notwendig, wie dies in anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Fall ist.
Die Kontaktträgereinsätze 44a/b bis 50a/b sind jeweils durch mehrere, z.B. zwei Schrauben, die in zugehörige Schraubenlöcher 64 greifen, direkt an dem Kupplungsgehäuse 32 befestigt (vgl. Figuren 4 und 5). Somit sind auch für die Anbringung der separaten Kontaktträgereinsätze 44a/b bis 50a/b keine weiteren Zwischenteile erforderlich, beispielsweise in Form eigens hierfür vorgesehener Halterahmen und/oder Leisten. Dadurch werden der Fertigungs- und Montageaufwand erheblich reduziert.
In Figur 6 ist in einer schematischen Darstellung anhand eines Beispiels veranschaulicht, wie durch die erfindungsgemäße Unterteilung der Kontaktträgerstruktur 34 in die separaten, jeweils nur mit funktionsgleichen elektrischen Kontakten bestückten Kontaktträgereinsätze 44a/b bis 50a/b vormontierbare Module bereitgestellt werden können, aus denen sich das Kupplungssystem 29 nach Figur 3 in standardisierter Weise zusammensetzen lässt.
In dem gezeigten Beispiel ist ein solches Modul mit 66 bezeichnet und beinhaltet zwei der Kontaktträgereinsätze 44a/b bis 50a/b, die in Figur 6 mit 68 bzw. 70 bezeichnet sind, sowie einen Kontakteinsatz 72, der in einem der beiden Handstecker 36, 38 enthalten und mit mehreren elektrischen Kontakte bestückbar ist. Der Kontaktträgereinsatz 68 befindet sich dabei beispielsweise auf der Trichterseite und der Kontaktträgereinsatz 70 auf der Kegelseite der Kontaktträgerstruktur 34. Das vormontierbare Modul 66 umfasst ferner zwei elektrische Leitungen 74 und 76, von denen sich die Leitung 74 zwischen den beiden Kontaktträgereinsätzen 68 und 70 und die andere Leitung 76 zwischen dem Kontaktträgereinsatz 68 und dem Kontakteinsatz 72 des Handsteckers erstreckt. Die Leitung 74 koppelt einen elektrischen Kontakt 78, der an dem Kontaktträgereinsatz 70 zu montieren ist, mit einem elektrischen Kontakt 80, der an dem Kontaktträgereinsatz 68 zu montieren ist. Demgegenüber koppelt die elektrische Leitung 76 den vorgenannten elektrischen Kontakt 80, mit dem der Kontaktträgereinsatz 68 zu bestücken ist, mit einem elektrischen Kontakt 82, der an dem Kontakteinsatz 72 zu montieren ist. Die bedeutet, dass die beiden elektrischen Leitungen 74, 76 nach Art eines Doppelanschlusses in dem elektrischen Kontakt 80 des Kontaktträgereinsatzes 68 zusammenlaufen, wie später unter Bezugnahme auf Figur 7 noch genauer erläutert wird.
Das Modul 66 ist darauf ausgelegt, eine der in dem Kupplungssystem 29 vorgesehenen Übertragungsfunktionen wie die digitale Datenübertragung, die Hochfrequenz-Signalübertragung, die Niederfrequenz-Signalübertragung oder die Energieübertragung zu realisieren. Das Modul 66 bildet dabei eine von mehreren standardisierten Baugruppen, die jeweils eine eindeutige Zuordnung zwischen den die Kontaktträgerstruktur 34 bildenden, separaten Kontaktträgereinsätzen 44a/b bis 50a/b und den Kontakteinsätzen (z.B. Kontakteinsatz 72 in Figur 6) der Handstecker 36, 38 schaffen. Indem so unterschiedliche Standardmodule der rein beispielhaft in Figur 6 veranschaulichten Art bereitgestellt werden, lassen sich die im Stand der Technik auftretenden Nachteile vermeiden, die insbesondere mit der Konstruktion, Fertigung, Wartung und Nachrüstung einer kundenindividuellen Baueinheit einhergehen.
Die erfindungsgemäße Modularisierung ermöglich auch die Bereitstellung sogenannter Querverbindungen zwischen jeweils zwei Kontaktträgereinsätzen, die in der Kontaktträgerstruktur 34 der Kupplung 30 enthalten sind. In dem Beispiel nach Figur 6 ist eine solche Querverbindung durch die elektrische Leitung 74 gegeben, welche die beiden Kontaktträgereinsätze 68, 70 miteinander koppelt. Hierzu ist der elektrische Kontakt 80, der an dem Kontaktträgereinsatz 68 zu montieren ist, für einen Doppelanschluss der Leitungen 74, 76 ausgelegt, wie in Figur 7 genauer gezeigt ist.
Zur Realisierung des Doppelanschlusses der beiden Leitungen 74, 76 werden Letztere zuerst auf eine Länge L abisoliert, d.h. von ihrer isolierenden Ummantelung befreit. Anschließend werden ihre Leitungsdrähte 84 bzw. 86 mit dem Kontakt 80 elektrisch verbunden, z.B. vercrimpt, verlötet oder verschraubt. Schließlich wird der Kontakt 80 in eine in dem Kontaktträgereinsatz 68 ausgebildete Bohrung 88 (vgl. auch Figur 6) gesteckt und dort fixiert.
Der erfindungsgemäße Doppelanschluss der Leitungen 74, 76 direkt in dem elektrischen Kontakt 80 ist mit nur geringem technischen Aufwand realisierbar. Insbesondere kann auf zusätzliche Komponenten wie beispielsweise einen Schrumpfschlauch, wie er bei herkömmlichen Lösungen zum Einsatz kommt, verzichtet werden. Diese zusätzlichen Komponenten sind im Stand der Technik zum Isolieren der abgemantelten Stellen der Leitungen notwendig, um die erforderlichen Luft- und Kriechstreckenvorgaben zu erfüllen, die etwa für den Einsatz im Bahnbereich vorgesehen sind. Bei herkömmlichen Lösungen befindet sich die Crimpstelle aufgrund des Bauraums des Kontaktträgereinsatzes außerhalb des Kontaktträgereinsatzes. Diese zusätzlichen Komponenten sind in der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich, da sich hier beispielsweise die Crimpstelle mit den Leitungsdrähten 84 und 86 direkt im Inneren des isolierenden Kontaktträgereinsatzes 68 befindet, sodass die Luft- und Kriechstreckenvorgaben zuverlässig eingehalten werden.
In Figur 8 ist nochmals die erfindungsgemäße Modularisierung des elektrischen Kupplungssystems 29 veranschaulicht. Hierbei sind die Kontaktträgereinsätze der elektrischen Kupplung 30 der Einfachheit halber mit A bis F und die Kontakteinsätze der beiden Handstecker mit a bis f bezeichnet. Die Abkürzung EKU-KS steht hierbei für die Kegelseite der Kupplung 30, die Abkürzung EKU-TS für die Trichterseite der Kupplung 30, die Abkürzung HS-KS für die Kegelseite des jeweiligen Handsteckers und die Abkürzung HS-TS für die Trichterseite des jeweiligen Handsteckers.
In dem Beispiel nach Figur 8 ist ein Standardmodul dadurch gebildet, dass die beiden funktionsgleichen Kontaktträgermodule B der Kupplung 30 und der Kontakteinsatz c des Handsteckers 38 zu einer vormontierten Funktionseinheit zusammengefasst sind.
Ein erfindungsgemäßes Standardmodul ist aus Baugruppen gebildet, die jeweils einen fest definierten Platz in der Kupplung 30 bzw. dem Handstecker 36 bzw. 38 haben. Damit ist bezugnehmend auf das Beispiel nach Figur 6 die Länge der elektrischen Leitung 74, welche die beiden Kontaktträgereinsätze 68, 70 miteinander verbindet, standardisierbar festgelegt. Als variable Größe, die noch projektspezifisch festgelegt werden muss, verbleibt allein die Länge der elektrischen Leitung 76. Dadurch können die technischen Unterlagen für die jeweiligen Module fest definiert und erstellt werden und müssen nicht für jedes Projekt spezifisch erstellt werden. Der Aufwand für die Angebots- und Projektierungsphase wird dadurch erheblich reduziert. Es ergibt sich ein wesentlicher Vorteil für die Ersatzteilbevorratung sowohl beim Hersteller als auch beim Kunden. Die Erfindung ermöglicht es somit erstmalig, ein Kupplungssystem nach dem sogenannten configuredto-order-Prinzip (kurz CTO) zu fertigen. Aus dem Stand der Technik sind nur Lösungen bekannt, die nach dem modified-to-order-Prinzip (kurz MTO) oder sogar nach dem designed/developed-to-order-Prinzip (kurz DTO) arbeiten.
Wie aus den vorstehenden Erläuterungen deutlich wird, ergeben sich die geschilderten technischen Vorteile insbesondere aus dem Umstand, dass das erfindungsgemäße Kupplungssystem 10 die Summe einzelner Standardmodule ist, wobei jedes Modul innerhalb des Systems seinen ferst vorgegebenen Platz hat. Dies gilt sowohl für die in der Kupplung 30 als auch die in dem jeweiligen Handstecker 36 bzw. 38 vorgesehenen Kupplungskomponenten des jeweiligen Standardmoduls. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sich ein solches Standardmodul zerstörungsfrei demontieren lässt, ohne die Funktion anderer Module zu gefährden.
Das erfindungsgemäße Modulkonzept, das die Vorfertigung einzelner Standardmodule vorsieht, ermöglicht es zudem, das Kupplungsgehäuse 32 der Kupplung 30 einteilig auszuführen. Dadurch werden weniger einzelne Bauteile und Verbindungselemente benötigt, woraus sich eine geringere Anzahl an abzudichtenden Schnittstellen ergibt. Dies vereinfacht das Dichtungskonzept sowie die Bearbeitung der einzelnen Bauteile. Demgegenüber ist das aus dem Stand der Technik bekannte Kupplungsgehäuse mehrteilig mit einem abnehmbaren Deckel an der Gehäuserückseite ausgebildet.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind auf ein elektrisches Kupplungssystem gerichtet, das die Übertragung von elektrischen Signalen zwischen der Kupplung 30 und den Handsteckern 36, 38 vorsieht.

Claims

Kupplungssystem (29) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine elektrische Kupplung (30) mit:
einem Kupplungsgehäuse (32),

einer an dem Kupplungsgehäuse (32) angebrachten Kontaktträgerstruktur (34), und

einer Vielzahl von elektrischen Kontakten (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b), die an der Kontaktträgerstruktur (34) montiert sind und die jeweils eine von mehreren unterschiedlichen Funktionen aufweisen,

wobei die Kontaktträgerstruktur (34) aus mehreren separaten Kontaktträgereinsätzen (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) zusammensetzbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der separaten Kontaktträgereinsätze (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) aus der Vielzahl der elektrischen Kontakte (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b) nur solche montiert sind, die gleiche Funktion aufweisen,

die separaten Kontaktträgereinsätze (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70), aus denen die Kontaktträgerstruktur (34) zusammensetzbar ist, aus Funktionspaaren gebildet sind, die jeweils zwei Kontaktträgereinsätze umfassen, deren Kontakte (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b) gleiche Funktion aufweisen,

das Kupplungssystem (29) einen Handstecker (36, 38) umfasst, der außerhalb des Kupplungsgehäuses (32) angeordnet ist und mehrere Kontakteinsätze (72) mit jeweils mindestens einem elektrischen Kontakt aufweist, der mit einem der Kontakte (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b) eines der Kontaktträgereinsätze (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) verbindbar ist, und

das Kupplungssystem aus mehreren unabhängig voneinander montierbaren Modulen (66) zusammensetzbar ist, wobei jedes Modul mindestens zwei der Kontaktträgereinsätze (68, 70), die eines der Funktionspaare bilden, und mindestens einen der Kontakteinsätze (72) des Handsteckers (36, 38) sowie eine erste elektrische Verbindung (74) zwischen den beiden Kontaktträgereinsätzen (68, 70) und eine zweite elektrische Verbindung (76) zwischen einem der beiden Kontaktträgereinsätze (68) und dem Kontakteinsatz (72) des Handsteckers (36, 38) umfasst.
Kupplungssystem (29) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Kontaktträgerstruktur (34) jedem Kontaktträgereinsatz (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) eine feste Montageposition zugeordnet ist, die in Abhängigkeit der Funktion, welche die an diesem Kontaktträgereinsatz (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) montierten Kontakte aufweisen (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b), vorbestimmt ist.
Kupplungssystem (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagepositionen der ein jeweiliges Funktionspaar bildenden Kontaktträgereinsätze (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse (Y) angeordnet sind, welche die Kontaktträgerstruktur (34) in zwei Hälften unterteilt.
Kupplungssystem (29) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (54a, 56a, 58a, 60a) derjenigen Kontaktträgereinsätze (44a, 46a, 48a, 50a, 68), deren Montagepositionen sich in der einen Hälfte der Kontaktträgerstruktur (34) befinden, als Stiftkontakte ausgeführt sind, und dass die Kontakte (54b, 56b, 58b, 60b) derjenigen Kontaktträgereinsätze (44b, 46b, 48b, 50b, 70), deren Montagepositionen sich in der anderen Hälfte der Kontaktträgerstruktur (34) befinden, als Buchsenkontakte ausgeführt sind.
Kupplungssystem (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindung (74) eine erste elektrische Leitung aufweist, die einen der Kontakte (78) des einen Kontaktträgereinsatzes (70) mit einem der Kontakte (80) des anderen Kontaktträgereinsatzes (68) koppelt, und dass die zweite Verbindung (76) eine zweite elektrische aufweist, die den vorgenannten Kontakt (80) des anderen Kontaktträgereinsatzes (68) mit einem der Kontakte (82) des Kontakteinsatzes (72) des Handsteckers (36, 38) koppelt.
Kupplungssystem (29) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung und die zweite Leitung direkt an dem Kontakt (80) des anderen Kontaktträgereinsatzes (68) befestigt sind.
Kupplungssystem (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktträgereinsätze (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) jeweils mittels einer Schraubverbindung (64) an dem Kupplungsgehäuse (32) montierbar sind.
Kupplungssystem (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine umlaufende Kupplungsdichtung (62), die zwischen dem Kupplungsgehäuse (32) und der aus den Kontaktträgereinsätzen (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) zusammengesetzten Kontaktträgerstruktur (34) gehalten ist.
Kupplungssystem (29) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens einen Haltereinsatz (52a, 52b), der mittels einer Schraubverbindung (62) an dem Kupplungsgehäuse montierbar ist, wobei die Kupplungsdichtung (64) zum Teil zwischen dem Haltereinsatz (52a, 52b) und dem Kupplungsgehäuse (32) gehalten ist.
Kupplungssystem (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Funktionen der an den separaten Kontaktträgereinsätzen (44a, 44b, 46a, 46b, 48a, 48b, 50a, 50b, 68, 70) montierten elektrischen Kontakte (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b) mindestens eine digitale Datenübertragung, eine Hochfrequenz-Signalübertragung, eine Niederfrequenz-Signalübertragung und eine Energieübertragung beinhalten.
Verfahren zur Fertigung eines Kupplungssystems (29) für ein Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte:
Vormontieren der Module (66) derart, dass eine Vielzahl an unterschiedlichen Modulen bereitgestellt wird,

Auswählen derjenigen Module (66), die einer vorgegebenen Sollkonfiguration entsprechen, und

Zusammensetzen der ausgewählten Module (66).
Verfahren zur Fertigung eines für ein Schienenfahrzeug vorgesehenen Kupplungssystems (29) mit einer elektrischen Kupplung (30), die ein Kupplungsgehäuse (32) und eine an dem Kupplungsgehäuse (32) angebrachte Kontaktträgerstruktur (34) aufweist, und mit mindestens einem Handstecker (36, 38), der außerhalb des Kupplungsgehäuses (32) angeordnet ist, umfassend folgende Schritte:
Vorhalten von separaten, der Ausbildung der Kontaktträgerstruktur dienenden Kontaktträgereinsätzen (68, 70), wobei an jedem der separaten Kontaktträgereinsätze (68, 70) aus einer Vielzahl von elektrischen Kontakten (54a, 54b, 56a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b, 68, 70), die jeweils eine von mehreren unterschiedlichen Funktionen aufweisen, nur solche Kontakte montiert sind, die gleiche Funktion haben,

Vorhalten von separaten, der Ausbildung des Handsteckers (36, 38) dienenden Kontakteinsätzen (72) mit jeweils mindestens einem elektrischen Kontakt,

Vormontieren einer Vielzahl von Modulen (66), von denen jedes Modul (66) mindestens einen der Kontaktträgereinsätze (68, 70), mindestens einen der Kontakteinsätze (72) und eine Verbindung (76) zwischen dem Kontaktträgereinsatz (68, 70) und dem Kontakteinsatz (72) umfasst,

Auswählen derjenigen Module (66), die einer vorgegebenen Sollkonfiguration des Kupplungssystems (29) entsprechen, und

Zusammensetzen der ausgewählten Module (66),

wobei jedes Modul (66) derart vormontiert wird, dass es mindestens zwei der Kontaktträgereinsätze (68, 70) umfasst, die ein Funktionspaar bilden und deren Kontakte (54a, 54b, 55a, 56b, 58a, 58b, 60a, 60b) gleiche Funktion aufweisen, und dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktträgereinsätzen (68, 70) vorgesehen ist.