EP4326595B1

EP4326595B1 - Zug- und stosseinrichtung für eine zugkupplung und zugkupplung

Info

Publication number: EP4326595B1
Application number: EP22718238.3A
Authority: EP
Inventors: Martin Schüler
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2025-02-12
Anticipated expiration: 2042-04-14
Also published as: DE102022109189A1; EP4326595A1; WO2022223426A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, sowie eine Zugkupplung mit einer solchen Zug- und Stoßeinrichtung.
Gattungsgemäße Zug- und Stoßeinrichtungen werden in Zugkupplungen verwendet, um Zugstöße und Druckstöße abzufedern. Sie weisen eine Federeinrichtung auf, die Zugkräfte und Druckkräfte zwischen entgegengesetzten ersten und zweiten Anschlüssen der Zug- und Stoßeinrichtung überträgt. Beispielsweise offenbart DE 20 2004 014 532 U1 einen Federwerkseinbaukasten mit einem Federwerk, das einerseits gelenkig mit einem Kupplungsarm und andererseits mit einem an einer Anschlagplatte des Fahrzeugs mit Schrauben angeschraubten Einbaukasten verbunden ist, wobei Druckkräfte über ein Zug-Druckstück, eine Feder, eine hintere Platte und ein Gehäuse auf die Druckanschläge zum Fahrzeug übertragen werden und Zugkräfte über einen Gelenkbolzen, das Gehäuse, die hintere Platte, die Feder und das Zug-Druckstück auf Zuganschläge übertragen werden. Somit überträgt die einzige Feder Zug- und Druckkräfte.
Nachteilig bei einer Zug- und Stoßeinrichtung der dargestellten Art mit einer oder auch mit mehreren Federn, die in beide Axialrichtung mit der vollen Zugkraft und Druckkraft beaufschlagt werden, ist der Lastwechsel mit einem Nulldurchgang in der Feder, was sich ungünstig auf die Zugdynamik auswirkt. Darüber hinaus kann der Federweg ohne Änderung der Federcharakteristik nicht verändert werden, was den Einbau solcher Federwerkseinbaukästen in verschiedene Zugkupplungen erschwert, da bei einem vergleichsweise großen Einbauraum zusätzliche Distanzstücke vorgesehen werden müssen, um die Druckkräfte in die Wagenstruktur einzuleiten. Dies ist mit Aufwand und zusätzlichem Gewicht der Zug- und Stoßeinrichtung verbunden.
Es ist ferner bekannt, Federn mit Dämpfungseinrichtungen in Zug- und Stoßeinrichtungen zu kombinieren, wobei die Dämpfungseinrichtungen insbesondere Reibdämpfer oder hydraulische Dämpfer sind. Beispielsweise wird auf WO 2007/103087 A1 , US 3 447 693 A , US 3 368 698 A und US 3 150 782 A verwiesen.
WO 2013/040119 A1 offenbart die Kombination eines Elastomerteils mit einer Reibungsdämpfung für eine Zug- und Stoßeinrichtung einer Zugkupplung. Auch hier ist an beiden Enden eines Stapels aus Elastomerelementen jeweils eine Druckplatte vorgesehen, sodass sowohl in Zugrichtung als auch in Druckrichtung Druckkräfte über den gesamten Elastomerstapel übertragen werden. Der Federweg ist daher in beiden Axialrichtungen identisch und die Zug- und Stoßeinrichtung muss bei Einbau in verschiedene Umgebungen entsprechend durch Distanzstücke oder dergleichen ergänzt werden.
EP 1 225 114 B1 offenbart eine Zug- und Stoßeinrichtung für eine Mittelpufferkupplung, bei der ein Kupplungsarm oder Kupplungsschaft mit einem Gelenk an einem Gelenkbolzen abgestützt ist, wobei bei Zugbelastung der Kupplungsschaft die Zugkraft über den Gelenkbolzen, einen Obergurt, einen Untergurt, eine Endplatte, eine zugseitige Spieleabfederung, eine Anschlagplatte und ein Federsystem auf eine Druckplatte überträgt, die sich gegen fahrzeugseitige Zuganschläge abstützt. Während der Druckbelastung überträgt der Kupplungsschaft über eine Gelenkspielabfederung die Druckkraft spielfrei auf den Gelenkbolzen, der sich an der Druckplatte abstützt, wobei die Druckplatte das Federsystem zusammendrückt und die Druckkräfte über die Anschlagplatte gegen die fahrzeugseitigen Druckanschläge weiterleitet. Somit wird auch hier das Federsystem in beiden Richtungen über den vollen Federhub beaufschlagt.
WO 2016/026708 A1 offenbart eine Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung mit einer reversiblen und einer irreversiblen Energieverzehrvorrichtung. Die Energieverzehrvorrichtung mit irreversiblem Energieverzehr ist in Reihe zur reversiblen Energieverzehrvorrichtung geschaltet, wobei die Energieverzehrvorrichtung mit irreversiblem Energieverzehr bei Überschreitung einer vordefinierten maximalen Zug-/Stoßkraft irreversibel verformt oder zerstört wird.
EP 1 732 798 B1 offenbart eine Hochleistungsreibungskupplungszugvorrichtungs-Anordnung mit langem Hub zur Absorption von sowohl Anhänge- als auch Zuglasten, die während des Zusammenstellens eines Zuges und des Schienenbetriebs der Zugzusammenstellung an einem mittleren Schwellenelement eines Schienenfahrzeugs anliegen, mit einem Reibungskupplungsmechanismus mit verschiedenen Paaren von Plattenelementen und einem Keilelement, um während des Schließens der Reibungskupplungszugvorrichtungs-Anordnung erzeugte Wärmeenergie zu absorbieren.
US 6 681 943 B2 offenbart eine gattungsgemäße Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 zusammengefassten Merkmalen. Die Zug- und Stoßeinrichtung weist zwei in der Axialrichtung hintereinander angeordnete Federelemente auf, die in der Stoßrichtung, das heißt bei einer Druckkraftübertragung von einem Fahrzeug auf das nächste, gemeinsam in Reihe komprimiert werden, wohingegen in der Zugrichtung nur eines der beiden Federelemente komprimiert wird. Dies wird erreicht durch Positionieren einer Endplatte einer Traverse zwischen den beiden Federelementen. An der Traverse greift der Kupplungsschaft mit einem Kupplungsschaftbolzen an und innerhalb der Traverse ist in der Axialrichtung verschiebbar eine Druckplatte angeordnet, die eine Anlagefläche für den Kupplungsschaft aufweist, sodass der Kupplungsschaft Druckkräfte über die Anlagefläche auf die Druckplatte übertragen kann und die Druckplatte die Druckkraft über das erste innerhalb der Traverse angeordnete Federelement, die Endplatte und das zweite außerhalb der Traverse angeordnete Federelement auf einen entsprechenden zweiten Anschluss an einer Fahrzeugstruktur überträgt. Die dem Kupplungsschaft zugewandte Anlagefläche der Druckplatte ist konkav gestaltet und die Stirnseite des Kupplungsschafts weist eine gegengleiche, entsprechend konvexe Oberfläche auf, sodass beim Verdrehen des Kupplungsschafts über dem Kupplungsbolzen gegenüber der Druckplatte bis auf verbleibende Reibkräfte keine Querkräfte in die Druckplatte übertragen werden können. Die Druckplatte kann damit querkraftfrei innerhalb der Traverse verschoben werden. Wenn über den Kupplungsschaft Zugkräfte übertragen werden, so zieht der Kupplungsschaft über den Kupplungsschaftbolzen die Traverse entgegen der Federkraft des innerhalb der Traverse angeordneten Federelementes, wobei das außerhalb der Traverse angeordnete Federelement entlastet wird. Somit sind die Federwege in den beiden Axialrichtungen unterschiedlich.
US 1 303 943 A offenbart eine Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, bei welcher eine Reibungsdämpfung und eine Federdämpfung hintereinander angeordnet sind. Der Kupplungsschaft ist starr an einem Gehäuse angeschlossen, das eine Druckfeder aufnimmt. Das Gehäuse ist gelenkig an einer Gabel angeschlossen, die ein Bestandteil der Reibungsdämpfung bildet.
Nachteilig bei der bekannten gattungsgemäßen Ausführungsform ist, dass zur Zentrierung des Kupplungsschaftes in seiner Mittenlage eine zusätzliche Rückstellvorrichtung vorgesehen werden muss. Eine solche Rückstellvorrichtung führt wiederum zu zusätzlichem Gewicht und erfordert einen zusätzlichen Einbauraum.
Ausgehend vom gattungsgemäßen Stand der Technik stellt sich die Aufgabe eine Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, anzugeben, welche vorteilhaft das Vorsehen verschiedener Federwege in Zugrichtung und Druckrichtung ermöglicht und zugleich eine integrierte, kostengünstig herstellbare und leichte Mittenrückstellung ermöglicht, die möglichst ohne einen zusätzlichen Einbauraum auskommt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, das für eine Kupplung zum mechanischen Koppeln von zwei Wagen eines Schienenfahrzeugs, die insbesondere für eine Mittelpufferkupplung geeignet ist, jedoch auch in einem Seitenpuffer, beispielsweise als Langfederwerk bei einem Seitenpuffer eingesetzt werden kann, zeichnet sich durch ein kleines Gehäuse, geringes Gewicht und eine leichte Anpassbarkeit an verschiedene Einbauräume aus, ohne dass vergleichsweise schwere Distanzstücke vorgesehen werden müssen. Bevorzugt kann beispielsweise das nachfolgend noch beschriebene Gehäuse und gegebenenfalls weitere Bauteile der Zug- und Stoßeinrichtung aus Blechteilen hergestellt werden, die beispielsweise durch Stanzen oder Brennschnitt erzeugt werden können. Der Federhub, insbesondere in Stoßrichtung, kann leicht vergrößert werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, den Federhub in Zugrichtung gleichfalls zu vergrößern. Dies dient der Erhöhung der Ladungssicherung durch Reduzierung der Beschleunigungen und Endkräfte aufgrund einer größeren Energieaufnahme bei Kuppel- und Rangierstößen.
Im Fahrbetrieb kann vorteilhaft durch eine asymmetrische Federcharakteristik der Zug- und Stoßeinrichtung in beide Axialrichtungen eine Längsdynamik reduziert werden. Die bevorzugte Kastenbauweise durch gefügte Blechbauteile sichert eine flexible und kostengünstige Konstruktion, die leicht auf unterschiedliche Bauraumtiefen und Bauraumhöhen angepasst werden kann.
Im Einzelnen weist eine erfindungsgemäße Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, einen ersten Anschluss für einen Kupplungsschaft und einen zweiten Anschluss auf, der zur Befestigung der Zug- und Stoßeinrichtung an einer Fahrzeugstruktur ausgeführt ist, beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen oder Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs.
Ferner ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die Zugkräfte und Druckkräfte zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss überträgt, sowie eine erste Druckplatte zum Einleiten von Druckkräften in einer ersten Axialrichtung in die Federeinrichtung und eine zweiten Druckplatte zum Einleiten von Druckkräften in einer zweiten Axialrichtung, die der ersten Axialrichtung entgegengesetzt ist, in die Federeinrichtung.
Die erste Druckplatte ist an einem ersten axialen Ende der Federeinrichtung angeordnet und die zweite Druckplatte ist in der ersten Axialrichtung entfernt von der ersten Druckplatte angeordnet und zugfest am ersten Anschluss angeschlossen. Die in die zweite Axialrichtung gerichtete, zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche der ersten Druckplatte ist verkippbar gegenüber der gegengleichen Anlagefläche des Kupplungsschafts. Das bedeutet, dass die erste Druckplatte relativ zum Kupplungsschaft verdrehbar ist. Beispielsweise ist der Kupplungsschaft um einen Kupplungsschaftbolzen relativ gegenüber der ersten Druckplatte verdrehbar. Ein solcher Kupplungsschaftbolzen kann in der zweiten Axialrichtung entfernt von der ersten Druckplatte angeordnet sein.
Die Federeinrichtung weist wenigstens zwei in der ersten Axialrichtung hintereinander angeordnete, dämpfende und/oder federnde Teileinrichtungen auf und die zweite Druckplatte ist in der ersten Axialrichtung zwischen den Teileinrichtungen druckkraftübertragend, in Reihe zu der ersten Teileinrichtung und der zweiten Teileinrichtung angeordnet.
Erfindungsgemäß weist die erste Druckplatte eine in die zweite Axialrichtung gerichtete, freie, zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche zur freien Anlage einer gegengleichen Anlagefläche des Kupplungsschafts auf und die zweite Druckplatte ist verschwenkbar um eine ersten Drehachse, die parallel zu dieser ebenen Anlagefläche der ersten Druckplatte ist, am ersten Anschluss angeordnet.
Dadurch, dass zwei zumindest im Wesentlichen ebene Anlageflächen der ersten Druckplatte und des Kupplungsschafts in Druckrichtung aneinander anliegen, vorteilhaft vorgespannt durch die Federeinrichtung, verkippen die beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Anlageflächen beim Auslenken des Kupplungsschafts aus seiner Mittellage relativ zueinander, wodurch sich ein Rückstellmoment ergibt, das im Sinne einer Rückstellung des Kupplungsschafts in seine Mittenlage, das heißt in die vollständig axial ausgerichtete Position, wirkt. Das bevorzugt druckbeaufschlagte, jedoch freie Anliegen der beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Flächen und die Möglichkeit des Verkippens der beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Flächen relativ zueinander stellt somit eine in die Zug- und Stoßeinrichtung integrierte Mittenrückstellung dar.
Um nun trotz der Erzeugung eines entsprechenden Rückstellmoments den ungünstigen Einfluss von Querkräften in die Federeinrichtung zu vermeiden, ist die zweite Druckplatte verschwenkbar um die zur Anlagefläche der ersten Druckplatte parallele Drehachse. Sowohl bei der Zugbeanspruchung als auch bei der Stoßbeanspruchung wird die erste, zwischen der ersten Druckplatte und der zweiten Druckplatte positionierte Teileinrichtung der Federeinrichtung ausschließlich auf Druck belastet.
Die zweite Druckplatte kann beispielsweise eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche ein Zuganker geführt ist, der beidseits der zweiten Druckplatte die erste Teileinrichtung und die zweite Teileinrichtung der Federeinrichtung aufnimmt und bevorzugt vorspannt.
Die zweite Druckplatte weist vorteilhaft zwei auf entgegengesetzten Seiten angeordnete Drehzapfen auf, die in einen Obergurt und einen Untergurt eines Gehäuses eingreifen, das an einem axialen Ende den ersten Anschluss ausbildet.
Der Eingriff der zweiten Druckplatte mit den Drehzapfen in das Gehäuse kann bevorzugt im Bereich des zweiten entgegengesetzten axialen Endes des Gehäuses vorgesehen sein.
Bevorzugt ist eine dritte Druckplatte an einem zweiten, dem ersten axialen Ende entgegengesetzten axialen Ende der Federeinrichtung vorgesehen.
Günstig ist, wenn die dritte Druckplatte druckfest und insbesondere zugfest oder in der ersten und zweiten Axialrichtung begrenzt verschiebbar am zweiten Anschluss angeschlossen ist. Beispielsweise kann die dritte Druckplatte verschwenkbar um eine zweite Drehachse, die parallel zu der ersten Drehachse ist, am zweiten Anschluss angeschlossen sein.
Wenn ein Gehäuse vorgesehen ist, das den ersten Anschluss ausbildet, so ist in diesem die zweite Druckplatte bevorzugt gelenkig gehalten und die erste Teileinrichtung der Federeinrichtung ist bevorzugt innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die erste Druckplatte kann zwischen dem ersten Anschluss und der zweiten Druckplatte reziprok in der ersten und zweiten Axialrichtung verschiebbar im Gehäuse gelagert sein, wobei das Gehäuse bevorzugt eine Linearführung für die erste Druckplatte ausbildet.
Die erste Druckplatte weist bevorzugt in der zweiten Axialrichtung neben der dargestellten zumindest im Wesentlichen ebenen Anlagefläche eine stirnseitige Anschlagfläche für wenigstens einen Fahrzeuganschlag eines mit dem Kupplungsschaft versehenen Fahrzeugs auf. Beispielsweise ist die Seite mit der Anlagefläche und der Anschlagfläche gestuft ausgeführt, beispielsweise mit einem mittleren vorstehenden Bereich, der die ebene Anlagefläche ausbildet, und mit einem äußeren, den mittleren Bereich beidseitig oder vollumfänglich umschließenden Bereich, der die wenigstens eine stirnseitige Anschlagfläche ausbildet.
Der erste Anschluss wird bevorzugt durch einen Kupplungsschaftbolzen gebildet, der zum Beispiel ortsfest und drehbeweglich im Gehäuse gelagert ist. Die ortsfeste Anordnung schließt ein kleines Axialspiel nicht aus, beispielsweise von maximal 1 cm in jede Axialrichtung, insbesondere maximal 5 mm, 3 mm, 2 mm oder weniger. Alternativ kommt eine Verschiebbarkeit des Kupplungsschaftbolzens im Gehäuse in Betracht, wobei die Verschiebbarkeit bevorzugt in beiden Axialrichtungen begrenzt ist. Die Verschiebbarkeit in der Axialrichtung ist dann in der Regel größer als der halbe Durchmesser oder der Durchmesser des Kupplungsschaftbolzens.
Besonders günstig ist die erste Teileinrichtung oder die zweite Teileinrichtung der Federeinrichtung permanent druckvorgespannt. Besonders bevorzugt sind beide Teileinrichtungen permanent druckvorgespannt.
Die erste Teileinrichtung und die zweite Teileinrichtung können zum Beispiel einen Hubweg in der ersten Axialrichtung von mehr als 110 mm ausbilden, insbesondere von mehr als 120 mm oder mehr als 130 mm.
Besonders bevorzugt weisen die erste Teileinrichtung und die zweite Teileinrichtung verschieden lange Hubwege auf. Beispielsweise weist die erste Teileinrichtung einen kürzeren Hubweg als die zweite Teileinrichtung auf.
Die erste Teileinrichtung und die zweite Teileinrichtung können bevorzugt jeweils als Druckfeder ausgeführt sein, beispielsweise aus einem Polymer. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine der beiden Teileinrichtungen, beispielsweise die zweite Teileinrichtung, als Dämpfer ausgeführt. In diesem Fall kann die jeweils andere Teileinrichtung, insbesondere die erste Teileinrichtung, bevorzugt als Druckfeder ausgeführt sein, insbesondere aus einem Polymer.
Eine erfindungsgemäße Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, weist einen Kupplungsschaft auf, der an seinem freien Ende eine zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche ausbildet und der um eine Vertikalachse verschwenkbar ist, sowie eine erfindungsgemäße Zug- und Stoßeinrichtung der dargestellten Art, wobei die Anlagefläche der ersten Druckplatte, insbesondere durch die Federeinrichtung mit einer Druckkraft in der zweiten Axialrichtung beaufschlagt, frei an der Anlagefläche des Kupplungsschafts anliegt.
Somit kann der Kupplungsschaft die Druckkräfte, die von einem Fahrzeug zum anderen Fahrzeug über die Zugkupplung übertragen werden, über die erste und die zweite Druckplatte auf die beiden Teileinrichtungen der Federeinrichtung übertragen, die dann gemäß einer Ausfürhungsform synchron arbeiten. Dabei ist es nicht notwendig, dass, wie bisher, der Kupplungsschaftbolzen in einem Langloch gelagert ist. Vielmehr kann der Kupplungsschaftbolzen zug- und druckfest relativ zur zweiten Druckplatte angeordnet sein, beispielsweise wenn der Kupplungsschaftbolzen und die zweite Druckplatte in beide Axialrichtungen ortsfest im Gehäuse gehalten werden.
Ein Spiel im Kupplungsgelenk kann sicherstellen, dass beide Teileinrichtungen stets gleichzeitig mit Druckkraft beaufschlagt werden.
Zugkräfte, die von einem Fahrzeug zum anderen Fahrzeug über die Zugkupplung übertragen werden, werden hingegen nur über die erste Teileinrichtung übertragen, wobei die zweite Teileinrichtung bevorzugt druckvorgespannt bleibt.
Die zweite Teileinrichtung kann deutlich höher vorgespannt sein als die erste Federeinrichtung, sodass gewöhnliche Traktionslasten in Zugrichtung und Druckrichtung über die erste Teileinrichtung abgefedert werden, wohingegen die zweite Teileinrichtung, die dann insbesondere als Dämpfer ausgeführt ist, nur in Druckrichtung bei vergleichsweise größeren Kuppelstößen und bei starken Traktionswechseln wirkt. Eine solche zweistufige Vorspannung reduziert Lastwechselreaktionen im Fahrbetrieb.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:

Figur 1: eine dreidimensionale Darstellung einer Zug- und Stoßeinrichtung in einer Zugkupplung;
Figur 2: die Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 1 in einer vertikalen Schnittansicht;
Figur 3: die Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 1 in einer horizontalen Draufsicht;
Figur 4: eine vergrößerte Darstellung der Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 1;
Figur 5: einen Zuganker mit der zweiten Druckplatte und den beiden Teileinrichtungen der Zug- und Stoßeinrichtung gemäß dem Figuren 1 bis 4;
Figur 6: eine alternative Ausgestaltung der Zug- und Stoßeinrichtung mit einem Dämpfer als zweite Teileinrichtung;
Figur 7: eine vertikale Schnittansicht der Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 6;
Figur 8: eine horizontale Draufsicht der Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 6;
Figur 9: eine dreidimensionale Darstellung einer Zug- und Stoßeinrichtung in einer Zugkupplung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 10: eine dreidimensionale Darstellung einer Zug- und Stoßeinrichtung in einer Zugkupplung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
Figur 11: die Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 9 in einer vertikalen Schnittansicht;
Figur 12: die Zug- und Stoßeinrichtung aus der Figur 9 in einer horizontalen Draufsicht.

In den Figuren 1 bis 5 sind ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zug- und Stoßeinrichtung sowie in gestrichelten Linien weitere Bauteile einer erfindungsgemäßen Zugkupplung dargestellt. Die Zugkupplung weist einen Kupplungsschaft 3 auf, der mit einem Kupplungsschaftbolzen 14 gelenkig in einem Gehäuse 10 der Zug- und Stoßeinrichtung gelagert ist, sodass er um eine Vertikalachse 19 verschwenkbar ist. Das Gehäuse 10 bildet demnach einen ersten Anschluss 1 für den Kupplungsschaft 3 aus, wobei über den ersten Anschluss 1 Zugkräfte und Druckkräfte in entgegengesetzte Axialrichtungen übertragen werden können.
Der zweite Anschluss 2 der Zug- und Stoßeinrichtung, mit welchem die Zug- und Stoßeinrichtung an einer Fahrzeugstruktur befestigt ist, wird durch eine Konsole 20 gebildet, die zum Beispiel an einem Fahrzeugkasten oder Fahrzeugrahmen befestigt, insbesondere angeschraubt werden kann.
Die Zug- und Stoßeinrichtung ist in einer Fahrzeugschnittstelle 21, beispielsweise UIC-530 Fahrzeugschnittstelle, die durch eine Doppelpunktstrichlinie gezeigt ist, angeordnet.
Im Bereich des ersten Anschlusses 1 sind Fahrzeuganschläge 13 vorgesehen, mit welchen Druckkräfte auf die Zug- und Stoßeinrichtung übertragen werden können, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Zugkräfte im Bereich des ersten Anschlusses 1 werden hingegen über den Kupplungsschaftbolzen 14 übertragen.
Im Bereich des zweiten Anschlusses 2 werden Druckkräfte und Zugkräfte über eine dritte Druckplatte 7 übertragen, die gelenkig, das heißt verschwenkbar um eine zweite Drehachse 18, die vertikal ausgerichtet ist, in der Konsole 20 begrenzt verschiebbar in beide Axialrichtungen gelagert ist. Alternativ könnte die dritte Druckplatte auch starr an der Konsole 20 angeschlossen sein oder durch diese gebildet werden, beispielsweise wie nachfolgend noch anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels und den Figuren 6 bis 8 dargestellte wird.
Im Gehäuse 10 ist eine erste Druckplatte 5 reziprok verschiebbar in beide Axialrichtungen gelagert. Die erste Druckplatte 5 weist eine zum Kupplungsschaft 3 gerichtete, zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche 5.1 auf, an welcher der Kupplungsschaft 3 mit einer endseitigen zumindest im Wesentlichen ebenen Anlagefläche 3.1 anliegt. Dadurch, dass die beiden zumindest im Wesentlichen ebenen Anlagefläche 3.1, 5.1 frei aneinander anliegen, wobei sie gegeneinander durch die Federeinrichtung 4 vorgespannt sind, können sie, wenn der Kupplungsschaft 3 aus seiner gezeigten Mittellage um die Vertikalachs 19 verschwenkt wird, gegeneinander verkippen und dadurch eine Rückstellkraft auf den Kupplungsschaft 3 ausüben.
Zugleich wird vermieden, dass Querkräfte auf die Federeinrichtung 4 übertragen werden.
Die Federeinrichtung 4 weist eine erste Teileinrichtung 4.1 und zweite Teileinrichtung 4.2 auf, beim in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils in Form einer Druckfeder, insbesondere Polymerdruckfeder. Die erste Druckplatte 5 ist endseitig zu beiden Teileinrichtungen 4.1, 4.2 auf der Seite des ersten Anschlusses 1 angeordnet, eine zweite Druckplatte 6 ist in der Axialrichtung vom ersten Anschluss 1 zum zweiten Anschluss 2 zwischen den beiden Teileinrichtungen 4.1 und 4.2 angeordnet. Ferner ist die zweite Druckplatte 6 verschwenkbar um eine vertikale erste Drehachse 17, die parallel zur Anlagefläche 5.1 ist, im Gehäuse 10 gelagert, sodass auch über die zweite Druckplatte 7 keine Querkräfte in die Federeinrichtung 4 übertragen werden. Die erste Druckplatte 5 ist bevorzugt nicht verschwenkbar.
Die zweite Druckplatte 6 ist über das Gehäuse 10, hier mit einem Oberzug und einem Unterzug, zugfest und druckfest am ersten Anschluss 1, das heißt dem Kupplungsschaftbolzen 14 und damit dem Kupplungsschaft 3 angeschlossen. Die dritte Druckplatte 7 ist über die zweite Teileinrichtung 4.2 der Federeinrichtung 4 druckvorgespannt gegen die zweite Druckplatte 6 abgestützt.
Auch die erste Teileinrichtung 4.1 ist druckvorgespannt zwischen der ersten Druckplatte 5 und der zweiten Druckplatte 6 positioniert. Die Druckvorspannungen werden durch den Zuganker 22 erreicht, der durch eine innere Bohrung in der zweiten Druckplatte 6 und durch die beiden Teileinrichtungen 4.1, 4.2 geführt ist und zugfest an der ersten Druckplatte 5 und der dritten Druckplatte 7 angeschlossen ist.
Die erste Druckplatte 5 ist somit am ersten axialen Ende 8 der Federeinrichtung 4 angeordnet und die dritte Druckplatte 7 ist am zweiten axialen Ende 9 der Federeinrichtung 4 angeordnet.
Die erste Druckplatte 5 ist mittels einer Linearführung 11 in dem Gehäuse 10 gelagert und weist neben der Anlagefläche 5.1 hierzu gleichgerichtete Anschlagflächen 12 auf, an welchen die Fahrzeuganschläge 13 anschlagen, wenn die erste Druckplatte 5 in ihrer maximalen zum ersten Anschluss 1 verfahrenen Endposition angeordnet ist.
Wenn somit die Zug- und Stoßeinrichtung auf Druck beansprucht wird, so drückt der Kupplungsschaft 3 die erste Druckplatte 5 über die Druckfeder 15, welche die erste Teileinrichtung 4.1 ausbildet, die zweite Druckplatte 6, die Druckfeder 15, welche die zweite Teileinrichtung 4.2 ausbildet, und die dritte Druckplatte 7 entgegen die Konsole 20, sodass Druckkräfte mechanisch übertragen werden können. Bei einer Zugbeanspruchung zieht der Kupplungsschaft 3 über den Kupplungsschaftbolzen 14 das Gehäuse 10 und damit die zweite Druckplatte 6 entgegen der Druckkraft der ersten Teileinrichtung 4.1 und die erste Druckplatte 5 gegen die Fahrzeuganschläge 13, sodass die Zugkraft abgefedert wird. Gleichzeitig wird die zweite Teileinrichtung 4.2 nur wenig entlastet und die Zugkraft wird über den Zuganker 22 und die dritte Druckplatte 7 auf die Konsole 20 übertragen.
Aus der Figur 5 ist nochmals die Anordnung der zweiten Druckplatte 6 ersichtlich, die mit einem unteren und einem oberen Zapfen die erste Drehachse 17 ausbildet, indem diese Zapfen drehbar im nicht dargestellten Gehäuse 10 gelagert sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 6 bis 8 unterschiedet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 5 nur darin, dass die zweite Teileinrichtung 4.2 durch einen Dämpfer 16, insbesondere pneumatischen und/oder hydraulischen Dämpfer, gebildet wird, wohingegen die erste Teileinrichtung 4.1 wiederum durch eine Druckfeder 15 gebildet wird. Ferner ist der Dämpfer 16 starr an der Konsole 20 angeschlossen, sodass die Konsole 20 die dritte Druckplatte 7 ausbildet. Alternativ könnte eine dritte Druckplatte 7 auch hier gelenkig an der Konsole 20 angeschlossen sein, beispielsweise um eine vertikal Drehachse verschwenkbar.
Der Dämpfer 16 ist vorteilhaft in Reihe zu der Druckfeder 15 geschaltet und spricht nur bei vergleichsweise größeren Druckstößen an. Vorteilhaft werden Zugkräfte zumindest weitgehend nicht über den hydraulischen Dämpfer 16 übertragen.
Die Druckfeder 15 kann beispielsweise als Polymerfeder ausgeführt sein, der Dämpfer 16 als gashydraulischer oder fluidelastomerer Dämpfer ausgebildet sein. Wenn die Dämpfervorspannung deutlich höher ist als die Federvorspannung, so werden normale Traktionslasten in Zugrichtung und Druckrichtung über die Feder 15 absorbiert, während der Dämpfer 16 nur in Druckrichtung für höhere Kuppelstöße und bei starken Traktionswechseln wirkt. Diese zweistufige Vorspannung reduziert Lastwechselreaktionen im Fahrbetrieb.
In den Figuren 9, 11 und 12 sind ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zug- und Stoßeinrichtung sowie in gestrichelten Linien weitere Bauteile einer erfindungsgemäßen Zugkupplung dargestellt. Es werden für die entsprechenden Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen verwendet.
Der Kupplungsschaft 3 ist wiederum verdrehbar um den Kupplungsschaftbolzen 14 gelenkig in dem Gehäuse 10 der Zug- und Stoßeinrichtung gelagert und somit um eine Vertikalachse 19 verschwenkbar. Das Gehäuse 10 kann beispielsweise als Blechkonstruktion ausgeführt sein.
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 5, bei der beispielsweise die erste Teileinrichtung 4.1 einen Hub von 40 mm und die zweite Teileinrichtung 4.2 einen Hub von 110 mm aufweist, kann die erste Teileinrichtung 4.1 gemäß der Ausführungsform in den Figuren 9, 11 und 12 insbesondere einen Hub von 60 mm aufweisen und die zweiten Teileinrichtung 4.2 einen Hub von 90 mm. Damit wird bei beiden Ausführungsformen ein Gesamthub von 150 mm in der Druckrichtung erreicht, jedoch bei der ersten Ausführungsform ein Hub von 40 mm in der Zugrichtung und bei der zweiten Ausführungsform ein Hub von 60 mm in der Zugrichtung.
Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 9, 11 und 12 ist die Federeinrichtung 4 bevorzugt vollständig innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet. Das Gehäuse 10 ist vergleichsweise offen ausgeführt.
Das Gehäuse 10 bildet wiederum einen ersten Anschluss 1 zur Übertragung von Zugkräften und Druckkräften auf das Gehäuse 10 aus. Druckkräfte können vom Kupplungsschaft 3 über die erste Druckplatte 5 über die Druckfeder 15, welche die erste Teileinrichtung 4.1 ausbildet, die zweite Druckplatte 6, die Druckfeder 15, welche die zweite Teileinrichtung 4.2 ausbildet, und die dritte Druckplatte 7 auf die Fahrzeuganschläge 13 im Bereich des zweiten Anschlusses 2 der Zug- und Stoßeinrichtung übertragen werden. Bei einer Zugbeanspruchung zieht der Kupplungsschaft 3 über den Kupplungsschaftbolzen 14 das Gehäuse 10 und damit die zweite Druckplatte 6 entgegen der Druckkraft der ersten Teileinrichtung 4.1 und die erste Druckplatte 5 gegen die Fahrzeuganschläge 13 im Bereich des ersten Anschlusses 1 der Zug- und Stoßeinrichtung, sodass die Zugkraft mechanisch übertragen wird. Gleichzeitig wird die zweite Teileinrichtung 4.2 mehr oder minder entlastet und die Vorspannkraft der Feder 4.2 und damit das Einbaumaß der konditionierten Feder durch die Platte 6 und Platte 7 gehalten, wobei Obergurt 23 und Untergurt 24 die Platte 7 stützen und der Zuganker 22 nur eine Führungsfunktion der Federn übernimmt.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die dritte Druckplatte 7 radial in eine Aussparung im Gehäuse 10 vorsteht, sodass das Gehäuse 10 in der zweiten Axialrichtung eine Zugkraft auf die dritte Druckplatte 7 ausüben kann, wenn das Gehäuse 10 in der zweiten Axialrichtung verschoben wird.
Die dritte Druckplatte 7 ist zugfest an den Fahrzeuganschlägen 13 im Bereich des zweiten Anschlusses 2 der Zug- und Stoßeinrichtung angeschlossen, sodass von der dritten Druckplatte 7 die Zugkräfte auf die Fahrzeuganschläge 13 übertragen werden.
Die zweite Druckplatte 6 ist wiederum vorteilhaft im Gehäuse 10 ortsfest gelagert, sodass sie sich stets gemeinsam mit dem Gehäuse 10 verschiebt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 10 hierfür einen Obergurt 23 und einen Untergurt 24 auf, in welchen der Kupplungsschaftbolzen 14, insbesondere formschlüssig und/oder ortsfest, gehalten wird, sowie zwei Seitenteile 25, die von der Seite an den Obergurt 23 und den Untergurt 24 montiert, insbesondere angeschraubt, sind, welche die zweite Druckplatte 6 in der Axialrichtung unverschiebbar halten. Beispielsweise greift die zweite Druckplatte 6 in entsprechende Aussparungen in den Seitenteilen 25 ein.
Die erste Druckplatte 5 kann längsverschieblich (in der Axialrichtung verschieblich) im Obergurt 23 und im Untergurt 24 gehalten werden, insbesondere wiederum in einer entsprechenden Aussparung. Der Obergurt 23 und der Untergurt 24 bilden demnach eine Linearführung 11 für die erste Druckplatte 5 aus. Der Obergurt 23 und der Untergurt 24 können den dargestellten Anschlag für die dritte Druckplatte 7 ausbilden.
Der Obergurt 23, der Untergurt 24 und die Seitenteile 25 können alle als Blechteile ausgeführt sein.
Da sich die zweite Druckplatte 6 bei einer Druckbelastung zusammen mit dem Gehäuse 10 in der ersten Axialrichtung bewegt, kann sich auch der Kupplungsschaftbolzen 14 zusammen mit dem Gehäuse 10 und zusammen mit dem Kupplungsschaft 3 in der ersten Axialrichtung bewegen, sodass der Kupplungsschaftbolzen 3 nicht ein einem Langloch im Gehäuse 10 geführt werden muss. Die beiden Teileinrichtungen 4.1, 4.2 arbeiten bei der Druckkraftübertragung synchron, das heißt die Druckfedern 15 werden gleichzeitig eingefedert. Der Hub der ersten Teileinrichtung 4.1 kann über ein Spiel im Kupplungsgelenk, insbesondere zwischen dem Kupplungsschaftbolzen 14 und den diesen umgebenden Bauteilen im Kupplungsschaft 3, sichergestellt werden.
Eine solche Kinematik kann vorteilhaft auch bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 5 erreicht werden.
Die Ausgestaltung gemäß der Figur 10 ist hinsichtlich der Funktionalität identisch zu jener der Figuren 9, 11 und 12. Nur ist hier vorteilhaft das Gehäuse 10 als gegossenes und/oder geschmiedetes Bauteil hergestellt, insbesondere mit einem Obergurt 23 und einem Untergurt 24, die aneinander verschraubt sind. Die zweite Druckplatte (nicht ersichtlich) kann beispielsweise einteilig mit dem Gehäuse 10 ausgeführt sein oder wiederum formschlüssig in diesem eingesetzt sein.

Bezugszeichenliste

1: erster Anschluss
2: zweiter Anschluss
3: Kupplungsschaft
3.1: Anlagefläche
4: Federeinrichtung
4.1: erste Teileinrichtung
4.2: zweite Teileinrichtung
5: erste Druckplatte
5.1: Anlagefläche
6: zweite Druckplatte
7: dritte Druckplatte
8: erstes axiales Ende
9: zweites axiales Ende
10: Gehäuse
11: Linearführung
12: Anschlagfläche
13: Fahrzeuganschlag
14: Kupplungsschaftbolzen
15: Druckfeder
16: Dämpfer
17: erste Drehachse
18: zweite Drehachse
19: Vertikalachse
20: Konsole
21: Fahrzeugschnittstelle
22: Zuganker
23: Obergurt
24: Untergurt
25: Seitenteil

Claims

Zug- und Stoßeinrichtung für eine Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung,
mit einem ersten Anschluss (1) für einen Kupplungsschaft (3) und einem zweiten Anschluss (2), der zur Befestigung der Zug- und Stoßeinrichtung an einer Fahrzeugstruktur ausgeführt ist;

mit einer Federeinrichtung (4), die Zugkräfte und Druckkräfte zwischen dem ersten Anschluss (1) und dem zweiten Anschluss (2) überträgt;

mit einer ersten Druckplatte (5) zum Einleiten von Druckkräften in einer ersten Axialrichtung in die Federeinrichtung (4) und mit einer zweiten Druckplatte (6) zum Einleiten von Druckkräften in einer zweiten Axialrichtung, die der ersten Axialrichtung entgegengesetzt ist, in die Federeinrichtung (4); wobei

die erste Druckplatte (5) an einem ersten axialen Ende (8) der Federeinrichtung (4) angeordnet ist und die zweite Druckplatte (6) in der ersten Axialrichtung entfernt von der ersten Druckplatte (5) angeordnet und zugfest am ersten Anschluss (1) angeschlossen ist; wobei

die Federeinrichtung (4) wenigstens zwei in der ersten Axialrichtung hintereinander angeordnete, dämpfende und/oder federnde Teileinrichtungen (4.1, 4.2) umfasst und die zweite Druckplatte (6) in der ersten Axialrichtung zwischen den Teileinrichtungen (4.1, 4.2) druckkraftübertragend, in Reihe zu der ersten Teileinrichtung (4.1) und der zweiten Teileinrichtung (4.2) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Druckplatte (5) eine in die zweite Axialrichtung gerichtete, freie, zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche (5.1) zur verkippbaren freien Anlage einer gegengleichen Anlagefläche (3.1) des Kupplungsschafts (3) aufweist und

die zweite Druckplatte (6) verschwenkbar um eine erste Drehachse (17), die parallel zu der Anlagefläche (5.1) der ersten Druckplatte (5) ist, am ersten Anschluss (1) angeschlossen ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Druckplatte (7) an einem zweiten axialen Ende (9) der Federeinrichtung (4), das dem ersten axialen Ende (8) entgegengesetzt ist, angeordnet ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Druckplatte (7) druckfest und insbesondere zugfest oder in der ersten und zweiten Axialrichtung begrenzt verschiebbar am zweiten Anschluss (2) angeschlossen ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Druckplatte (7) verschwenkbar um eine zweite Drehachse (18), die parallel zur ersten Drehachse (17) ist, am zweiten Anschluss (2) angeschlossen ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (10) vorgesehen ist, das den ersten Anschluss (1) ausbildet und in welchem die zweite Druckplatte (6) ortsfest gehalten ist oder mit welchem die zweite Druckplatte (6) einteilig ausgeführt ist, wobei die erste Teileinrichtung (4.1) innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckplatte (5) zwischen dem ersten Anschluss (1) und der zweiten Druckplatte (6) reziprok in der ersten und zweiten Axialrichtung verschiebbar im Gehäuse (10) gelagert ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) eine Linearführung (11) für die erste Druckplatte (5) ausbildet.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckplatte (5) wenigstens eine in der zweiten Axialrichtung gerichtete stirnseitige Anschlagfläche (12) für wenigstens einen Fahrzeuganschlag (13) eines mit dem Kupplungsschaft (3) versehenen Fahrzeugs aufweist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, oder gemäß Anspruch 8 wenn abhängig von einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (1) durch einen Kupplungsschaftbolzen (14) gebildet wird, der insbesondere ortsfest im Gehäuse (10) gelagert ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teileinrichtung (4.1) und/oder die zweite Teileinrichtung (4.2) permanent druckvorgespannt ist/sind.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teileinrichtung (4.1) und die zweite Teileinrichtung (4.2) gemeinsam einen Hubweg in der ersten Axialrichtung von mehr als 110 mm ausbilden, insbesondere von mehr als 120 mm oder mehr als 130 mm.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teileinrichtung (4.1) und die zweite Teileinrichtung (4.2) verschieden lange Hubwege aufweisen.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teileinrichtung (4.1) einen kürzeren Hubweg als die zweite Teileinrichtung (4.2) aufweist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) durch gefügte Blechbauteile gebildet wird.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teileinrichtung (4.1) und die zweite Teileinrichtung (4.2) jeweils als Druckfeder (15) ausgeführt sind, insbesondere aus einem Polymer.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Teileinrichtungen (4.1, 4.2), insbesondere die zweite Teileinrichtung (4.2), als Dämpfer ausgeführt ist.
Zug- und Stoßeinrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die andere der beiden Teileinrichtungen (4.1, 4.2), insbesondere die erste Teileinrichtung (4.1), als Druckfeder (15) ausgeführt ist, insbesondere aus einem Polymer.
Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung,
mit einem Kupplungsschaft (3), der an seinem freien Ende eine zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche (3.1) aufweist und der um eine Vertikalachse (19) verschwenkbar ist, und

mit wenigstens einer Zug- und Stoßeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei

die Anlagefläche (5.1) der ersten Druckplatte (5) durch die Federeinrichtung (4) mit einer Druckkraft in der zweiten Axialrichtung beaufschlagt frei an der Anlagefläche (3.1) des Kupplungsschafts (3) anliegt.