EP4339059A1 - Mittelpufferkupplung für ein schienenfahrzeug und schienenfahrzeug mit einer solchen mittelpufferkupplung - Google Patents

Mittelpufferkupplung für ein schienenfahrzeug und schienenfahrzeug mit einer solchen mittelpufferkupplung Download PDF

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Publication number
EP4339059A1
EP4339059A1 EP23194365.5A EP23194365A EP4339059A1 EP 4339059 A1 EP4339059 A1 EP 4339059A1 EP 23194365 A EP23194365 A EP 23194365A EP 4339059 A1 EP4339059 A1 EP 4339059A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuating element
buffer coupling
offset
bearing
threaded spindle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23194365.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Fuderer
Tomasz NIEPALA
Harry-Werner Kraus
Cheng Liu
Juriy Meshenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Publication of EP4339059A1 publication Critical patent/EP4339059A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G3/00—Couplings comprising mating parts of similar shape or form which can be coupled without the use of any additional element or elements
    • B61G3/16—Couplings comprising mating parts of similar shape or form which can be coupled without the use of any additional element or elements with coupling heads rigidly connected by rotatable hook plates or discs and balancing links, the coupling members forming a parallelogram, e.g. "Scharfenberg" type
    • B61G3/20—Control devices, e.g. for uncoupling

Definitions

  • the invention relates to a central buffer coupling of a rail vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a rail vehicle with such a central buffer coupling.
  • the coupling process is based on the Scharfenberg coupling principle.
  • the Scharfenberg coupling is well known. It is a rigid center buffer coupling.
  • the energy required for the coupling process is provided by the speed of the car to be coupled during a coupling process.
  • Figure 1 shows a schematic top view of an internal structure of a center buffer coupling 1 according to the prior art in a release position.
  • the center buffer clutch 1 comprises a housing 1a, a hook disk 2 with a drive section 3 and an output section 4, an eyelet 5 and an actuator 6 'with an actuating element 7' designed as a push rod.
  • a pneumatic cylinder is used as an actuator 6'. Due to the design, during the release process not only pressure forces arise on the piston rod, ie actuating element 7', of the pneumatic cylinder, but also moments which cause corresponding guiding and frictional forces in the cylinder.
  • the push rod as the actuating element 7' of the cylinder or actuator 6' is pushed out by means of pneumatically provided energy and thereby rotates the hook disk 2 of the Scharfenberg coupling about a pivot axis 2a in the releasing direction.
  • a frictional force arises in a contact point 8 of the contact point between a drive section 3 of the hook disk 2 of the Scharfenberg coupling and a free end of the actuating element 7 'of the cylinder.
  • This frictional force increases in proportion to the pressure force on the actuating element 7'.
  • the pressure force in turn increases almost proportionally with the stroke of the actuating element 7 '.
  • the torque MR resulting from the frictional force on the actuating element 7' increases disproportionately.
  • Figure 2-3 Schematic views of a contact point of the hook disk 2 and actuator 6 'of the center buffer clutch 1 Figure 1 According to the state of the art.
  • Figure 2 shows an overview with the hook disk 2 and the actuator 6 'in the release position of the center buffer clutch 1, where Figure 3 an enlarged section IV Figure 2 a contact point 8 represents the contact point.
  • the contact point 8 between the actuating element 7 'and the hook disk 2 moves beyond the central axis 6a of the actuating element 7' in the area of the maximum stroke. This creates an offset between the line of action of the pressure force and the central axis 6a of the actuating element 7 '.
  • the contact point 8 lies on a contact circle 8a around the pivot axis 2a of the hook disk 2.
  • the offset a is the distance between an intersection A 'of the radius R of the contact circle 8a with the central axis 6a of the actuating element 7' and the end point A of the radius R of the contact circle 8a, i.e. with the contact circle 8a itself.
  • the offset b is the distance between an intersection B 'of the radius R of the contact circle 8a with the central axis 6a of the actuating element 7' and the end point B of the radius R of the contact circle 8a, i.e. with the contact circle 8a itself.
  • the end point B is simultaneous here the contact point 8.
  • the object of the invention is to create an improved central buffer coupling with an electromechanical actuator of a rail vehicle, in which the above-mentioned disadvantages with regard to the moments that occur are reduced, and where the wear on the mechanical components such as the hook disk and the actuating element (push rod or pressure pipe ) is avoided or significantly reduced.
  • Another object is to provide an improved rail vehicle with such a center buffer coupling.
  • One idea behind the invention is to reduce the frictional forces and to design the kinematics of the system (hook disk, threaded spindle) in such a way that the torque MDK on the threaded spindle towards the end of the stroke is as low as possible.
  • a center buffer coupling according to the invention of a rail vehicle comprises a housing, a hook disk with a drive section and a pivot axis, and an actuator with an actuating element, the actuating element interacting with the drive section of the hook disk at a contact point.
  • the contact point has a bearing that is designed as a roller bearing.
  • a significant advantage here is that no frictional forces occur in the contact point, in contrast to the prior art, but only rolling frictional forces.
  • the frictional forces can thus be significantly reduced, while at the same time wear on the hook disk and actuating element as well as on the actuator can be advantageously reduced and a service life can be increased.
  • a rail vehicle according to the invention has the center buffer coupling described above.
  • the contact point lies on a contact circle around the pivot axis of the hook disk, with a roller of the bearing designed as a roller bearing contacting the actuating element in this contact point.
  • a roller bearing is advantageously available as a commercially available, high-quality component at low cost.
  • a further embodiment provides that a roller of the bearing designed as a roller bearing contacts a print head of the actuating element.
  • the print head can advantageously be provided with a special surface in the area of contact, which additionally reduces the rolling friction of the roller bearing.
  • the actuator has a ball screw drive with a threaded spindle and a spindle nut.
  • a kinematics of threaded spindle, actuating element and hook washer is designed such that an offset between a bearing axis of the bearing and a central axis of threaded spindle and actuating element is averaged in a working range from clutch open to hook washer locked, the offset being the distance between one Intersection A' of the radius R of the contact circle with the central axis of the actuating element and the end point A of the radius R of the contact circle, and where the offset is the distance between an intersection B' of the radius R of the contact circle with the central axis of the actuating element and the end point B of the Radius R of the contact circle is, where the end point B is the contact point.
  • the torque MDK on the threaded spindle is low towards the end of the stroke of the threaded spindle or the actuating element. This reduces wear and increases service life.
  • the offset a and the offset b both have almost similar length values in the radial direction in relation to the pivot axis the hook washer, as this ensures an even load.
  • the actuator is an electromechanical actuator with an electric motor. This is advantageous because electric motors are available on the market inexpensively in a variety of designs with different strengths and designs.
  • the electric motor is a direct current motor, with a motor axis of the electric motor running parallel to a common central axis of the threaded spindle and the actuating element.
  • a direct current motor can advantageously be reversed in its direction of rotation by simply reversing the polarity of its operating voltage. This can be advantageously easily implemented using standard electrical/electromechanical/electronic components.
  • the electric motor is designed as a hollow shaft motor in the form of a permanently excited synchronous motor, with a motor torque acting directly on a spindle nut of the threaded spindle, an advantageously compact design is possible.
  • Figure 4 shows a schematic top view and partial sectional view of an internal structure of an exemplary embodiment of a center buffer coupling 1 according to the invention in a release position.
  • Figure 5-6 show schematic views of a contact point of the hook disk 2 and actuator 6 of the center buffer clutch 1 Figure 4 represents.
  • Figure 5 shows an overview with the hook disk 2 and the actuator 6 in the release position of the center buffer coupling 1, where Figure 6 an enlarged section VI Figure 5 a contact point 8 represents the contact point.
  • the central buffer coupling 1 (Scharfenberg coupling) (called DAC or DAK) is designed for use in freight wagons. With the use of the DAC in the freight wagons, they will also be electrified. The DAC should therefore not be released pneumatically, as is the case with central buffer couplings in passenger transport, but electrically.
  • the center buffer clutch 1 comprises a housing 1, a hook disk 2 with a pivot axis 2a, a drive section 3 and an output section 4, an eyelet 5 and an electromechanical actuator 6 with an actuating element 7, a threaded spindle 12, an electric motor 10 and a motor brake 11.
  • the actuating element 7 is designed here as a pressure pipe.
  • the electromechanical actuator 6 has a ball screw drive that is driven by an electric motor.
  • the ball screw includes the threaded spindle 12 and a spindle nut 7b, which is firmly connected to the actuating element 7 and is guided in a rotationally fixed manner in the actuator 6 so that it can be moved longitudinally in a manner not described in detail.
  • the electric motor 10 is operatively connected to the threaded spindle 12 via a gear 10b.
  • the gear 10b can be, for example, a spur gear.
  • ball screws are sensitive to moments (such as those that arise in pneumatic cylinders).
  • the contact point with the contact point 8 has a bearing 9 with a bearing axis 9a.
  • the bearing 9 is a roller bearing with a roller and is rotatably arranged in the drive section 3 of the hook disk 2.
  • the bearing axis 9a runs parallel to the pivot axis 2a of the hook disk 2.
  • the contact point 8 lies on the contact circle 8a around the pivot axis 2a of the hook disk 2. In this contact point 8, the roller of the bearing 9 contacts a print head 7a of the actuating element 7.
  • the kinematics of threaded spindle 12, actuating element 7 and hook disk 2 is designed such that the offset between the center of the roller bearing, i.e. the bearing axis 9a of bearing 9, and the central axis 6a of threaded spindle 12 and actuating element 7 in a working range of a) clutch open (X°) to b) hook washer 2 locked (Y°) is centered. This is preferably the case in the area of the maximum stroke of the actuating element 7 and threaded spindle 12.
  • the offset a is the distance between an intersection A 'of the radius R of the contact circle 8a with the central axis 6a of the actuating element 7' and the end point A of the radius R of the contact circle 8a, i.e. with the contact circle 8a itself.
  • the offset b is the distance between an intersection B 'of the radius R of the contact circle 8a with the central axis 6a of the actuating element 7' and the end point B of the radius R of the contact circle 8a, i.e. with the contact circle 8a itself.
  • the end point B is simultaneous here the contact point 8.
  • the offset "a” and the offset “b” both have essentially the same length values in the radial direction with respect to the pivot axis 2a of the hook disk 2.
  • Figure 7 shows a schematic top view and partial sectional view of an internal structure of a variant of the exemplary embodiment of the center buffer coupling 1 according to the invention Figure 4-6 in a coupling position of the hook disk 2.
  • the actuator 6 has an electric motor 13, which is designed as a hollow shaft motor in the form of a permanently excited synchronous motor.
  • the motor torque acts directly on the spindle nut 7b of the threaded spindle 12.
  • the threaded spindle 12 itself is guided in a longitudinally displaceable manner by means of two parallel guide rods 14, 15, which absorb the resulting moments
  • Figure 8 represents a schematic, enlarged side view of the electromechanical actuator 6 Figure 4 represents.
  • the electric motor 10 with the motor brake 11 are arranged here in relation to the threaded spindle 12 with the actuating element 7 in such a way that the common motor axis 10a of the electric motor 10 and the motor brake 11 runs parallel to the common central axis 6a of the threaded spindle 12 and the actuating element 7.
  • the transmission 10b is a single-stage spur gear.
  • the transmission 10b can also consist of more stages.
  • the gear 10b can also have other gearing, for example helical gearing.
  • the bearing 8 designed as a roller bearing has several rollers. Balls are also possible, for example.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Eine Mittelpufferkupplung (1) eines Schienenfahrzeugs umfasst ein Gehäuse (1a), eine Hakenscheibe (2) mit einem Antriebsabschnitt (3) und einer Schwenkachse (2a), und einen Aktuator (6, 6') mit einem Betätigungselement (7, 7'), wobei das Betätigungselement (7, 7') mit dem Antriebsabschnitt (3) der Hakenscheibe (2) in einem Kontaktpunkt (8) in Zusammenwirkung steht. Der Kontaktpunkt (8) weist ein Lager (9) auf, das als Rollenlager ausgebildet ist. Ein Schienenfahrzeug mit mindestens einer solchen Mittelpufferkupplung (1) wird bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mittelpufferkupplung eines Schienenfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Mittelpufferkupplung.
  • Schienenfahrzeuge wie beispielsweise Güterwagen werden mittels mechanischer Komponenten, so genannte Schraubenkupplungen, miteinander verbunden.
    Figure imgb0001
    Der Kuppelvorgang läuft heutzutage manuell ab. D.h. ein Bahnmitarbeiter muss die Kupplungen von Hand schließen und öffnen.
  • Bei Schienenfahrzeugen für Personenverkehr gibt es bereits sogenannte Mittelpufferkupplungen. Diese Systeme kuppeln und entkuppeln automatisch.
  • Der Kuppelvorgang basiert auf dem Prinzip der Scharfen berg kupplung. Die Scharfenbergkupplung ist bekannt. Sie ist eine starre Mittelpufferkupplung.
  • Die für den Kuppelvorgang erforderliche Energie liefert die Geschwindigkeit des zu kuppelnden Wagens während eines Kuppelvorgangs.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines inneren Aufbaus einer Mittelpufferkupplung 1 nach dem Stand der Technik in einer Lösestellung.
  • Die Mittelpufferkupplung 1 umfasst ein Gehäuse 1a, eine Hakenscheibe 2 mit einem Antriebsabschnitt 3 und einem Abtriebsabschnitt 4, eine Öse 5 und einen Aktuator 6' mit einem als Druckstange ausgebildeten Betätigungselement 7'.
  • Zum Entkuppeln, d.h. Lösen der Kupplung, wird ein pneumatischer Zylinder als Aktuator 6' verwendet. Konstruktionsbedingt entstehen beim Lösevorgang nicht nur Druckkräfte auf die Kolbenstange, d.h. Betätigungselement 7', des pneumatischen Zylinders, sondern auch Momente, welche im Zylinder entsprechende Führungs-, Reibkräfte hervorrufen.
  • Die Druckstange als Betätigungselement 7' des Zylinders bzw. Aktuators 6' wird dabei, mittel pneumatisch bereitgestellter Energie, herausgeschoben und dreht dabei die Hakenscheibe 2, der Scharfenbergkupplung um eine Schwenkachse 2a in lösender Richtung. Dabei entsteht in einem Kontaktpunkt 8 der Kontaktstelle zwischen einem Antriebsabschnitt 3 der Hakenscheibe 2 der Scharfenbergkupplung und einem freien Ende des Betätigungselementes 7' des Zylinders eine Reibkraft. Diese Reibkraft steigt proportional zur Druckkraft auf das Betätigungselement 7' an. Die Druckkraft wiederum steigt nahezu proportional mit dem Hub des Betätigungselementes 7'. Mit zunehmendem Hub am Zylinder steigt daher das aus der Reibkraft resultierende Moment MR auf das Betätigungselement 7' überproportional an.
  • Dazu zeigen Figur 2-3 schematische Ansichten einer Kontaktstelle von Hakenscheibe 2 und Aktuator 6' der Mittelpufferkupplung 1 nach Figur 1 nach dem Stand der Technik. Figur 2 zeigt eine Übersicht mit der Hakenscheibe 2 und dem Aktuator 6' in der Lösestellung der Mittelpufferkupplung 1, wobei Figur 3 einen vergrößerten Teilausschnitt IV nach Figur 2 eines Kontaktpunktes 8 der Kontaktstelle darstellt.
  • Darüber hinaus wandert der Kontaktpunkt 8 zwischen Betätigungselement 7' und Hakenscheibe 2 im Bereich des maximalen Hubes über die Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' hinaus. Damit entsteht ein Versatz zwischen der Wirklinie der Druckkraft und der Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' Der Kontaktpunkt 8 liegt dabei auf einem Kontaktkreis 8a um die Schwenkachse 2a der Hakenscheibe 2.
  • Der Versatz a ist die Strecke zwischen einem Schnittpunkt A' des Radius R des Kontaktkreises 8a mit der Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' und dem Endpunkt A des Radius R des Kontaktkreises 8a, also mit dem Kontaktkreis 8a selbst.
  • Und der Versatz b ist die Strecke zwischen einem Schnittpunkt B' des Radius R des Kontaktkreises 8a mit der Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' und dem Endpunkt B des Radius R des Kontaktkreises 8a, also mit dem Kontaktkreis 8a selbst. Der Endpunkt B ist hier gleichzeitige der Kontaktpunkt 8.
  • Bei der Winkelstellung "X" ist dieser Versatz mit "a" bezeichnet, in der Winkelstellung "Y" ist der Versatz mit "b" bezeichnet (Figur 3).
    Figure imgb0002
    Der Versatz erzeugt in Verbindung mit der Druckkraft ebenfalls ein Moment MDK auf das Betätigungselement 7'. Die Summe der beiden Momente MR und MDK muss von dem Betätigungselement 7' aufgenommen werden und erzeugt in der Folge Querkräfte, die im Zylinder des Aktuators 6' abgestützt werden müssen. Der Winkelbereich zwischen X° und Y° stellt das Ende des Arbeitsbereiches dar. In diesem Bereich ist die Druckkraft auf das Betätigungselement 7' maximal, und daher sollte der Versatz zur Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' minimal sein.
  • Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte Mittelpufferkupplung mit elektromechanischem Aktuator eines Schienenfahrzeugs zu schaffen, bei welcher die oben genannte Nachteile hinsichtlich der auftretenden Momente reduziert sind, und wobei der Verschleiß an den mechanischen Komponenten wie Hakenscheibe, und Betätigungselement (Druckstange bzw. Druckrohr) vermieden oder in bedeutender Weise vermindert ist.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Schienenfahrzeug mit einer solchen Mittelpufferkupplung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die weitere Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst.
  • Ein Erfindungsgedanke ist es, die Reibkräfte zu reduzieren und die Kinematik des Systems (Hakenscheibe, Gewindespindel) so auszulegen, dass das Moment MDK auf die Gewindespindel gegen Ende des Hubes möglichst gering ist.
  • Eine erfindungsgemäße Mittelpufferkupplung eines Schienenfahrzeugs umfasst ein Gehäuse, eine Hakenscheibe mit einem Antriebsabschnitt und einer Schwenkachse, und einen Aktuator mit einem Betätigungselement, wobei das Betätigungselement mit dem Antriebsabschnitt der Hakenscheibe in einem Kontaktpunkt in Zusammenwirkung steht. Der Kontaktpunkt weist ein Lager auf, das als Rollenlager ausgebildet ist.
  • Ein bedeutender Vorteil hierbei ist es, dass keine Reibkräfte in dem Kontaktpunkt im Gegensatz zum Stand der Technik auftreten, sondern nur noch Rollreibungskräfte. Somit können die Reibkräfte erheblich reduziert werden, wobei gleichzeitig ein Verschleiß von Hakenscheibe und Betätigungselement sowie auch vom Aktuator vorteilhaft verringert und eine Lebensdauer erhöht werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug weist die oben beschriebene Mittelpufferkupplung auf.
  • Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • In einer Ausführung liegt der Kontaktpunkt auf einem Kontaktkreis um die Schwenkachse der Hakenscheibe, wobei in diesem Kontaktpunkt eine Rolle des als Rollenlager ausgebildeten Lagers das Betätigungselement kontaktiert. Ein Rollenlager ist vorteilhaft als ein handelsübliches Bauteil mit hoher Qualität kostengünstig verfügbar.
  • Eine weitere Ausführung sieht vor, dass eine Rolle des als Rollenlager ausgebildeten Lagers einen Druckkopf des Betätigungselementes kontaktiert. Der Druckkopf kann vorteilhaft mit einer speziellen Oberfläche im Bereich des Kontaktes versehen sein, welche die Rollreibung der Rolle des Rollenlagers zusätzlich verringert.
  • Für eine weitere vorteilhafte Reduzierung von Reibung sieht eine andere Ausführung vor, dass der Aktuator einen Kugelgewindetrieb mit einer Gewindespindel und einer Spindelmutter aufweist.
  • In einer weiteren Ausführung ist eine Kinematik aus Gewindespindel, Betätigungselement und Hakenscheibe so ausgebildet, dass ein Versatz zwischen einer Lagerachse des Lagers und einer Mittelachse von Gewindespindel und Betätigungselement in einem Arbeitsbereich von Kupplung offen bis Hakenscheibe verriegelt ausgemittelt ist, wobei der Versatz die Strecke zwischen einem Schnittpunkt A' des Radius R des Kontaktkreises mit der Mittelachse des Betätigungselementes und dem Endpunkt A des Radius R des Kontaktkreises ist, und wobei der Versatz die Strecke zwischen einem Schnittpunkt B' des Radius R des Kontaktkreises mit der Mittelachse des Betätigungselementes und dem Endpunkt B des Radius R des Kontaktkreises ist, wobei der Endpunkt B der Kontaktpunkt ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass das Moment MDK auf die Gewindespindel gegen Ende des Hubes der Gewindespindel bzw. des Betätigungselementes gering ist. Dadurch wird Verschleiß vermindert und eine Lebensdauer erhöht.
  • Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Versatz a und der Versatz b beide nahezu ähnlich große Längenwerte in radialer Richtung in Bezug auf die Schwenkachse der Hakenscheibe aufweisen, da so eine gleichmäßige Belastung erzielt wird.
  • Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Versatz a und der Versatz b beide ähnlich große Längenwerte in radialer Richtung in Bezug auf die Schwenkachse der Hakenscheibe in einem Bereich des maximalen Hubes von Betätigungselement und Gewindespindel aufweisen, da so der Verschleiß von allen beteiligten Bauteilen verringert und eine Lebensdauer erhöht wird.
  • In einer Ausführung ist der Aktuator ein elektromechanischer Aktuator mit einem Elektromotor. Dies ist vorteilhaft, da Elektromotoren in mannigfachen Ausführungen unterschiedlicher Stärke und Bauart am Markt kostengünstig verfügbar sind.
  • In einer weiteren Ausführung ist der Elektromotor ein Gleichstrommotor, wobei eine Motorachse des Elektromotors parallel zu einer gemeinsamen Mittelachse von Gewindespindel und Betätigungselement verläuft. Ein Gleichstrommotor ist vorteilhaft mit einfachem Umpolen seiner Betriebsspannung in seiner Drehrichtung umkehrbar. Dies mit üblichen elektrischen/elektromechanischen/elektronischen Bauelementen vorteilhaft einfach zu realisieren.
  • Wenn der Elektromotor als ein Hohlwellenmotor in Form eines permanenterregten Synchronmotors ausgeführt ist, wobei ein Motormoment direkt auf eine Spindelmutter der Gewindespindel wirkt, ist eine vorteilhaft kompakte Bauweise möglich.
  • Die Erfindung ermöglicht folgende Vorteile:
    • Reduktion der Momente, welche aufgrund der Drehbewegung der Hakenscheibe, zwangsweise entstehen
    • Erhöhung der Lebensdauer der Gewindespindel und Spindelmutter sowie der Lagerung der Gewindespindel
    • Kleinere Dimensionierung des Elektromotors (Platzbedarf und geringere Antriebsleistung im Vergleich zum Stand der Technik)
    • Die Verschraubung des Aktuators mit dem Hauptgehäuse der Kupplung ist geringer belastet
    • Reduzierung von Verschleiß an einem Führungsrohr des Betätigungselementes und an der Hakenscheibe
    • Reduzierung von Verschleiß an Führungen des Betätigungselementes
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind einzelne Merkmale des nachfolgenden Ausführungsbeispiels nicht nur bei diesem, sondern auch bei anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Draufsicht eines inneren Aufbaus einer Mittelpufferkupplung nach dem Stand der Technik;
    Figur 2-3
    schematische Ansichten einer Kontaktstelle von Hakenscheibe und Aktuator der Mittelpufferkupplung nach Figur 1 nach dem Stand der Technik;
    Figur 4
    eine schematische Draufsicht und Teilschnittansicht eines inneren Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung;
    Figur 5-6
    schematische Ansichten einer Kontaktstelle von Hakenscheibe und Aktuator der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung nach Figur 4;
    Figur 7
    eine schematische Draufsicht und Teilschnittansicht eines inneren Aufbaus einer Variante des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung nach Figur 4-6; und
    Figur 8
    eine schematische, vergrößerte Seitenansicht des elektromechanischen Aktuators nach Figur 4.
  • Die Figuren 1-3 aus dem Stand der Technik sind oben bereits beschrieben.
  • Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht und Teilschnittansicht eines inneren Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung 1 in einer Lösestellung.
  • Figur 5-6 stellen schematische Ansichten einer Kontaktstelle von Hakenscheibe 2 und Aktuator 6 der Mittelpufferkupplung 1 nach Figur 4 dar.
  • Figur 5 zeigt eine Übersicht mit der Hakenscheibe 2 und dem Aktuator 6 in der Lösestellung der Mittelpufferkupplung 1, wobei Figur 6 einen vergrößerten Teilausschnitt VI nach Figur 5 eines Kontaktpunktes 8 der Kontaktstelle darstellt.
  • Die Mittelpufferkupplung 1 (Scharfenbergkupplung) (DAC bzw. DAK genannt) ist für den Einsatz in Güterwagen ausgebildet. Mit dem Einsatz der DAC in den Güterwagen soll diese auch elektrifiziert werden. Das Lösen der DAC soll daher nicht wie bei den Mittelpufferkupplungen im Personenverkehr pneumatisch, sondern elektrisch erfolgen.
  • Die Mittelpufferkupplung 1 umfasst ein Gehäuse 1, eine Hakenscheibe 2 mit einer Schwenkachse 2a, einem Antriebsabschnitt 3 und einem Abtriebsabschnitt 4, eine Öse 5 und einen elektromechanischen Aktuator 6 mit einem Betätigungselement 7, einer Gewindespindel 12, einem Elektromotor 10 und einer Motorbremse 11.
  • Das Betätigungselement 7 ist hier als ein Druckrohr ausgebildet.
  • Der elektromechanische Aktuator 6 verfügt über einen Kugelgewindetrieb, der mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Der Kugelgewindetrieb umfasst die Gewindespindel 12 und eine Spindelmutter 7b, die mit dem Betätigungselement 7 fest verbunden ist und verdrehfest in dem Aktuator 6 in nicht näher beschriebener Weise längsverschiebbar geführt ist.
  • Der Elektromotor 10 steht mit der Gewindespindel 12 über ein Getriebe 10b in Wirkverbindung. Das Getriebe 10b kann z.B. ein Stirnradgetriebe sein.
  • Das Betätigungselement 7, welches direkt mit der Spindelmutter 7b des Kugelgewindetriebs verbunden ist, ist hierbei funktional mit dem Betätigungselement 7' (Druckstange) des pneumatischen Zylinders gleich zu setzen (siehe Figur 1-3).
  • Kugelgewindetriebe sind hinsichtlich ihrer Lebensdauer sensibel für Momente (so wie sie beim pneumatischen Zylinder entstehen).
  • Die Kontaktstelle mit dem Kontaktpunkt 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Lager 9 mit einer Lagerachse 9a auf. Das Lager 9 ist eine Rollenlagerung mit einer Rolle und ist in dem Antriebsabschnitt 3 der Hakenscheibe 2 verdrehbar angeordnet. Die Lagerachse 9a verläuft parallel zu der Schwenkachse 2a der Hakenscheibe 2.
  • Der Kontaktpunkt 8 liegt auf dem Kontaktkreis 8a um die Schwenkachse 2a der Hakenscheibe 2. In diesem Kontaktpunkt 8 kontaktiert die Rolle des Lagers 9 einen Druckkopf 7a des Betätigungselementes 7.
  • Die Kinematik aus Gewindespindel 12, Betätigungselement 7 und Hakenscheibe 2 ist so ausgebildet, dass der Versatz zwischen dem Zentrum des Rollenlagers, d.h. der Lagerachse 9a des Lagers 9, und der Mittelachse 6a von Gewindespindel 12 und Betätigungselement 7 in einem Arbeitsbereich von a) Kupplung offen (X°) bis b) Hakenscheibe 2 verriegelt (Y°) ausgemittelt ist. Dies ist vorzugsweise im Bereich des maximalen Hubes von Betätigungselement 7 und Gewindespindel 12 der Fall. D.h. der Kontaktpunkt 8 zwischen der Rolle des Lagers 9 und dem Druckkopf 7a des Betätigungselementes 7, das mit der Gewindespindel 12 zusammenwirkt, schneidet in diesem Bereich die Mittelachse 6a von Betätigungselement 7 und Gewindespindel 12.
  • Der Versatz a ist die Strecke zwischen einem Schnittpunkt A' des Radius R des Kontaktkreises 8a mit der Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' und dem Endpunkt A des Radius R des Kontaktkreises 8a, also mit dem Kontaktkreis 8a selbst.
  • Und der Versatz b ist die Strecke zwischen einem Schnittpunkt B' des Radius R des Kontaktkreises 8a mit der Mittelachse 6a des Betätigungselementes 7' und dem Endpunkt B des Radius R des Kontaktkreises 8a, also mit dem Kontaktkreis 8a selbst. Der Endpunkt B ist hier gleichzeitige der Kontaktpunkt 8.
  • Mit anderen Worten, der Versatz "a" und der Versatz "b" weisen beide im Wesentlichen gleich große Längenwerte in radialer Richtung in Bezug auf die Schwenkachse 2a der Hakenscheibe 2 auf.
  • Auf diese Weise ergeben sich, gemäß des oben beschriebenen Aufbaus, mit Verwendung und Anordnung der Rollenlagerung (Lager 9) sowie der erfindungsgemäßen Anordnung der Gewindespindel 12 mit dem Betätigungselement 7 folgende Vorteile:
    • Reduktion der Momente, welche aufgrund der Drehbewegung der Hakenscheibe 2, zwangsweise entstehen
    • Erhöhung der Lebensdauer der Gewindespindel 12 und Spindelmutter 7b sowie der Lagerung (nicht bezeichnet) der Gewindespindel 12
    • Kleinere Dimensionierung des Elektromotors 10 mit geringerer Antriebsleistung im Vergleich zum Stand der Technik
    • Die Verschraubung (nicht bezeichnet) des Aktuators mit dem Hauptgehäuse der Kupplung ist geringer belastet
    • Reduzierung von Verschleiß an einem Führungsrohr (nicht bezeichnet) des Betätigungselementes 7 und an der Hakenscheibe
    • Reduzierung von Verschleiß an Führungen des Betätigungselementes 7
  • Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht und Teilschnittansicht eines inneren Aufbaus einer Variante des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung 1 nach Figur 4-6 in einer Kupplungsstellung der Hakenscheibe 2.
  • In dieser Variante weist der Aktuator 6 einen Elektromotor 13 auf, der als ein Hohlwellenmotor in Form eines permanenterregten Synchronmotors ausgeführt ist. Bei dieser Ausführung wirkt das Motormoment direkt auf die Spindelmutter 7b der Gewindespindel 12. Die Gewindespindel 12 selbst wird mittels zweier paralleler Führungsstangen 14, 15, welche die entstehenden Momente abfangen, längsverschiebbar geführt
  • Figur 8 stellt eine schematische, vergrößerte Seitenansicht des elektromechanischen Aktuators 6 nach Figur 4 dar.
  • Der Elektromotor 10 mit der Motorbremse 11 sind hier derart zu der Gewindespindel 12 mit dem Betätigungselement 7 angeordnet, dass die gemeinsame Motorachse 10a des Elektromotors 10 und der Motorbremse 11 parallel zu der gemeinsamen Mittelachse 6a von Gewindespindel 12 und Betätigungselement 7 verläuft.
  • Das Motormoment des Elektromotors 10, der hier als ein Gleichstrommotor ausgebildet ist, wird über ein Getriebe 10b auf die Gewindespindel 12 übertragen. Das Getriebe 10b ist in diesem Beispiel ein einstufiges Stirnradgetriebe. Natürlich kann das Getriebe 10b auch aus mehr Stufen bestehen. Das Getriebe 10b kann auch eine andere Verzahnung, z.B. Schrägverzahnung, aufweisen. Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
  • So ist es beispielsweise denkbar, dass das als Rollenlager ausgebildete Lager 8 mehrere Rollen aufweist. Auch Kugeln sind z.B. möglich.
  • Genauso ist es denkbar, die Rolle an dem Druckrohr zu montieren - anstelle an der Hakenscheibe.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mittelpufferkupplung
    1a
    Gehäuse
    2
    Hakenscheibe
    2a
    Schwenkachse
    3
    Antriebsabschnitt
    4
    Abtriebsabschnitt
    5
    Öse
    6, 6'
    Aktuator
    6a
    Mittelachse
    7, 7'
    Betätigungselement
    7a
    Druckkopf
    7b
    Spindelmutter
    8
    Kontaktpunkt
    8a
    Kontaktkreis
    9
    Lager
    9a
    Lagerachse
    10
    Elektromotor
    10a
    Motorachse
    10b
    Getriebe
    11
    Motorbremse
    12
    Gewindespindel
    13
    Elektromotor
    14, 15
    Führungsstange
    X, Y
    Verschwenkwinkel
    A', B'
    Schnittpunkt
    a-A; b-B
    Versatz
    R
    Radius

Claims (11)

  1. Mittelpufferkupplung (1) eines Schienenfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse (1a), eine Hakenscheibe (2) mit einem Antriebsabschnitt (3) und einer Schwenkachse (2a), und einen Aktuator (6, 6') mit einem Betätigungselement (7, 7'), wobei das Betätigungselement (7, 7') mit dem Antriebsabschnitt (3) der Hakenscheibe (2) in einem Kontaktpunkt (8) in Zusammenwirkung steht, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kontaktpunkt (8) ein Lager (9), das als Rollenlager ausgebildet ist, aufweist.
  2. Mittelpufferkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktpunkt (8) auf einem Kontaktkreis (8a) um die Schwenkachse (2a) der Hakenscheibe (2) liegt, wobei in diesem Kontaktpunkt (8) eine Rolle des als Rollenlager ausgebildeten Lagers (9) das Betätigungselement (7) kontaktiert.
  3. Mittelpufferkupplung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rolle des als Rollenlager ausgebildeten Lagers (9) einen Druckkopf (7a) des Betätigungselementes (7) kontaktiert.
  4. Mittelpufferkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (6, 6') einen Kugelgewindetrieb umfasst mit einer Gewindespindel (12) und einer Spindelmutter (7b) aufweist.
  5. Mittelpufferkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kinematik aus Gewindespindel (12), Betätigungselement (7) und Hakenscheibe (2) so ausgebildet ist, dass ein Versatz (a, b) zwischen einer Lagerachse (9a) des Lagers (9) und einer Mittelachse (6a) von Gewindespindel (12) und Betätigungselement (7) in einem Arbeitsbereich von Kupplung offen (X°) bis Hakenscheibe (2) verriegelt (Y°) ausgemittelt ist, wobei der Versatz (a) die Strecke zwischen einem Schnittpunkt A' des Radius R des Kontaktkreises (8a) mit der Mittelachse (6a) des Betätigungselementes (7) und dem Endpunkt A des Radius R des Kontaktkreises (8a) ist, und wobei der Versatz (b) die Strecke zwischen einem Schnittpunkt B' des Radius R des Kontaktkreises (8a) mit der Mittelachse (6a) des Betätigungselementes (7) und dem Endpunkt B des Radius R des Kontaktkreises (8a) ist, wobei der Endpunkt B der Kontaktpunkt (8) ist.
  6. Mittelpufferkupplung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (a) und der Versatz (b) beide ähnlich große Längenwerte in radialer Richtung in Bezug auf die Schwenkachse (2a) der Hakenscheibe (2) aufweisen.
  7. Mittelpufferkupplung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (a) und der Versatz (b) beide ähnlich große Längenwerte in radialer Richtung in Bezug auf die Schwenkachse (2a) der Hakenscheibe (2) in einem Bereich des maximalen Hubes von Betätigungselement (7) und Gewindespindel (12) aufweisen.
  8. Mittelpufferkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (6) ein elektromechanischer Aktuator (6) mit einem Elektromotor (10, 13) ist.
  9. Mittelpufferkupplung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) ein Gleichstrommotor ist, wobei eine Motorachse (10a) des Elektromotors (10) parallel zu einer gemeinsamen Mittelachse (6a) von Gewindespindel (12) und Betätigungselement (7) verläuft.
  10. Mittelpufferkupplung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) als ein Hohlwellenmotor in Form eines permanenterregten Synchronmotors ausgeführt ist, wobei Motormoment direkt auf eine Spindelmutter (7b) der Gewindespindel (12) wirkt.
  11. Schienenfahrzeug mit mindestens einer Mittelpufferkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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