EP4484246A1 - Verfahren zum erfassen eines vollständigen entkupplungsvorgangs einer mittelpufferkupplung eines schienenfahrzeugs, mittelpufferkupplung für ein schienenfahrzeug und schienenfahrzeug mit einer solchen mittelpufferkupplung - Google Patents

Verfahren zum erfassen eines vollständigen entkupplungsvorgangs einer mittelpufferkupplung eines schienenfahrzeugs, mittelpufferkupplung für ein schienenfahrzeug und schienenfahrzeug mit einer solchen mittelpufferkupplung Download PDF

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EP4484246A1
EP4484246A1 EP24175822.6A EP24175822A EP4484246A1 EP 4484246 A1 EP4484246 A1 EP 4484246A1 EP 24175822 A EP24175822 A EP 24175822A EP 4484246 A1 EP4484246 A1 EP 4484246A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
central buffer
buffer coupling
limit switch
actuator
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
EP24175822.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Cheng Liu
Erich Fuderer
Michael Mathieu
Tomasz NIEPALA
Juriy Meshenberg
Andre Stegmann
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 EP4484246A1 publication Critical patent/EP4484246A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a complete uncoupling process of a central buffer coupling of a rail vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a central buffer coupling of a rail vehicle.
  • the invention also relates to a rail vehicle with such a central buffer coupling.
  • DAK Digital Automatic Coupling
  • the Scharfenberg coupling is well known. It is a rigid central buffer coupling.
  • the Scharfenberg coupling principle is used by DAK for passenger trains and is also preferred by DAK for freight trains.
  • the coupling process is purely mechanical and is implemented using a hook disc and spring packs in each coupling head.
  • uncoupling a central buffer coupling in the following text means the opening of a locking mechanism of the central buffer coupling (hook disc with main bolt, eyelet, trigger module).
  • central buffer couplings are known in passenger transport.
  • Pneumatic actuators or pneumatic cylinders are used to release these couplings.
  • a push rod or the trigger or the piston of the cylinder is pushed out using pneumatically provided energy and thus the pressure, and in doing so rotates the hook disk or the heart of the Scharfenberg coupling in the releasing direction.
  • Figure 1 a schematic plan view of an internal structure of a center buffer coupling 1 according to the prior art in a release position.
  • the central buffer coupling 1 comprises a housing 1a, a hook disk 2 with a main bolt 3, a drive section 4, an output section 4a and with a ratchet rod 4b, an eyelet 5, an actuator 6' with an actuating element 7' designed as a push rod, a local drive control belonging to the actuator 6' and a trigger module 16.
  • the main bolt 3 is connected to the hook disk 2 in a rotationally fixed manner and is pivotably mounted in opposite walls of the housing 1a.
  • a pneumatic cylinder is used as an actuator 6'.
  • the push rod as the actuating element 7' of the cylinder or actuator 6' is pushed out by means of pneumatically provided energy and rotates the hook disk 2 about a pivot axis 2a in the releasing direction, ie here in Figure 1 clockwise.
  • a free end of the actuating element 7' of the cylinder contacts the drive section 4 of the hook disk 2 of the Scharfenberg coupling at a contact point 8.
  • the hook disk 2 In the uncoupled state, which is Figure 1 As shown, the hook disk 2 has assumed an angular position of approximately 62° compared to the initial position.
  • the latch rod 4b which is coupled to the hook disk 2, is thereby locked in the trigger module 16, so that the hook disk 2 is held in its uncoupled position.
  • the counter-coupling When re-engaging, the counter-coupling hits a trigger of the trigger module 16, so that the ratchet rod 4b is levered out and the hook disk 2 is rotated into the engaged state (initial position) via the tension spring force of a spring (not shown here) on a coupling eyelet of the hook disk 2.
  • a tension spring is used, for example, which is not shown here but is easy to imagine.
  • An example of such a spring 2b is shown in Figure 3 indicated.
  • the hook disc 2 with the main bolt 3, the eyelet 5 and the trigger module 16 form the functional unit locking mechanism.
  • DE 10 2021 111 207 A1 describes how the principle from pneumatics can be applied via an electro-hydraulic actuator.
  • the force is also built up via pressure, which is generated by the hydraulic operating medium.
  • An electro-hydraulic drive unit uses an electric motor to generate the necessary compression of the operating medium via a hydraulic pump and thus the pressure to move the piston forward.
  • the actuator is able to maintain the force on the piston while maintaining the applied pressure so that the position assumed can be maintained for a longer period of time. In some cases, this is done by continuing to operate the electric motor in order to maintain the pressure built up. After the decoupling process, the piston is moved back again by reducing the pressure.
  • Electromechanical drives for uncoupling a central buffer coupling are currently only installed outside the coupling housing.
  • the main factor here is the size, which does not fit into the tight installation space of the coupling. Accordingly, no electronics or electronic Systems for controlling the actuator or similar can be found within the clutch.
  • the advantage of the automatic center buffer coupling (AK) is that the coupling mechanism automatically locks when the two couplings engage when two freight wagons collide.
  • the central buffer couplings must not re-engage.
  • the actuator may only be returned to its initial position when the central buffer couplings have actually and irreversibly moved away from each other, i.e. when a complete uncoupling process has taken place.
  • a pivot angle of the main bolt is not suitable for determining whether the second coupling is disengaged.
  • the pivot angle of the main bolt can only provide information about whether the locking mechanism of the center buffer coupling is open or not.
  • one object of the invention is to provide a method for detecting or recording a complete and permanent separation of two wagons after uncoupling of a central buffer coupling.
  • a further object of the invention is to provide an improved central buffer coupling as a digital automatic coupling (DAK), which enables recognition or detection/recording of a complete and permanent separation of two wagons after uncoupling, i.e. an uncoupling state of the central buffer coupling.
  • DAK digital automatic coupling
  • Yet another task is to specify a rail vehicle with such a central buffer coupling.
  • a method for detecting a complete uncoupling process of a digital automatic coupling of a rail vehicle wherein the digital automatic coupling is a central buffer coupling with a housing and a hook disk with a main bolt connected to it in a rotationally fixed manner, a drive section, an output section and a ratchet rod coupled to the hook disk, an eyelet, an actuator with a first limit switch, a second limit switch and an actuating element which interacts with the drive section of the hook disk, a local actuator control associated with the actuator, and a trigger module with at least one third limit switch, which interacts with the ratchet rod, wherein the hook disk with the main bolt, the eyelet and the trigger module form a locking mechanism.
  • the method comprises the method steps (VS1) opening the locking mechanism of the central buffer coupling, wherein the hook disk is adjusted from an initial position to an open position by means of the actuator, and detecting the open position; (VS2) preventing unintentional re-coupling of the central buffer coupling by maintaining a buffer position thus assumed by the hook disk being held in the open position by the actuator; (VS3) detecting removal of an associated counter-coupling of the central buffer coupling from the central buffer coupling by means of the trigger module; and (VS4) detecting the complete uncoupling process of the central buffer coupling from the associated counter-coupling if it has been clearly detected in the third method step (VS3) that the time duration of the removal of the counter-coupling from the central buffer coupling is greater than a predefinable reference value.
  • a digital automatic coupling of a rail vehicle is provided, wherein the digital automatic coupling is a center buffer coupling with a housing and has a hook disk with a main bolt connected to it in a rotationally fixed manner, a drive section, an output section and with a ratchet rod coupled to the hook disk, an eyelet, an actuator with a first limit switch, a second limit switch and with an actuating element which interacts with the drive section of the hook disk, a local actuator control associated with the actuator, and a trigger module with at least one third limit switch which interacts with the ratchet rod, wherein the hook disk with the main bolt, the eyelet and the trigger module form a locking mechanism.
  • the trigger module comprises a housing with a cover, a trigger, a trigger plate, a compression spring for the trigger, a switching lever for actuating the at least one third limit switch, a compression spring for the switching lever and an electrical connection for the limit switch, wherein the trigger module is designed to hold the latch rod locked in place via a special contour on the trigger and via the compression spring and thus to hold the hook disc after uncoupling to be held in order to enable readiness for re-engagement, whereby re-engagement by actuating the trigger plate of the trigger against the force of the compression spring releases the latch rod.
  • One advantage of this is that a high level of functionality of the trigger module is achieved with only a small space requirement.
  • a particular advantage is that existing components can be used.
  • a rail vehicle according to the invention has at least one central buffer coupling as described above.
  • a further advantage is that independence from the overall system and therefore independence from the manufacturer and its interfaces is achieved.
  • This digital automatic coupling according to the invention enables cost advantages for manufacturers and operators, since standard components are used and only minor changes are necessary.
  • the switching states of the first and second limit switches of the actuator are evaluated. It is advantageous to use the components that are already present, i.e. to evaluate their signals.
  • a pivot angle of the main bolt which is connected to the hook disk in a rotationally fixed manner, can also be detected. In this way, the position of the hook disk can be determined in an advantageous and simple manner.
  • Another embodiment provides that in the method step (VS3) of detecting the removal of an associated counter-coupling of the central buffer coupling, the switching states of the at least one third limit switch of the trigger module are evaluated. This advantageously allows even more intensive monitoring to be achieved.
  • the switching states of the at least one third limit switch of the trigger module are forwarded as direct signals to the local actuator control. This is advantageous because an existing component can be used and only minor changes are required.
  • step (VS3) of detecting the removal of an associated counter-coupling of the central buffer coupling switching states of one or more proximity switches on a front plate of a coupling head of the central buffer coupling are evaluated in relation to a distance of a front plate of a counter-coupling.
  • a lifting movement and/or a spring force of a sealing element of an air coupling of the central buffer coupling is detected.
  • the force on the seal is specified via the preload force and the characteristic curve of a spring located behind the respective seal.
  • the seal makes a stroke and the spring force increases. If the spring force or its stroke is measured, this can be easily evaluated as a signal for the contact between two couplings, since these components are already present.
  • a further embodiment provides, in addition or as an alternative, that in the method step (VS3) detecting a removal of an associated counter-coupling of the central buffer coupling, detecting a decoupling via the electrical contacts on an electrical coupling and further processing in a connection unit and transmitting this information to the local actuator control in the central buffer coupling. This advantageously requires only minor adjustments.
  • a decoupling is detected via the electrical contacts on the electrical coupling by means of a contact loop.
  • Another embodiment of the method additionally or alternatively provides that the swivel angle of the main bolt is recorded using data from a higher-level system. This is advantageous because this data may already be available.
  • the pivot angle of the main bolt is detected by means of at least one limit switch, in particular as a scanning switch.
  • a limit switch is a cost-effective, high-quality component whose signals, e.g. ON/OFF, can be detected in a simple manner.
  • the switching lever in the housing of the trigger module interacts mechanically with an actuating section of the trigger and controls the at least one third limit switch in such a way that, depending on the position of the ratchet rod and thus of the hook disk, it outputs a signal, based on which a control detects the uncoupling of the central buffer coupling.
  • Another version of the digital automatic clutch provides that the actuating section of the trigger is formed as a circumferential groove in the body of the trigger. This is an advantageously simple design with little space requirement.
  • the at least one third limit switch in the trigger module is designed with two separate outputs and opposing output signals. This provides an advantageously simple option for checking the plausibility of the switch signals.
  • a further embodiment of the digital automatic coupling provides that detection means for a swivel angle of the main bolt are arranged in the coupling, which detect data of the swivel angle of the main bolt for a higher-level system.
  • the detection means can easily detect the swivel angle on site, e.g. as a rotation angle sensor or the like.
  • the detection means for the pivot angle of the main bolt have at least one limit switch, in particular as a scanning switch, an advantageously simple arrangement for detecting the pivot angle is made possible.
  • Another version of the digital automatic coupling provides that the main bolt has a contour which interacts with one or more limit switches as a scanning switch for detecting a swivel angle of the main bolt.
  • the main bolt has a contour which interacts with one or more limit switches as a scanning switch for detecting a swivel angle of the main bolt.
  • the main pin works together with at least one rotation angle sensor to detect the pivot angle of the main pin.
  • a further embodiment of the digital automatic coupling provides that the central buffer coupling interacts with a control system, in particular with a local drive control system, which is designed to carry out the method described above.
  • a control system in particular with a local drive control system, which is designed to carry out the method described above.
  • a software extension in an existing control system can advantageously be easily enabled.
  • Figure 2 shows a schematic plan view and partial sectional view of an internal structure of an embodiment of a central buffer coupling 1 according to the invention in the released position.
  • FIG 3 The central buffer coupling 1 according to the invention is Figure 2 with an opened trigger module 16.
  • Figure 4 shows an enlarged schematic view of area IV in Figure 3 with the trigger module 16.
  • the center buffer coupling 1 comprises a housing 1a, a hook disk 2 with a pivot axis 2a, a main bolt 3, a drive section 4 and an output section 4a, 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 hook disc 2 with the main bolt 3, the eyelet 5 and the trigger module 16 also form the functional unit of the locking mechanism.
  • the actuating element 7 is designed here as a pressure tube.
  • the electromechanical actuator 6 has a central axis 6a and is designed with a spindle/spindle nut drive.
  • the spindle/spindle nut drive can be a ball screw drive, for example, and is driven by an electric motor 10.
  • the ball screw drive comprises the threaded spindle 12 and a spindle nut 7b that is firmly connected to the actuating element 7.
  • the actuating element 7 and thus the spindle nut 7b are guided in the actuator 6 in a rotationally fixed manner so that they can be displaced longitudinally in a manner not described in more detail.
  • the electric motor 10 has a motor axis 10a and is operatively connected to the threaded spindle 12 via a gear 10b.
  • the gear 10b can be a spur gear, for example.
  • the motor axis 10a and the center axis of the actuator 6 are arranged parallel to one another here.
  • the electric motor 10 is a direct current motor or DC motor as the main drive for uncoupling or releasing the central buffer coupling 1.
  • Such an electric motor 10 is comparatively inexpensive and can be controlled and reversed in a simple manner (for example by means of relays and/or power semiconductors).
  • the contact point with the contact point 8 has a bearing 9.
  • the bearing 9 is a roller bearing with a roller and is arranged in the drive section 3 of the hook disk 2 so that it can rotate about a bearing axis 9a.
  • This bearing axis 9a runs parallel to the pivot axis 2a of the hook disk 2.
  • the electric motor 7 is coupled to the engine brake 11 and the transmission 10b.
  • the electromechanical actuator 6 functions with the help of the electric motor 10, which converts electrical energy into mechanical energy.
  • the actuator 6 When the actuator 6 is activated, the rotor of the electric motor 10 rotates. This rotary movement is then transmitted to the spindle 12 via the gear 10b. Since the rotating spindle 12 is fixed in the axial direction of the central axis 6a, this results in a feed movement of the spindle nut 7b and thus of the actuating element (pressure pipe) 7, which can introduce the corresponding force via the drive section 3 on the hook disk 2.
  • the actuator 6 can be returned to its original position.
  • the motor brake 11 flanged to the electric motor 10 enables the electric motor 10 to hold a position, such as in the shown release position of the center buffer coupling 1.
  • the bearing 9 minimizes the transverse forces acting on the actuating element (pressure tube) 7 and is described in more detail in a not yet published application of the applicant.
  • the electric motor 7 and the motor brake 11 have a common motor axis 7a, which here runs parallel to the central axis 6 of the ball screw drive.
  • this electromechanical drive unit with the actuator 6 is installed in each coupling head.
  • the limit switches 13, 14 are designed here as mechanical limit switches.
  • a third (mechanical) switch can be used, which is actuated as a limit switch directly or indirectly by a counter-coupling of the central buffer coupling 1 (not shown but easily imaginable) designed like the central buffer coupling 1.
  • a signal from this third limit switch 15 thus clearly indicates a counter-coupling that is in engagement with the central buffer coupling 1.
  • the removal of the counter-coupling (not shown) can also be detected on the so-called trigger module 16 with the third limit switch 15.
  • the housing 16a has a cover 16b which is Figure 4 from the front, ie through an opening 1b ( Figure 3 ) can be seen.
  • the trigger module 16 is provided with a trigger 17 with a trigger axis 17a.
  • a trigger plate 18 is attached to the front end, which faces the opening 1b.
  • the trigger plate 18 has a contact surface 18a, which is intended for contact with the counter coupling (not shown) in the coupled state with the central buffer coupling 1.
  • the trigger module 16 with the third limit switch 15 has the function of detecting the removal of the counter coupling and thus the uncoupling of the counter coupling from the central buffer coupling 1.
  • FIG. 5A - 5C show schematic representations of the trigger module 16 according to Figure 3-4 in different views.
  • FIG. 5A a partially sectioned side view of the trigger module 16 is shown.
  • Figure 5B shows a front view and in Figure 5C a top view of the trigger module 16 is shown.
  • the trigger module 16 comprises the third limit switch 15 (snap switch), the housing 16a with the cover 16b, the trigger 17, the trigger plate 18, a compression spring 19 for the trigger 17, a switching lever 20, a compression spring 21 for the switching lever 20 and an electrical connection for the limit switch 15.
  • the trigger module 16 serves to engage the ratchet rod 4b, which is connected to the hook disk 2, via a special contour (not shown) on the trigger 17 (among other things, by means of the so-called “sword” (not shown)) and via the corresponding compression spring 21, so that the hook disk 2 is in the 62° angle position after uncoupling (see Figure 3 ) in order to enable readiness for re-engagement.
  • the counter-coupling hits the release plate 14 of the release 17 and against the force of the compression spring 21, so that the ratchet rod 4b is thereby levered out and the hook disk 2 is released via the tension spring force of a spring 2b (see Figure 3 ) on the eyelet 5 is turned into the coupled state.
  • the compression spring 21 is accommodated here around the body of the trigger 17 in a spring holder 16c of the trigger module 16.
  • the trigger 17 is guided in the direction of its trigger axis 17a in the housing 16a and the spring holder 16c so that it can be moved longitudinally.
  • an axial lock 17b is attached, which limits a position of the trigger 17 and with which the compression spring 19 can be tensioned.
  • This mechanism is now used to detect/detect a decoupling that has taken place, in that the built-in switching lever 20 in the housing of the trigger module 16 is mechanically actuated by an actuating section 17c of the trigger 17.
  • the actuating section 17c is formed as a circumferential groove in the body of the trigger 17.
  • the switching lever 20 also interacts with a compression spring 21.
  • the switching lever 20 pivots here about a lever axis 20a in order to control the third limit switch 15 (snap switch) accordingly.
  • the limit switch 15 can output a signal, e.g. an ON signal or a Boolean "1", based on which a control system detects or records the decoupling that has taken place.
  • this third limit switch 15 can thus function as a so-called limit switch in order to detect uncoupling and transmit the associated switching signal to the local actuator control.
  • the third limit switch 15 is connected to the housing 16a of the trigger module 16 via the angle plug 22 including anti-twist device 22a with the corresponding wiring for the control in the actuator housing.
  • the wiring is laid in such a way that it does not normally get caught on the moving parts of the center buffer coupling 1 and the actuator 6 or impair their function. It is important that the housing 16a of the trigger module 16 including the cover 16b and also the angle plug 22 including the cable are designed and arranged to be tight and robust against environmental influences with a correspondingly high IP protection class and against vibrations and shocks, since it is located in the coupling head 1c of the center buffer coupling 1 and is exposed to environmental influences almost unprotected.
  • a single-channel snap switch is used as the third limit switch 15 in order to explain the principle as easily as possible.
  • a third limit switch 15 with two separate outputs and opposing output signals should be used (e.g. 1x Boolean "1" + 1x Boolean "0") in order to be able to carry out a kind of plausibility check so that errors and defects on the third limit switch 15 can be detected.
  • a limit switch 15 with four electrical connection contacts (two for each switching contact) is therefore indicated in order to meet this safety requirement.
  • the third limit switch 15 is shown here with an actuator 15a, which interacts with the switching lever 20.
  • an active sensor e.g. the Hall-based principle with integrated magnets behind the sensor elements
  • metallic levers, rockers or flags can be detected, whereby the switching distance of the sensor can be varied at the factory as required.
  • the advantages of an electronic switch are the smaller installation space requirement, further robustness, particularly against vibrations, and the further reduction in costs.
  • the possible structure of the trigger module 16 can also be further optimized if an electronic switch is used as the third limit switch 15, since it is possible to directly scan the trigger 17 using the sensor. Both active and passive sensors are used for this purpose.
  • a structural milling or similar must be present on the side of the trigger 17 facing the cover 16b so that, for example, changes in the magnetic flux density can be registered by the corresponding sensor system.
  • Hall-based or magnetoresistive sensors can be used as passive sensors, for example, which scan a magnet that is installed on the trigger 17 and also points from the magnetic field direction to the cover 16b.
  • the space for such a third limit switch 15 can be separated from the trigger 17, which in turn can have advantages with regard to external influences (e.g. environmental influences).
  • Figure 6 represents a schematic perspective view of a variant of the embodiment of the central buffer coupling 1 according to the invention.
  • Figure 7A - 7C schematic perspective representations of proximity sensors or proximity switches 23, 23a, 23b are shown.
  • the central buffer coupling 1 comprises the housing 1a with the coupling head 1c and a coupling neck 1d.
  • the coupling head 1c has the housing 1a with a coupling front 1e in which the opening 1b for receiving the eyelet of the counter-coupling is formed.
  • the eyelet 5 protrudes next to it.
  • a proximity switch/sensor 23, 23a, 23b is installed at another location on the coupling head, e.g. on the front plate 1f of the coupling head 1c (not shown here, but easily imagined).
  • Such a proximity switch/sensor 23, 23a, 23b in or on the front plate 1f of the central buffer coupling 1 can directly indicate an engaged counter-coupling.
  • the front plate of the counter coupling is detected and a corresponding signal is issued when the counter coupling is within a previously defined switching distance or has moved away from it.
  • Sensors in their own housing can be suitable for this purpose, as in the Figures 7A, 7B, 7C These are available in different possible designs and sizes and in different mounting options. It is important to ensure that there is suitable mechanical protection, as, for example, immense accelerations can occur on the front plate 1f due to the clutch shock when engaging.
  • the cable routing must be and fastening for local actuator control, so that they do not get caught on the moving components such as the hook disc 2, (coupling) eyelet 5, actuator 6, etc.
  • Figure 8 - 9 show schematic representations of digital automatic coupling halves as inventive central buffer couplings 1 according to Figure 2-4 a coupling point of two rail vehicles.
  • connection unit 24 which is usually referred to as a "junction box”.
  • An electric coupling (E-coupling) 25, a signal box 26 and a vehicle control device (“main system”) 27 are also connected to the connection unit 24 and connects these units to the central buffer coupling 1.
  • the electrical coupling 25 here has electrically conductive signal connectors 25a and power connectors 25b.
  • connection unit 24 primarily has the function of combining the cable harness from the central buffer coupling 1 (e.g. actuator 6, electric coupling 25, scanning/limit switch 28, 28' on the main bolt 3, optional control unit/remote signal box 26 for the actuator 6 on the car body) and transmitting it via higher-level lines to the vehicle control device (main system) 27.
  • the electrical supply from the car body is also connected to this connection unit 24 so that, among other things, the actuator 6 is supplied with electrical energy.
  • connection unit 24 not only serves as a central hub for each central buffer coupling 1, but can also contain some logic to summarize signals and information and thus to transmit the status of the central buffer coupling 1 (mechanically coupled, mechanically uncoupled and ready to couple, mechanically uncoupled and in buffer position, electrically coupled, electrically uncoupled) more specifically to the wagon central computer/control.
  • the information from the electric coupling 25 (E-coupling) on the coupling status of the electrical contacts can be bundled and processed in the connection unit 24 and transmitted to the local actuator control in the central buffer coupling 1 directly and without detours via the system.
  • connection unit 24 is also conceivable for the DAC4.5 (variant without a higher-level system), whereby the electric coupling does not have to loop through a train-wide data bus system and does not necessarily have to loop through a supply. Therefore, these pins (signal connector 25a and/or power connector 25b) of the electric coupling 25 can be used differently, as described in more detail in an as yet unpublished application "Arrangement of a coupling point of two rail vehicles with digital automatic coupling halves with a synchronization device, and method for synchronizing digital automatic coupling halves of such an arrangement" by the applicant.
  • Figure 9 shows the schematic structure, whereby only the signal box (operating unit/remote) 26 for the actuator 6 on the car body is mandatory and the vehicle control device 27 system ("Wagon Computing Unit") is omitted.
  • the basic idea here is the same as in the concept for the DAC5 with the connection unit 24, namely the detection of a decoupling via the electrical contacts on the electric coupling 25 and the further processing in the connection unit 24 so that this information is transmitted to the local actuator control in the central buffer coupling 1.
  • connection unit 24 can be dispensed with in the version for the DAC5. Then the information already mentioned would go directly from the electric coupling 25 to a central car computer/control. In order to get this information for the actuator 6, the central car control must process this data and send it to the local actuator control in the central buffer coupling 1, which means the detour already mentioned, but could be implemented (possibly with a small time delay).
  • the contact between the two electric couplings 25 can be determined. This makes it possible to clearly determine whether two wagons are still in contact or are separated. This can be done, for example, using a contact loop that is closed by the two then connected electric couplings 25 when the central buffer couplings 1 are coupled. This can be achieved, for example, with a simple continuity tester circuit of the contact loop.
  • Figure 10 - 12 show schematic representations of further limit switches 28, 28' in connection with the main bolt 3 of the central buffer coupling 1 according to the invention according to Figure 2-3
  • Figure 10 shows a top view of the main bolt 3 with the swivel axis 2a with the hook disk 2 of the center buffer coupling 1.
  • a limit switch 28 which can also be referred to as a scanning switch, is in contact with the outer surface of the main bolt 3.
  • FIG 11 a schematic perspective view of the main bolt 3 with the associated limit switch 28 is shown.
  • the limit switch 28 is shown here only as an example with a pushbutton element 28b attached to a connector 28a.
  • the pushbutton element 28b can be a roller, for example.
  • the connector can be adjustable in length and/or angled.
  • the sensing element 28b is in contact with a contour 3a formed in the main bolt 3 and in this way senses different diameters of the main bolt 3 in order to detect the angle of rotation of the main bolt 3 about the pivot axis 2a.
  • the main bolt 3 can be arranged with its contour 3a within the central buffer coupling 1 or also protruding above its housing 1a.
  • the information of this limit switch 28 about the position of the main bolt 3 is also made available for the local actuator control in the central buffer coupling 1 via a detour via the higher-level system, similar to what was described above for the electrical pressure contacts of the signal connectors 25a and/or the power connectors 25b of the electric coupling 25.
  • the angular position of the main bolt 3 and thus the angular position of the hook disk 2 is detected via the two limit switches 28, 28'.
  • the signals from the two limit switches 28, 28' make it possible to determine whether the locking mechanism of the central buffer coupling 1 is closed (coupled state) or open (uncoupled state and ready to couple).
  • the limit switch(es) 28, 28' on the main bolt 3 for the "uncoupled” position could possibly replace the second limit switch 14 in the actuator 6.
  • a limit switch 28 can be used exclusively for the higher-level system and a limit switch 28' can be used only for the actuator control of the actuator 6 in the central buffer coupling 1.
  • both limit switches 28, 28' it is better to connect both limit switches 28, 28' to both controls (both the actuator control in the central buffer coupling 1 and in the higher-level system) for the purpose of redundancy, plausibility checks and failure detection, e.g. each via a Y-cable or with a cable to the same limit switch 28 or 28'.
  • Figure 12 also shows a housing 29 of an air coupling 30, which is mounted on the housing 1a of the center buffer coupling 1.
  • the brake lines of the wagons to be coupled are coupled by means of the air coupling 30, which is not described in detail here.
  • the brake lines are coupled by means of a sealing element 31, which is arranged on the coupling front 1e of the central buffer coupling 1.
  • the respective sealing elements 31 of the two central buffer couplings 1 are pressed against one another.
  • the force on the sealing element 31 is specified via the preload force and the characteristic curve of a spring located behind the respective sealing element 31.
  • the sealing element 31 makes a lifting movement and the spring force increases. If the spring force or its stroke is measured, this can be evaluated as a signal for the contact of the two central buffer couplings 1 to be coupled, and can therefore be used to detect/record a complete uncoupling.
  • a rotation angle sensor (electromechanical/Hall sensor, etc.) for the rotation angle of the main bolt 3 and thus of the hook disk 2 about the pivot axis 2a could also be arranged in the housing 29.
  • the angle of rotation of the hook disk 2 can also be detected or recorded via the contour 3a of the main bolt 3, thus offering further options for detecting both the uncoupling, but also the current angular position of the hook disk 2 and the current spindle position of the actuator 6 of the center buffer coupling 1 in order to detect failures, errors and other unwanted and unforeseen events in the coupling head 1c of the center buffer coupling 1 and, if necessary, to take measures at an early stage (e.g. inspection of the cause of the error, manual error correction, replacement of faulty components in the coupling head 1c).
  • Figure 13 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention for detecting a complete uncoupling process of a central buffer coupling 1 of a rail vehicle.
  • a first method step VS1 the locking mechanism of the central buffer coupling 1, which comprises the hook disk 2 with the main bolt 3, the eyelet 5 and the trigger module 16, is opened, wherein the hook disk 2 is adjusted by means of the actuator 6 from an initial position into an open position.
  • a second process step VS2 the buffer position thus assumed is maintained by the hook disk 2 being moved by the actuator 6 in the open position to prevent unintentional re-coupling.
  • the buffer position thus assumed is maintained by the hook disk 2 being moved by the actuator 6 in the open position to prevent unintentional re-coupling.
  • two wagons briefly move apart and then drive back into each other, e.g. when liquids are sloshing back and forth in a tanker. If the central buffer coupling 1 and the counter-coupling are not actively kept open in their buffer positions, the central buffer coupling 1 and the counter-coupling will unintentionally engage again.
  • a third method step VS3 it is detected whether the counter-coupling has moved away from the central buffer coupling 1.
  • the function of the third limit switch 15 is used for this purpose, which delivers a signal from which it can be determined whether the counter-coupling is engaged or not.
  • a duration of the signal is compared with an adjustable reference time.
  • the method for detecting the uncoupling of the central buffer coupling is the method described above, in which the switching states of the third limit switch 15 are evaluated in the trigger module 16.
  • the switching states of the limit switches 13, 14 of the actuator 6 can be used.
  • the signals of the proximity switches 23, 23a, 23b, a contact loop of the electric coupling 25 and/or the sealing element 31 of the air coupling 30 can also be used.
  • the signal of the limit switch 28 or the signals of the limit switches 28' in relation to the angular position of the main bolt 3 can only be used to a limited extent and indicates whether the locking mechanism of the central buffer coupling 1 is open or not.
  • a fourth process step VS4 the actuator 6 is returned to its initial position if it has been clearly detected in the third process step VS3 that the counter-coupling has been in operation for longer than a defined period was no longer engaged with the central buffer coupling 1.
  • the time period must be set long enough to distinguish between a clear removal of the second wagon and a short-term back and forth movement - as described above.
  • the locking mechanism is then held open in a "ready-to-couple position" by the latch rod 4b until the locking mechanism closes again during a new coupling process.
  • the central buffer coupling 1 interacts with a control system which is designed to carry out the method according to the invention.
  • the central buffer coupling according to the invention and the method according to the invention are applicable to rail vehicles in both freight transport and passenger transport.

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Abstract

Verfahren zum Erfassen eines vollständigen Entkupplungsvorgangs einer digitalen automatischen Kupplung eines Schienenfahrzeugs, wobei die digitale automatische Kupplung eine Mittelpufferkupplung (1) mit einem Gehäuse (1a) ist und eine Hakenscheibe (2) mit einem mit ihr drehfest verbundenen Hauptbolzen (3), einem Antriebsabschnitt (4), einem Abtriebsabschnitt (4a) und mit einer mit der Hakenscheibe (2) gekoppelten Klinkenstange (4b), eine Öse (5), einen Aktuator (6) mit einem ersten Endschalter (13), einem zweiten Endschalter (14) und mit einem Betätigungselement (7), welches mit dem Antriebsabschnitt (4) der Hakenscheibe (2) in Zusammenwirkung steht, eine zu dem Aktuator (6) gehörige lokale Aktuatorsteuerung, und ein Triggermodul (16) mit mindestens einem dritten Endschalter (15), welcher mit der Klinkenstange (4b) in Zusammenwirkung steht, aufweist, wobei die Hakenscheibe (2) mit dem Hauptbolzen (3), die Öse (5) und das Triggermodul (16) einen Verriegelungsmechanismus bilden. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte (VS1) Öffnen des Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung (1), wobei die Hakenscheibe (2) mittels des Aktuators (6) aus einer Ausgangsstellung in eine geöffnete Stellung verstellt wird, und Erfassen der geöffneten Stellung; (VS2) Verhindern eines unbeabsichtigten Wiedereinkuppelns der Mittelpufferkupplung (1) durch Beibehalten einer so eingenommene Pufferposition, indem die Hakenscheibe (2) durch den Aktuator (6) in der geöffneten Stellung gehalten wird; (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) von der Mittelpufferkupplung (1) mittels des Triggermoduls (16); und (VS4) Erfassen des vollständigen Entkupplungsvorgangs der Mittelpufferkupplung (1) von der zuzuordnenden Gegenkupplung, wenn in dem dritten Verfahrensschritt VS3 eindeutig erkannt worden ist, dass die zeitliche Dauer des Entfernens der Gegenkupplung von der Mittelpufferkupplung (1) größer als ein vorgebbarer Referenzwert ist.Eine Mittelpufferkupplung (1) und ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Mittelpufferkupplung (1) werden bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines vollständigen Entkupplungsvorgangs einer Mittelpufferkupplung eines Schienenfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft eine Mittelpufferkupplung eines Schienenfahrzeugs. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Mittelpufferkupplung.
  • Bei der Digitalisierung und Automatisierung im Schienenverkehr spielt die Digitale Automatische Kupplung (DAK) eine bedeutende Rolle. Im Weiteren wird für den Begriff Digitale Automatische Kupplung auch die gebräuchliche Abkürzung "DAK" verwendet.
  • Im Bereich der automatischen Kupplungen für Schienenfahrzeuge ist beispielsweise die Scharfenbergkupplung bekannt. Sie ist eine starre Mittelpufferkupplung.
  • Das Prinzip der Scharfenbergkupplung wird bei der DAK sowohl bei Passagierzügen eingesetzt als auch bei der DAK für Güterzüge präferiert. Der Kupplungsvorgang läuft rein mechanisch ab, er wird über eine Hakenscheibe und Federpakete in jedem Kupplungskopf realisiert.
  • Unter dem Begriff "vollständiger Entkupplungsvorgang bei Güterwagons" ist im weiteren Text eine vollständige und bleibende Trennung zweier Güterwagons (oder auch "zweier Mittelpufferkupplungen") zu verstehen.
  • Der Begriff "Entkuppeln einer Mittelpufferkupplung" bedeutet im weiteren Text das Öffnen eines Verriegelungsmechanismus' der Mittelpufferkupplung (Hakenscheibe mit Hauptbolzen, Öse, Triggermodul).
  • Für den Entkupplungsvorgang jedoch werden Aktuatoren benötigt, die der Federkraft der Federpakete entgegenarbeiten, indem sie die Hakenscheibe in die Lösestellung zurückdrücken. In Passagierzügen werden hierzu in der Regel elektropneumatische Aktuatoren verwendet.
  • Bei Güterzügen ist die Sachlage anders, weshalb eine elektromechanische Lösung präferiert wird, die rein elektrisch ohne Einsatz eines weiteren Betriebsmediums (z.B. hydraulisch) angetrieben wird. Hierzu muss eine Ansteuerungs- und Diagnoseelektronik vorliegen, um den elektromotorischen Teil zu steuern und die Betriebszustände zu überwachen.
  • Entsprechend dem Stand der Technik sind Mittelpufferkupplungen im Personenverkehr bekannt. Zum Lösen dieser Kupplungen werden pneumatische Aktuatoren bzw. Pneumatik-Zylinder eingesetzt. Eine Druckstange oder der Auslöser bzw. der Kolben des Zylinders wird dabei, mittel pneumatisch bereitgestellter Energie und folglich dem Druck, herausgeschoben und dreht dabei die Hakenscheibe bzw. das Herzstück der Scharfenbergkupplung in lösender Richtung.
  • Hierzu zeigt Figur 1 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 Hauptbolzen 3, einem Antriebsabschnitt 4, einem Abtriebsabschnitt 4a und mit einer Klinkenstange 4b, eine Öse 5, einen Aktuator 6' mit einem als Druckstange ausgebildeten Betätigungselement 7', eine zu dem Aktuator 6' gehörige lokale Antriebssteuerung und ein Triggermodul 16. Der Hauptbolzen 3 ist mit der Hakenscheibe 2 drehfest verbunden und in gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses 1a verschwenkbar gelagert.
  • Zum Entkuppeln, d.h. Lösen der Kupplung, von einer nicht gezeigten Gegenkupplung wird ein pneumatischer Zylinder als Aktuator 6' verwendet. Die Druckstange als Betätigungselement 7' des Zylinders bzw. Aktuators 6' wird mittels pneumatisch bereitgestellter Energie herausgeschoben und dreht dabei die Hakenscheibe 2 um eine Schwenkachse 2a in lösender Richtung, d.h. hier in Figur 1 im Uhrzeigersinn. Dabei kontaktiert ein freies Ende des Betätigungselementes 7' des Zylinders den Antriebsabschnitt 4 der Hakenscheibe 2 der Scharfenbergkupplung in einem Kontaktpunkt 8.
  • Im entkuppelten Zustand, der in Figur 1 gezeigt ist, hat die Hakenscheibe 2 eine Winkelstellung gegenüber der Ausgangsstellung von ca. 62° eingenommen. Die Klinkenstange 4b, die mit der Hakenscheibe 2 gekoppelt ist, wird dabei in dem Triggermodul 16 arretiert, so dass die Hakenscheibe 2 in ihrer entkuppelten Stellung gehalten wird.
  • Beim Wiedereinkuppeln stößt die Gegenkupplung auf einen Auslöser des Triggermoduls 16, sodass die Klinkenstange 4b dadurch ausgehebelt wird und die Hakenscheibe 2 über die Zugfederkraft einer hier nicht gezeigten Feder an einer Kuppelöse der Hakenscheibe 2 in den eingekuppelten Zustand (Ausgangsstellung) gedreht wird. Dazu wird beispielsweise eine Zugfeder verwendet, die hier nicht gezeigt aber leicht vorstellbar ist. Ein Beispiel einer solchen Feder 2b ist in Figur 3 angedeutet.
  • Die Hakenscheibe 2 mit dem Hauptbolzen 3, die Öse 5 und das Triggermodul 16 bilden die Funktionseinheit Verriegelungsmechanismus.
  • DE 10 2021 111 207 A1 beschreibt, wie das Prinzip aus der Pneumatik über einen elektro-hydraulischen Aktuator angewendet werden kann. Der Kraftaufbau erfolgt ebenfalls über Druck, welches durch das hydraulische Betriebsmedium erzeugt wird. Ein elektro-hydraulisches Antriebsaggregat erzeugt mittels eines Elektromotors die dafür notwendige Verdichtung des Betriebsmittels über eine hydraulische Pumpe und folglich den Druck, um den Kolben in Vorwärtsbewegung zu versetzen. Der Aktuator ist in der Lage, unter Beibehaltung des aufgewendeten Drucks die Kraft am Kolben so aufrecht zu erhalten, dass die so eingenommene Stellung für längere Zeit bestehen bleiben kann. Unter Umständen geschieht dies durch weiteren Betrieb des Elektromotors, um den aufgebauten Druck entsprechend einzuhalten. Nach dem Entkupplungsvorgang wird der Kolben über Absenken des Drucks wieder zurückgefahren.
  • DE 10 2021 111 206 A1 beschreibt im Prinzip ebenfalls einen elektro-hydraulischen Aktuator, der statt einer Druckstange o.ä. hier einen Gelenkhebel betätigt und zurückzieht, um die Stellung der Hakenscheibe für den Entkupplungsvorgang zu erreichen.
  • Elektromechanische Antriebe zur Entkupplung einer Mittelpufferkupplung sind derzeitig nur außerhalb des Kupplungsgehäuses angebracht. Der wesentliche Faktor hierfür ist die Größe, die keinen Platz in dem engen Bauraum der Kupplung findet. Dementsprechend sind auch hier keine Elektroniken oder elektronische Systeme zur Ansteuerung des Aktuators o.ä. innerhalb der Kupplung zu finden.
  • Unabhängig davon, auf welchem Prinzip ein geeigneter Aktuator zum Entkuppeln einer Mittelpufferkupplung arbeitet, muss eine sogenannte Pufferposition ("Prevent Re-Coupling") im Entkupplungsvorgang eingenommen werden, um ein unbeabsichtigtes Wiedereinkuppeln in manchen Situationen zu vermeiden, wie die englische Bezeichnung suggeriert. Aus diesem Grund darf der Aktuator nicht zu früh wieder in seine Ausgangsstellung zurückfahren.
  • Der Vorteil der Automatischen Mittelpufferkupplung (AK) liegt im automatischen Verriegeln des Kuppelmechanismus, wenn beim Auflaufen zweier Güterwaggons die beiden Kupplungen in Eingriff kommen.
  • Der Nachteil dabei ist, dass im Rangierbetrieb zwei Wagons, deren Kupplungen bereits geöffnet sind (entkuppelte Stellung der Verriegelungsmechanik), sich kurzzeitig voneinander entfernen können und anschließend wieder in Eingriff kommen. Dabei kuppeln die beiden Mittelpufferkupplungen erneut ein, was nicht gewünscht ist.
  • Im Rangierbetrieb ist so ein kurzzeitiges Auseinanderfahren zweier Wagons und anschließendes wieder Aufeinanderfahren nicht zu vermeiden, z.B. bei Hin-und Herschwappen von Flüssigkeiten in einem Tankwagen. Werden dabei die beiden Mittelpufferkupplungen nicht aktiv offengehalten, kuppeln die beiden Mittelpufferkupplungen wieder ungewollt ein.
  • Auch im Anstieg auf den Ablaufberg eines Rangierbahnhofes kann eine kurzzeitige Trennung zweier Wagons bei geöffneter Mittelpufferkupplung erfolgen, was ein erneutes, automatisches Kuppeln und damit eine entsprechende Störung im Rangierbetrieb bedeutet.
  • Die Mittelpufferkupplungen dürfen in so einem Fall nicht wieder einkuppeln. Der Aktuator darf erst dann in seine Ausgangsstellung zurückgefahren werden, wenn sich die Mittelpufferkupplungen tatsächlich und irreversibel voneinander entfernt haben, d.h. wenn ein vollständiger Entkupplungsvorgang erfolgt ist.
  • Es wird als nachteilig angesehen, dass ein Erkennen des Entkupplungszustandes z.B. mittels Abtastschalter am Hauptbolzen oder elektrischer Kontakte an der E-Kupplung hierfür nur über Umwege diesen Status zu dem Aktuator "durchschleifen" kann, was jedoch nicht in allen Fällen problemlos machbar ist. Ein Schwenkwinkel des Hauptbolzens ist nicht geeignet, um festzustellen, dass sich die zweite Kupplung außer Eingriff befindet. Der Schwenkwinkel des Hauptbolzens kann nur eine Aussage darüber liefern, ob der Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung geöffnet ist oder nicht.
  • Vor allem im Rahmen einer Interoperabilität zwischen den verschiedenen Herstellern, die den Sinn einer makroskopischen Kompatibilität untereinander gewährleisten soll.
  • Insbesondere im Bereich Güterverkehr besteht noch Nachholbedarf, da die heutzutage noch üblichen Schraubkupplungen zwischen den Güterwagons sowohl Personal als auch viel Zeit und ebenso viel Aufwand beanspruchen.
  • Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Erkennen bzw. Erfassen einer vollständigen und bleibenden Trennung zweier Wagons nach erfolgter Entkupplung einer Mittelpufferkupplung zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Mittelpufferkupplung als digitale automatische Kupplung (DAK) zu schaffen, welche eine Erkennung bzw. Detektion/Erfassung einer vollständigen und bleibenden Trennung zweier Wagons nach einer erfolgten Entkupplung, d.h. eines Entkupplungszustandes der Mittelpufferkupplung ermöglicht.
  • Und eine noch weitere Aufgabe besteht darin, ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Mittelpufferkupplung anzugeben.
  • Die Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1, 12 und 21 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erfassen eines vollständigen Entkupplungsvorgangs einer digitalen automatischen Kupplung eines Schienenfahrzeugs, wobei die digitale automatische Kupplung eine Mittelpufferkupplung mit einem Gehäuse ist und eine Hakenscheibe mit einem mit ihr drehfest verbundenen Hauptbolzen, einem Antriebsabschnitt, einem Abtriebsabschnitt und mit einer mit der Hakenscheibe gekoppelten Klinkenstange, eine Öse, einen Aktuator mit einem ersten Endschalter, einem zweiten Endschalter und mit einem Betätigungselement, welches mit dem Antriebsabschnitt der Hakenscheibe in Zusammenwirkung steht, eine zu dem Aktuator gehörige lokale Aktuatorsteuerung, und ein Triggermodul mit mindestens einem dritten Endschalter, welcher mit der Klinkenstange in Zusammenwirkung steht, aufweist, wobei die Hakenscheibe mit dem Hauptbolzen, die Öse und das Triggermodul einen Verriegelungsmechanismus bilden. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte (VS1) Öffnen des Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung, wobei die Hakenscheibe mittels des Aktuators aus einer Ausgangsstellung in eine geöffnete Stellung verstellt wird, und Erfassen der geöffneten Stellung; (VS2) Verhindern eines unbeabsichtigten Wiedereinkuppelns der Mittelpufferkupplung durch Beibehalten einer so eingenommene Pufferposition, indem die Hakenscheibe durch den Aktuator in der geöffneten Stellung gehalten wird; (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung von der Mittelpufferkupplung mittels des Triggermoduls; und (VS4) Erfassen des vollständigen Entkupplungsvorgangs der Mittelpufferkupplung von der zuzuordnenden Gegenkupplung, wenn in dem dritten Verfahrensschritt (VS3) eindeutig erkannt worden ist, dass die zeitliche Dauer des Entfernens der Gegenkupplung von der Mittelpufferkupplung größer als ein vorgebbarer Referenzwert ist.
  • Es wird ein vorteilhaft einfaches Verfahren geschaffen, das vorhandene Bauteile und vorhandene Funktionseinheiten benutzt bzw. deren Signale auswertet.
  • Eine erfindungsgemäße digitale automatische Kupplung eines Schienenfahrzeugs wird bereitgestellt, wobei die digitale automatische Kupplung eine Mittelpufferkupplung mit einem Gehäuse ist und eine Hakenscheibe mit einem mit ihr drehfest verbundenen Hauptbolzen, einem Antriebsabschnitt, einem Abtriebsabschnitt und mit einer mit der Hakenscheibe gekoppelten Klinkenstange, eine Öse, einen Aktuator mit einem ersten Endschalter, einem zweiten Endschalter und mit einem Betätigungselement, welches mit dem Antriebsabschnitt der Hakenscheibe in Zusammenwirkung steht, eine zu dem Aktuator gehörige lokale Aktuatorsteuerung, und ein Triggermodul mit mindestens einem dritten Endschalter, welcher mit der Klinkenstange in Zusammenwirkung steht, aufweist, wobei die Hakenscheibe mit dem Hauptbolzen, die Öse und das Triggermodul einen Verriegelungsmechanismus bilden. Das Triggermodul weist ein Gehäuse mit einem Deckel, einen Auslöser, eine Auslöserplatte, eine Druckfeder für den Auslöser, einen Schalthebel zur Betätigung des mindestens einen dritten Endschalters, eine Druckfeder für den Schalthebel und einen elektrischen Anschluss für den Endschalter umfasst, wobei das Triggermodul dazu ausgebildet ist, die Klinkenstange über eine spezielle Kontur am Auslöser und über die Druckfeder eingerastet zu halten und somit die Hakenscheibe nach der Entkupplung zu halten, um eine Bereitschaft zum Wiedereinkuppeln zu ermöglichen, wobei ein Wiedereinkuppeln von einer Betätigung der Auslöseplatte des Auslösers gegen die Kraft der Druckfeder die eingerastete Klinkenstange wieder löst. Ein Vorteil hierbei ist, dass eine hohe Funktionalität des Triggermoduls mit nur geringem Platzbedarf geschaffen ist.
  • Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass vorhandene Bauteile genutzt werden können.
  • Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug weist mindestens eine oben beschriebene Mittelpufferkupplung auf.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, dass eine Unabhängigkeit vom Gesamtsystem und dadurch unabhängig vom Hersteller und dessen Schnittstellen erzielt wird.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen digitalen automatischen Kupplung sind Kostenvorteile für Hersteller und Betreiber ermöglicht, da Standardbauteile Anwendung finden und nur geringe Änderungen notwendig sind.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
  • In einer Ausführung werden in dem Verfahrensschritt (VS1) Öffnen des Verriegelungsmechanismus das Erfassen der geöffneten Stellung der Hakenscheibe die Schaltzustände des ersten und zweiten Endschalters des Aktuators ausgewertet. Hierbei ist es vorteilhaft, die schon vorhandenen Bauteile zu verwenden, d.h. ihre Signale auszuwerten.
  • In dem Verfahrensschritt (VS1) Öffnen des Verriegelungsmechanismus kann zusätzlich ein Schwenkwinkel des Hauptbolzens, der mit der Hakenscheibe drehfest verbunden ist, erfasst werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft einfach die Stellung der Hakenscheibe ermittelt werden.
  • Eine andere Ausführung sieht vor, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung die Schaltzustände des mindestens einen dritten Endschalters des Triggermoduls ausgewertet werden. Damit kann vorteilhaft eine noch intensivere Überwachung erreicht werden.
  • Es ist zudem in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung die Schaltzustände des mindestens einen dritten Endschalters des Triggermoduls als direkte Signale an die lokale Aktuatorsteuerung weitergeleitet werden. Dies ist vorteilhaft, da ein vorhandenes Bauteil verwendet werden kann und nur geringe Änderungen erforderlich sind.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung die Schaltzustände von zwei oder mehreren dritten Endschaltern des Triggermoduls ausgewertet werden, da so eine einfache Plausibilisierung der Signale und eine einfache Überwachung erfolgen kann.
  • In einer anderen Ausführung werden in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung Schaltzustände eines oder mehrerer Annäherungsschalter an einer Frontplatte eines Kupplungskopfes der Mittelpufferkupplung in Bezug auf einen Abstand einer Frontplatte einer Gegenkupplung ausgewertet. Ein Vorteil hierbei ist eine weitere Plausibilisierung und eine einfache Erfassung durch kostengünstige Bauteile hoher Qualität.
  • In einer noch anderen Ausführung werden in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung eine Hubbewegung und/oder eine Federkraft eines Dichtungselementes einer Luftkupplung der Mittelpufferkupplung erfasst. Beim Kuppeln von zwei digitalen automatischen Kupplungen werden die Dichtungen der beiden Kupplungen aneinander gepresst. Dabei wird die Kraft auf die Dichtung über die Vorspannkraft und der Kennlinie einer hinter der jeweiligen Dichtung liegenden Feder vorgegeben. Beim Kuppelvorgang macht die Dichtung einen Hub und die Federkraft steigt an. Wird die Federkraft oder deren Hub gemessen, kann das als Signal für den Kontakt zweier Kupplungen vorteilhaft einfach ausgewertet werden, da diese Bauteile schon vorhanden sind.
  • Eine weitere Ausführung sieht zusätzlich oder als Alternative vor, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung ein Erkennen einer Entkupplung über die elektrischen Kontakte an einer Elektrokupplung sowie die Weiterverarbeitung in einer Verbindungseinheit und Übermitteln dieser Information an die lokale Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung erfolgt. Hierzu sind vorteilhafterweise nur geringe Anpassungen notwendig.
  • Hierbei ist es in einer weiteren Ausführung vorteilhaft einfach, wenn in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung ein Erkennen einer Entkupplung über die elektrischen Kontakte an der Elektrokupplung mittels einer Kontaktschleife erfolgt.
  • Eine andere Ausführung des Verfahrens sieht zusätzlich oder alternativ vor, dass der Schwenkwinkel des Hauptbolzens über Daten eines übergeordneten Systems erfasst wird. Dies ist vorteilhaft, da diese Daten schon vorhanden sein können.
  • Dabei ist es vorteilhaft, dass der Schwenkwinkel des Hauptbolzens mittels mindestens eines Endschalters, insbesondere als Abtastschalter, erfasst wird. Ein Endschalter ist ein kostengünstiges Bauteil mit hoher Qualität, dessen Signale, z.B. EIN/AUS, auf einfache Weise erfasst werden können.
  • In einer noch weiteren Ausführung der digitalen automatischen Kupplung wirkt der Schalthebel im Gehäuse des Triggermoduls mechanisch mit einem Betätigungsabschnitt des Auslösers zusammen und steuert den mindestens einen dritten Endschalter derart, dass dieser in Abhängigkeit von der Stellung der Klinkenstange und somit der Hakenscheibe ein Signal ausgibt, anhand dessen eine Steuerung die erfolgte Entkupplung der Mittelpufferkupplung erfasst.
  • Eine andere Ausführung der digitalen automatischen Kupplung sieht vor, dass der Betätigungsabschnitt des Auslösers als eine umlaufende Nut im Körper des Auslösers eingeformt ist. Das ist eine vorteilhaft einfache Gestaltung mit geringem Platzbedarf.
  • In einer Ausführung der digitalen automatischen Kupplung ist der mindestens eine dritte Endschalter in dem Triggermodul mit zwei getrennten Ausgängen und gegensätzlichen Ausgangssignalen ausgebildet. Dies ergibt eine vorteilhaft einfache Möglichkeit zur Plausibilisierung der Schaltersignale.
  • Eine weitere Ausführung der digitalen automatischen Kupplung sieht vor, dass Erfassungsmittel für einen Schwenkwinkel des Hauptbolzens in der Kupplung angeordnet sind, welche Daten des Schwenkwinkels des Hauptbolzens für ein übergeordnetes System bereitstellen. Die Erfassungsmittel können den Schwenkwinkel auf einfache Weise vor Ort erfassen, z.B. als Drehwinkelaufnehmer oder dergleichen.
  • Wenn die Erfassungsmittel für den Schwenkwinkel des Hauptbolzens mindestens einen Endschalter, insbesondere als Abtastschalter, aufweisen, wird eine vorteilhaft einfache Anordnung für die Erfassung des Schwenkwinkels ermöglicht.
  • Eine andere Ausführung der digitalen automatischen Kupplung sieht vor, dass der Hauptbolzen eine Kontur aufweist, welche mit einem oder mehreren Endschaltern als Abtastschalter zur Erfassung eines Schwenkwinkels des Hauptbolzens in Zusammenwirkung steht. Vorteilhafterweise werden nur geringe Modifikationen an einem bereits existierenden Bestandteil der Mittelpufferkupplung erforderlich.
  • In einer noch anderen Ausführung der digitalen automatischen Kupplung wirkt der Hauptbolzen mit mindestens einem Drehwinkelsensor zur Erfassung des Schwenkwinkels des Hauptbolzens zusammen. Hierbei sind ein kostengünstiges Bauteil von hoher Qualität sowie nur geringe Änderungen von großem Vorteil.
  • Eine noch weitere Ausführung der digitalen automatischen Kupplung sieht vor, dass die Mittelpufferkupplung mit einer Steuerung, insbesondere mit einer lokalen Antriebssteuerung, zusammenwirkt, welche zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann hierzu beispielsweise eine Softwareerweiterung in einer schon vorhandenen Steuerung einfach ermöglicht werden.
  • Mithilfe einer Prozessautomatisierung mit digitalen automatischen Kupplungen DAK kann ein Güterzug sehr viel effizienter, flexibler und kostengünstiger zusammengestellt werden, was für den Betreiber und auch für den Endkunden nur Vorteile bedeuten. Zudem werden durch die zugweiten digitalen Schnittstellen neue Funktionalitäten in Hinblick auf Diagnose, Wartung und Instandhaltung ermöglicht (Stichwort: Condition-Based und Predictive Maintenance).
  • Die Erfindung schafft zudem folgende Vorteile:
    • Ein einfaches Verfahren zur Detektion der Entkupplung
    • Einbau direkt im oder am Kupplungskopf der Mittelpufferkupplung.
    • Nur geringe Modifikationen an einem bereits existierenden Bestandteil der Mittelpufferkupplung.
    • Weitergabe eines direkten Signals an die lokale Aktuatorsteuerung.
    • Unabhängigkeit vom Gesamtsystem und dadurch unabhängig vom Hersteller und dessen Schnittstellen.
    • Bildet mit dem Aktuator ein eigenes System in der Mittelpufferkupplung.
    • Kann eigens separat, d.h. ohne den Aktuator auszubauen, getestet, gewartet und ausgetauscht
      Figure imgb0001
      werden.
  • 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 Draufsichten und Teilschnittansichten eines inneren Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung in einer Lösestellung;
    Figur 4
    eine vergrößerte schematische Ansicht des Bereiches IV in Figur 3;
    Figur 5A-5C
    schematische Darstellungen eines Triggermoduls nach Figur 3-4;
    Figur 6
    eine schematische Perspektivdarstellung einer Variante des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung;
    Figur 7A-7C
    schematische Perspektivdarstellungen von Annäherungssensoren;
    Figur 8-9
    schematische Darstellungen digitaler automatischer Kupplungshälften als erfindungsgemäße Mittelpufferkupplungen nach Figur 2-4 einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen;
    Figur 10-12
    schematische Darstellungen weiterer Endschalter in Verbindung mit einem Hauptbolzen der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung nach Figur 2-3; und
    Figur 13
    ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 1 ist oben bereits in der Beschreibungseinleitung behandelt.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht und Teilschnittansicht eines inneren Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung 1 in gelöster Stellung.
  • In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Mittelpufferkupplung 1 nach Figur 2 mit einem geöffneten Triggermodul 16 gezeigt.
  • Figur 4 stellt eine vergrößerte schematische Ansicht des Bereiches IV in Figur 3 mit dem Triggermodul 16 dar.
  • Die Mittelpufferkupplung 1 umfasst ein Gehäuse 1a, eine Hakenscheibe 2 mit einer Schwenkachse 2a, einem Hauptbolzen 3, einem Antriebsabschnitt 4 und einem Abtriebsabschnitt 4a, eine Öse 5 und einen elektromechanischen Aktuator 6 mit einem Betätigungselement 7, einer Gewindespindel 12, einem Elektromotor 10 und einer Motorbremse 11.
  • Die Hakenscheibe 2 mit dem Hauptbolzen 3, die Öse 5 und das Triggermodul 16 bilden auch hier die Funktionseinheit Verriegelungsmechanismus.
  • Das Betätigungselement 7 ist hier als ein Druckrohr ausgebildet.
  • Der elektromechanische Aktuator 6 weist eine Mittelachse 6a auf und ist mit einem Spindel-/Spindelmuttertrieb ausgebildet. Der Spindel-/Spindelmuttertrieb kann beispielsweise ein Kugelgewindetrieb sein und ist mittels eines Elektromotors 10 angetrieben. Der Kugelgewindetrieb umfasst die Gewindespindel 12 und eine mit dem Betätigungselement 7 fest verbundene Spindelmutter 7b. Das Betätigungselement 7 und somit die Spindelmutter 7b sind verdrehfest in dem Aktuator 6 in nicht näher beschriebener Weise längsverschiebbar geführt.
  • Der Elektromotor 10 weist eine Motorachse 10a auf und steht mit der Gewindespindel 12 über ein Getriebe 10b in Wirkverbindung. Das Getriebe 10b kann z.B. ein Stirnradgetriebe sein. Die Motorachse 10a und die Mittelachse des Aktuators 6 sind hier parallel zueinander angeordnet.
  • Der Elektromotor 10 ist in dem Ausführungsbeispiel ein Gleichstrommotor bzw. DC-Motor als Hauptantrieb zur Entkupplung bzw. zum Lösen der Mittelpufferkupplung 1. Ein solcher Elektromotor 10 ist vergleichsweise kostengünstig und kann auf einfache Art und Weise angesteuert und umgesteuert werden (beispielsweise durch Relais oder/und Leistungshalbleiter).
  • 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).
  • Die Kontaktstelle mit dem Kontaktpunkt 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Lager 9 auf. Das Lager 9 ist eine Rollenlagerung mit einer Rolle und ist in dem Antriebsabschnitt 3 der Hakenscheibe 2 um eine Lagerachse 9a verdrehbar angeordnet. Diese Lagerachse 9a verläuft parallel zu der Schwenkachse 2a der Hakenscheibe 2.
  • In dem Kontaktpunkt 8 kontaktiert die Rolle des Lagers 9 einen Druckkopf 7a des Betätigungselementes 7.
  • Der Elektromotor 7 ist mit der Motorbremse 11 und dem Getriebe 10b gekoppelt.
  • Der elektromechanische Aktuator 6 funktioniert mithilfe des Elektromotors 10, welcher elektrische Energie in mechanische umwandelt. Wird der Aktuator 6 angesteuert, kommt es im Elektromotor 10 zu einer rotatorischen Bewegung seines Rotors. Diese Drehbewegung wird weiter über das Getriebe 10b auf die Spindel 12 übertragen. Da die rotierende Spindel 12 in der axialen Richtung der Mittelachse 6a fixiert ist, resultiert daraus eine Vorschubbewegung der Spindelmutter 7b und somit des Betätigungselementes (Druckrohr) 7, das über den Antriebsabschnitt 3 an der Hakenscheibe 2 die entsprechende Kraft einleiten kann.
  • Nach vollständigem Entkuppeln der beiden Züge/Wagons kann der Aktuator 6 in seine Ausgangsstellung zurückgefahren werden.
  • Die an dem Elektromotor 10 angeflanschte Motorbremse 11 ermöglicht es dem Elektromotor 10, eine Position zu halten, wie beispielsweise in der gezeigten Lösestellung der Mittelpufferkupplung 1.
  • Das Lager 9 minimiert die Querkräfte, die auf das Betätigungselement (Druckrohr) 7 wirken, und ist in einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung der Anmelderin genauer beschrieben.
  • Der Elektromotor 7 und die Motorbremse 11 weisen eine gemeinsame Motorachse 7a auf, welche hier parallel zu der Mittelachse 6 des Kugelgewindetriebs verläuft.
  • Zusammen mit zwei Schaltern für Anfangs- und Endposition (als Endschalter 13 und 14 bezeichnet) wird diese elektromechanische Antriebseinheit mit dem Aktuator 6 jeweils in jedem Kupplungskopf verbaut. Die Endschalter 13, 14 sind hier als mechanische Endschalter ausgebildet.
  • Es ist natürlich auch möglich, dass weitere Positionen des Betätigungselementes 7, z.B. Zwischenpositionen zwischen der Anfangs- und Endposition, durch weitere Endschalter erfasst werden können.
  • Ebenso kann ein dritter (mechanischer) Schalter (Endschalter 15) verwendet werden, welcher als ein Endlagenschalter von einer nicht gezeigten aber leicht vorstellbaren wie die Mittelpufferkupplung 1 ausgebildeten Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung 1 direkt oder indirekt betätigt wird. Ein Signal dieses dritten Endschalters 15 zeigt somit eindeutig eine in Eingriff mit der Mittelpufferkupplung 1 stehende Gegenkupplung an.
  • Auch das Entfernen der nicht gezeigten Gegenkupplung kann an dem sogenannten Triggermodul 16 mit dem dritten Endschalter 15 erfasst werden.
  • In Figur 3 ist das Triggermodul 16 von oben mit einem geöffneten Gehäuse 16a dargestellt.
  • Das Gehäuse 16a weist einen Deckel 16b auf, der in Figur 4 von vorn, d.h. durch eine Öffnung 1b (Figur 3) zu erkennen ist.
  • Weiterhin ist das Triggermodul 16 mit einem Auslöser 17 mit einer Auslöserachse 17a versehen. An dem vorderen Ende, welches zur Öffnung 1b weist, ist eine Auslöserplatte 18 angebracht. Die Auslöserplatte 18 weist eine Kontaktfläche 18a auf, die für einen Kontakt mit der nicht gezeigten Gegenkupplung im eingekuppelten Zustand mit der Mittelpufferkupplung 1 bestimmt ist.
  • Das Triggermodul 16 mit dem dritten Endschalter 15 hat die Funktion, das Entfernen der Gegenkupplung und somit eine erfolgte Entkupplung der Gegenkupplung von der Mittelpufferkupplung 1 zu erfassen.
  • Figur 5A - 5C zeigen schematische Darstellungen des Triggermoduls 16 nach Figur 3-4 in unterschiedlichen Ansichten.
  • In Figur 5A ist eine teilgeschnittene Seitenansicht des Triggermoduls 16 gezeigt. Figur 5B zeigt eine Frontansicht und in Figur 5C ist eine Draufsicht des Triggermoduls 16 dargestellt.
  • Das Triggermodul 16 umfasst den dritten Endschalter 15 (Schnappschalter), das Gehäuse 16a mit dem Deckel 16b, den Auslöser 17, die Auslöserplatte 18, eine Druckfeder 19 für den Auslöser 17, einen Schalthebel 20, eine Druckfeder 21 für den Schalthebel 20 und einen elektrischen Anschluss für den Endschalter 15.
  • Prinzipiell dient das Triggermodul 16 dazu, die Klinkenstange 4b, die mit der Hakenscheibe 2 in Verbindung steht über eine nicht gezeigte spezielle Kontur am Auslöser 17 (u.a. durch das so genannte nicht gezeigte "Schwert") und über die entsprechende Druckfeder 21 einrasten zu lassen, sodass die Hakenscheibe 2 nach der Entkupplung in der 62°- Winkelstellung (siehe Figur 3) gehalten wird, um eine Bereitschaft zum Wiedereinkuppeln zu ermöglichen. Beim Wiedereinkuppeln stößt die Gegenkupplung auf die Auslöseplatte 14 des Auslösers 17 und gegen die Kraft der Druckfeder 21, sodass die Klinkenstange 4b dadurch ausgehebelt wird und die Hakenscheibe 2 über die Zugfederkraft einer Feder 2b (siehe Figur 3) an der Öse 5 in den eingekuppelten Zustand gedreht wird.
  • Die Druckfeder 21 ist hier um den Körper des Auslösers 17 herum in einer Federaufnahme 16c des Triggermoduls 16 aufgenommen. Der Auslöser 17 ist in Richtung seiner Auslöserachse 17a in dem Gehäuse 16a und der Federaufnahme 16c längsverschiebbar geführt. An einem Ende des Auslösers 17, das durch das Ende der Federaufnahme 16c nach außen hervorsteht, ist eine Axialsicherung 17b angebracht, welche eine Stellung des Auslösers 17 begrenzt und mit welcher die Druckfeder 19 gespannt werden kann.
  • Dieser Mechanismus wird nun für das Erkennen/Erfassen einer erfolgten Entkupplung verwendet, indem der verbaute Schalthebel 20 im Gehäuse des Triggermoduls 16 mechanisch durch einen Betätigungsabschnitt 17c des Auslösers 17 betätigt wird. Der Betätigungsabschnitt 17c ist in dem gezeigten Beispiel als eine umlaufende Nut im Körper des Auslösers 17 eingeformt. Der Schalthebel 20 wirkt zudem mit einer Druckfeder 21 zusammen. Dabei verschwenkt der Schalthebel 20 hier um eine Hebelachse 20a, um dadurch den dritten Endschalter 15 (Schnappschalter) entsprechend zu steuern. Auf diese Weise kann der Endschalter 15 ein Signal ausgeben, z.B. ein ON- Signal bzw. eine Booleschen "1", anhand dessen eine Steuerung die erfolgte Entkupplung erkennt bzw. erfasst.
  • Nach dem Entkuppeln, d.h. wenn die Gegenkupplung auf die Auslöserplatte 18 des Auslösers 17 keinen Druck mehr ausübt und dieser durch die entsprechende Druckfeder 19 in seine Ausgangsstellung (die durch die Axialsicherung 17b definiert ist) zurückgefahren wird, wird zugleich der Schalthebel 20 durch den Auslöser 17 vom dritten Endschalter 15 entfernt, sodass ein invertiertes Schaltsignal nun vom dritten Endschalter 15 ausgeht (z.B. Ausgabe eines OFF-Signals bzw. einer Booleschen "0"). So kann dieser dritte Endschalter (Schnappschalter) 15 in diesem Aufbau als so genannter Endlagenschalter fungieren, um eine Entkupplung zu erkennen und das zugehörige Schaltsignal an die lokale Aktuatorsteuerung übermitteln. Dazu ist der dritte Endschalter 15 über den Winkelstecker 22 inkl. Verdrehsicherung 22a am Gehäuse 16a des Triggermoduls 16 mit entsprechender Verkabelung zur Steuerung im Aktuatorgehäuse verbunden.
  • Die Verkabelung wird dabei so verlegt, dass diese normalerweise nicht an den beweglichen Teilen der Mittelpufferkupplung 1 und des Aktuators 6 hängen bleibt bzw. deren Funktion beeinträchtigt.
    Figure imgb0002
    Wichtig ist, dass das Gehäuse 16a des Triggermoduls 16 samt Deckel 16b und auch der Winkelstecker 22 mitsamt Kabel dicht und robust gegenüber Umwelteinflüssen in entsprechend hoher IP-Schutzart und gegen Schwingungen und Stößen ausgebildet und angeordnet sind, da es sich im Kupplungskopf 1c der Mittelpufferkupplung 1 befindet und den Umwelteinflüssen nahezu ungeschützt ausgesetzt ist.
  • In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein einkanaliger Schnappschalter als dritter Endschalter 15 verwendet, um das Prinzip möglichst zugänglich zu erläutern. Aus Sicherheitsgründen sollte jedoch ein dritter Endschalter 15 mit zwei getrennten Ausgängen und gegensätzlichen Ausgangssignalen verwendet werden (z.B. 1x Boolesches "1" + 1x Boolesche "0"), um eine Art Plausibilitätscheck durchführen zu können, sodass Fehler und Defekte am dritten Endschalter 15 erkannt werden können. In Figur 5C ist daher ein Endschalter 15 mit vier elektrischen Anschlusskontakten (jeweils zwei für einen Schaltkontakt) angedeutet, um diese sicherheitstechnische Anforderung zu erfüllen. Außerdem ist der dritte Endschalter 15 hier mit einem Betätiger 15a gezeigt, der mit dem Schalthebel 20 zusammenwirkt.
  • Weitere Ausführungsbeispiele sind beispielsweise der Ersatz des -her verbauten mechanischen dritten Endschalters (z.B. Schnappschalter von der Fa. Schaltbau) gegen eine elektrische/elektronische Variante. Hier können verschiedene physikalische Prinzipien zum Einsatz kommen, die gängigsten und robustesten Lösungen für diese Anwendungen sind beispielsweise Hallsensor/Hallelement-basierte, magnetoresistive, induktive oder kapazitive Schalter bzw. Sensoren.
  • In Form eines aktiven Sensors, z.B. beim Hall-basierten Prinzip mit integrierten Magneten hinter den Sensorelementen, können metallische Hebel, Wippen oder Fähnchen detektiert werden, wobei der Schaltabstand des Sensors werksseitig je nach Bedarf variiert werden kann. Vorteile eines elektronischen Schalters ist der geringere Bauraumbedarf, weitere Robustheit insbesondere gegenüber Vibrationen und die nochmals verringerten Kosten.
  • Auch kann der mögliche Aufbau des Triggermoduls 16 nochmals optimiert werden, wenn ein elektronischer Schalter als dritter Endschalter 15 zum Einsatz kommt, da die Möglichkeit besteht, mithilfe des Sensors direkt den Auslöser 17 abzutasten. Hierfür kommen sowohl aktive als auch passive Sensoren zum Einsatz.
  • Bei Verwendung eines aktiven Sensors muss an der Seite des Auslösers 17 , welcher zum Deckel 16b zeigt, eine konstruktive Ausfräsung o.ä. vorhanden sein, damit beispielsweise Änderungen in der magnetischen Flussdichte vom entsprechenden Sensorsystem registriert werden können.
  • Als passive Sensoren können als Beispiel Hall-basierte oder magnetoresistive Sensoren zum Einsatz kommen, die einen Magneten abtasten, der am Auslöser 17 an/eingebaut ist und ebenfalls von der Magnetfeldrichtung zum Deckel 16b zeigt. Je nach Stärke des Magneten, Empfindlichkeit / Sensitivität des Sensorelements und eingesetztes Gehäusematerial sowie benötigter Materialstärke kann der Raum für einen solchen dritten Endschalter 15 zum Auslöser 17 getrennt werden, was wiederum Vorteile hinsichtlich äußerer Einflüsse (u.a. Umwelteinflüsse) haben kann.
  • Figur 6 stellt eine schematische Perspektivdarstellung einer Variante des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung 1 dar. In Figur 7A - 7C sind schematische Perspektivdarstellungen von Annäherungssensoren bzw. Annäherungsschaltern 23, 23a, 23b gezeigt.
  • Es ist in Figur 6 der gesamte Umfang der Mittelpufferkupplung 1 gezeigt. Die Mittelpufferkupplung 1 umfasst das Gehäuse 1a mit dem Kupplungskopf 1c und einem Kupplungshals 1d. Der Kupplungskopf 1c weist das Gehäuse 1a mit einer Kupplungsfront 1e auf, in welcher die Öffnung 1b zur Aufnahme der Öse der Gegenkupplung eingeformt ist. Daneben steht die Öse 5 hervor.
  • In dieser Variante ist der Einbau eines Annäherungsschalters/-sensors 23, 23a, 23b an einer anderen Stelle des Kupplungskopfes, z.B. an der Frontplatte 1f des Kupplungskopfes 1c, angebaut (hier nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar).
  • Ein solcher Annäherungsschalter/-sensor 23, 23a, 23b in oder an der Frontplatte 1f der Mittelpufferkupplung 1 kann eine im Eingriff stehende Gegenkupplung direkt anzeigen.
  • Dabei wird die Frontplatte der Gegenkupplung erfasst und ein entsprechendes Signal ausgegeben, wenn sich die Gegenkupplung in einem vorher definierten Schaltabstand befindet oder aus diesem entfernt hat.
  • Hierfür können sich Sensoren in eigenem Gehäuse eignen, wie in den Figuren 7A, 7B, 7C dargestellt ist. Diese gibt es in unterschiedlichen möglichen Bauformen und Ausführungsgrößen und verschiedenen Anbringungsmöglichkeiten. Es gilt hier auf eine geeignete mechanische Absicherung zu beachten, da beispielsweise an der Frontplatte 1f aufgrund des Kupplungsstoßes beim Einkuppeln immense Beschleunigungen auftreten können. Zudem muss auf die Kabelführung und -befestigung zur lokalen Aktuatorsteuerung besonders Wert gelegt werden, damit diese sich nicht an den beweglichen Bauteilen wie beispielsweise die Hakenscheibe 2, (Kuppel-) Öse 5, Aktuator 6 etc. hängen bleiben.
  • Figur 8 - 9 zeigen schematische Darstellungen digitaler automatischer Kupplungshälften als erfindungsgemäße Mittelpufferkupplungen 1 nach Figur 2-4 einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen.
  • In Figur 8 ist die Mittelpufferkupplung 1 mit ihren elektrischen/elektronischen Komponenten an eine Verbindungseinheit 24 angeschlossen, die üblicherweise als "Junction Box" bezeichnet wird. An die Verbindungseinheit 24 sind zudem eine Elektrokupplung (E-Kupplung) 25, eine Signalbox 26 und eine Fahrzeugsteuereinrichtung ("Hauptsystem") 27 angeschlossen und diese Einheiten mit der Mittelpufferkupplung 1 verbindet.
  • Die Elektrokupplung 25 weist hier elektrisch leitende Signalverbinder 25a und Leistungsverbinder 25b auf.
  • Die Verbindungseinheit 24 hat primär die Funktion, den Kabelbaum von der Mittelpufferkupplung 1 (z.B. Aktuator 6, E-Kupplung 25, Abtast-/Endschalter 28, 28' am Hauptbolzen 3, optionale Bedieneinheit/Remote Signalbox 26 für den Aktuator 6 am Wagenkasten) zusammenzufassen und über geordnete Leitungen an die Fahrzeugsteuereinrichtung (Hauptsystem) 27 zu übermitteln. Auch die elektrische Versorgung aus dem Wagenkasten ist an diese Verbindungseinheit 24 angeschlossen, damit unter anderem der Aktuator 6 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Verbindungseinheit 24 dient nicht nur als zentraler Knotenpunkt ("Hub") für jede Mittelpufferkupplung 1, sondern kann auch einige Logik enthalten, um Signale und Informationen zusammenzufassen und damit den Status der Mittelpufferkupplung 1 (mechanisch gekuppelt, mechanisch entkuppelt und kuppelbereit, mechanisch entkuppelt und in Pufferstellung, elektrisch gekuppelt, elektrisch entkuppelt) gezielter an den Wagenzentralrechner/-steuerung zu übermitteln. Über diese Logikverknüpfungen ist es auch denkbar, dass die Information von der Elektrokupplung 25 (E-Kupplung) zum Kupplungszustand der elektrischen Kontakte gebündelt in der Verbindungseinheit 24 verarbeitet werden und an die lokale Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung 1 direkt und ohne Umwege über das System übermittelt werden kann.
  • Bei der DAC4.5 (Variante ohne übergeordnetes System) ist ebenfalls diese Verbindungseinheit 24 denkbar, wobei hier die E-Kupplung keine zugweites Datenbussystem und nicht unbedingt eine Versorgung durchschleifen muss. Daher können diese Pins (Signalverbinder 25a und/oder Leistungsverbinder 25b) der Elektrokupplung 25 anders verwendet werden, wie in einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung "Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen Kupplungshälften mit einer Synchronisationsvorrichtung, und Verfahren zum Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften einer solchen Anordnung" der Anmelderin genauer beschrieben ist.
  • Figur 9 zeigt dazu den schematischen Aufbau, wobei nur die Signalbox (Bedieneinheit/Remote) 26 für den Aktuator 6 am Wagenkasten obligatorisch ist und das System Fahrzeugsteuereinrichtung 27 ("Wagon Computing Unit") entfällt. Der grundsätzliche Gedanke ist hier gleich wie bei dem Konzept für die DAC5 mit der Verbindungseinheit 24, nämlich das Erkennen einer Entkupplung über die elektrischen Kontakte an der Elektrokupplung 25 sowie die Weiterverarbeitung in der Verbindungseinheit 24, sodass diese Information an die lokale Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung 1 übermittelt wird.
  • Unter Umständen kann bei der Ausführung für die DAC5 auch auf eine Verbindungseinheit 24 verzichtet werden. Dann würden die bereits erwähnten Informationen von der Elektrokupplung 25 direkt an eine Wagenzentralrechner/- steuerung gehen. Um an diese Informationen für den Aktuator 6 zu gelangen, muss die zentrale Wagensteuerung diese Daten verarbeiten und an die lokale Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung 1 schicken, was zwar den bereits erwähnten Umweg bedeutet, aber umsetzbar wäre (ggf. mit einem kleinen Zeitverzug).
  • Durch eine entsprechende Verschaltung der Elektrokupplungen 25 der zu kuppelnden Mittelpufferkupplungen 1 kann der Kontakt der beiden Elektrokupplungen 25 festgestellt werden. Damit ist eindeutig erfassbar, ob zwei Wagons noch in Kontakt stehen oder getrennt sind. Dies kann z.B. mittels einer Kontaktschleife erfolgen, die im gekuppelten Zustand der Mittelpufferkupplungen 1 durch die beiden dann verbundenen Elektrokupplungen 25 geschlossen ist. Das kann beispielsweise mit einer einfachen Durchgangsprüferschaltung der Kontaktschleife realisiert werden.
  • Es soll noch erwähnt werden, dass es zukünftig sogar denkbar ist, einige Leitungen von der Elektrokupplung 25 direkt an die Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung 1 anzuschließen, sodass Aktuator 6 und Elektrokupplung 25 sowie weitere elektrische Komponenten in der Mittelpufferkupplung 1 ein zusammengewachsenes Gesamtsystem bilden. Folglich werden Informationen, z.B. über den elektrischen Status der Mittelpufferkupplung 1 (elektrisch gekuppelt, elektrisch entkuppelt), direkt an die Steuerung des Entkupplungsaktuators (Aktuator 6) weitergegeben, was die Fähigkeiten des Systems nochmals erhöhen und unter Umständen ein autarkes System/Einheit ermöglichen würde.
  • Figur 10 - 12 zeigen schematische Darstellungen weiterer Endschalter 28, 28' in Verbindung mit dem Hauptbolzen 3 der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung 1 nach Figur 2-3
  • Figur 10 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptbolzen 3 mit der Schwenkachse 2a mit der Hakenscheibe 2 der Mittelpufferkupplung 1. Ein Endschalter 28, der auch als Abtastschalter bezeichnet werden kann, steht in Kontakt mit der Außenfläche des Hauptbolzens 3.
  • In Figur 11 ist eine schematische Perspektivansicht des Hauptbolzens 3 mit dem zugehörigen Endschalter 28 dargestellt. Der Endschalter 28 ist hier nur beispielhaft mit einem an einem Verbinder 28a angebrachten Tastelement 28b gezeigt. Das Tastelement 28b kann beispielsweise eine Rolle sein. Der Verbinder kann in seiner Länge einstellbar und/oder auch abgewinkelt sein.
  • Das Tastelement 28b steht mit einer in den Hauptbolzen 3 eingeformte Kontur 3a in Kontakt und tastet auf diese Weise unterschiedliche Durchmesser des Hauptbolzens 3 zur Erfassung des Verdrehwinkels des Hauptbolzens 3 um die Schwenkachse 2a ab.
  • Der Hauptbolzen 3 kann mit seiner Kontur 3a innerhalb der Mittelpufferkupplung 1 oder auch über deren Gehäuse 1a hervorstehend angeordnet sein.
  • In der hier gezeigten weiteren Variante der erfindungsgemäßen Mittelpufferkupplung 1 wird die Information dieses Endschalters 28 über die Stellung des Hauptbolzens 3 über Umweg über das übergeordnete System ebenfalls für die lokale Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung 1 gemacht, ähnlich wie oben bei den elektrischen Druckkontakten der Signalverbinder 25a und/oder der Leistungsverbinder 25b der Elektrokupplung 25 beschrieben.
  • Hierbei gibt es Möglichkeiten, über eine entsprechende Verkabelung an dem Endschalter 28 dessen Ausgangsignale auch direkt an die Steuerung des Aktuators 6 weiterzugeben, z.B. durch ein Y-Kabel oder mit zwei Kabeln/Adern an demselben Endschalter 28.
  • In Figur 12 sind zwei Endschalter 28, 28' gezeigt, die beide die Kontur 3a des Hauptbolzens 3 abtasten.
  • Über die beiden Endschalter 28, 28' wird die Winkellage des Hauptbolzens 3 und damit die Winkellage der Hakenscheibe 2 erfasst. Die Signale der beiden Endschalter 28, 28' ermöglichen eine Aussage darüber, ob der Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung 1 geschlossen (Zustand gekuppelt) oder geöffnet ist (Zustand entkuppelt und kuppelbereit) ist.
  • Es kann jedoch keine Aussage darüber abgeleitet werden, ob die Gegenkupplung noch in Eingriff ist oder ob sich sich die beiden Waggons voneinander entfernt haben. Die Problemsituation "kurzzeitiges Trennen mit Wiedereinkuppeln" kann damit nicht sinnvoll behandelt werden.
  • Der/die Endschalter 28, 28' am Hauptbolzen 3 für die Stellung "Entkuppelt" könnte/könnten eventuell den zweiten Endschalter 14 im Aktuator 6 ersetzen.
  • In diesem Fall kann zu Testzwecken ein Endschalter 28 ausschließlich für das übergeordnete System und ein Endschalter 28' nur für die Aktuatorsteuerung des Aktuators 6 in der Mittelpufferkupplung 1 herangezogen werden. Besser ist auch hier, beide Endschalter 28, 28' zwecks Redundanz, Plausibilitätscheck und Ausfallerkennung an beide Steuerungen (sowohl Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung 1 als auch im übergeordneten System) anzuschließen, z.B. jeweils über ein Y- Kabeln oder mit Kabel an demselben Endschalter 28 oder 28'.
  • Figur 12 zeigt zudem ein Gehäuse 29 einer Luftkupplung 30, welches auf dem Gehäuse 1a der Mittelpufferkupplung 1 angebracht ist.
  • Mittels der hier nicht näher beschriebenen Luftkupplung 30 werden die Bremsleitungen der zu kuppelnden Wagons gekoppelt. Diese Kopplung der Bremsleitungen erfolgte mittels eines Dichtungselementes 31, das an der Kupplungsfront 1e der Mittelpufferkupplung 1 angeordnet ist.
  • Bei einem Kupplungsvorgang von zwei Mittelpufferkupplungen 1 werden die jeweiligen Dichtungselemente 31 der beiden Mittelpufferkupplungen 1 aneinandergepresst. Dabei wird die Kraft auf das Dichtungselement 31 über die Vorspannkraft und die Kennlinie einer hinter dem jeweiligen Dichtungselement 31 liegenden Feder vorgegeben. Beim Kupplungsvorgang macht das Dichtungselement 31 eine Hubbewegung und die Federkraft steigt an. Wird die Federkraft oder deren Hub gemessen, kann das als Signal für den Kontakt der beiden zu kuppelnden Mittelpufferkupplungen 1 ausgewertet werden, und folglich zur Detektion/Erfassung einer vollständigen Entkupplung herangezogen werden.
  • In dem Gehäuse 29 könnte auch ein Drehwinkelaufnehmer (elektromechanisch/Hall-Sensor etc.) für den Drehwinkel des Hauptbolzens 3 und somit der Hakenscheibe 2 um die Schwenkachse 2a angeordnet sein.
  • Werden statt binärer Schalter/Endschalter 13, 14, 15, 28, 28' (d.h. Schalter, die nur eine digitale "0" oder "1" ausgeben) nun lineare Schalter verwendet, kann auch der Drehwinkel der Hakenscheibe 2 über die Kontur 3a des Hauptbolzens 3 erkannt bzw. erfasst werden, sodass sich damit weitere Möglichkeiten sowohl zur Erkennung der Entkupplung, aber auch zur aktuellen Winkelposition der Hakenscheibe 2 und zur aktuellen Spindelposition des Aktuators 6 der Mittelpufferkupplung 1 bieten, um unter Umständen Ausfälle, Fehler und weitere ungewollte und unvorhergesehene Ereignisse im Kupplungskopf 1c der Mittelpufferkupplung 1 zu detektieren und ggf. frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen (z.B. Inspektion der Fehlerursache, manuelle Fehlerbeseitigung, Austausch von fehlerhaften Komponenten im Kupplungskopf 1c).
  • Figur 13 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen eines vollständigen Entkupplungsvorgangs einer Mittelpufferkupplung 1 eines Schienenfahrzeugs.
  • In einem ersten Verfahrensschritt VS1 wird der Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung 1, welcher die Hakenscheibe 2 mit dem Hauptbolzen 3, die Öse 5 und das Triggermodul 16 umfasst, geöffnet, wobei die Hakenscheibe 2 mittels des Aktuators 6 aus einer Ausgangsstellung in eine geöffnete Stellung verstellt wird.
  • Dann wird in einem zweiten Verfahrensschritt VS2 die so eingenommene Pufferposition beibehalten, indem die Hakenscheibe 2 durch den Aktuator 6 in der geöffneten Stellung gehalten wird, um ein unbeabsichtigtes Wiedereinkuppeln zu verhindern. Im Rangierbetrieb ist so ein kurzzeitiges Auseinanderfahren zweier Wagons und anschließendes wieder Aufeinanderfahren nicht zu vermeiden, z.B. bei hin-und herschwappenden Flüssigkeiten in einem Tankwagen. Werden dabei Mittelpufferkupplung 1 und die Gegenkupplung nicht aktiv in ihren Pufferpositionen offengehalten, kuppeln die Mittelpufferkupplung 1 und die Gegenkupplung wieder ungewollt ein.
  • In einem dritten Verfahrensschritt VS3 wird erkannt, ob sich die Gegenkupplung von der Mittelpufferkupplung 1 entfernt hat. Dazu wird in einer Ausführung die Funktion des dritten Endschalters 15 verwendet, der ein Signal liefert, aus dem sich erkennen lässt, ob die Gegenkupplung im Eingriff ist oder nicht. Hierzu wird eine zeitliche Dauer des Signals, welches anzeigt, dass die Gegenkupplung nicht im Eingriff mit der Mittelpufferkupplung 1 ist, mit einer einstellbaren Referenzzeit verglichen.
  • Die Methode zur Detektion der Entkupplung der Mittelpufferkupplung ist das oben beschriebene Verfahren, bei welchem die Schaltzustände des dritten Endschalters 15 in dem Triggermodul 16 ausgewertet werden. Zusätzlich dazu können die Schaltzustände der Endschalter 13, 14 des Aktuators 6 herangezogen werden.
  • Es ist auch möglich, Schaltzustände eines oder mehrerer Annäherungsschalter 23, 23a, 23b an der Frontplatte 1f des Kupplungskopfes 1c der Mittelpufferkupplung 1 in Bezug auf einen Abstand einer Frontplatte einer Gegenkupplung miteinzubeziehen.
  • Hierzu bzw. für eine Plausibilisierung können zusätzlich die Signale der Annäherungsschalter 23, 23a, 23b, einer Kontaktschleife der Elektrokupplung 25 und/oder des Dichtungselementes 31 der Luftkupplung 30 verwendet werden.
  • Das Signal des Endschalters 28 bzw. die Signale der Endschalter 28' in Bezug auf die Winkelstellung des Hauptbolzens 3 kann/können hierbei nur bedingt verwendet werden, und zeigt/zeigen an, ob der Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung 1 geöffnet ist oder nicht.
  • Und in einem vierten Verfahrensschritt VS4 wird der Aktuator 6 in seine Ausgangsstellung zurückgefahren, wenn in dem dritten Verfahrensschritt VS3 eindeutig erkannt worden ist, dass die Gegenkupplung länger als ein definierter Zeitraum nicht mehr in Eingriff mit der Mittelpufferkupplung 1 war.
  • Der Zeitraum ist dabei so lange zu einzustellen, dass zwischen einem eindeutigen Entfernen des zweiten Wagons und einem kurzzeitigen hin- und herbewegen - wie oben beschrieben - unterschieden werden kann.
  • Der Verriegelungsmechanismus wird dann durch die Klinkenstange 4b in einer "kuppelbereiten Stellung" geöffnet gehalten, bis bei einem neuen Kuppelvorgang den Verriegelungsmechanismus erneut schließt.
  • Die Mittelpufferkupplung 1 steht mit einer Steuerung in Zusammenwirkung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
  • Die erfindungsgemäße Mittelpufferkupplung 1 ermöglicht folgende Vorteile.
    • Ein einfaches Verfahren zur Detektion der Entkupplung
    • Einbau direkt im oder am Kupplungskopf 1c der Mittelpufferkupplung 1.
    • Nur geringe Modifikationen an einem bereits existierenden Bestandteil der Mittelpufferkupplung 1.
    • Weitergabe eines direkten Signals an die lokale Aktuatorsteuerung.
    • Unabhängigkeit vom Gesamtsystem und dadurch unabhängig vom Hersteller und dessen Schnittstellen.
    • Bildet mit dem Aktuator 6 ein eigenes System in der Mittelpufferkupplung 1.
    • Kann eigens separat, d.h. ohne den Aktuator 6 auszubauen, getestet, gewartet und ausgetauscht
      Figure imgb0003
      werden.
  • Die erfindungsgemäße Mittelpufferkupplung und das erfindungsgemäße Verfahren sind sowohl für Schienenfahrzeug im Güterverkehr als auch im Personenverkehr anwendbar.
  • Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mittelpufferkupplung
    1a
    Gehäuse
    1b
    Öffnung
    1c
    Kupplungskopf
    1d
    Kupplungshals
    1e
    Kupplungsfront
    2
    Hakenscheibe
    2a
    Schwenkachse
    2b
    Feder
    2c
    Federanlenkung
    3
    Hauptbolzen
    4
    Antriebsabschnitt
    4a
    Abtriebsabschnitt
    5
    Öse
    6, 6'
    Aktuator
    6a
    Mittelachse
    7, 7'
    Betätigungselement
    7a
    Druckkopf
    7b
    Spindelmutter
    8
    Kontaktpunkt
    9
    Lager
    9a
    Lagerachse
    10
    Elektromotor
    10a
    Motorachse
    10b
    Getriebe
    11
    Motorbremse
    12
    Gewindespindel
    13, 14
    Endschalter
    15
    Endschalter
    15a
    Betätiger
    16
    Triggermodul
    16a
    Gehäuse
    16b
    Deckel
    16c
    Federaufnahme
    17
    Auslöser
    17a
    Auslöserachse
    17b
    Axialsicherung
    17c
    Betätigungsabschnitt
    18
    Auslöserplatte
    18a
    Kontaktfläche
    19
    Druckfeder
    20
    Schalthebel
    20a
    Hebelachse
    21
    Druckfeder
    22
    Winkelstecker
    22a
    Verdrehsicherung
    23, 23a, 23b
    Annäherungsschalter
    24
    Verbindungseinheit
    25
    Elektrokupplung
    25a
    Signalverbinder
    25b
    Leistungsverbinder
    26
    Signalbox
    27
    Fahrzeugsteuereinrichtung
    28, 28'
    Endschalter
    28a
    Verbinder
    28b
    Tastelement
    29
    Gehäuse
    30
    Luftkupplung
    31
    Dichtungselement
    VS1, VS2, VS3, VS4
    Verfahrensschritt

Claims (21)

  1. Verfahren zum Erfassen eines vollständigen Entkupplungsvorgangs einer digitalen automatischen Kupplung eines Schienenfahrzeugs, wobei die digitale automatische Kupplung eine Mittelpufferkupplung (1, 1') mit einem Gehäuse (1a) ist und eine Hakenscheibe (2) mit einem mit ihr drehfest verbundenen Hauptbolzen (3), einem Antriebsabschnitt (4), einem Abtriebsabschnitt (4a) und mit einer mit der Hakenscheibe (2) gekoppelten Klinkenstange (4b), eine Öse (5), einen Aktuator (6) mit einem ersten Endschalter (13), einem zweiten Endschalter (14) und mit einem Betätigungselement (7), welches mit dem Antriebsabschnitt (4) der Hakenscheibe (2) in Zusammenwirkung steht, eine zu dem Aktuator (6) gehörige lokale Aktuatorsteuerung, und ein Triggermodul (16) mit mindestens einem dritten Endschalter (15), welcher mit der Klinkenstange (4b) in Zusammenwirkung steht, aufweist, wobei die Hakenscheibe (2) mit dem Hauptbolzen (3), die Öse (5) und das Triggermodul (16) einen Verriegelungsmechanismus bilden,
    gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
    VS1 Öffnen des Verriegelungsmechanismus der Mittelpufferkupplung (1), wobei die Hakenscheibe (2) mittels des Aktuators (6) aus einer Ausgangsstellung in eine geöffnete Stellung verstellt wird, und Erfassen der geöffneten Stellung;
    VS2 Verhindern eines unbeabsichtigten Wiedereinkuppelns der Mittelpufferkupplung (1) durch Beibehalten einer so eingenommene Pufferposition, indem die Hakenscheibe (2) durch den Aktuator (6) in der geöffneten Stellung gehalten wird;
    VS3 Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) von der Mittelpufferkupplung (1) mittels des Triggermoduls (16); und
    VS4 Erfassen des vollständigen Entkupplungsvorgangs der Mittelpufferkupplung (1) von der zuzuordnenden Gegenkupplung, wenn in dem dritten Verfahrensschritt VS3 eindeutig erkannt worden ist, dass die zeitliche Dauer des Entfernens der Gegenkupplung von der Mittelpufferkupplung (1) größer als ein vorgebbarer Referenzwert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS1) Öffnen des Verriegelungsmechanismus das Erfassen der geöffneten Stellung der Hakenscheibe (2) die Schaltzustände des ersten und zweiten Endschalters (13, 14) des Aktuators (6) ausgewertet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS1) Öffnen des Verriegelungsmechanismus zusätzlich ein Schwenkwinkel des Hauptbolzens (3), der mit der Hakenscheibe (2) drehfest verbunden ist, erfasst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) die Schaltzustände des mindestens einen dritten Endschalters (15) des Triggermoduls (16) ausgewertet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) die Schaltzustände des mindestens einen dritten Endschalters (15) des Triggermoduls (16) als direkte Signale an die lokale Aktuatorsteuerung weitergeleitet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) Schaltzustände eines oder mehrerer Annäherungsschalter (23, 23a, 23b) an einer Frontplatte (1f) eines Kupplungskopfes (1c) der Mittelpufferkupplung (1) in Bezug auf einen Abstand einer Frontplatte der zuzuordnenden Gegenkupplung ausgewertet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) eine Hubbewegung und/oder eine Federkraft eines Dichtungselementes (31) einer Luftkupplung (30) der Mittelpufferkupplung (1) erfasst werden.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) ein Erkennen einer Entkupplung über die elektrischen Kontakte an einer Elektrokupplung (25) sowie die Weiterverarbeitung in einer Verbindungseinheit (24) und Übermitteln dieser Information an die lokale Aktuatorsteuerung in der Mittelpufferkupplung (1) erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Erkennen eines Entfernens einer zuzuordnenden Gegenkupplung der Mittelpufferkupplung (1) ein Erkennen einer Entkupplung über die elektrischen Kontakte an der Elektrokupplung (25) mittels einer Kontaktschleife erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel des Hauptbolzens (3) über Daten eines übergeordneten Systems erfasst wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel des Hauptbolzens (3) mittels mindestens eines Endschalters (28, 28'), insbesondere als Abtastschalter, erfasst wird.
  12. Digitale automatische Kupplung eines Schienenfahrzeugs, wobei die digitale automatische Kupplung eine Mittelpufferkupplung (1, 1') mit einem Gehäuse (1a) ist und eine Hakenscheibe (2) mit einem mit ihr drehfest verbundenen Hauptbolzen (3), einem Antriebsabschnitt (4), einem Abtriebsabschnitt (4a) und mit einer mit der Hakenscheibe (2) gekoppelten Klinkenstange (4b), eine Öse (5), einen Aktuator (6) mit einem ersten Endschalter (13), einem zweiten Endschalter (14) und mit einem Betätigungselement (7), welches mit dem Antriebsabschnitt (4) der Hakenscheibe (2) in Zusammenwirkung steht, eine zu dem Aktuator (6) gehörige lokale Aktuatorsteuerung, und ein Triggermodul (16) mit mindestens einem dritten Endschalter (15), welcher mit der Klinkenstange (4b) in Zusammenwirkung steht, wobei die Hakenscheibe (2) mit dem Hauptbolzen (3), die Öse (5) und das Triggermodul (16) einen Verriegelungsmechanismus bilden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Triggermodul (16) ein Gehäuse (16a) mit einem Deckel (16b), einen Auslöser (17), eine Auslöserplatte (18), eine Druckfeder (19) für den Auslöser (17), einen Schalthebel (20) zur Betätigung des mindestens einen dritten Endschalters (15), eine Druckfeder (21) für den Schalthebel (20) und einen elektrischen Anschluss für den Endschalter (15) umfasst, wobei das Triggermodul (16) dazu ausgebildet ist, die Klinkenstange (4b) über eine spezielle Kontur am Auslöser (17) und über die Druckfeder (21) eingerastet zu halten und somit die Hakenscheibe (2) nach der Entkupplung zu halten, um eine Bereitschaft zum Wiedereinkuppeln zu ermöglichen, wobei ein Wiedereinkuppeln von einer Betätigung der Auslöseplatte (14) des Auslösers (17) gegen die Kraft der Druckfeder (21) die eingerastete Klinkenstange (4b) wieder löst.
  13. Digitale automatische Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (20) im Gehäuse des Triggermoduls (16) mechanisch mit einem Betätigungsabschnitt (17c) des Auslösers (17) zusammenwirkt und den mindestens einen dritten Endschalter (15) derart steuert, dass dieser in Abhängigkeit von der Stellung der Klinkenstange (4b) und somit der Hakenscheibe (2) ein Signal ausgibt, anhand dessen eine Steuerung die erfolgte Entkupplung der Mittelpufferkupplung (1) erfasst.
  14. Digitale automatische Kupplung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsabschnitt (17c) des Auslösers (17) als eine umlaufende Nut im Körper des Auslösers (17) eingeformt ist.
  15. Digitale automatische Kupplung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine dritte Endschalter (15) in dem Triggermodul (16) mit zwei getrennten Ausgängen und gegensätzlichen Ausgangssignalen ausgebildet ist.
  16. Digitale automatische Kupplung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Erfassungsmittel für einen Schwenkwinkel des Hauptbolzens (3) in der Kupplung angeordnet sind, welche Daten des Schwenkwinkels des Hauptbolzens (3) für ein übergeordnetes System bereitstellen.
  17. Digitale automatische Kupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel für den Schwenkwinkel des Hauptbolzens (3) mindestens einen Endschalter (28, 28'), insbesondere als Abtastschalter, aufweisen.
  18. Digitale automatische Kupplung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbolzen (3) eine Kontur (3a) aufweist, welche mit einem oder mehreren Endschaltern (28, 28') als Abtastschalter zur Erfassung eines Schwenkwinkels des Hauptbolzens (3) in Zusammenwirkung steht.
  19. Digitale automatische Kupplung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbolzen (3) mit mindestens einem Drehwinkelsensor zur Erfassung des Schwenkwinkels des Hauptbolzens (3) zusammenwirkt.
  20. Digitale automatische Kupplung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpufferkupplung (1) mit einer Steuerung, insbesondere mit einer lokalen Antriebssteuerung, zusammenwirkt, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
  21. Schienenfahrzeug mit mindestens einer Mittelpufferkupplung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 20.
EP24175822.6A 2023-06-28 2024-05-14 Verfahren zum erfassen eines vollständigen entkupplungsvorgangs einer mittelpufferkupplung eines schienenfahrzeugs, mittelpufferkupplung für ein schienenfahrzeug und schienenfahrzeug mit einer solchen mittelpufferkupplung Pending EP4484246A1 (de)

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