EP4572992B1

EP4572992B1 - Mechanischer zugkupplungsverschluss und zugkupplung mit einem solchen mechanischen zugkupplungsverschluss

Info

Publication number: EP4572992B1
Application number: EP23751944.2A
Authority: EP
Inventors: Andreas Schwinning; Diogenes JERKE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2023-08-03
Publication date: 2026-07-15
Anticipated expiration: 2043-08-03
Also published as: WO2024037882A1; EP4572992A1; DE102023120578A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mechanischen Zugkupplungsverschluss für eine Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Zugkupplung mit einem Kupplungskopf, der einen solchen mechanischen Zugkupplungsverschluss aufweist.
Mechanische Zugkupplungsverschlüsse, wie sie die vorliegende Erfindung betrifft, weisen ein Herzstück auf, das um eine Hauptachse verdrehbar ist und ein Maul zur Aufnahme einer Kuppelöse aufweist. Beim Kuppeln von Zugkupplungen, deren Kupplungskopf jeweils einen solchen mechanischen Zugkupplungsverschluss aufweist, werden die die Kuppelösen, die jeweils verdrehbar am Herzstück angeschlossen sind, mit ihren freien Enden jeweils in das Maul des gegenüberstehenden Herzstücks eingebracht, verdrehen dabei das Herzstück zusammen mit dem Hauptbolzen um eine Hauptachse und verriegeln dadurch die beiden Zugkupplungen aneinander, weil die beiden Herzstücke mit den Kuppelösen mechanisch aneinander verriegelt werden.
Herkömmlich wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Herzstück und dem Hauptbolzen mit einer sogenannten Passfederverbindung hergestellt. Eine derartige Verbindung ist beispielsweise in DE 10 2021132 991 A1 wiedergegeben. Eine entsprechende Passfeder ist in zwei sich gegenüberstehende Aussparungen, eine im Herzstück und eine im Hauptbolzen, formschlüssig eingebracht und muss dort verklebt werden. Die Aussparung wird als sogenannte Passfedernut durch Stoßen hergestellt. Die in dieser gestoßenen Passfedernut verklebte Passfeder muss einer Qualitätsprüfung unterzogen werden. Somit ist die Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Herzstück und dem Hauptbolzen zeitintensiv. Nachteilig gestaltet sich auch eine eventuell erforderliche Demontage von Herzstück, Passfeder und Hauptbolzen zu Instandhaltungszwecken und die erneute Montage. Dies ist im Feld nicht möglich und bedarf das Aufsuchen entsprechend dafür ausgerüsteter Werkstätten.
Weitere Beispiele von Passfederverbindungen zwischen Herzstück und Hauptbolzen sind aus den Dokumenten WO 2021/071416 A1 und US 10435046 B2 bekannt.
Eine formschlüssige Bauteilverbindung in einer Energieverzehreinrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung wird in WO 2021/224305 A1 offenbart.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mechanischen Zugkupplungsverschluss mit einem Herzstück und einem Hauptbolzen anzugeben, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Herzstück und dem Hauptbolzen mit einem geringen Zeitaufwand zuverlässig hergestellt und insbesondere zu Instandsetzungszwecken auch aufgelöst werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen mechanischen Zugkupplungsverschluss mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung. Ferner wird eine erfindungsgemäße Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, mit einem Kupplungskopf angegeben, der einen erfindungsgemäßen mechanischen Zugkupplungsverschluss aufweist.
Der erfindungsgemäße mechanische Zugkupplungsverschluss weist ein Herzstück auf, das um eine Hauptachse verdrehbar ist und ein Maul zur Aufnahme einer Kuppelöse aufweist. An dem Herzstück ist vorteilhaft ebenfalls eine Kuppelöse gelenkig angeschlossen, sodass diese Kuppelöse mit ihrem freien Ende in das Maul eines Herzstücks eines gegengleichen Zugkupplungsverschlusses eingebracht werden kann.
Der erfindungsgemäße mechanische Zugkupplungsverschluss weist einen Hauptbolzen auf, auf dem das Herzstück drehfest gelagert ist. Somit werden Drehbewegungen des Hauptbolzens auf das Herzstück übertragen und umgekehrt. Zur Herstellung der drehfesten Lagerung ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Herzstück und dem Hauptbolzen vorgesehen, die ein Verbindungselement umfasst, das in zwei sich gegenüberstehende Aussparungen im Herzstück und im Hauptbolzen formschlüssig eingebracht ist. Entsprechend sind die beiden sich gegenüberstehenden Aussparungen, eine im Herzstück und eine im Hauptbolzen, randoffen ausgeführt und einander zugewandt, sodass sie gemeinsam eine Bohrung beziehungsweise einen Aussparungsquerschnitt ausbilden.
Erfindungsgemäß bildet die Aussparung im Herzstück gemeinsam mit der Aussparung im Hauptbolzen einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen oder (vollständig) kreisförmigen Aussparungsquerschnitt oder elliptischen Aussparungsquerschnitt aus und das Verbindungselement ist ein Stiftelement, insbesondere bei kreisförmiger Ausbildung des Aussparungsquerschnittes ein Zylinderstift oder bei elliptischer Ausbildung des Aussparungsquerschnittes ein Stiftelement mit elliptischem Querschnitt, das in diesen gemeinsamen Aussparungsquerschnitt formschlüssig eingesetzt ist.
Die Ausführung mit kreisförmigen Aussparungsquerschnitt wird dabei als besonders bevorzugte Ausbildung angesehen.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, die Arbeitsschritte zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung, insbesondere dem Bereitstellen der Verbindungsmittel sowie den Gegebenheiten im Verbindungsbereich an den einzelnen Komponenten erheblich zu reduzieren und die Verbindung damit insgesamt kostengünstiger und zeitsparender herzustellen. Ein weiterer Vorteil besteht in einer einfachen, zeitsparenden und passgenauen Montage von Herzstück und Hauptbolzen eines mechanischen Zugkupplungsverschlusses, insbesondere wenn diese in hohen Stückzahlen montiert oder im Feldeinsatz ausgetauscht werden müssen. Auch entfällt die aufwendige Prüfung, wie sie nach dem Verkleben der Passfederverbindung erforderlich ist. Vorteilhaft gestaltet sich ferner eine erhöhte Bauteilfestigkeit des Herzstückes aufgrund des Wegfalls der kerbwirkungsbehafteten Passfedernuten.
Bezüglich der Ausführung einer formschlüssigen Verbindung über Zylinderstifte allgemein kann auf folgende Dokumente verwiesen werden:

Burgtorf, U.; Garzke, M.; Schäfer, G.: Spielbehaftetes Längsstiftverbindungen - eine unterschätzte Welle-Nabe-Verbindung? Mitteilungen aus dem Institut für Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal, Nr. 22, 1997 S. 19-24
Korte, T.: Gestaltfestigkeit von Längsstiftverbindungen In: Mitteilungen aus dem Institut für Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal, Nr. 33, 2008, S. 17-22
Schäfer, G.; Korte, T.: Längsstifte als kerbarme Welle-Nabe-Verbindung In: Mitteilungen aus dem Institut für Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal, Nr. 43, 2018, S. 23-24.

Derartige Verbindungen bei einem Kupplungsverschluss einzusetzen, bewirkt neben erheblichen Festigkeitsvorteilen für die im Kraftfluss liegenden Komponenten auch die Möglichkeit einer einfacheren Montage und Instandsetzung.
Vorzugsweise ist nur ein derartiges Verbindungselement vorgesehen. Der Fertigungsaufwand für die erforderlichen Nuten an Herzstück und Bolzen ist somit gegenüber Ausführungen mit mehreren derartigen Verbindungselementen weiter reduziert. Gleichzeitig ist das Herzstück nur an einer Stelle zusätzlich geschwächt.
Bei dem Verbindungselement, insbesondere Zylinderstift kann es sich bevorzugt aus Festigkeitsgründen um einen massiven Zylinderstift handeln, das heißt einen Zylinderstift, der nicht hohl ist und keine Längsbohrung aufweist. In einer alternativen Ausführung ist jedoch auch eine teilweise oder vollständig hohle Ausführung des Zylinderstiftes denkbar. In diesem Fall weist dieser eine Längsbohrung auf.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die beiden Aussparungen an Herzstück und Hauptbolzen verschieden große Querschnitte auf. Mit anderen Worten sind die die Aussparung für die Aufnahme des Verbindungselementes bildenden Aussparungsteile an Herzstück und Hauptbolzen asymmetrisch ausgebildet.
Beispielsweise ist in einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Querschnitt der Aussparung im Herzstück größer als der Querschnitt der Aussparung im Hauptbolzen. Somit kann das Verbindungselement, insbesondere bei kreisförmigem Querschnitt der Zylinderstift mit einer Zylinderstiftmittenachse außerhalb des Hauptbolzens im Herzstück angeordnet sein und wird dadurch vom Herzstück entlang seines äußeren Umfangs, in einem Querschnitt senkrecht zur Zylinderstiftmittenachse gesehen, über einem größeren Abschnitt umschlossen als vom Hauptbolzen. Die Zylinderstiftmittenachse befindet sich demnach außerhalb eines Flugkreises des Hauptbolzens in einem Querschnitt durch die Aussparung. Damit kann eine Selbsthaltung des Zylinderstifts im Herzstück erreicht werden, wodurch eine Klebung entfallen kann.
In der Regel erstreckt sich der Zylinderstift parallel zum Hauptbolzen, das heißt die Zylinderstiftmittenachse ist parallel zur Hauptachse.
Durch die Erfindung entfällt die Kerbwirkung einer Passfedernut, was sich günstig auf die Bauteilfestigkeit sowohl von Herzstück als auch des Hauptbolzens auswirkt. Insbesondere, wenn der Zylinderstift frei von einer Verklebung oder stoffschlüssigen Verbindung mit dem Herzstück und dem Hauptbolzen ist, können Vorteile bei der Wartung des Zugkupplungsverschlusses erzielt werden, weil der Zylinderstift leicht entfernt werden kann, um die formschlüssige Verbindung zwischen Herzstück und Hauptbolzen aufzuheben.
Bevorzugt ist der Zylinderstift für vereinfachte Wartungszwecke mit einer Übergangspassung oder sogar Spielpassung in das Herzstück und/oder den Hauptbolzen eingebracht.
Um einen besonders sicheren Sitz des Zylinderstifts zu erzielen, kann dieser mit einer Presspassung in das Herzstück und/oder den Hauptbolzen eingebracht werden.
Besonders günstig ist, wenn der Zylinderstift nur im Herzstück mit einer Presspassung eingesetzt ist und ohne Presspassung im Hauptbolzen. Im Hauptbolzen kann somit eine Spielpassung vorgesehen sein, die insbesondere aber zumindest nahezu ein Nullspiel aufweist.
Der Zylinderstift kann sowohl in eine Sackbohrung im Herzstück eingesetzt sein, sodass ein entsprechender Umfangsvorsprung im Herzstück den Boden der Sackbohrung ausbildet. Alternativ ist jedoch auch eine Durchgangsbohrung im Herzstück möglich. Die Sackbohrung bietet den Vorteil, dass bei Demontage der Zylinderstift nicht einfach herausfällt. Dies ist insbesondere bei Austauscharbeiten im Feld von erheblichem Vorteil, da ein Hinabfallen ins Gleisbett somit vermieden werden kann. Besonders vorteilhaft ist die Kombination aus Sackbohrung und vergrößerter Ausbildung der Aussparung am Herzstück gegenüber der Aussparung am Hauptbolzen. Die Aussparung am Herzstück umgreift dabei das Verbindungselement bis über dessen Mittenbereich, wodurch dieses weder in Längsrichtung des Hauptbolzens betrachtet noch quer zur Aussparung am Herzstück (außermittige Aussparung) herausfallen kann.
Eine erfindungsgemäße Zugkupplung weist einen Kupplungskopf auf, der einen mechanischen Zugkupplungsverschluss der hier dargestellten Art umfasst. Die Zugkupplung ist insbesondere als Mittelpufferkupplung ausgeführt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Zugkupplungsverschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht schräg von oben;
Figur 2: einen Axialschnitt durch den Hauptbolzen des mechanischen Zugkupplungsverschlusses aus der Figur 1;
Figur 3: eine vergrößerte Schnittansicht der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Herzstück und dem Hauptbolzen.

In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mechanischen Zugkupplungsverschlusses dargestellt, umfassend ein Herzstück 1, das mit einer formschlüssigen Verbindung auf einem Hauptbolzen 2 gelagert ist. Das Herzstück 1 ist zusammen mit dem Hauptbolzen 2 um eine Hauptachse 6 verdrehbar und weist ein Maul 5 zur Aufnahme einer Kuppelöse (nicht dargestellt) auf. Ferner ist ein Anschluss 10 für eine hier nicht dargestellte Kuppelöse vorgesehen, wobei eine entsprechende Drehachse des Anschlusses 10 parallel zur Hauptachse 6 ist.
In das Herzstück 1 ist eine Aussparung 7 eingebracht und in den Hauptbolzen 2 ist eine Aussparung 8 eingebracht. Die beiden Aussparungen sind besonders aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Die beiden Aussparungen 7, 8 stehen sich unmittelbar gegenüber und bilden gemeinsam einen kreisförmigen Aussparungsquerschnitt aus, gesehen in einem Querschnitt senkrecht zur Hauptachse 6. In diesen gemeinsamen Aussparungsquerschnitt ist ein Zylinderstift 3 als Verbindungselement eingesetzt. Wie man besonders aus der Figur 3 entnehmen kann, ist die Zylinderstiftmittenachse 4, die sich durch den Mittelpunkt der gemeinsamen Aussparung erstreckt, versetzt in Richtung Herzstück 1 ausgeführt, sodass der Querschnitt der Aussparung 7 im Herzstück 1 größer als der Querschnitt der Aussparung 8 im Hauptbolzen 2 ist. Damit wird ein größerer Umfangsbereich des Zylinderstifts 3 vom Herzstück 1 umschlossen als vom Hauptbolzen 2. In anderen Worten ist die Berührungsfläche zwischen dem Zylinderstift 3 und dem Herzstück 1 größer als die Berührungsfläche zwischen dem Zylinderstift 3 und dem Hauptbolzen 2. Zur Verdeutlichung ist in der Figur 3 der sogenannte Flugkreis 11 des Hauptbolzens 2 eingezeichnet.
Die versetzte Anordnung des Zylinderstifts 3 in Richtung des Herzstücks 1 ermöglicht eine Selbsthaltung des Zylinderstifts 3 im Herzstück 1, was die Montage vereinfacht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist, wie man aus der Figur 2 erkennen kann, die Aussparung 7 im Herzstück 1 vorzugsweise durch eine Sackbohrung 9 hergestellt, in welche der Zylinderstift 3 eingesetzt ist. Dies bietet in Kombination mit der Ausbildung der Aussparung mit unterschiedlich großen Querschnittsflächen an Herzstück und Hauptbolzen den Vorteil, dass auch bei Demontage des Hauptbolzens der Zylinderstift verliersicher gehalten wird. Alternativ könnte jedoch auch eine Durchgangsbohrung vorgesehen sein.

Bezugszeichen

1: Herzstück
2: Hauptbolzen
3: Zylinderstift
4: Zylinderstiftmittenachse
5: Maul
6: Hauptachse
7: Aussparung im Herzstück
8: Aussparung im Hauptbolzen
9: Sackbohrung
10: Anschluss
11: Flugkreis

Claims

Mechanischer Zugkupplungsverschluss
mit einem Herzstück (1), das um eine Hauptachse (6) verdrehbar ist und ein Maul (5) zur Aufnahme einer Kuppelöse aufweist;

mit einem Hauptbolzen (2), auf dem das Herzstück (1) drehfest gelagert ist; mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Herzstück (1) und dem Hauptbolzen (2), die ein Verbindungselement umfasst, das in zwei sich gegenüberstehende Aussparungen (7, 8) im Herzstück (1) und im Hauptbolzen (2) formschlüssig eingebracht ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aussparung (7) im Herzstück (1) und die Aussparung (8) im Hauptbolzen (2) gemeinsam einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Aussparungsquerschnitt ausbilden und das Verbindungselement ein Stiftelement, insbesondere Zylinderstift (3) oder Stiftelement mit elliptischem Querschnitt ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Aussparungen (7, 8) verschieden große Querschnitte aufweisen.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Aussparung (7) im Herzstück (1) größer als der Querschnitt der Aussparung (8) im Hauptbolzen (2) ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) eine Zylinderstiftmittenachse (4) aufweist, die im Herzstück (1) außerhalb des Hauptbolzens (2) angeordnet ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) sich parallel zum Hauptbolzen (2) erstreckt.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) mit einer Presspassung in das Herzstücks (1) und/oder den Hauptbolzen (2) eingesetzt ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) mit einer Presspassung nur in das Herzstück (1) eingesetzt ist und mit einer Spielpassung, aber insbesondere spielfrei, in den Hauptbolzen (2) eingesetzt ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) mit einer Spiel - oder Übergangspassung in das Herzstücks (1) und/oder den Hauptbolzen (2) eingesetzt ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) frei von einer Verklebung oder stoffschlüssigen Verbindung mit dem Herzstück (1) und dem Hauptbolzen (2) ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) in eine Sackbohrung (9) im Herzstück (1) eingesetzt ist.
Mechanischer Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderstift (3) in eine Durchgangsbohrung im Herzstück (1) eingesetzt ist.
Zugkupplung, insbesondere Mittelpufferkupplung, mit einem Kupplungskopf, der einen mechanischen Zugkupplungsverschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.