EP4683843A1 - Automatische zugkupplung - Google Patents

Automatische zugkupplung

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Publication number
EP4683843A1
EP4683843A1 EP24713394.5A EP24713394A EP4683843A1 EP 4683843 A1 EP4683843 A1 EP 4683843A1 EP 24713394 A EP24713394 A EP 24713394A EP 4683843 A1 EP4683843 A1 EP 4683843A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
frog
automatic train
main axis
main
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
EP24713394.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andy Steinkampf
Kay Uwe Kolshorn
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.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent 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 Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4683843A1 publication Critical patent/EP4683843A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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

Definitions

  • the present invention relates to an automatic train coupling with a coupling head comprising a coupling lock with a frog, in particular according to the preamble of claim 1.
  • Generic automatic train couplings have a coupling head that includes a coupling lock with a locking mechanism, the coupling lock being designed as a rotary lock with a coupling eyelet and a frog, which is also referred to as a hook disc, the frog being rotatable about a main axis between a coupled position and an uncoupled position, the coupling eyelet being connected to the frog with a first end so that it can rotate about a coupling eyelet axis and having a second free end.
  • the frog has a mouth that is arranged to receive a corresponding second end of a coupling eyelet of an opposite or at least compatible coupling head. This allows two opposite coupling heads to be moved against each other and mechanically locked together via their frogs and coupling eyes.
  • Such a generic train coupling is disclosed, for example, in DE 10 2021 132 991 A1.
  • WO 2021/028136 A1 and DE 40 13493 A1 describe other generic automatic train couplings in which additional coupling devices, here an electrical cable coupling and an air coupling, are mechanically connected to the coupling lock.
  • DE 10 2016 104 188 A1 also describes the simultaneous coupling of a hydraulic and/or pneumatic air coupling with the mechanical central buffer coupling.
  • position sensors are proposed that reliably detect a single specific twisting position of the main bolt.
  • Two position sensors can also be provided, arranged one behind the other in the direction of rotation of the main bolt around a main axis, one of which detects the coupled position and the other the uncoupled position, so that these two position sensors always deliver signals that contradict each other in order to create redundancy.
  • the position sensors can, for example, work together with cams on an extension of the main bolt.
  • DE 10 2019 101 996 A1 describes an arrangement of a sensor which extends along a predetermined narrow angular range in the direction of rotation over the surface of the main bolt, to which an inductive pickup with a receiving surface is located directly radially in the coupling position of the main bolt.
  • a disadvantage of the known automatic train couplings with position sensors for detecting the coupled position and the uncoupled or ready-to-couple position is that two position sensors are usually required and yet it can only be detected whether the coupling lock is in either the coupled or the uncoupled position.
  • other twisting positions can also be provided in such a coupling lock in which the coupling lock or its frog is held.
  • such a frog can be twisted beyond the uncoupled position or coupled position into an over-tightened position or held in an intermediate position between the uncoupled position and the coupled position.
  • the present invention is based on the object of specifying an automatic train coupling in which the position of the coupling lock can be monitored better than before. In this case, an exact detection of the rotation position of the frog in different, in particular more than two, rotation positions should be possible or a continuous detection of the rotation angle of the frog should be made possible, whereby the detection works reliably, is robust and the manufacturing effort is low.
  • An automatic train coupling has a coupling head which comprises a coupling lock with a locking mechanism, the coupling lock being designed as a rotary lock with a coupling eye and a frog, the frog being rotatable about a main axis between a coupled position and an uncoupled position, the coupling eye being connected to the frog with a first end rotatable about a coupling eye axis and having a second free end, and the frog having a mouth which is arranged to receive a second end of a coupling eye of an opposite coupling head.
  • the automatic train coupling comprises a main bolt which extends along the main axis and the frog is arranged either in a rotationally fixed or rotatable manner on the main bolt.
  • a rotary angle sensor is provided in the automatic train coupling, which detects a rotary angle of the frog about the main axis.
  • a rotary encoder which is also referred to as a rotary encoder or angular position encoder
  • the angle of rotation is preferably recorded continuously, i.e. without interruption around the main axis.
  • the angle of rotation can be recorded starting from a reference position at 0° up to a maximum angle of rotation, which is preferably more than 45°.
  • the maximum angle of rotation is 180° or 90°.
  • the rotation of the frog can be limited accordingly to the maximum angle of rotation or less.
  • the main bolt and/or the core have a sensor structure for forming a rotor of the rotary angle sensor, which is directly incorporated into a material of the main bolt and/or the core and is opposite a detection device in a stator of the rotary angle sensor.
  • the rotor is thus formed directly by the main bolt or by the core, i.e. it is not connected to the main bolt or core as a separate component, but is designed integrally with it.
  • the rotary encoder comprises a rotor that can be rotated around the main axis and a stator.
  • the rotor is connected to the main bolt in a rotationally fixed manner and in a second design to the center piece in a drive-proof manner, in particular it is fixedly mounted on the main bolt or fixedly mounted on the center piece so that it rotates together with the main bolt or the center piece.
  • connection There are different options for the design of the connection. For example, a material connection or a form fit is conceivable.
  • the rotor is arranged as a separate component on the frog or the main bolt, this offers the advantage that the main bolt or frog does not require any machining to form the rotor. However, this requires exact positioning when assembling the rotor. There is also the risk of the rotor shifting relative to the Heart piece or the main bolt due to environmental influences, such as shocks, vibrations, centrifugal forces or acceleration forces and the like.
  • the sensor structure is therefore introduced directly into the material of the main bolt or the heart piece, for example in the form of a defined interference geometry, which can be correspondingly detected by a detection device in the opposite stator.
  • the rotary encoder is designed as an absolute encoder, in contrast to an incremental encoder, since an absolute encoder does not have to be initialized.
  • the frog is connected in a rotationally fixed manner to the main bolt extending along the main axis.
  • the frog therefore always rotates together with the main bolt, so that according to one embodiment of the invention the angle of rotation of the main bolt is directly detected by the angle of rotation sensor. Accordingly, the sensor structure can then be incorporated directly into the material of the main bolt.
  • the angle of rotation of a frog that rotates on a stationary main bolt can also be recorded.
  • the sensor structure can then be incorporated directly into the frog material.
  • the rotor and the stator of the rotary encoder are positioned opposite each other in the direction of the main axis. This means that a particularly small amount of additional installation space is required in the radial direction.
  • the rotor and the stator of the rotary encoder are opposite each other in the radial direction to the main axis or obliquely to the main axis in order to occupy a small space in the axial direction.
  • the main bolt comprises an integral shaft collar which extends in particular in a ring shape around the main axis and which has the sensor structure or forms the sensor structure.
  • the main bolt comprises a shaft collar, in particular a shaft collar running in a ring shape around the main axis, against which the rotor or the encoder structure rests or is connected to it.
  • the heart piece may have a collar which has the encoder structure.
  • the sensor structure has recesses arranged at a distance from one another in the circumferential direction around the main axis.
  • Such recesses can be incorporated into the main bolt or the core in particular by forming the material. This eliminates any requirement for a rotor attachment and the risk of relative displacement of the rotor during operation of the traction coupling is excluded.
  • the stator particularly preferably comprises a detection device, in particular an electronic detection device, for detecting the current angle of rotation of the rotor and a signal output for outputting angle of rotation signals depending on the detected current angle of rotation of the rotor.
  • the rotor can be free of any components that need to be supplied with electrical energy for detecting the angle of rotation.
  • the stator can accordingly have its own energy supply or a connection for an energy supply.
  • the stator comprises an electronic signal processing device connected to the detection device and the signal output in order to to process signals received by the detection device and, depending on this, to make the angle of rotation signals available at the signal output.
  • the electronic signal processing device can be supplied with electrical energy from the integrated power supply or via the connection to the power supply.
  • the signal present at the signal output can be a digital signal or an analog signal.
  • the stator is equipped with an electronic signal processing device that has a CAN interface and forms the signal output.
  • Other data protocols or data interfaces are also possible.
  • the signals present at the signal output can be evaluated and further processed by a CPU.
  • a CPU can be located on the train coupling or on or in the car that is equipped with the automatic train coupling. Shielded cables are preferably provided as a connection to the signal output for control and/or data communication.
  • the coupling head comprises a dome closure housing which encloses the heart piece and in which the heart piece is mounted, and the rotary encoder is positioned within the dome closure housing and is enclosed by it.
  • Another embodiment of the invention provides that an air coupling with an air coupling housing is arranged on the dome closure housing and the rotary encoder is arranged at least partially within the air coupling housing or on the air coupling housing.
  • the rotary encoder is positioned outside the dome closure housing, for example in a separate housing or shielded with a cover.
  • the rotary encoder is located outside the power flow between a drive for uncoupling the coupling lock and the frog. This avoids mechanical weakening of the uncoupling drive.
  • the shaft collar is preferably positioned outside the force flow through the main bolt.
  • the shaft collar is arranged in the area of an axial end of the main bolt, which is positioned along the main axis above or below the frog and is free of force-introducing connections.
  • the main bolt can be made up of one or more parts. In a multi-part design, it has several sections, for example two, arranged one behind the other, particularly in the direction of the main axis, which are connected to one another in a rotationally fixed manner.
  • a shaft journal is arranged on the shaft collar, which axially engages in the stator or passes through the stator. This allows particularly good radial guidance of the stator on the main bolt to be achieved.
  • the encoder structure is then provided radially inside the core.
  • the angle sensor is arranged outside the coupling lock housing on the main bolt, in particular above the coupling lock housing.
  • the angle sensor is preferably arranged on a free end of the main bolt, via which no operating force is introduced when the coupling lock is uncoupled. Rather, an operating force can be introduced below the angle sensor into the main bolt.
  • the main bolt is extended beyond the dome lock housing, it can be made up of several parts. However, this is not mandatory.
  • the main bolt and/or the center piece can be rotated by a maximum of or less than 180° around the main axis and the sensor structure extends by more than 180° around the main axis.
  • the sensor structure extends completely around the main axis. If the at least one detection device extends in the circumferential direction around the main axis over a larger angular range, in particular at least substantially completely, than the main bolt and/or the center piece can be rotated around the main axis, redundant detection of the angle of rotation of the main bolt and/or the center piece can be achieved.
  • the frog can have a collar against which the rotor rests or on which a sensor marking and/or sensor structure rests.
  • Figure 1 is a schematic representation of an automatic train coupling designed according to the invention
  • Figure 2 shows a further embodiment of an automatic train coupling according to the invention
  • Figure 3 shows an embodiment of an automatic train coupling according to the invention with modified positioning of the rotary encoder
  • Figure 4 shows another possible positioning of a rotary encoder in an automatic train coupling according to the invention
  • Figure 5 shows a positioning of a rotary encoder in an automatic train coupling according to the invention with a fixed main bolt
  • Figure 6 shows an embodiment for the integration of the rotor of the rotary encoder into the main bolt
  • Figure 7 is a plan view of an opened coupling closure housing of an automatic train coupling according to the invention.
  • Figure 8 shows an automatic train coupling according to the invention with the rotary encoder arranged in the housing of an air coupling
  • Figure 9a shows an automatic train coupling according to the invention in the coupled position
  • Figure 9b shows the automatic train coupling from Figure 9a in the uncoupled position
  • Figure 9c shows the automatic train coupling from Figures 9a, 9b in the ready-to-couple position.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a traction coupling according to the invention with a coupling head 1, which comprises a coupling lock 2 with a locking mechanism.
  • the coupling lock 2 which is designed as a rotary lock, comprises a coupling eye 3 and a frog 4.
  • the frog can be rotated about the main axis 5 between a coupled position and an uncoupled position and, if necessary, beyond that into a so-called over-drawn position.
  • the coupling eye 3 has a first end 3.1, with which it is connected to the frog so that it can rotate about a coupling eye axis 6, and a second free end 3.2, which engages in the mouth 7 of the frog 4 of the opposite coupling head 1 when the train coupling or the coupling lock 2 is coupled with an opposite coupling lock. Accordingly, the free end 3.2 of the coupling eye 3 of the opposite coupling head 1 engages in the mouth 7 of the frog 4 shown here.
  • a rotary encoder 18 is provided in the coupling head 1 or on the coupling head 1, which detects the angle of rotation of the frog 4 around the main axis 5.
  • the rotary encoder 18 has a rotor 18.1 and a stator 18.2.
  • the frog 4 is connected to the main bolt 20 in a rotationally fixed manner, so that the rotor 18.1 can be formed by the main bolt 20 and the stator 18.2 can be held stationary near the rotor 18.1. If, however, the frog 4 rotates around the main bolt 20, the main bolt 20 can also accommodate the stator 18.2 and the rotor 18.1 can be formed by the frog 4 opposite the stator 18.2.
  • the rotation angle sensor 18 can be used to precisely detect the rotation of the main bolt 20 and/or the core 4 over a predetermined angular range, whereby not only individual end positions in this angular range can be detected, but also the angle of rotation between the end positions.
  • the arrangement of the rotation angle sensor 18 can be variably selected, depending on whether the rotation angle sensor 18 is to be positioned directly in the area of the mechanical dome lock 2, in particular within a dome lock housing 29, as shown in Figures 1 to 5 and 7 to 9, or outside of it.
  • the main bolt 20 is mounted in the coupling lock housing 29 and the coupling lock housing 29 encloses the frog 4.
  • a front plate 22 is connected, which encloses the coupling cone 24 and the coupling funnel 25.
  • the coupling cone 24 and the coupling funnel 25 are the usual components of an automatic train coupling of the Scharfernberg type.
  • the coupling cone 24 and the coupling funnel 25 are joined together in pairs so that the front plates 22 and thus the coupling heads 1 are centered relative to one another, while at the same time the coupling eyes 3 dip into the mouths 7 of the frogs 4, rotating the frogs 4 about the main axis 5 so that the coupling eyes 3 and the frogs 4 are locked together in a tension-resistant manner.
  • the uncoupling device 8 is actuated, which comprises a motor 9 which is connected to the frog 4 via a drive connection, for example but not necessarily an angle gear.
  • the coupling head 1 with the coupling lock 2 is shown in three different positions, whereby these positions differ from each other by the rotation position of the frog 4 around the main axis 5.
  • the frog 4 takes the coupled position
  • Figure 9b the uncoupled position
  • Figure 9c a coupling-ready position, which here is rotated by a comparatively small angle in the direction of the coupled position compared to the uncoupled position.
  • the uncoupling device 8 comprises a rotary member in the form of a rotary lever 16 that can be rotated with the motor 9 about a rotary axis 15 and is connected to the frog 4 in order to rotate it.
  • the rotary lever 16 can be connected directly to the frog 4 or, as shown here as an example, via at least one intermediate piece 17 that is connected in an articulated manner to the rotary lever 16 and to the frog 4.
  • a driver 19 is provided, which is rotated by the motor 9 about the axis of rotation 15.
  • the driver 19 engages with at least one stop surface on the rotary lever 16 in order to pull with it on the frog 4, here for example via the intermediate piece 17, in a tangential direction to the main axis 5, so that the frog 4 is rotated into the uncoupled position shown in Figure 9b.
  • the motor 9 can then move the driver 19 back into the starting position, essentially without force, so that the driver 19 does not hinder a later rotation of the frog 4 into the coupled position when the opposite Coupling head 1 is moved to the front plate 22.
  • the rotary member here the rotary lever 16 also rotates back together with the frog 4 until the frog 4 is in the coupling-ready position, in which the ratchet rod 12 connected to the frog 4 engages in its locking position.
  • the turning back of the frog 4 is effected by the spring accumulator 23, which is connected to the frog 4.
  • this spring accumulator 23 is tensioned.
  • the locking position of the ratchet rod 12 is released by actuating the plunger 11, whereby the plunger 11 is actuated by a coupling cone 24 of the opposite coupling head 1.
  • the coupling cone 24 accordingly dips into a so-called coupling funnel through the front plate 22.
  • the driver 19 can be rotated further backwards, i.e. in the direction in which it is rotated when the frog 4 is moved from the uncoupled position to the coupling-ready position, without taking the rotary member, here the rotary lever 16, with it. Accordingly, a rotational play is provided between the driver 19 and the rotary member, which can be used to activate an optionally operable locking mechanism (not shown in more detail) with the driver 19.
  • Such an optionally operable locking mechanism can be activated, for example, in the uncoupled position and/or the coupling-ready position of the frog, in order to prevent rotation of the frog when the coupling lock is released from the uncoupled position and/or the ready-to-couple position into the coupled position in order to prevent shock loading of the uncoupling device 8, in particular of its motor 9, when the automatic coupling is in the uncoupled position or ready-to-couple position and impacts on an opposite traction coupling which is in the coupled position.
  • each of the positions mentioned can be monitored precisely and safely with the rotary encoder 18. Because in particular only a rotation angle of a maximum of 90° needs to be monitored, a comparatively coarse and robust encoder structure 21 can be used on the rotor 18.1.
  • An exemplary embodiment is shown in Figure 6.
  • the rotor 18.1 of the rotary encoder 18 is formed directly by the material of the main bolt 20.
  • a plurality of recesses 10 are provided, arranged one behind the other and at a distance from one another in the circumferential direction around the main axis 5, which form a sensor structure 21 directly on the main bolt 20, which is detected by a detection device 26 in the stator 18.2 in order to detect the current angle of rotation of the rotor 18.1 or the rotation of the rotor 18.1.
  • the rotor 18.1 only rotates over a limited angular range around the main axis 5, for example a maximum of 90°, redundant detection of the current angle of rotation of the rotor 18.1 can be achieved if the sensor structure 21 is provided in the rotor 18.1 over a comparatively larger angular range around the main axis 5, in particular over its entire circumference.
  • the detection device 26 also extends beyond the maximum angle of rotation range of the rotor 18.1 or several, in particular two, detection devices 26, in particular electronic detection devices 26, are provided in the stator 18.2, which extend one behind the other in the circumferential direction around the main axis 5. This is shown as an example in Figure 6, according to which two electronic detection devices 26 are provided.
  • the stator 18.2 further comprises an electronic signal processing device 28 and a signal output 27.
  • the electronic signal processing device 28 is electrically connected to the detection device(s) 26 and the signal output 27, receives signals from the detection device(s) 26 which correspond to the currently detected angle of rotation of the rotor 18.1 with respect to a reference angle, processes these signals and provides corresponding output signals at the signal output 27, which can then be further processed externally.
  • the main bolt 20 has a shaft journal 20.2 standing on the shaft collar 20.1, which passes through the stator 18.2 in the axial direction, i.e. in the direction of the main axis 5. This ensures a secure relative arrangement and guidance of the stator 18.2 radially to the main bolt 20.
  • a design with recesses 10, as shown in Figure 6, also manages without a corresponding shaft journal 20.2.
  • FIGs 2 to 5 show exemplary arrangements of the rotary encoder 18 in or on the dome closure housing 29.
  • a dome closure housing 29 encloses the mechanical components of the dome closure 2 and the uncoupling device 8 and shields them from environmental influences. If the rotary encoder 18 is positioned completely within the dome closure housing 29, the dome closure housing 29 also shields the rotary encoder 18 from environmental influences.
  • the dome closure housing 29 can also be used as a support structure for the stator 18.2 of the rotary encoder 18. This is shown in Figures 2 to 4. According to Figure 2, the stator 18.2 of the rotary encoder 18 is mounted on top of the dome closure housing 29 and encloses the rotor 18.1 radially outward in the circumferential direction. Accordingly, the rotor 18.1, which is supported by a Shaft collar 20.1 with integrated sensor structure 21 is formed, on its radially outer surface the sensor structure 21 shown here only schematically.
  • the rotor 18.1 is designed as an integral part of the main bolt 20, i.e. the encoder structure 21 is formed by the material of the main bolt 20.
  • stator 18.2 is also mounted on top of the dome closure housing 29.
  • the rotary encoder 18 is designed as shown in Figure 6.
  • the rotor 18.1 is formed by the core 4.
  • the stator 18.2 of the rotary encoder 18 is positioned within the dome closure housing 29 and is supported by the dome closure housing 29.
  • the encoder structure 21, which is only indicated schematically, can be provided on a radially outer circumferential surface of the core 4 or on an axial end face of the core 4, depending on the extent to which the stator 18.2 is opposite the rotor 18.1 in the radial direction or axial direction. A diagonal arrangement would also be possible accordingly.
  • the rotor 18.1 can in particular be designed by a sensor structure 21 on a collar 4.1 of the core 4.
  • the core 4 rotates about the main axis 5 relative to the stationary main bolt 20, which is mounted in a fixed position in the dome closure housing 29.
  • the rotary encoder 18 is provided in an interface between the main bolt 20 and the core 4, i.e. radially between the main bolt 20 and the core 4.
  • a encoder structure 21, shown only schematically is again incorporated radially inward into the core 4 and the stator 18.2 is provided radially outward on the main bolt 20 or in a recess in the main bolt 20.
  • an air coupling 13 is provided on top of the dome closure housing 29, which is actuated by the main bolt 20 and has its own air coupling housing 14.
  • the rotary encoder 18, which is only shown schematically here, can be provided in such an air coupling housing 14. Accordingly, the stator 18.2, which is not shown in detail, can be carried by the air coupling housing 14 and the rotor 18.1 can be formed by the main bolt 20.
  • a cover is advantageously provided, which is mounted, for example, on the dome closure housing 29 and covers the stator 18.2 in order to protect it from environmental influences.
  • a particularly robust rotary encoder 18 can be achieved if the stator 18.2 is designed to be potted, with the electronic devices provided therein being embedded in particular in the potting compound.
  • the invention is particularly applicable to automatic train couplings which are designed as Scharfenberg couplings with a coupling cone and a coupling funnel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Automatische Zugkupplung mit einem Kupplungskopf (1), der einen Kuppelverschluss (2) mit Arretierung umfasst, wobei der Kuppelverschluss (2) als Drehverschluss mit einer Kuppelöse (3) und einem Herzstück (4) ausgeführt ist, wobei das Herzstück (4) um eine Hauptachse (5) verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung, die Kuppelöse (3) mit einem ersten Ende (3.1) verdrehbar um eine Kuppelösenachse (6) am Herzstück (4) angeschlossen ist und ein zweites freies Ende (3.2) aufweist, und das Herzstück (4) ein Maul (7) aufweist, das zur Aufnahme eines zweiten Endes (3.2) einer Kuppelöse (3) eines kompatiblen oder gegengleichen Kupplungskopfes (1) angeordnet ist; mit einem Hauptbolzen (20), der sich entlang der Hauptachse (5) erstreckt, wobei das Herzstück (4) drehfest oder drehbar auf dem Hauptbolzen (20) angeordnet ist; gekennzeichnet durch einen Drehwinkelgeber (18), der einen Drehwinkel des Herzstücks (4) um die Hauptachse (5) erfasst.

Description

Automatische Zugkupplung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Zugkupplung mit einem Kupplungskopf, der einen Kuppelverschluss mit Herzstück umfasst, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 .
Gattungsgemäße automatische Zugkupplungen weisen einen Kupplungskopf auf, der einen Kuppelverschluss mit Arretierung umfasst, wobei der Kuppelverschluss als Drehverschluss mit einer Kuppelöse und einem Herzstück, das auch als Hakenscheibe bezeichnet wird, ausgeführt ist, wobei das Herzstück um eine Hauptachse verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung, die Kuppelöse mit einem ersten Ende verdrehbar um eine Kuppelösenachse am Herzstück angeschlossen ist und ein zweites freies Ende aufweist. Das Herzstück weist ein Maul auf, das zur Aufnahme eines entsprechenden zweiten Endes einer Kuppelöse eines gegengleichen oder zumindest kompatiblen Kupplungskopfes angeordnet ist. Damit können zwei gegengleiche Kupplungsköpfe gegeneinander gefahren und über ihre Herzstücke und Kuppelösen mechanisch miteinander verriegelt werden. Eine solche gattungsgemäße Zugkupplung wird beispielsweise in DE 10 2021 132 991 A1 offenbart.
WO 2021/028136 A1 und DE 40 13493 A1 beschreiben weitere gattungsgemäße automatische Zugkupplungen, bei denen weitere Kuppeleinrichtungen, hier eine elektrische Kabelkupplung und eine Luftkupplung, mechanisch mit dem Kuppelverschluss verbunden sind. Auch DE 10 2016 104 188 A1 beschreibt das gleichzeitige Kuppeln einer Hydraulik- und/oder Pneumatik-ZLuftkupplung mit der mechanischen Mittelpufferkupplung.
Um bei den vorgenannten automatischen Zugkupplungen sicher feststellen zu können, ob sich die mechanische Kupplung im gekuppelten Zustand oder entkuppelten Zustand befindet, werden Positionssensoren vorgeschlagen, die eine einzelne bestimmte Verdrehposition des Hauptbolzens sicher erfassen. Dabei können auch zwei in der Verdrehrichtung des Hauptbolzens um eine Hauptachse hintereinander angeordnete Positionssensoren vorgesehen sein, von denen einer die gekuppelte Stellung und der andere die entkuppelte Stellung erfasst, sodass diese beiden Positionssensoren demnach immer zueinander konträre Signale liefern, um dadurch eine Redundanz zu schaffen. Die Positionssensoren können beispielsweise mit Nocken an einer Verlängerung des Hauptbolzens Zusammenarbeiten.
Aus DE 10 2019 101 996 A1 ist eine Anordnung eines Gebers, welcher sich entlang eines vorgegebenen schmalen Winkelbereiches in Drehrichtung über die Oberfläche des Hauptbolzens erstreckt, beschrieben, dem ein Induktivaufnehmer in der Kuppelstellung des Hauptbolzens mit einer Aufnahmefläche unmittelbar radial gegenüber steht.
Nachteilig bei den bekannten automatischen Zugkupplungen mit Positionssensoren zur Erfassung der gekuppelten Stellung und entkuppelten oder kuppelbereiten Stellung ist, dass in der Regel zwei Positionssensoren benötigt werden und trotzdem nur erfasst werden kann, ob sich der Kuppelverschluss entweder in der gekuppelten oder in der entkuppelten Stellung befindet. Wie in DE 10 2021 132 991 A1 beschrieben wird, können in einem solchen Kuppelverschluss neben der gekuppelten Stellung und entkuppelten Stellung jedoch auch weitere Verdrehstellungen vorgesehen sein, in denen der Kuppelverschluss beziehungsweise dessen Herzstück gehalten wird. Insbesondere kann ein solches Herzstück über die entkuppelte Stellung oder gekuppelte Stellung hinaus in eine überzogene Stellung verdreht werden oder in einer Zwischenstellung zwischen der entkuppelten Stellung und der gekuppelten Stellung gehalten werden. Dabei kann es erforderlich sein, das Herzstück exakt in einer vorgegebenen Verdrehposition zu halten, beispielsweise in einer sogenannten Pufferstellung, also eine Position, bei der der Kuppelverschluss dauerhaft geöffnet gehalten wird. Wenn eine solche Verdrehposition von der Kuppelposition und der Entkuppelposition abweicht, kann diese Position herkömmlich mit den Positionssensoren nicht ausreichend erfasst werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Zugkupplung anzugeben, bei welcher die Stellung des Kuppelverschlusses besser als bisher überwacht werden kann. Dabei soll eine exakte Erfassung der Verdrehposition des Herzstücks in verschiedenen, insbesondere mehr als zwei, Verdrehstellungen möglich sein beziehungsweise eine kontinuierliche Erfassung des Verdrehwinkels des Herzstücks ermöglicht werden, wobei die Erfassung zuverlässig arbeitet, robust ist und der Fertigungsaufwand gering ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine automatische Zugkupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße automatische Zugkupplung weist einen Kupplungskopf auf, der einen Kuppelverschluss mit Arretierung umfasst, wobei der Kuppelverschluss als Drehverschluss mit einer Kuppelöse und einem Herzstück ausgeführt ist, wobei das Herzstück um eine Hauptachse verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung, die Kuppelöse mit einem ersten Ende verdrehbar um eine Kuppelösenachse am Herzstück angeschlossen ist und ein zweites freies Ende aufweist, und wobei das Herzstück ein Maul aufweist, das zur Aufnahme eines zweiten Endes einer Kuppelöse eines gegengleichen Kupplungskopfes angeordnet ist. Die automatische Zugkupplung umfasst einen Hauptbolzen, der sich entlang der Hauptachse erstreckt und das Herzstück ist entweder drehfest oder drehbar auf dem Hauptbolzen angeordnet.
Erfindungsgemäß ist ein Drehwinkelgeber in der automatischen Zugkupplung vorgesehen, der einen Drehwinkel des Herzstücks um die Hauptachse erfasst.
Mit einem solchen Drehwinkelgeber, der auch als Drehgeber oder Winkellagegeber bezeichnet wird, können nicht nur einzelne Positionen um eine Drehachse erfasst werden, sondern das Ausmaß der Verdrehung ausgehend von einer ersten Verdrehposition um die Hauptachse, also der Winkel, um den sich das Herzstück um die Hauptachse verdreht hat. Die Erfassung des Drehwinkels erfolgt dabei bevorzugt kontinuierlich, das heißt ohne Unterbrechung um die Hauptachse. Beispielsweise kann der Drehwinkel ausgehend von einer Referenzposition bei 0° bis zu einem maximalen Drehwinkel, der bevorzugt mehr als 45° beträgt, erfasst werden. Insbesondere beträgt der maximale Drehwinkel 180 ° oder 90°. Die Verdrehung des Herzstücks kann entsprechend auf den maximalen Drehwinkel oder weniger begrenzt sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung weisen der Hauptbolzen und/oder das Herzstück zur Ausbildung eines Rotors des Drehwinkelgebers eine Geberstruktur auf, die unmittelbar in ein Material des Hauptbolzens und/oder des Herzstücks eingebracht ist und einer Erfassungseinrichtung in einem Stator des Drehwinkelgebers gegenübersteht. Der Rotor ist somit unmittelbar durch den Hauptbolzen oder durch das Herzstück gebildet, das heißt nicht als separates Bauteil am Hauptbolzen oder Herzstück angeschlossen sein, sondern integral mit diesem ausgeführt.
In einer zur integralen Ausführung der Geberstruktur an Hauptbolzen oder Herzstück alternativen Ausführung umfasst der Drehwinkelgeber einen um die Hauptachse verdrehbaren Rotor und einen Stator. Der Rotor ist in einer ersten Ausbildung drehfest mit dem Hauptbolzen und in einer zweiten Ausbildung mitnahmefest mit dem Herzstück verbunden, insbesondere ortsfest auf dem Hauptbolzen oder ortsfest auf dem Herzstück montiert, sodass er sich zusammen mit dem Hauptbolzen beziehungsweise dem Herzstück verdreht. Bezüglich der Ausbildung der Verbindung bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Denkbar ist beispielsweise ein Stoffschluss oder aber auch Formschluss.
Wenn der Rotor als gesondertes Bauteil auf dem Herzstück oder dem Hauptbolzen angeordnet ist, bietet dies den Vorteil, dass Hauptbolzen oder Herzstück keiner Bearbeitung zur Ausbildung des Rotors bedürfen. Allerdings erfordert dies eine exakte Positionierung bei der Montage des Rotors. Ferner besteht die Gefahr einer Relativverschiebung des Rotors gegenüber dem Herzstück oder dem Hauptbolzen aufgrund von Umwelteinflüssen, wie Erschütterungen, Schwingungen, Fliehkräften oder Beschleunigungskräften und dergleichen. Gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher die Geberstruktur unmittelbar in das Material des Hauptbolzens oder des Herzstücks eingebracht werden, beispielsweise in Form einer definierten Störgeometrie, die entsprechend von einer Erfassungseinrichtung im gegenüberstehenden Stator erfasst werden kann.
Besonders bevorzugt ist der Drehwinkelgeber als Absolutgeber ausgeführt, im Unterschied zu einem Inkrementalgeber, da ein Absolutgeber nicht initialisiert werden muss.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der automatischen Zugkupplung ist das Herzstück drehfest an dem sich entlang der Hauptachse erstreckenden Hauptbolzen angeschlossen. Somit dreht sich das Herzstück immer zusammen mit dem Hauptbolzen, sodass gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Drehwinkel des Hauptbolzens mit dem Drehwinkelgeber unmittelbar erfasst wird. Entsprechend kann dann die Geberstruktur unmittelbar in das Material des Hauptbolzens eingebracht sein.
Alternativ kann auch der Drehwinkel eines Herzstücks erfasst werden, das sich auf einem ortsfesten Hauptbolzen verdreht. Dann kann die Geberstruktur unmittelbar in das Material des Herzstücks eingebracht sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stehen sich der Rotor und der Stator des Drehwinkelgebers in Richtung der Hauptachse gegenüber. Damit wird ein in Radialrichtung besonders geringer zusätzlicher Bauraum gefordert.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung stehen sich der Rotor und der Stator des Drehwinkelgebers in der Radialrichtung zur Hauptachse oder schräg zur Hauptachse gegenüber, um entsprechend einen kleinen Raum in der Axialrichtung zu belegen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Hauptbolzen einen einen Wellenbund, insbesondere ringförmig um die Hauptachse verlaufenden integralen Wellenbund, der die Geberstruktur aufweist bzw. die Geberstruktur ausbildet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Hauptbolzen einen Wellenbund, insbesondere einen ringförmig um die Hauptachse verlaufenden Wellenbund an welchem der Rotor bzw. die Geberstruktur anliegt oder mit diesem verbunden ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der der Rotor durch das Herzstück ausgebildet wird, kann das Herzstück einen Bund aufweisen, der die Geberstruktur aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Geberstruktur in Umfangsrichtung um die Hauptachse mit Abstand zueinander angeordnete Aussparungen auf. Solche Aussparungen können insbesondere materialumformend in den Hauptbolzen oder das Herzstück eingearbeitet werden. Damit entfällt jegliche Anforderung an eine Rotorbefestigung und die Gefahr einer Relativverlagerung des Rotors während des Betriebs der Zugkupplung wird ausgeschlossen.
Besonders bevorzugt umfasst der Stator eine Erfassungseinrichtung, insbesondere elektronische Erfassungseinrichtung, zur Erfassung des aktuellen Drehwinkels des Rotors und einen Signalausgang zur Ausgabe von Drehwinkelsignalen in Abhängigkeit des erfassten aktuellen Drehwinkels des Rotors. Der Rotor kann frei von jeglichen mit elektrischer Energie zu versorgenden Bauteilen für die Drehwinkelerfassung sein. Der Stator kann entsprechend eine eigene Energieversorgung oder einen Anschluss für eine Energieversorgung aufweisen.
Bevorzugt umfasst der Stator eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung, die mit der Erfassungseinrichtung und dem Signalausgang verbunden ist, um von der Erfassungseinrichtung empfangene Signale zu verarbeiten und in Abhängigkeit hiervon die Drehwinkelsignale an dem Signalausgang zur Verfügung zu stellen. Die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung kann entsprechend von der integrierten Energieversorgung oder über den Anschluss zur Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden.
Bei dem an dem Signalausgang anliegenden Signal kann es sich um ein digitales Signal oder ein analoges Signal handeln. Beispielsweise ist der Stator mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung ausgestattet, die über eine CAN- Schnittstelle verfügt und den Signalausgang ausbildet. Auch andere Datenprotokolle beziehungsweise Datenschnittstellen sind möglich.
Die am Signalausgang anliegenden Signale können über eine CPU ausgewertet und weiterverarbeitet werden. Eine solche CPU kann sich an der Zugkupplung oder auch am oder im Wagen befinden, der mit der automatischen Zugkupplung ausgestattet ist. Als Verbindung mit dem Signalausgang zur Ansteuerung und/oder Datenkommunikation können bevorzugt geschirmte Kabel vorgesehen sein.
Der Drehwinkelgeber, insbesondere sowohl der Rotor als auch der Stator, sollten bevorzugt mit einem Gehäuse gegen Umgebungseinflüsse geschützt werden, wobei sie entweder ein eigenes Gehäuse aufweisen oder allein durch wenigstens ein ohnehin in der Zugkupplung oder an der Zugkupplung vorhandenes Gehäuse geschützt werden. Rotor und Stator können in einem gemeinsamen Gehäuse oder verschiedenen Gehäusen installiert sein, die dann bevorzugt fest miteinander verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kupplungskopf ein Kuppelverschlussgehäuse, welches das Herzstück umschließt und in dem das Herzstück gelagert ist, und der Drehwinkelgeber ist innerhalb des Kuppelverschlussgehäuses positioniert und wird von diesem umschlossen. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass auf dem Kuppelverschlussgehäuse eine Luftkupplung mit einem Luftkupplungsgehäuse angeordnet ist und der Drehwinkelgeber zumindest teilweise innerhalb des Luftkupplungsgehäuses oder am Luftkupplungsgehäuse angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Drehwinkelgeber außerhalb des Kuppelverschlussgehäuses positioniert, zum Beispiel in einem eigenen Gehäuse oder abgeschirmt mit einer Abdeckung.
Vorteilhaft ist der Drehwinkelgeber außerhalb des Kraftflusses zwischen einem Antrieb zum Entkuppeln des Kuppelverschlusses und dem Herzstück vorgesehen. Damit wird eine mechanische Schwächung des Entkuppelantriebs vermieden.
Wenn die Geberstruktur auf einem Wellenbund des Hauptbolzens vorgesehen ist, so ist bevorzugt der Wellenbund außerhalb des Kraftflusses durch den Hauptbolzen positioniert. Beispielsweise ist der Wellenbund im Bereich eines axialen Endes des Hauptbolzens angeordnet, das entlang der Hauptachse oberhalb oder unterhalb des Herzstücks positioniert ist und frei von krafteinleitenden Anschlüssen ist.
Der Hauptbolzen kann ein- oder mehrteilig sein. Bei einer mehrteiligen Gestaltung weist er insbesondere in Richtung der Hauptachse mehrere, zum Beispiel zwei, hintereinander angeordnete Abschnitte auf, die drehfest aneinander angeschlossen sind.
Besonders bevorzugt ist auf dem Wellenbund ein Wellenzapfen angeordnet, der in den Stator axial eingreift oder den Stator durchgreift. Damit kann eine besonders gute radiale Führung des Stators auf dem Hauptbolzen erreicht werden.
Bei einem relativ zum Hauptbolzen verdrehbaren Herzstück kann der Drehwinkelgeber in der Schnittstelle zwischen Herzstück und Hauptbolzen positioniert sein, beispielsweise mit dem Stator in einer Aussparung des Hauptbolzens oder auf dem äußeren Umfang des Hauptbolzens. Die
Geberstruktur ist dann entsprechend radial innen im Herzstück vorgesehen.
Gemäß einer besonders leicht umzusetzenden Lösung, die ohne großen Eingriff in die Kuppelmechanik möglich ist, ist der Drehwinkelgeber außerhalb des Kuppelverschlussgehäuses am Hauptbolzen angeordnet, insbesondere oberhalb des Kuppelverschlussgehäuses. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Drehwinkelgeber bevorzugt an einem freien Ende des Hauptbolzens angeordnet, über welches keine Betriebskraft beim Entkuppeln des Kuppelverschlusses eingeleitet wird. Vielmehr kann eine Betriebskrafteinleitung unterhalb des Drehwinkelgebers in den Hauptbolzen erfolgen.
Insbesondere, wenn der Hauptbolzen bis über das Kuppelverschlussgehäuse hinaus verlängert ist, kann er mehrteilig ausgeführt sein. Das ist jedoch nicht zwingend.
Gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform der Erfindung ist/sind der Hauptbolzen und/oder das Herzstück um maximal oder weniger als 180° um die Hauptachse verdrehbar und die Geberstruktur erstreckt sich um mehr als 180° um die Hauptachse. Insbesondere erstreckt sich die Geberstruktur vollumfänglich um die Hauptachse. Wenn sich nun die wenigstens eine Erfassungseinrichtung in Umfangsrichtung um die Hauptachse über einen größeren Winkelbereich erstreckt, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollumfänglich, als der Hauptbolzen und/oder das Herzstück um die Hauptachse verdrehbar ist/sind, kann eine redundante Erfassung des Verdrehwinkels des Hauptbolzens und/oder des Herzstücks erreicht werden.
Bei einer Ausführungsform, bei der der Rotor am Herzstück anliegt oder durch das Herzstück ausgebildet wird, kann das Herzstück einen Bund aufweisen, an welchem der Rotor anliegt oder eine Gebermarkierung und/oder Geberstruktur anliegt. Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten automatischen Zugkupplung;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgeführten automatischen Zugkupplung;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung mit veränderter Positionierung des Drehwinkelgebers;
Figur 4 eine weitere mögliche Positionierung eines Drehwinkelgebers in einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung;
Figur 5 eine Positionierung eines Drehwinkelgebers in einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung mit ortsfestem Hauptbolzen;
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für die Integration des Rotors des Drehwinkelgebers in den Hauptbolzen;
Figur 7 eine Draufsicht auf ein geöffnetes Kuppelverschlussgehäuse einer erfindungsgemäßen automatischen Zugkupplung;
Figur 8 eine erfindungsgemäße automatische Zugkupplung mit Anordnung des Drehwinkelgebers im Gehäuse einer Luftkupplung;
Figur 9a eine erfindungsgemäße automatische Zugkupplung in der gekuppelten Stellung; Figur 9b die automatische Zugkupplung aus der Figur 9a in der entkuppelten Stellung;
Figur 9c die automatische Zugkupplung aus den Figuren 9a, 9b in der kuppelbereiten Stellung.
In der Figur 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zugkupplung mit einem Kupplungskopf 1 gezeigt, der einen Kuppelverschluss 2 mit Arretierung umfasst. Der Kuppelverschluss 2, der als Drehverschluss ausgeführt ist, umfasst eine Kuppelöse 3 und ein Herzstück 4. Das Herzstück ist um die Hauptachse 5 verdrehbar zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung und gegebenenfalls darüber hinaus in eine sogenannte überzogene Stellung.
Die Kuppelöse 3 weist ein erstes Ende 3.1 auf, mit dem sie verdrehbar um eine Kuppelösenachse 6 am Herzstück angeschlossen ist, und ein zweites freies Ende 3.2, das entsprechend beim Kuppeln der Zugkupplung beziehungsweise des Kuppelverschlusses 2 mit einem gegengleichen Kuppelverschluss in das Maul 7 des Herzstücks 4 des gegengleichen Kupplungskopfes 1 eingreift. Entsprechend greift das freie Ende 3.2 der Kuppelöse 3 des gegengleichen Kupplungskopfes 1 in das hier gezeigte Maul 7 des Herzstücks 4 ein.
Im Kupplungskopf 1 oder am Kupplungskopf 1 ist ein Drehwinkelgeber 18 vorgesehen, der den Drehwinkel des Herzstücks 4 um die Hauptachse 5 erfasst. Der Drehwinkelgeber 18 weist einen Rotor 18.1 und einen Stator 18.2 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Herzstück 4 drehfest am Hauptbolzen 20 angeschlossen, sodass der Rotor 18.1 durch den Hauptbolzen 20 gebildet werden kann und der Stator 18.2 nahe dem Rotor 18.1 stationär gehalten werden kann. Wenn hingegen das Herzstück 4 sich um den Hauptbolzen 20 dreht, so kann der Hauptbolzen 20 auch den Stator 18.2 aufnehmen und der Rotor 18.1 kann dem Stator 18.2 gegenüberstehend durch das Herzstück 4 gebildet werden. Mit dem Drehwinkelgeber 18 kann die Verdrehung des Hauptbolzens 20 und/oder des Herzstücks 4 über einem vorgegebenen Winkelbereich exakt erfasst werden, wobei nicht nur einzelne Endpositionen in diesem Winkelbereich erfasst werden können, sondern auch der Drehwinkel zwischen den Endpositionen. Die Anordnung des Drehwinkelgebers 18 kann dabei variabel gewählt werden, je nachdem, ob der Drehwinkelgeber 18 unmittelbar im Bereich des mechanischen Kuppelverschlusses 2 positioniert werden soll, insbesondere innerhalb eines Kuppelverschlussgehäuses 29, wie dieses in den Figuren 1 bis 5 und 7 bis 9 dargestellt ist, oder außerhalb von diesem.
Im Kuppelverschlussgehäuse 29 ist der Hauptbolzen 20 gelagert und das Kuppelverschlussgehäuse 29 umschließt das Herzstück 4. Am vorderen Ende des Kuppelverschlussgehäuses 29 ist eine Stirnplatte 22 angeschlossen, die den Kupplungskegel 24 und den Kupplungstrichter 25 umschließt. Kupplungskegel 24 und Kupplungstrichter 25 sind die üblichen Bestandteile einer automatischen Zugkupplung des Typs Scharfernberg. Beim Kuppeln von zwei gegengleichen Zugkupplungen werden Kupplungskegel 24 und Kupplungstrichter 25 paarweise zusammengefügt, sodass die Stirnplatten 22 und damit die Kupplungsköpfe 1 relativ zueinander zentriert werden, wobei gleichzeitig die Kuppelösen 3 in die Mäuler 7 der Herzstücke 4 eintauchen, die Herzstücke 4 um die Hauptachse 5 verdrehen, sodass die Kuppelösen 3 und die Herzstücke 4 zugfest aneinander verriegelt werden.
Zum Entkuppeln wird die Entkuppeleinrichtung 8 betätigt, die einen Motor 9 umfasst, der über eine Triebverbindung, beispielsweise aber nicht zwingend ein Winkelgetriebe, am Herzstück 4 angeschlossen ist.
In den Figuren 9a bis 9c ist beispielsweise der Kupplungskopf 1 mit dem Kuppelverschluss 2 in drei verschiedenen Stellungen gezeigt, wobei sich diese Stellungen durch die Verdrehposition des Herzstücks 4 um die Hauptachse 5 voneinander unterscheiden. In der Figur 9a nimmt das Herzstück 4 die gekuppelte Stellung ein, in der Figur 9b die entkuppelte Stellung und in der Figur 9c eine kuppelbereite Stellung, die hier gegenüber der entkuppelten Stellung um einen vergleichsweise kleinen Winkel in Richtung der gekuppelten Stellung verdreht ist.
Bei der gekuppelten Stellung gemäß der Figur 9a, bei welcher sich das Herzstück 4 in der gezeigten Draufsicht in der maximal gegen den Uhrzeigersinn verdrehten Position befindet und die gekuppelte Stellung einnimmt, ist das Maul 7 vergleichsweise weit innen im Kupplungskopf 1 hinter der Stirnplatte 22 angeordnet. In das Maul 7 ist der hier nicht dargestellte Riegel am zweiten Ende 3.2 der nicht dargestellten Kuppelöse 3 eines gegengleichen Kupplungskopfes 1 eingehakt. Um nun die Zugkupplung zu entkuppeln, das heißt in die in der Figur 9b gezeigte entkuppelte Stellung zu bewegen, wird das Herzstück 4 soweit um die Hauptachse 5 verdreht, dass sich das Maul 7 in seiner vordersten Position befindet, die nur vergleichsweise geringfügig hinter der Stirnplatte 22 angeordnet ist. Diese Verdrehung wird, wie dargelegt, mit der Entkuppeleinrichtung 8 bewirkt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Entkuppeleinrichtung 8 ein mit dem Motor 9 um eine Drehachse 15 verdrehbares Drehglied in Form eines Drehhebels 16, der am Herzstück 4 angeschlossen ist, um dieses zu verdrehen. Der Drehhebel 16 kann direkt am Herzstück 4 angeschlossen sein, oder, wie hier exemplarisch dargestellt ist, über wenigstens ein Zwischenstück 17, das gelenkig am Drehhebel 16 und am Herzstück 4 angeschlossen ist.
Um den Drehhebel 16 um die Drehachse 15 zu verdrehen, ist ein Mitnehmer 19 vorgesehen, der vom Motor 9 um die Drehachse 15 verdreht wird. Der Mitnehmer 19 greift mit wenigstens einer Anschlagfläche am Drehhebel 16 an, um mit diesem am Herzstück 4, hier beispielhaft über das Zwischenstück 17, in Tangentialrichtung zur Hauptachse 5 zu ziehen, sodass das Herzstück 4 in die entkuppelte Stellung, die in der Figur 9b gezeigt ist, verdreht wird. Anschließend kann der Motor 9 den Mitnehmer 19 wieder, im Wesentlichen kraftfrei, in die Ausgangsstellung zurückfahren, damit der Mitnehmer 19 eine spätere Verdrehung des Herzstücks 4 in die Kuppelstellung nicht behindert, wenn der gegengleiche Kupplungskopf 1 an die Stirnplatte 22 angefahren wird. Bei dieser Rückfahrbewegung des Mitnehmers 19 dreht sich auch das Drehglied, hier der Drehhebel 16, solange zurück, gemeinsam mit dem Herzstück 4, bis sich das Herzstück 4 in der kuppelbereiten Stellung befindet, in welcher die am Herzstück 4 angeschlossene Klinkenstange 12 in ihrer Raststellung einrastet. Das Zurückdrehen des Herzstücks 4 wird durch den Federspeicher 23, der am Herzstück 4 angeschlossen ist, bewirkt. Beim Verdrehen des Herzstücks 4 aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung wird dieser Federspeicher 23 gespannt.
In ihrer Raststellung verhindert die Klinkenstange 12, dass sich das Herzstück 4 weiter in Richtung der gekuppelten Stellung bewegt und damit die kuppelbereite Stellung verlässt. Diese Situation in der kuppelbereiten Stellung ist in der Figur 9c gezeigt.
Beim erneuten Kuppeln wird die Raststellung der Klinkenstange 12 durch Betätigen des Stempels 11 gelöst, wobei der Stempel 11 durch einen Kupplungskegel 24 des gegengleichen Kupplungskopfes 1 betätigt wird. Der Kupplungskegel 24 taucht entsprechend in einen sogenannten Kupplungstrichter durch die Stirnplatte 22 ein.
Bei der in der Figur 9c gezeigten kuppelbereiten Stellung kann der Mitnehmer 19 weiter rückwärts gedreht werden, das heißt in die Richtung, in die er beim Verbringen des Herzstücks 4 aus der entkuppelten Stellung in die kuppelbereite Stellung verdreht wird, ohne dass er hierbei das Drehglied, hier den Drehhebel 16, mitnimmt. Entsprechend ist zwischen dem Mitnehmer 19 und dem Drehglied ein Drehspiel vorgesehen, das ausgenutzt werden kann, um mit dem Mitnehmer 19 einen wahlweise betätigbaren, nicht näher dargestellten Verriegelungsmechanismus, zu aktivieren. Ein solcher wahlweise betätigbarer Verriegelungsmechanismus kann zum Beispiel in der entkuppelten Stellung und/oder der kuppelbereiten Stellung des Herzstücks aktivierbar sein, um eine Drehung des Herzstücks bei gelöster Arretierung des Kuppelverschlusses aus der entkuppelten Stellung und/oder der kuppelbereiten Stellung in die gekuppelte Stellung zu blockieren, um eine Stoßbelastung der Entkuppeleinrichtung 8, insbesondere von deren Motor 9, zu verhindern, wenn sich die automatische Kupplung in der entkuppelten Stellung oder kuppelbereiten Stellung befindet und auf eine gegengleiche Zugkupplung, die sich in der gekuppelte Stellung befindet, auftrifft.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Drehgebers 18 kann jede der genannten Stellungen mit dem Drehgeber 18 exakt und sicher überwacht werden. Weil dabei insbesondere nur ein Drehwinkel von maximal 90° überwacht werden muss, kann eine vergleichsweise grobe und robuste Geberstruktur 21 am Rotor 18.1 verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur 6 gezeigt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 6 wird der Rotor 18.1 des Drehgebers 18 unmittelbar durch das Material des Hauptbolzens 20 gebildet. In einem Wellenbund 20.1 des Hauptbolzens 20 ist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Hauptachse 5 hintereinander und mit Abstand zueinander angeordnete Aussparungen 10 vorgesehen, welche eine Geberstruktur 21 direkt am Hauptbolzen 20 ausbilden, die von einer Erfassungseinrichtung 26 im Stator 18.2 detektiert wird, um den aktuellen Drehwinkel des Rotors 18.1 beziehungsweise das Verdrehen des Rotors 18.1 zu erfassen. Weil sich der Rotor 18.1 nur über einen begrenzten Winkelbereich um die Hauptachse 5, beispielsweise von maximal 90°, verdreht, kann, wenn die Geberstruktur 21 entsprechend über einem vergleichsweise größeren Winkelbereich um die Hauptachse 5 im Rotor 18.1 vorgesehen ist, insbesondere vollumfänglich, eine redundante Erfassung des aktuellen Drehwinkels des Rotors 18.1 erreicht werden. Hierfür erstreckt sich auch die Erfassungseinrichtung 26 über den maximalen Drehwinkelbereich des Rotors 18.1 hinaus oder es sind entsprechend mehrere, insbesondere zwei, Erfassungseinrichtungen 26, insbesondere elektronische Erfassungseinrichtungen 26, im Stator 18.2 vorgesehen, die sich in Umfangsrichtung um die Hauptachse 5 hintereinander erstrecken. Dies ist exemplarisch in der Figur 6 gezeigt, gemäß welcher zwei elektronische Erfassungseinrichtungen 26 vorgesehen sind. Der Stator 18.2 weist ferner eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung 28 und einen Signalausgang 27 auf. Die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung 28 ist mit der oder den Erfassungseinrichtungen 26 und dem Signalausgang 27 elektrisch leitend verbunden, empfängt Signale von der oder den Erfassungseinrichtungen 26, welche dem aktuell erfassten Drehwinkel des Rotors 18.1 gegenüber einem Referenzwinkel entsprechen, verarbeitet diese Signale und stellt entsprechende Ausgangssignale am Signalausgang 27 zur Verfügung, die dann extern weiterverarbeitet werden können.
Der Hauptbolzen 20 weist einen auf dem Wellenbund 20.1 stehenden Wellenzapfen 20.2 auf, der den Stator 18.2 in der Axialrichtung, das heißt in Richtung der Hauptachse 5, durchgreift. Dadurch kann eine sichere relative Anordnung und Führung des Stators 18.2 radial zum Hauptbolzen 20 gewährleistet werden. Eine Ausgestaltung mit Aussparungen 10, wie in der Figur 6 dargestellt, kommt jedoch auch ohne einen entsprechenden Wellenzapfen 20.2 aus.
In den Figuren 2 bis 5 sind beispielhafte Anordnungen des Drehwinkelgebers 18 im oder am Kuppelverschlussgehäuse 29 dargestellt. Ein solches Kuppelverschlussgehäuse 29 umschließt, wie sich besonders aus der Figur 7 ergibt, die mechanischen Bauteile des Kuppelverschlusses 2 und der Entkuppeleinrichtung 8 und schirmt diese vor Umwelteinflüssen ab. Wenn der Drehwinkelgeber 18 vollständig innerhalb des Kuppelverschlussgehäuses 29 positioniert ist, schirmt entsprechend das Kuppelverschlussgehäuse 29 auch den Drehwinkelgeber 18 vor Umwelteinflüssen ab.
Das Kuppelverschlussgehäuse 29 kann auch als Tragstruktur für den Stator 18.2 des Drehwinkelgebers 18 verwendet werden. Das ist in den Figuren 2 bis 4 gezeigt. Gemäß der Figur 2 ist der Stator 18.2 des Drehwinkelgebers 18 oben auf dem Kuppelverschlussgehäuse 29 montiert und umschließt den Rotor 18.1 radial außen in Umfangsrichtung. Entsprechend weist der Rotor 18.1 , der durch einen Wellenbund 20.1 mit integrierter Geberstruktur 21 gebildet wird, auf seiner radial äußeren Oberfläche die hier nur schematisch dargestellte Geberstruktur 21 auf.
Der Rotor 18.1 ist als integraler Bestandteil des Hauptbolzens 20 ausgeführt, das heißt die Geberstruktur 21 wird durch das Material des Hauptbolzens 20 gebildet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 ist der Stator 18.2 ebenfalls oben auf dem Kuppelverschlussgehäuse 29 montiert. Der Drehgeber 18 ist dabei, wie in der Figur 6 dargestellt, ausgeführt.
Bei der Figur 4 wird der Rotor 18.1 durch das Herzstück 4 gebildet. Der Stator 18.2 des Drehwinkelgebers 18 ist innerhalb des Kuppelverschlussgehäuses 29 positioniert und wird vom Kuppelverschlussgehäuse 29 getragen. Die nur schematisch angedeutete Geberstruktur 21 kann auf einer radial äußeren Umfangsfläche des Herzstücks 4 oder auf einer axialen Stirnseite des Herzstücks 4 vorgesehen sein, je nachdem, in wieweit der Stator 18.2 dem Rotor 18.1 in Radialrichtung oder Axialrichtung gegenübersteht. Auch eine diagonale Anordnung wäre entsprechend möglich.
Der Rotor 18.1 kann insbesondere durch eine Geberstruktur 21 auf einem Bund 4.1 des Herzstücks 4 ausgeführt sein.
Bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 5 verdreht sich das Herzstück 4 um die Hauptachse 5 relativ zum stationären Hauptbolzen 20, der ortsfest im Kuppelverschlussgehäuse 29 gelagert ist. Der Drehwinkelgeber 18 ist in einer Schnittstelle zwischen Hauptbolzen 20 und Herzstück 4, das heißt radial zwischen Hauptbolzen 20 und Herzstück 4, vorgesehen. Beispielsweise ist wiederum eine nur schematisch dargestellte Geberstruktur 21 radial innen in das Herzstück 4 eingearbeitet und der Stator 18.2 ist radial außen auf dem Hauptbolzen 20 oder in einer Aussparung im Hauptbolzen 20 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 8 ist oben auf dem Kuppelverschlussgehäuse 29 eine Luftkupplung 13 vorgesehen, die vom Hauptbolzen 20 betätigt wird und ein eigenes Luftkupplungsgehäuse 14 aufweist. In einem solchen Luftkupplungsgehäuse 14 kann erfindungsgemäß der Drehgeber 18 vorgesehen sein, der hier nur schematisch dargestellt ist. Entsprechend kann der nicht im Einzelnen dargestellte Stator 18.2 vom Luftkupplungsgehäuse 14 getragen werden und der Rotor 18.1 durch den Hauptbolzen 20 gebildet werden.
Bei den Ausgestaltungen, bei denen der Stator 18.2 oben auf dem Kuppelverschlussgehäuse 29 montiert ist, ist vorteilhaft eine Abdeckung vorgesehen, welche zum Beispiel am Kuppelverschlussgehäuse 29 montiert ist und den Stator 18.2 abdeckt, um diesen vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Ein besonders robuster Drehgeber 18 kann erreicht werden, wenn der Stator 18.2 vergossen ausgeführt ist, wobei die in ihm vorgesehenen elektronischen Einrichtungen insbesondere in der Vergussmasse eingebettet sind.
Die Erfindung ist besonders bei automatischen Zugkupplungen, die als Scharfenberg-Kupplung mit einem Kupplungskegel und einem Kupplungstrichter ausgebildet sind, anwendbar.
Bezugszeichenliste
1 Kupplungskopf
2 Kuppelverschluss
3 Kuppelöse
3.1 erstes Ende
3.2 zweites Ende
4 Herzstück
4.1 Bund
5 Hauptachse
6 Kuppelösenachse
7 Maul
8 Entkuppeleinrichtung
9 Motor
10 Aussparung
11 Stempel
12 Klinkenstange
13 Luftkupplung
14 Luftkupplungsgehäuse
15 Drehachse
16 Drehhebel
17 Zwischenstück
18 Drehwinkelgeber
18.1 Rotor
18.2 Stator
19 Mitnehmer
20 Hauptbolzen
20.1 Wellenbund
20.2 Wellenzapfen
21 Geberstruktur
22 Stirnplatte
23 Federspeicher 24 Kupplungskegel
25 Kupplungstrichter
26 Erfassungseinrichtung
27 Signalausgang 28 Signalverarbeitungseinrichtung
29 Kuppelverschlussgehäuse

Claims

Patentansprüche
1 . Automatische Zugkupplung mit einem Kupplungskopf (1 ), der einen Kuppelverschluss (2) mit Arretierung umfasst, wobei der Kuppelverschluss (2) als Drehverschluss mit einer Kuppelöse (3) und einem Herzstück (4) ausgeführt ist, wobei das Herzstück (4) um eine Hauptachse (5) verdrehbar ist zwischen einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung, die Kuppelöse (3) mit einem ersten Ende (3.1) verdrehbar um eine Kuppelösenachse (6) am Herzstück (4) angeschlossen ist und ein zweites freies Ende (3.2) aufweist, und das Herzstück (4) ein Maul (7) aufweist, das zur Aufnahme eines zweiten Endes (3.2) einer Kuppelöse (3) eines kompatiblen oder gegengleichen Kupplungskopfes (1 ) angeordnet ist; mit einem Hauptbolzen (20), der sich entlang der Hauptachse (5) erstreckt, wobei das Herzstück (4) drehfest oder drehbar auf dem Hauptbolzen (20) angeordnet ist; gekennzeichnet durch einen Drehwinkelgeber (18), der einen Drehwinkel des Herzstücks (4) um die Hauptachse (5) erfasst.
2. Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber (18) einen um die Hauptachse (5) verdrehbaren Rotor (18.1 ) und einen Stator (18.2) umfasst und der Rotor (18.1 ) mit dem Herzstück oder dem Hauptbolzen verbunden, insbesondere ortsfest auf diesen montiert ist oder integral mit dem Herzstück oder dem Hauptbolzen ausgebildet wird.
3. Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbolzen (20) und/oder das Herzstück (4) zur Ausbildung eines Rotors (18.1 ) des Drehwinkelgebers (18) eine Geberstruktur (21 ) aufweist, die unmittelbar in ein Material des Hauptbolzens (20) und/oder des Herzstücks (4) eingebracht ist und einer Erfassungseinrichtung (26) in einem Stator (18.2) des Drehwinkelgebers (18) gegenübersteht.
4. Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Herzstück (4) drehfest an dem Hauptbolzen (20) angeschlossen ist und die Geberstruktur (21 ) unmittelbar in ein Material des Hauptbolzens (20) eingebracht ist, insbesondere von diesem gebildet ist.
5. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18.1) und der Stator (18.2) sich in Richtung der Hauptachse (5) gegenüberstehen oder der Rotor (18.1 ) und der Stator (18.2) sich in Radialrichtung zur Hauptachse (5) oder schräg zur Hauptachse (5) gegenüberstehen.
6. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbolzen (20) einen Wellenbund (20.1 ), insbesondere ringförmig um die Hauptachse verlaufenden Wellenbund aufweist, der die Geberstruktur (21 ) aufweist.
7. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbolzen (20) einen Wellenbund (20.1 ), insbesondere ringförmig um die Hauptachse verlaufenden Wellenbund oder das Herzstück einen Bund (4.1 ) aufweist, an welchem der Rotor (18.1 ) anliegt.
8. Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenbund (20.1) außerhalb eines Kraftflusses durch den Hauptbolzen (20) positioniert ist.
9. Automatische Zugkupplung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenbund (20.1 ) im Bereich eines axialen Endes des Hauptbolzens (20) angeordnet ist, das entlang der Hauptachse (5) oberhalb oder unterhalb des Herzstücks (4) positioniert ist und frei von krafteinleitenden Anschlüssen ist.
10. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, auf dem Wellenbund (20.1 ) ein Wellenzapfen (20.2) angeordnet ist, der in den Stator (18.2) zu dessen radialen Führung auf dem Hauptbolzen (20) axial eingreift oder diesen durchgreift.
11 . Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Herzstück (4) einen Bund (4.1 ) aufweist, der die Geberstruktur (21 ) aufweist.
12. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Geberstruktur (21 ) in Umfangsrichtung um die Hauptachse (5) mit Abstand zueinander angeordnete Aussparungen (10) umfasst.
13. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbolzen (20) und/oder das Herzstück (4) um maximal oder weniger als 180° um die Hauptachse (5) verdrehbar ist/sind und sich die Geberstruktur (21 ) um mehr als 180° um die Hauptachse (5) erstreckt, insbesondere vollumfänglich um die Hauptachse (5) erstreckt.
14. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (18.2) wenigstens eine Erfassungseinrichtung (26), insbesondere elektronische Erfassungseinrichtung (26), zur Erfassung des aktuellen Drehwinkels des Rotors (18.1) und einen Signalausgang (27) zur Ausgabe von Drehwinkelsignalen in Abhängigkeit des erfassten aktuellen Drehwinkels des Rotors (18.1 ) umfasst.
15. Automatische Zugkupplung gemäß den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Erfassungseinrichtung (26) in Umfangsrichtung um die Hauptachse (5) über einen größeren Winkelbereich erstreckt, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollumfänglich, als der Hauptbolzen (20) und/oder das Herzstück (4) um die Hauptachse (5) verdrehbar ist/sind.
16. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (18.2) eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung (28) umfasst, die mit der Erfassungseinrichtung (26) und dem Signalausgang (27) verbunden ist, um von der Erfassungseinrichtung (26) empfangende Signale zu verarbeiten und in Abhängigkeit hiervon die Drehwinkelsignale an dem Signalausgang (27) zur Verfügung zu stellen.
17. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskopf (1 ) ein Kuppelverschlussgehäuse (29) aufweist, welches das Herzstück (4) umschließt und in dem das Herzstück (4) gelagert ist, wobei der Drehwinkelgeber (18) innerhalb des Kuppelverschlussgehäuses (29) positioniert ist und von diesem umschlossen wird.
18. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskopf (1 ) ein Kuppelverschlussgehäuse (29) aufweist, welches das Herzstück (4) umschließt und in dem das Herzstück (4) gelagert ist, wobei auf dem Kuppelverschlussgehäuse (29) eine Luftkupplung (13) mit einem Luftkupplungsgehäuse (14) angeordnet ist und der Drehwinkelgeber (18) zumindest teilweise innerhalb des Luftkupplungsgehäuses (14) oder am Luftkupplungsgehäuse (14) angeordnet ist.
19. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskopf (1 ) ein Kuppelverschlussgehäuse (29) aufweist, welches das Herzstück (4) umschließt und in dem das Herzstück (4) gelagert ist, wobei der Drehwinkelgeber (18) außerhalb des Kuppelverschlussgehäuses (29) positioniert ist.
20. Automatische Zugkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber (18) ein eigenes Drehwinkelgehäuse aufweist, in welchem der Rotor (18.1 ) und der Stator (18.2) positioniert sind.
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