-
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum mechanischen Verbinden und Herstellen einer Fluidverbindung zweier schienengebundener Fahrzeuge, umfassend eine mechanische Zugkupplung und eine Luftkupplung. Die mechanische Zugkupplung ist vorzugsweise als Mittelpufferkupplung, d.h. mit integriertem Energieverzehr, insbesondere Zug- und Stoßeinrichtung ausgebildet. Die Erfindung betrifft ferner eine Luftkupplung zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen schienengebundenen Fahrzeugen.
-
Mechanische Zugkupplungen sind beispielsweise aus
GB 419 590 A und
US 2013/0146558 A1 bekannt. Ausführungen mit Kegel-Trichter-Profil und um eine Hauptachse verdrehbaren Kuppelverschluss sind ferner offenbart in Wikipedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/Scharfenbergkupplung. Die einzelnen Funktionsstellungen der mechanischen Kupplung - entkuppelt, insbesondere entkuppelt überzogene Stellung oder kuppelbereit und gekuppelt - wird durch die Stellung des Kuppelverschlusses charakterisiert.
-
Luftkupplungen finden in Kombination mit mechanischen Zugkupplungen zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen schienengebundenen Fahrzeugen in Kupplungsanordnungen Anwendung, um zusätzlich auch eine Fluidverbindung zwischen den Fahrzeugen herstellen zu können. Eine Luftkupplung ist dabei einem schienengebundenen Fahrzeug zugeordnet und dient beim Zusammenwirken mit einer Gegen-Luftkupplung insbesondere dem Verbinden Fluid- bzw. Druckmittel führender Leitungen.
DE 10 2020 121 079 A1 und
DE 10 2019 121 649 A1 offenbaren automatische Luftkupplungen für ein Schienenfahrzeug. Die Luftkupplung umfasst dazu ein Mundstück zum Ankoppeln der Luftkupplung an eine Gegen-Luftkupplung, einen Druckluftstutzen zum Anschluss der Luftkupplung an ein Schienenfahrzeugdruckluftsystem und einen Mundstück und Druckluftstutzen verbindenden Strömungskanal. Dem Strömungskanal ist eine Ventilanordnung mit einem Ventilantrieb zum Verbringen der Ventilanordnung in eine den Strömungskanal zumindest teilweise freigebende Öffnungsposition und eine den Strömungskanal druckdicht verschließende Schließposition zugeordnet. Zum funktionssicheren Herstellen und Lösen der Verbindung zwischen zwei schienengebundenen Fahrzeugen werden die mechanische Verbindung und die Fluidverbindung hinsichtlich der Herstellung und Aufhebung aufeinander abgestimmt. Bei Vorsehen einer Luftkupplung zur Kopplung der Hauptluftversorgungsleitungen zweier schienengebundener Fahrzeuge ist die Herstellung der Verbindung mit der Herstellung der mechanischen Verbindung gekoppelt werden. Die Stellung der Ventileinrichtung bezogen auf die einzelnen Stellungen der mechanischen Zugkupplung ist dabei maßgeblich für die Realisierung der Bremsfunktion. Im Einzelnen ist dazu der Kuppelverschluss wenigstens mittelbar mit der Betätigung der Luftkupplung, insbesondere der einer Hauptluftleitung für die Versorgung eines Bremssystems zugeordneten und insbesondere eine Ventilanordnung umfassenden Stelleinrichtung in Wirkverbindung verbringbar. Bei Ausführungen mit direkter mechanischer Kopplung weist der Ventilantrieb dazu eine Schnittstelle zum zumindest mittelbaren mitnahmefesten Verbinden mit einem Kuppelverschluss einer mechanischen Zugkupplung auf. Damit ist die Betätigung des Hauptluftventils starr an die Verdrehung des Kupplungsverschlusses, der als Drehverschluss ausgeführt ist, gekoppelt. Bei Kopplung mit dem Ventilantrieb ist in der kuppelbereiten Stellung des Kuppelverschlusses der Strömungskanal der Luftkupplung verschlossen, in der gekuppelten Stellung geöffnet. Bei direkter Kopplung des Aktuators bzw. Ventilantriebes der Ventilanordnung mit einem Bauteil des Kuppelverschlusses, insbesondere dem Hauptbolzen des Kuppelverschlusses und bei mitnahmefester Anbindung des Herzstückes an diesen dreht der Hauptbolzen beim Kuppeln in die gekuppelte Stellung und öffnet die Ventilanordnung. Beim Entkuppeln dreht dieser wieder in die andere Richtung, schließt über den mit diesem gekoppelten Aktuator die Ventilanordnung und verhindert somit einen Druckabfall.
-
Die mechanisch Zwangskopplung zwischen Verdrehung des Kuppelverschlusses und der Betätigung der Ventilanordnung, insbesondere Hauptluftventil wird inzwischen als nachteilig angesehen. So ist eine größere Flexibilität beim Ansteuern des Hauptluftventils und des Kuppelverschlusses wünschenswert, um in verschiedenen Situationen, beispielsweise beim Rangieren in der Ebene, bei dem der abgetrennte Zugteil angebremst werden soll und der verbleibende Zugteil ohne erforderliche neue Druckerhöhung in der Hauptluftleitung weiterfahren soll, beim Rangieren am Ablaufberg, bei dem der abgetrennte Zugteil nicht gebremst werden soll, bei der Fahrt oder bei einem Kupplungsriss, wo Hauptluftleitung und Hauptluftventil in jeder Situation durchgängig geöffnet bleiben müssen, das Hauptluftventil individuell und optimal anzusteuern. Eine einfache Entkopplung durch Vorsehen von zwei völlig unabhängig voneinander agierenden bzw. angesteuerten und betätigten Einrichtungen - Kuppelverschluss und Hauptluftventil - führt jedoch zu einem unerwünschten erheblichen Bauaufwand und Kostenmehraufwand und bedingt zusätzlich Sicherheitsrisiken, die aufgefangen werden müssen. Insbesondere ist damit bei einem automatischen Kuppeln ein automatisches Öffnen der Hauptluftventile nicht gegeben.
-
Des Weiteren kann es im Überlastfall bei Versagen von im Kraftfluss liegenden Bauteilen zu einem ungewollten Kuppelabriss kommen. Bei einem derartigen Versagen kann es zu irreparablen Schäden durch plastische Verformungen auch angrenzender Bauteilkomponenten der Kuppelverschlussmittel kommen. Um diese zu vermeiden, sind vordefinierte Sollbruchstellen in der Kupplungsanordnung denkbar.
DE 10 2021 107 936 A1 schlägt vor, den Kuppelösenbolzen mit mindestens einer Sollbruchstelle auszustatten. Hierdurch kann der Kuppelösenbolzen ab einer kritischen Scherbelastung entsprechend einer zugeordneten Ansprechkraft kontrolliert versagen, wodurch allerdings die Kuppelverbindung gelöst wird, da das Kräftegleichgewicht über die Kuppelösen aufgehoben wird. Es besteht dann die Gefahr, dass der Kuppelverschluss der geschädigten Kupplung aufgrund der Rückwirkung der noch intakten Kuppelösenverbindung der Gegen-Zugkupplung mit hoher Beschleunigung in die entkuppelte bzw. kuppelbereite Stellung verdreht werden kann. Bei Kopplung zwischen Kuppelverschluss und Betätigung der Ventileinrichtung der Luftkupplung bzw. des Hauptluftleitungsventiles führt dies, anders jedoch als bei einem gewollten Entkuppeln im Stillstand oder geringen Geschwindigkeiten dazu, dass die Ventileinrichtung geschlossen werden könnte und der so aufgetrennte Wagen in Bewegung sich ungebremst weiterbewegen kann, was bei Auftreten eines auslösenden Ereignisses bei höheren Geschwindigkeiten kritisch ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betätigung der Ventilanordnung, insbesondere des Hauptluftventils und des Kuppelverschlusses in einem Kupplungskopf einerseits zu entkoppeln, jedoch zugleich Sicherheitsanforderungen zuverlässig und kostengünstig zu erfüllen. Insbesondere ist, sicherzustellen, dass auch bei einem ungewollten Kupplungsabriss die miteinander vorher verbundenen Wagen sich nicht unkontrolliert auseinanderbewegen können. Des Weiteren soll dies auch bei der Kopplung von Kupplungssystemen unterschiedlicher Hersteller mit nicht einheitlich ausgeführtem definiertem Versagensort, d.h. einer Sollbruchstelle im Kuppelverschluss, welche nicht einheitlich ausgeführt ist, sichergestellt werden.
-
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
-
Die erfindungsgemäße Lösung ist charakterisiert durch eine Kupplungsanordnung zum Herstellen einer mechanischen und einer Fluidverbindung zwischen schienengebunden Fahrzeugen durch Zusammenwirken mit einer Gegen-Kupplungsanordnung, umfassend:
- eine Zugkupplung zum mechanischen Verbinden mit einer Gegen-Zugkupplung der Gegen-Kupplungsanordnung, umfassend einen um eine Hauptachse zwischen unterschiedlichen Funktionsstellungen, insbesondere einer gekuppelten Stellung und einer entkuppelten Stellung verdrehbaren Kuppelverschluss;
- eine Luftkupplung mit einer schaltbaren Ventilanordnung, insbesondere Hauptluftventil, mit dem der Strömungsquerschnitt einer Hauptluftleitung wahlweise in einer geschlossenen Stellung versperrbar und in einer geöffneten Stellung freigebbar ist, wobei
- eine Schaltung des Hauptluftventils aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bei Verdrehung des Kuppelverschlusses zwischen der entkuppelten in die gekuppelte Stellung mechanisch mit der Verdrehung des Kuppelverschlusses gekoppelt ist;
- eine Schaltung des Hauptluftventils aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung in der gekuppelten Stellung des Kuppelverschlusses mechanisch blockiert ist;
- eine Schaltung des Hauptluftventils aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung in der entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses mechanisch freigegeben ist und ein Schließen wahlweise bei separater Ansteuerung /Betätigung des Hauptluftventiles erfolgt.
-
In besonders vorteilhafter Weiterbildung ist die Schaltung der Ventilanordnung, insbesondere des Hauptluftventils aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung im Übergangsbereich beim Übergang des Kuppelverschlusses von der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung mechanisch blockiert.
-
Die Schaltung des Hauptluftventils ist damit im gekuppelten Zustand und auch bis zur entkuppelten Stellung grundsätzlich blockiert und auch in den Zwischenstellungen. In der entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses ist die Schaltung an das gleichzeitige Vorliegen zweier Bedingungen geknüpft - die mechanische Freigabe der Blockierung und das separate Betätigen -manuell oder automatisch - , z.B. Ansteuern (automatisch) der Ventilanordnung, insbesondere des Hauptluftventiles.
-
Unter Schaltung einer Ventilanordnung wird dabei insbesondere die Betätigung der Ventilbauteile zum Öffnen und Freigeben eines Strömungsquerschnittes, insbesondere des Strömungsquerschnittes der Hauptluftleitung verstanden.
-
Die erfindungsgemäße Lösung bietet ein besonders sicheres Schaltverhalten der Ventilanordnung, insbesondere des Hauptluftventils in einem Kupplungskopf einer Zugkupplung unter Berücksichtigung verschiedener Sicherheitsanforderungen und vermeidet zugleich den Aufwand zwei völlig separate Ansteuerungen und Antriebe für das Hauptluftventil und den Kuppelverschluss im Kupplungskopf vorsehen zu müssen. Insbesondere kann bei einem ungewollten Kuppelabriss ein Schließen der Ventilanordnung, insbesondere des Hauptluftventiles sicher ausgeschlossen werden.
-
Insbesondere kann ferner vorteilhaft ausgeschlossen werden, dass bei einem Zug, insbesondere Zugverbund, dessen Schienenfahrzeuge mit erfindungsgemäßen Kupplungsanordnungen aneinander gekuppelt sind, sowohl mechanisch wie auch mit ihren Fluidleitungen, insbesondere Hauptluftleitungen, bei fahrendem Schienenfahrzeugverband das Hauptluftventil in/an einem Kupplungskopf, beispielsweise hinter einer Lokomotive oder Triebwagen, versehentlich geschlossen wird und dadurch die Übermittlung eines Bremssignals oder die Luftversorgung der Bremseinrichtungen blockiert wird. Ein solches Bremssignal beziehungsweise eine Bremsanforderung wird dadurch im Schienenfahrzeugverbund weitergeleitet, dass ein Druckabfall in der Hauptluftleitung von Fahrzeug zu Fahrzeug weitergegeben wird. Ein versehentlich geschlossenes Hauptluftventil an einer Stelle der Hauptluftleitung, mit Ausnahme am Kupplungskopf am freien Ende des Fahrzeugverbunds, das geschlossen sein muss, würde die Ausbreitung des Druckluftabfalls oder die Luftversorgung der Bremseinrichtungen behindern oder unterbinden.
-
Zugleich ist es mit dem erfindungsgemäßen Lösung vorteilhaft möglich, im Rangierbetrieb wahlweise ein Anbremsen nur eines Zugteils, bevorzugt ohne erforderliche Druckabsenkung in der Hauptluftleitung des Gesamtzuges, zu ermöglichen, sowie das Rangieren von Wagen ohne Anbremsen oder Festbremsen, beispielsweise auf einem Ablaufberg.
-
Die Ventilanordnung, insbesondere das Hauptluftventil weist einen Ventilkörper auf, der zum Versperren und Freigeben des Strömungsquerschnitts der Hauptluftleitung bewegbar, insbesondere vorzugsweise wechselseitig translatorisch verschiebbar ist, wobei das Hauptluftventil über einen manuell betätigbaren oder automatisch ansteuerbaren Aktuator schaltbar ist, um das Hauptluftventil von der geöffneten in die geschlossene Stellung zu verbringen. Auch könnten Zwischenstellungen zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung und einer vollständig geöffneten Stellung eingestellt werden.
-
In einer vorteilhaften Ausbildung umfasst die Ventilanordnung, insbesondere das Hauptluftventil einen Federspeicher, der eine Federkraft zum Schalten des Hauptluftventils aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung aufbringt, wobei das Hauptluftventil nur entgegen der Federkraft in die geschlossene Stellung schaltbar ist.
-
In einer vorteilhaften konstruktiven Umsetzung sind dazu ein um die Hauptachse verdrehbarer Mitnehmer zur Schaltung des Hauptluftventils aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bei Verdrehung des Kuppelverschlusses zwischen der entkuppelten in die gekuppelte Stellung, der in einer mechanischen Wirkverbindung zumindest mittelbar am Hauptluftventil, insbesondere dessen Ventilkörper oder einer mit dieser gekoppelten Übertragungseinrichtung angreift, um dieses aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zu verbringen und eine Sperreinrichtung zum mechanischen Blockieren einer Schaltung des Hauptluftventiles aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung, in der gekuppelten Stellung und ggf. im Übergangsbereich von gekuppelter zur entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses, die in einer mechanischen Wirkverbindung zumindest mittelbar am Hauptluftventil, insbesondere dessen Ventilkörper, angreift, um ein Verstellen mechanisch zu blockieren, vorgesehen.
-
Die Funktionen von Mitnehmer und Sperreinrichtung können dabei von
- a) unterschiedlichen und separaten Bauteilen oder
- b) in einer kombinierten Mitnehmer - und Sperreinrichtung bildenden Baueinheit aus zu dieser zusammengefassten Bauteilen oder
- c) an einem integralen Bauteil ausgebildet sein.
-
Die Variante c) stellt dabei eine besonders vorteilhafte Ausbildung dar, da der Abstimmungsaufwand hinsichtlich der einzelnen Funktionen am wenigstens fehlerbehaftet ist.
-
Eine besonders einfach ausgebildete und herstellbare Ausführung sieht ein um die Hauptachse verdrehbares, wenigstens mittelbar an die Verdrehung des Kuppelverschlusses, insbesondere direkt den Kuppelverschluss oder mit einem die Hauptachse beschreibbaren Hauptbolzen mitnahmefest verbundenes und Führungsflächen ausbildendes Kurvenscheibensegment, vorzugsweise eine Kurvenscheibe oder Kulissenführung zum zumindest mittelbaren Zusammenwirken mit dem Ventilkörper bzw. einer mit diesem verbundenen oder an diesem wirksamen Übertragungseinrichtung, insbesondere Stößel bei einer Verdrehung des Kuppelverschlusses vor. Erste Führungsflächen bilden dabei die Sperreinrichtung und dienen damit der mechanischen Blockierung der Schaltung der Ventilanordnung. Die zweiten Führungsflächen übernehmen die Funktion des Mitnehmers und dienen im Zusammenwirken mit dem Ventilkörper bzw. einer mit diesem verbundenen oder an diesem wirksamen Übertragungseinrichtung zum Öffnen der Ventilanordnung.
-
Wenigstens mittelbar Zusammenwirken beinhaltet dabei den direkten Kontakt oder aber über Übertragungseinrichtungen.
-
Die Sperreinrichtung, insbesondere die ersten Führungsflächen sind derart ausgebildet und angeordnet, ein Schalten des Hauptluftventils aus der geöffneten in die geschlossene Stellung durch translatorisches Verschieben des Ventilkörpers zu blockieren. Insbesondere wird der Ventilkörper unabhängig von einer über einen Aktuator an diesem erfolgenden Betätigung durch mechanische Blockierung in der gleichen Position gehalten. Dies erfolgt entweder durch die direkte Abstützung des Ventilkörpers oder eines mit diesem verbundenen und als Übertragungseinrichtung fungierenden Stößels an der ersten Führungsfläche. Die erste Führungsfläche ist dabei derart ausgebildet, als Führungsfläche zum Blockieren einer Bewegung des Ventilkörpers auch im Übergangsbereich zwischen der gekuppelten und der entkuppelten Stellung zu fungieren.
-
Die zweiten, die Funktion des Mitnehmers ausbildenden Führungsflächen sind derart ausgebildet und ausgerichtet, um im direkten Zusammenwirken mit dem Ventilkörper oder einem mit diesem verbundenen Übertragungsglied bei Verdrehung um die Hauptachse in der Richtung, die bei Verdrehung der Verdrehung des Kuppelverschlusses aus der entkuppelten Stellung in die gekuppelte Stellung entspricht, eine Mitnahme und damit Betätigung der Ventilanordnung vom geschlossenen in den geöffneten Zustand zu bewirken.
-
Zwischen zweiten und ersten Führungsflächen ist dabei in einer Verdrehrichtung um die Hauptachse, welche der Drehrichtung der Mitnehmer- und Sperreinrichtung bei Verdrehung des Kuppelverschlusses zwischen der gekuppelten und entkuppelten Stellung entspricht, ein Freiraum vorgesehen. Dieser wird bei Ausbildung als Kurvenscheibensegment durch die Segmentkonturen in Verdrehrichtung um die Hauptachse festgelegt oder bei Ausbildung als Kurvenscheibe durch einen separat vorzusehenden Freiraum an diesem, welcher vorzugsweise durch eine randoffene Aussparung, die gleichzeitig auch die zweiten Führungsflächen mit ausbildet, gebildet.
-
Das Kurvenscheibensegment bzw. die Kurvenscheibe sind dabei derart positioniert, dass in der mit der entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses zusammenfallenden Stellung des Kurvenscheibensegmentes der Ventilkörper oder die mit dieser verbundene bzw. an diesem wirksame Übertragungseinrichtung dem Freiraum gegenübersteht oder in diesen hineinragt. In diesem Zustand ist bei separater Betätigung/Ansteuerung des Aktuators eine Verstellung des Ventilkörpers freigegeben und kann somit erfolgen.
-
In besonders vorteilhafter und einfacher Ausgestaltung sind die ersten Führungsflächen durch einen Radius bezogen auf die Hauptachse beschreibbar und die zweiten Führungsflächen in einem Winkel gegenüber der ersten Führungsfläche ausgerichtet.
-
Bevorzugt ist der Aktuator automatisch und/oder manuell betätigbar.
-
Bezüglich der Ausbildung der Ventilanordnung besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Bevorzugt ist die Ventilanordnung ferngesteuert automatisch und/oder manuell entgegen der Federkraft betätigbar, um den über Federkraft in der geöffneten Stellung gehaltenen Ventilkörper in der entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses bei freigegebener Betätigung aus der Sperrposition in die Freigabeposition zu bewegen. Damit kann in der entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses nur bei Vorliegen einer zusätzlich eingeleiteten Betätigungskraft und damit bei manueller Betätigung oder Ansteuerung des Aktuators das Hauptluftventil geschlossen werden.
-
Die Ventilanordnung, insbesondere das Hauptluftventil ist bevorzugt ferngesteuert schaltbar, zum Beispiel vom Führerstand eines Fahrzeugführers aus.
-
Insbesondere ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, sowie ein Antrieb, der mit der Steuervorrichtung und dem Hauptluftventil zum Schalten des Hauptluftventils gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung mit einer manuell betätigbaren Eingabevorrichtung, beispielsweise im Führerstand des Fahrzeugführers, zur Fernsteuerung des Hauptluftventils gekoppelt, insbesondere verbunden ist und das Schließen des Hauptluftventils durch in der Steuervorrichtung hinterlegte Schaltbedingungen blockiert ist. Beispielsweise wird überwacht, ob das Hauptluftventil am freien Zugende geschlossen ist, bevor das Hauptluftventil im angesteuerten Kupplungskopf geöffnet wird, sodass ein unerwünschter Druckluftverlust über das freie Zugende hinaus vermieden wird.
-
Die Schaltbarkeit kann somit an zusätzliche Bedingungen geknüpft werden.
-
Besonders bevorzugt umfasst das Hauptluftventil gemäß der vorliegenden Erfindung einen Federspeicher, der eine Federkraft zum Schalten des Hauptluftventils aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung aufbringt, wobei das Hauptluftventil nur entgegen der Federkraft in die geschlossene Stellung schaltbar ist. Damit wird eine zusätzliche Sicherheit geschaffen, dass sich das Hauptluftventil nicht ungewollt in der geschlossenen Stellung befindet.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden. Es zeigen:
- Figur 1a
- zeigt eine kombinierte Mitnehmer- und Sperreinrichtung;
- Figuren 1b und 1c
- zeigen mögliche Ausbildungen einer Mitnehmer- und Sperreinrichtung in einer Ansicht von oben;
- Figuren 2a bis 2e
- verdeutlichen das Zusammenwirken von kombinierter Mitnehmer- und Sperreinrichtung mit der Ventileinrichtung;
- Figur 3a und 3b
- zeigen das mögliche Zusammenwirken von Kurvenscheibe und Betätigung der Ventilanordnung in der entkuppelten Stellung der Kupplungsanordnung für den letzten Wagen;
- Figur 4
- zeigt schematisiert vereinfacht den Aufbau einer Kupplungsanordnung;
- Figur 5a und 5b
- zeigen einen Ausschnitt aus einer Kupplung in unterschiedlichen Funktionsstellungen.
-
Die Figuren 1a und 1b sowie 1c verdeutlichen in schematisiert stark vereinfachter Darstellung den Aufbau einer um eine Hauptachse HA verdrehbaren kombinierten Mitnehmer- und Sperreinrichtung für eine Kupplungsanordnung 1, welche eine Ventilanordnung 18, insbesondere ein Hauptluftventil beim Kuppeln zwingend öffnet, beim Entkuppeln hingegen nur dann schließt, wenn eine unabhängige Betätigung, insbesondere Ansteuerung der Ventilanordnung 18 über einen, insbesondere separaten Aktuator 26 erfolgt.
-
Der Aufbau der Kupplungsanordnung 1 ist schematisiert vereinfacht beispielhaft in der Figur 4 wiedergegeben. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist beispielhaft ein Koordinatensystem angelegt. Die X-Richtung beschreibt dabei die Erstreckung in Längsrichtung, welche mit der Längsrichtung beim Einbau in Schienenfahrzeugen zusammenfällt. Die Y-Richtung beschreibt die Breitenrichtung, das heißt die Richtung quer zur Längsrichtung in der Horizontalebene und die Z- Richtung beschreibt die Höhenrichtung.
-
Die an einem Schienenfahrzeug S vorsehbare Kupplungsanordnung 1 umfasst eine mechanische Zugkupplung 2 zum Herstellen einer mechanischen Verbindung mit einer zu dieser kompatiblen, hier nicht dargestellten Gegen-Zugkupplung einer Gegen-Kupplungsanordnung, welche an einem weiteren Schienenfahrzeug vorsehbar ist und ferner zumindest eine weitere Funktionskomponente in Form einer Luftkupplung 3 zum Kuppeln mit einer kompatiblen Gegen-Luftkupplung der Gegen-Kupplungsanordnung. Die Luftkupplungen dienen dem Herstellen einer Fluidverbindung, insbesondere Druckluftverbindung zwischen den über die Kupplungsanordnungen miteinander zu koppelnden Schienenfahrzeugen. Die einzelne Luftkupplung 3 dient dabei insbesondere zur Verbindung der an den einzelnen Schienenfahrzeugen vorgesehenen Hauptluftleitungen zur Führung der Druckluft für die Bremssteuerung. Die Luftkupplung 3 ist hier beispielhaft oberhalb des Kupplungskopfes 4 angeordnet, kann aber an anderer Stelle platziert werden. Die Luftkupplung 3 umfasst dazu beispielsweise ein Mundstück 16 zur Kopplung mit einem Mundstück einer Gegen-Luftkupplung sowie einen Druckstutzen 15 zur Kopplung/Anschluss mit der Hauptluftleitung. Beide sind über einen Strömungskanal 17 miteinander gekoppelt. Die Luftkupplung 3 umfasst eine Ventilanordnung 18, welche vorgesehen ist, einen Strömungskanal 17, insbesondere die Hauptluftleitung wahlweise zu sperren oder freizugegeben. Die Ventilanordnung 18 ist schaltbar. Dazu ist ein manuell oder über eine Steuerung 30 ansteuerbarer Aktuator 26 vorgesehen.
-
Die mechanische Zugkupplung 2 zum mechanischen Verbinden zweier Schienenfahrzeuge umfasst im Allgemeinen einen Kupplungskopf 4, ggf. eine Kupplungsstange 5 und eine Schnittstelle 6 zur Anbindung an das Schienenfahrzeug S. Die Kupplungsstange 5 kann als separates Bauteil lösbar mit dem Kupplungskopf 4 verbindbar ausgeführt oder aber integral mit dem Kupplungskopf 4 ausgebildet sein. Die Kopplung der Kupplungsanordnung 1 mit dem Schienenfahrzeug S erfolgt beispielhaft über eine mit der Kupplungsstange 5 mittels eines Gelenkes 8 verbundene und mit einer Schnittstelle am Fahrzeug, insbesondere Zug- und Druckanschlägen zusammenwirkenden eine Anschlussstruktur bildenden Zug-/Stoßeinrichtung 7 oder eine andere hier nicht dargestellte Art der Anlenkung 8 über einen Lagerbock etc.
-
Die Figuren 5a und 5b verdeutlichen beispielhaft in einer Ansicht von oben die Kupplungsköpfe 4 der Zugkupplung 2 und 4' der Gegen-Zugkupplung 2' der Kupplungsanordnung 1 und Gegen-Kupplungsanordnung 1' anhand eines Ausschnittes aus diesen Die Kupplungsköpfe 4, 4'sind in Figur 5a hier in der mechanisch gekuppelten Stellung und damit der gekuppelten Stellung II des Kuppelverschlusses wiedergegeben. Figur 5b zeigt die Kupplungsköpfe 4, 4' im entkuppelten Zustand und damit Stellung II.
-
Zur Realisierung der mechanischen Verbindung der mechanischen Kupplungen 2, 2' einer Gegen-Kupplungsanordnung 1, 1' umfasst die jeweilige mechanische Zugkupplung 2, 2' einen entsprechenden Kuppelverschluss 9, 9' mit einer Arretierung 14, 14'. Die mechanischen Zugkupplungen 2, 2' müssen zum Zwecke des Kuppelns miteinander zueinander kompatibel ausgebildet sein. Der einzelne Kuppelverschluss 9, 9' ist als Drehverschluss ausgebildet. Dieser umfasst ein, um eine in Einbaulage am Schienenfahrzeug S betrachtet vertikal ausgerichtete und als Hauptachse HA bezeichnete Verdrehachse verdrehbares sogenanntes Herzstück 10, welches von einer Hakenplatte gebildet wird. Hierzu ist das Herzstück 10 beispielsweise an einem Hauptbolzen 12 gelagert und mitnahmefest mit diesem verbunden. In einem ersten Endbereich des Herzstückes 10 ist eine Kuppelöse 11 um eine Kuppelösenachse KA verdrehbar angeschlossen. In einem zweiten Endbereich weist das Herzstück 10 eine ein sogenanntes Maul 13 bildende Aussparung auf, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, bei Zusammenwirken mit der Kuppelöse 11' einer kompatiblen Gegen-Zugkupplung 2' in der gekuppelten Stellung II einen Widerhaken zum Übertragen von Zugkräften zu bilden.
-
Das Herzstück 10 ist um die Hauptachse HA zwischen verschiedenen Funktionsstellungen, einer entkuppelten Stellung I (Figur 5b) und einer gekuppelten Stellung II (Figur 5a) und umgekehrt verdrehbar. Das gezielte Verdrehen zwischen der gekuppelten in die entkuppelte Stellung kann ferngesteuert erfolgen, über einen hier nicht näher dargestellten Antrieb, insbesondere eine Entkuppeleinrichtung oder über eine Handbetätigungseinrichtung. Diese werden dann wenigstens mittelbar am Kuppelverschluss wirksam.
-
In der Figur 5a ist dabei der gekuppelte Zustand der beiden Kupplungsköpfe 4, 4' gezeigt, in welchem die Herzstücke 10, 10' die freien Enden der Kuppelösen 11, 11' aufgenommen haben und derart verdreht wurden, dass die beiden Kupplungsköpfe 4, 4'zugfest miteinander über die Herzstücke 10, 10' und die Kuppelösen 11, 11'verriegelt sind. In der Figur 5b ist eine entkuppelte Stellung I gezeigt, die auch als kuppelbereite Stellung bezeichnet werden kann. In dieser Stellung können die Kuppelösen 11, 11' aus den Mäulern der Herzstücke 10, 10' entfernt werden. Die gekuppelte Stellung II und die entkuppelte Stellung I unterscheiden sich somit durch die Drehposition der Herzstücke 4 voneinander.
-
Um die Sicherheitsanforderungen an die Betätigung der Ventilanordnung 18 und damit die Freigabe oder das Sperren der Hauptluftleitung bzw. des Hauptluftventiles in Abhängigkeit der Kuppelverschlusstellungen I und II gewährleisten zu können, ist eine Schaltung des Hauptluftventils aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bei Verdrehung des Kuppelverschlusses 9 zwischen der entkuppelten I in die gekuppelte Stellung II mechanisch mit der Verdrehung des Kuppelverschlusses 9 gekoppelt, eine Schaltung des Hauptluftventils aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung in der gekuppelten Stellung II des Kuppelverschlusses mechanisch blockiert sowie eine Schaltung des Hauptluftventils aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung in der entkuppelten Stellung II des Kuppelverschlusses 9 mechanisch freigegeben aber ein Schließen erfolgt wahlweise nur bei separater Ansteuerung /Betätigung des Hauptluftventiles, insbesondere Betätigung des Aktuators 26.
-
Um dies relativ einfach zu gestalten ist eine kombinierte Mitnehmer- und Sperreinrichtung wie in den Figuren 1a bis 1c schematisiert vereinfacht dargestellt in Form einer Kurvenscheibe 24 gemäß Figur 1a und gemäß Figur 1b in einer Ansicht von oben oder eines Kurvenscheibensegmentes 24c gemäß Figur 1c vorgesehen. Diese ist um die Hauptachse HA des Kuppelverschlusses verdrehbar und mit dem Kuppelverschluss bzw. einem die Hauptachse HA beschreibbaren Hauptbolzen 12 mitnahmefest verbunden. Die Kurvenscheibe 24 ist zum Zusammenwirken mit dem Ventilkörper 19 oder einer mit diesem verbundenen oder an dieser wirksamen Übertragungseinrichtung 27 der Ventilanordnung 18 , insbesondere Stößel bei Verdrehung des Kuppelverschlusses 9 vorgesehen und umfasst erste Führungsflächen 22 die die Sperreinrichtung 21 ausbilden und zweite Führungsflächen 23 die die Funktion des Mitnehmers 20 übernehmen. Zwischen zweiter Führungsfläche 23 und erster Führungsfläche 22 ist dabei in Verdrehrichtung um die Hauptachse von der gekuppelten in die entkuppelte Stellung des Kupplungsverschlusses 9 betrachtet ein Freiraum 25 ausgebildet, welcher zur Freigabe der Betätigung der Ventilanordnung 18 bei gewünschtem Schließen der Ventilanordnung durch aktive separate Betätigung über den Aktuator 26 erforderlich ist. Ein Schließen kann aber auch durch die Kurvenscheibe erfolgen, indem die Betätigung des Hauptluftventiles freigegeben ist.
-
Figur 1a und 1b zeigen dabei die Ausführung mit Kurvenscheibe 24, welche durch einen Radius beschreibbare erste Führungsflächen 22 am Außenumfang zum Zusammenwirken mit dem Ventilkörper 19 oder Übertragungseinrichtung 27 ausgebildet ist. Es ist eine randoffene Aussparung vorgesehen, welche die zweiten Führungsflächen 23 zum Zusammenwirken mit dem Ventilkörper 19, insbesondere der Übertragungseinrichtung 27 bzw. Betätigungseinrichtung beim Verdrehen des Kuppelverschlusses 9 von der entkuppelten in die gekuppelte Stellung bilden und vorgesehen sind den Ventilkörper 19 in die geöffnete Position bewegen . Die zweite Führungsfläche 23 ist dazu in einem Winkel zur ersten Führungsfläche 22 angeordnet, wobei die erste sich unmittelbar an die zweite anschließt, um in der gekuppelten Stellung den Ventilkörper in der Sperrstellung zu halten.
-
Die randoffene Aussparung bildet einen Freiraum 25, welcher die zur Freigabe der Betätigung der Ventilanordnung 18 erforderliche Bewegung des Ventilkörpers 19 bzw. der mit diesem gekoppelten Übertragungseinrichtung 27 zulässt.
-
Die Figur 1c verdeutlicht eine Ausbildung der kombinierten Mitnehmer- und Sperreinrichtung in Form eines Kurvenscheibensegmentes 24c. Hier wird der Freiraum 25 in Verdrehrichtung um die Hauptachse zwischen der gekuppelten in die entkuppelte Stellung betrachtet zwischen der zweiten Führungsfläche 23 und der ersten Führungsfläche 21 gebildet.
-
Die Figuren 2a bis 2e verdeutlichen schematisiert vereinfacht die Stellung einer Kurvenscheibe 24 gemäß Figur 1a, 1b bezogen auf die einzelnen Stellungen I, II des Kuppelverschlusses 9 und die Betätigung der Ventilanordnung 18.
-
Die Figur 2a zeigt die Anordnung bzw. Positionierung von ersten und zweiten Führungsflächen 22, 23 in der gekuppelten Stellung II des Kuppelverschlusses 9 gegenüber der Übertragungseinrichtung 27. Wenn gekuppelt ist, darf die Ventilanordnung 18, insbesondere das Hauptluftventil nicht geschlossen werden können, weil sonst die Hauptluftleitung nicht mehr durchgängig wäre, was zum teilweisen oder totalen Ausfall der Bremse eines Zuges führen würde. D.h. das ungewollte Schließen der Ventilanordnung muss verhindert werden.
-
Die Kurvenscheibe 24 ist dazu in der gekuppelten Stellung II so positioniert, dass die Ventilanordnung 18, insbesondere der Stößel bzw. die Übertragungseinrichtung 27 zum Ventilkörper 19 der Ventilanordnung 18 nicht betätigt werden kann und mechanisch blockiert ist. Ein Hub des Stößels wird durch die Kurvenscheibe 24 durch Führung entlang der ersten Führungsflächen 22 sicher verhindert. Ein Schließen der Ventilanordnung 18 durch den Aktuator 26 ist nicht möglich, selbst wenn er unbeabsichtigt eingeschaltet werden sollte.
-
In der Figur 2b dargestellt ist der Vorgang beim Entkuppeln, bei welchem die Ventilanordnung 18 die Hauptluftleitung auch verschließen darf, aber je nach Anwendungsfall nicht zwingend muss. Figur 2b zeigt den Zustand, wenn die Ventilanordnung 18 offen bleiben soll. Diese ist bei einem ungewollten Kupplungsabriss der Fall. Die Hauptluftleitung wird dann entlüftet und der Schienenfahrzeugverband/Wagon wird abgebremst. Wird die Ventilanordnung 18 gemäß Figur 2c geschlossen, so bleibt der vorhandene Luftdruck in der Hauptluftleitung aufrecht erhalten. Die Situation gemäß Figur 2c wird insbesondere bei einem gewollten bzw. geplanten Entkuppeln gewünscht.
-
Beim Entkuppeln dreht sich das Herzstück 10 des Kuppelverschlusses 9. Weil die Kurvenscheibe 24 mechanisch, insbesondere mitnahmefest mit der Verdrehachse des Kuppelverschlusses bzw. dem Hauptbolzen 12 verbunden ist, dreht sich die Kurvenscheibe 24 mit. Durch diese Drehung wird die Aussparung bzw. der Freiraum 25 der Kurvenscheibe 24 in der entkuppelten Stellung I des Kuppelverschlusses 9 vor der Übertragungseinrichtung 27 der Ventilanordnung 18 positioniert. Dabei hält eine Federeinrichtung 30 die Ventilanordnung 18 erst einmal offen. Der Weg zum Schließen der Ventilanordnung 18 und damit für die als Stößel ausgebildete mit dem Ventilkörper 19 verbundene Übertragungseinrichtung 27 ist nun aber freigegeben. Siehe Figur 2b.
-
Die Ventilanordnung 18, insbesondere das HL-Ventil kann geschlossen werden. Dazu muss allerdings noch der Aktuator 27 betätigt werden. Dies ist in Figur 2c wiedergegeben. Der in Figur 2b dargestellte Zustand entspricht dem Fall, wenn gewollt nach dem Entkuppeln die Hauptluftleitung entlüftet werden soll oder dem gewünschten Zustand bei einem ungewollten Entkuppeln oder einem ungewollten Kupplungsabriss.
-
In de Figur 2b dargestellt ist der Vorgang beim Entkuppeln, bei welchem die Ventilanordnung 18 die Hauptluftleitung auch verschließen darf, aber je nach Anwendungsfall nicht zwingend muss. Figur 2b zeigt den Zustand, wenn die Ventilanordnung 18 offen bleiben soll. In dieser Stellung ist die Schaltung der Ventilanordnung 18 zwar mechanisch freigegeben, aber der Aktuator 26 nicht aktiv.
-
Die Hauptluftleitung wird dann entlüftet und der Schienenfahrzeugverbund/Wagon wird abgebremst.
-
Wird die Ventilanordnung 18 gemäß Figur 2c durch Aktivierung des Aktuators 26 geschlossen, bleibt der vorhandene Luftdruck in der Hauptluftleitung aufrecht erhalten. Diese Situation gemäß Figur 2c wird insbesondere beim geplanten bzw. gewolltem Entkuppeln mit Schließen des Hauptluftleitungsventils angestrebt, d.h. mechanische Freigabe der Ventileinrichtung und mögliche Aktivierung durch Aktuator 26.
-
Figur 2d zeigt die Position der Kurvenscheibe 24 in der entkuppelten Stellung I des Kuppelverschlusses 9 bei gewünschtem Übergang in die gekuppelte Stellung II. Die Kupplung 2 wird gekuppelt und die Ventilanordnung 18 wieder geöffnet. Wenn gekuppelt ist, muss das die Ventilanordnung 18 offen sein, damit die Hauptluftleitung durch den ganzen Zug durchgängig ist und die Bremsen funktionsfähig sind. Dabei passiert der Kuppelvorgang wenn zwei Schienenfahrzeuge, insbesondere zwei Kupplungsanordnungen 1, 1' aufeinanderprallen. Durch diesen Vorgang wird der Kuppelverschluss 9, insbesondere das Herzstück in die gekuppelte Stellung II zurückgedreht, wobei die Kurvenscheibe 24 aufgrund der mitnahmefesten Kopplung mitgedreht wird. Die Kurvenscheibe 24 betätigt die Übertragungseinrichtung, insbesondere den Stößel der Ventilanordnung 18 über die durch die Schräge in der Aussparung gebildete zweite Führungsfläche 23 und öffnet dadurch dieses. Dabei muss der Aktuator 26 nicht zwangsweise ausgeschaltet sein, er darf auch noch eingeschaltet sein.
-
Falls der Aktuator 26 eingeschaltet ist, wird gegen die Kraft des Aktuators 26 die Ventilanordnung 18 geöffnet. Ist der Aktuator 26 ausgeschaltet, so öffnet die Federeinrichtung 30 die Ventilanordnung 18.
-
Figur 2e zeigt den Zustand, wenn wieder gekuppelt ist. Wenn gekuppelt ist, darf die Ventilanordnung 18, insbesondere das HL-Ventil wieder auf keinen Fall geschlossen werden, weil sonst die Hauptluftleitung nicht mehr durchgängig wäre, was zum teilweisen oder totalen Ausfall der Bremse des Zuges führen würde. D.h. das ungewollte Schließen der Ventilanordnung 18 muss wieder verhindert werden. Die Kurvenscheibe 24 ist in der gekuppelten Stellung II so positioniert, dass der Stößel der Ventilanordnung 18, insbesondere des HL-Ventils nicht betätigt werden kann. Ein Hub wird durch die Kurvenscheibe 24 verhindert.
-
Dadurch ist ein Schließen durch den Aktuator 26 nicht möglich, selbst wenn er unbeabsichtigt eingeschaltet werden sollte.
-
Die Figuren 3a und 3b zeigen beispielhaft die möglichen Zustände für den letzten Wagen. Gemäß Figur 3a ist die Kupplung am letzten Wagen entkuppelt und die Ventilanordnung wird/ist geschlossen. Diese letzte Kupplung des Zuges ist nicht gekuppelt. Wenn nicht gekuppelt ist, kann, wie oben beschrieben, die Ventilanordnung 18, insbesondere das Hauptluftventil geschlossen werden, muss es aber nicht. Es darf auch offen bleiben.
-
Bleibt das Hauptluftventil offen, dann wird die Hauptluftleitung entlüftet und der Zug / Wagon wird abgebremst. Wird die Ventilanordnung geschlossen, insbesondere das HL-Ventil geschlossen, so bleibt der vorhandene Luftdruck in der Hauptluftleitung aufrecht erhalten. Dies ist in Figur 3b wiedergegeben.
-
Somit sind folgende Anwendungsfälle abbildbar:
Schließen der Ventilanordnung, insbesondere des Hauptluftventils an der letzten Kupplung des Zuges. Diese Funktion kann dazu genutzt werden, den Luftdruck in der Hauptluftleitung aufzubauen. Wenn er hoch genug ist, dann sind die Bremsen geöffnet und der Zug kann bewegt werden.
-
In der entkuppelten Position II des Kupplers kann der Aktuator 26 , wie oben beschrieben, das HL-Ventil schließen, in dem der Aktuator angesteuert wird. Siehe Figur 3a. Figur 3b zeigt das Öffnen des HL-Ventils bei der letzten Kupplung des Zuges: Diese Funktion kann dazu genutzt werden, um eine gezielte Bremsung des ganzes Zuges einzuleiten, beispielsweise in Notfallsituationen.
-
In der entkuppelten Stellung des Kuppelverschlusses und damit der Kupplung kann der Aktuator, wie oben beschrieben, das HL-Ventil öffnen, in dem der Aktuator ausgeschaltet wird. Die Feder zieht den Stößel zurück und öffnet die HL.
-
Die Ansteuerung des Aktuators 26 muss durch eine sichere Steuerung erfolgen. Die Aufteilung der Sicherheitsverantwortung hinsichtlich des ungewollten Einschaltens der Ventilanordnung 18, insbesondere des HL-Ventils und damit dem Schließen der HL-Leitung geschieht zwischen der mechanischen Verriegelung durch die Kombination Kurvenscheibe 24/ Ventilkörper 19 bzw. Übertragungseinrichtung 27, wie beispielsweise Stößel und dem elektrisch betätigten Aktuator 26.
-
Der sichere Befehl zum Einschalten des HL-Ventils kann von der Lok oder vom Wagon kommen.
Bezugszeichenliste
-
- 1, 1'
- Kupplungsanordnung
- 2, 2'
- mechanische Zugkupplung
- 3, 3'
- Luftkupplung
- 4, 4'
- Kupplungskopf
- 5
- Kupplungsstange
- 6
- Schnittstelle Kupplung/Schienenfahrzeug
- 7
- Zug- und/Stoßeinrichtung
- 8
- Gelenk
- 9,
- Kuppelverschluss
- 10
- Herzstück
- 11
- Kuppelöse
- 12
- Hauptbolzen
- 13
- Maul
- 15
- Druckstutzen
- 16
- Mundstück
- 17
- Strömungskanal
- 18
- Ventilanordnung
- 19
- Ventilkörper
- 20
- Mitnehmer
- 21
- Sperreinrichtung
- 22
- erste Führungsfläche
- 23
- zweite Führungsfläche
- 24
- Bauteil/Kurvenscheibe
- 25
- Freiraum
- 26
- Aktuator
- 27
- Übertragungsglied
- 28
- Ventilsitz
- 30
- Federeinrichtung
- HA
- Hauptbolzenachse
- KA
- Kuppelösenachse
- S
- Schienenfahrzeug
- II
- gekuppelte Stellung
- I
- entkuppelte Stellung