Die Erfindung betrifft eine Gelenkkupplung, welche zur semipermanenten Verbindung zweier Fahrzeugeinheiten eines Schienenfahrzeuges geeignet ist. Eine solche Gelenkkupplung ist beispielsweise aus der
Die
Stützen sich zwei Wagenkastenenden eines Schienenfahrzeugs auf einem gemeinsamen Drehgestell ab, so spricht man von einem Jakobs-Drehgestell. Die einzelnen Fahrzeugeinheiten des Schienenfahrzeugs sind in diesem Fall durch eine so genannte Kurzkupplung verbunden, welche in der Regel nur zu Wartungs- oder Reparaturzwecken gelöst wird. Kurzkupplungen können zur semipermanenten Verbindung von zwei oder mehr Fahrzeugen verwendet werden und sind beispielsweise in S-Bahnzügen zu finden. Ebenso finden Kurzkupplungen im Güterverkehr Verwendung. In jedem Fall ist eine Beweglichkeit der Gelenkkupplung in allen drei Raumrichtungen erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Schienenfahrzeuge geeignete Gelenkkupplung anzugeben, welche sich bei beanspruchungsgerechter Konstruktion durch eine besonders leichte Montierbarkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gelenkkupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Gelenkkupplung weist einen auch als Mutterstück bezeichneten Gabelkopf mit zwei Gabelstücken auf, sowie eine auch als Vaterstück bezeichnete Kupplungslasche. Im mit einer ersten Fahrzeugeinheit verbundenen Gabelkopf ist ein Bolzen gehalten, welcher ein sphärisches Gelenk durchsetzt, das in der Kupplungslasche aufgenommen ist, die mit einer zweiten Fahrzeugeinheit verbunden ist. Zur Fixierung des vorzugsweise in horizontaler Einbaulage angeordneten Bolzens im Gabelstück ist ein Keil vorgesehen, der in axialer Richtung des Bolzens angeordnet ist und eine konkav gekrümmte, der zylindrischen Krümmung der Oberfläche des Bolzens angepasste Oberfläche aufweist. Die Erstreckungsrichtung, d.h. die Vorschubrichtung, des Keils stimmt somit mit der Axialrichtung des Bolzens überein. Die als Kurzkupplung ausgebildete Gelenkkupplung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine hohe Steifigkeit bei zugleich geringem Gewicht aus.
Vorzugsweise ist der Keilwinkel derart bemessen, dass der Keil selbsthemmend zwischen dem Bolzen und einer Anlagefläche des Gabelstücks gehalten wird. Weiter kann der den Bolzen spielfrei im Gabelkopf fixierende Keil mittels Verschraubungen am Gabelstück und / oder am Bolzen befestigt sein. Während der Keil eine konkav gekrümmte und eine dieser gegenüberliegende, vorzugsweise abgeflachte Seite aufweist, ist der Bolzen entweder vollständig zylindrisch geformt oder überwiegend zylindrisch mit einer achsparallelen Abflachung. In jedem Fall liegt der Keil an einem zylindrisch gekrümmten Abschnitt des Bolzens an. Die vom Bolzen abgewandte, am Gabelkopf anliegende Oberfläche des Keils kann konvex gekrümmt sein, so dass beide für die Keilwirkung verantwortlichen Oberflächen des Keils eine Krümmung aufweisen. Damit sind durch den Keil Kräfte erzeugbar, die besonders gleichmäßig radial von außen auf den Bolzen einwirken.
Die Abflachung des Bolzens liegt ggf. an einer Anlagefläche des Gabelstücks an, welche normal zur Längsrichtung des Gabelstücks, d.h. normal zur mit der Fahrzeugslängsrichtung übereinstimmenden Zugrichtung, angeordnet ist. Die am Gabelstück gebildete Anlagefläche erstreckt sich unabhängig davon, ob der Bolzen abgeflacht ist, bevorzugt beiderseits einer Ebene, welche durch die Achse des Bolzens verläuft und deren Normale mit der Fahrzeugslängsrichtung einen rechten Winkel einschließt. Bei horizontaler Einbaulage des Bolzens handelt es sich hierbei um eine horizontale Ebene. Auf der einen Seite dieser Ebene erstreckt sich die Anlagefläche des Gabelstücks vorzugsweise über einen Winkel von weniger als 90°, bezogen auf den Umfang des Bolzens, während auf der anderen Seite der Ebene die Anlagefläche einen Winkel von mehr als 90° überstreicht. Insgesamt liegt der Bolzen vorzugsweise mit etwas weniger als der Hälfte seines Umfangs am Gabelstück an. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage des Bolzens. Die Gabelstücke weisen entsprechende Öffnungen auf, die ein Einsetzen des Bolzens im Wesentlichen in radialer Richtung ermöglichen. Im montierten Zustand der Gelenkkupplung liegt der Keil in bevorzugter Ausgestaltung an mindestens 1/6 des Umfangs des Bolzens an. Mindestens 2/3 des Umfangs des Bolzens kontaktieren in dieser Ausgestaltung entweder das Gabelstück oder den Keil. Zur einfachen Demontage des Keils kann in diesen eine Abziehvorrichtung, insbesondere ein Abziehgewinde, integriert sein.
Das sphärische Gelenk, welches eine Winkelbeweglichkeit um alle drei Raumachsen ohne lineare Freiheitsgrade aufweist, kann für eine Fett- oder Ölschmierung vorgesehen und / oder mit einem Gleitgewebe ausgeführt sein. In jedem Fall kann der Außenring des Gelenks einteilig oder mehrteilig, insbesondere in Form eines gesprengten Lagerrings, gefertigt sein. Der Innenring des sphärischen Gelenks, welcher vom Bolzen durchdrungen ist, ist vorzugsweise ein vom Bolzen getrenntes Teil. Alternativ ist der Innenring mit dem Bolzen einteilig ausgebildet.
Ein effektiver Schutz des sphärischen Gelenks vor Verschmutzung oder anderen den Verschleiß fördernden Einflüssen wie Feuchtigkeit, Eis, Schnee, Staub oder eventuell verunreinigten Schmierstoffen ist mittels einer vorzugsweise als Faltenbalgdichtung ausgeführten Abdichtung erreichbar. Ebenso ist ein in der Anmeldung
Die Abdichtung ist ohne Einschränkung der Beweglichkeit des sphärischen Gelenks derart montiert, dass am Gelenk gehaltene Bereiche der Abdichtung bei Bedarf, beispielsweise bei einem Drehgelenkwechsel, durchrutschen können, ohne eine Beschädigung der Abdichtung zu riskieren. Zur zuverlässigen Fixierung der Abdichtung sind Spannelemente wie Runddrahtringe oder Wurmfedern geeignet, wobei eine Vorspannung des eigentlichen Faltenbalgmaterials nicht erforderlich ist. Die Spannelemente umgreifen beispielsweise zu beiden Seiten des sphärischen Gelenks den Bolzen umgebende Stützringe, welche Axialkräfte, die auf das sphärische Gelenk wirken, aufnehmen. Jeder Stützring ist dabei zwischen dem Innenring des sphärischen Gelenks und einem der Gabelstücke angeordnet. Nach einer alternativen Ausgestaltung sind die beiden Stützringe integrale Bestandteile des Innenrings.
In allen Ausführungsformen weist die Gelenkkupplung eine günstige Pressungsverteilung sowie im Zusammenhang damit ein hohes Kraftaüfnahmevermögen auf, wobei eine Trennung oder Verbindung der Kupplung ebenso wie ein Austausch einzelner Lagerelemente mit geringem Aufwand möglich ist.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Die
Der Gabelkopf 2 weist auf seiner Unterseite eine horizontal angeordnete Platte 7 auf, die sich auf einem nicht dargestellten Drehgestell des Schienenfahrzeugs abstützt. Eine Drehachse des Drehgestells ist mit der vertikalen z-Achse, auch als Hochachse bezeichnet, identisch, die die Symmetrieachse y des Bolzens 5 senkrecht schneidet. Der Bolzen 5 ist in im Wesentlichen radialer Richtung von oben, durch zwei Öffnungen 8 in den Gabelstücken 6 hindurch, in den Gabelkopf 2 einsetzbar. Zur Verstärkung des Gabelkopfes 2 im Bereich der Öffnungen 8 sind am oberen Rand der Gabelstücke 6 seitliche Versteifungen 9 als integrale Bestandteile der Gabelstücke 6 ausgebildet.
Der Bolzen 5 ist im Ausführungsbeispiel nach den
Das Gabelstück 6 weist, wie aus
Das sphärische Gelenk 4, welches einen starr mit der Kupplungslasche 3 verbundenen Außenring 19 und einen Innenring 20 aufweist, ist auf beiden Seiten der Kupplungslasche 3 durch je einen Faltenbalg 21 als Abdichtvorrichtung vor Verschmutzung geschützt. Jeder Faltenbalg 21 ist einerseits an einer sich parallel zur x-z-Ebene erstreckenden Seitenfläche der Kupplungslasche 3 und andererseits an einem den Bolzen 5 umgebenden Stützring 25, der zwischen dem Innenring 20 und einem der Gabelstücke 6 angeordnet ist, gehalten. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Stützring 25 auch ein Bestandteil des Innenrings 20 sein. Zur Fixierung des Faltenbalgs 21 auf dem Stützring 25, welcher den Innenring 20 in Axialrichtung des Bolzens 5 gegenüber dem Gabelstück 6 abstützt, ist ein Spannelement 26 aus Stahl, nämlich eine um den Stützring 25 gespannte Feder, vorgesehen. Die Abdichtvorrichtung 21 sorgt insbesondere dafür, dass ein Gleitgewebe 27, welches der Gleitlagerung zwischen dem Innenring 20 und dem Außenring 21 der als Radialgelenklager ausgebildeten Gelenkkupplung 1 dient, vor äußeren Einflüssen geschützt bleibt.
Das Ausführungsbeispiel nach den
Das Gabelstück 6 weist in diesem Fall zwei sich gegenüberliegende, ebene Anlageflächen 14, 23 auf, die relativ zueinander um den Keilwinkel α schräg gestellt sind. Die Anlageflächen 10, 12 hingegen, an welchen sich der Bolzen 5 und der Keil 11 berühren, sind wie im Ausführungsbeispiel nach den
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.