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Dokumentenidentifikation DE102006023566A1 07.12.2006
Titel Kupplungsgelenk
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Yorick, John, Belmont, N.C., US;
Krome, Andreas, Dipl. Ing., 91097 Oberreichenbach, DE;
Schlar, Max, 33334 Gütersloh, DE
DE-Anmeldedatum 19.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006023566
Offenlegungstag 07.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.12.2006
IPC-Hauptklasse B61G 5/02(2006.01)A, F, I, 20060519, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Kupplungsgelenk (1) für Schienenfahrzeuge umfasst ein erstes Kupplungsteil (2), welches eine in der Art einer Kugeloberfläche gewölbte, eine erste Kontaktfläche (5) bildende Außenoberfläche (4) aufweist, und ein zweites Kupplungsteil (3), welches eine mit der Außenoberfläche (4) korrespondierende, eine zweite Kontaktfläche (6) bildende Innenoberfläche (7) sowie einen zur Herstellung einer Schweißverbindung mit einer Anschlusskonstruktion geeigneten Haltering (10) aufweist, wobei die Kupplungsteile (2, 3) relativ zueinander verschwenkbar sind und ein beide Kupplungsteile (2, 3) kontaktierender Dichtring (8, 8') zum Schutz der Kontaktflächen (5, 6) der Kupplungsteile (2, 3) vorgesehen ist.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kupplungsgelenk für Schienenfahrzeuge, mit einem ersten Kupplungsteil mit einer kugeligen Außenoberfläche und einem zweiten Kupplungsteil mit einer hohlkugeligen Innenoberfläche.

Hintergrund der Erfindung

Ein Kupplungsgelenk für Schienenfahrzeuge ist beispielsweise aus der U.S. 5,172,819 A bekannt. Dieses Kupplungsgelenk ist zur semipermanenten Verbindung von einzelnen Waggons vorgesehen. Nachteilig bei dem bekannten Kupplungsgelenk ist, dass die Gleitfläche zwischen den beiden Kupplungsteilen leicht verschmutzt und somit einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist. Zudem ist die Verbindung des äußeren, das kugelige erste Kupplungsteil umfassenden zweiten Kupplungsteils mit einer Anschlusskonstruktion des Schienenfahrzeugs aufwendig gestaltet.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungsgelenk für Schienenfahrzeuge anzugeben, welches bei konstruktiv einfachem Aufbau eine besonders geringe Verschleißanfälligkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kupplungsgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Kupplungsgelenk weist zwei Kupplungsteile auf, nämlich ein erstes Kupplungsteil mit einer in der Art einer Kugeloberfläche gewölbten Außenfläche und ein zweites Kupplungsteil mit einer hohlkugeligen Innenoberfläche. Die beiden Kupplungsteile sind relativ zueinander verschwenkbar, wobei die Außenoberfläche des ersten Kupplungsteils sowie die Innenoberfläche des zweiten Kupplungsteils eine erste bzw. zweite Kontaktfläche bilden. Durch die kugelige Form der korrespondierenden Kontaktflächen ist eine Verschwenkung der Kupplungsteile relativ zueinander in verschiedene Raumrichtungen möglich. Um einer Verschmutzung und damit einem Verschleiß der Kontaktfläche zwischen den Kupplungsteilen entgegenzuwirken, ist mindestens ein beide Kupplungsteile kontaktierender Dichtring vorgesehen. Weiter ist an der im Wesentlichen zylindermantelförmigen Außenfläche des zweiten Kupplungsteils mindestens ein Haltering angeordnet, der eine Schweißverbindung mit einer Anschlusskonstruktion ermöglicht.

Der sich aus den Anforderungen an eine stoffflüssige, raumsparende, dauerhafte Verbindung des zweiten, äußeren Kupplungsteils mit einer Anschlusskonstruktion einerseits und an eine verschmutzungsunempfindliche Ausbildung der Kontaktflächen andererseits ergebende Zielkonflikt ist auf verschiedene Arten lösbar: Zum einen ist es möglich, den Dichtring aus einem Material zu fertigen, das den beim Verschweißen des Halterings mit der Anschlusskonstruktion auftretenden Temperaturen standhält. Der Dichtring wird in diesem Fall in das zweite Kupplungsteil eingesetzt, bevor dieses mit dem ersten Kupplungsteil gekoppelt wird. Zum anderen kann vorgesehen sein, den Dichtring erst nach der Kopplung der beiden Kupplungsteile und nach der Verschweißung des zweiten Kupplungsteils mit der Anschlusskonstruktion zu montieren. Unabhängig von der Gestaltung der Dichtringe sind vorzugsweise zwei gleichartige Dichtringe symmetrisch zu einer Mittelebene des Kupplungsgelenks angeordnet. Entsprechendes gilt für zwei verschweißbare Halteringe am äußeren Umfang des zweiten, äußeren Kupplungsteils.

Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Dichtring formschlüssig in eine Nut des zweiten Kupplungsteils eingesetzt. Die Nut kann dabei entweder derart geformt sein, dass ein Einsetzen des Dichtrings bei gekoppelten Kupplungsteilen möglich ist, oder derart, dass der Dichtring ausschließlich dann in die Nut einsetzbar ist, wenn die Kugeloberfläche des ersten Kupplungsteils noch nicht in Kontakt mit der Innenoberfläche des zweiten Kupplungsteils gebracht ist. Letztgenannte Variante hat insbesondere den Vorteil, dass bei in Betrieb befindlichem Kupplungsgelenk ein Herauslösen des Dichtrings aus der Nut prinzipbedingt ausgeschlossen ist.

Nach einer zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtring aus einem elastischen, insbesondere geschäumten Material gefertigt, welches unabhängig von der Relativposition der beiden Kupplungsteile die bestimmungsgemäße Dichtfunktion herstellt. Während nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Dichtring mit einem der Kupplungsteile fest verbunden ist und auf der Oberfläche des anderen Kupplungsteils gleitet, liegen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel verschiedene Oberflächenbereiche des Dichtrings permanent am ersten Kupplungsteil bzw. am zweiten Kupplungsteil an. Bei einer Schwenkbewegung des ersten Kupplungsteils relativ zum zweiten Kupplungsteil bleiben die genannten Oberflächenbereiche des Dichtrings also in Bezug zum jeweiligen Kupplungsteil in unveränderter Position, während Teilvolumina des Dichtrings komprimiert bzw. expandiert werden. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Dichtring nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ein wesentlich größeres Volumen auf. Der Querschnitt des Dichtrings nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weitet sich vorzugsweise nach außen, d.h. in Richtung zum Umfang des zweiten Kupplungsteils, V-förmig auf. Der Außendurchmesser des Dichtrings beträgt vorzugsweise mindestens das 1,5-fache, insbesondere mehr als das doppelte, seines Innendurchmessers. Bevorzugt erstreckt sich der Dichtring radial zumindest annähernd bis zum schweißfähigen, mit dem zweiten Kupplungsteil zu verbindenden Haltering.

Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist eine Abdichtung zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil auch durch Faltenbälge, V-Ringdichtungen oder gleichwirkende Dichtungen realisierbar. Dabei ist auch die Möglichkeit gegeben, dass ein Dichtelement nicht an ein Kupplungsteil direkt, sondern an ein weiteres, mit dem Kupplungsteil verbundenes Teil anschließt und somit einen größeren Raum um die Kupplungsteile umschließt. Unabhängig von der Ausführungsform der Dichtung bzw. der Dichtungen sind die Kupplungsteile in mindestens einer Raumrichtung um vorzugsweise mindestens ± 7°, insbesondere mindestens ± 12°, zueinander kippbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die 1 bis 4 zeigen in verschiedenen Schnitten bzw. in perspektivischer Ansicht ein Kupplungsgelenk für Schienenfahrzeuge.

Die 5 und 6 zeigen in perspektivischer Ansicht bzw. in einem Schnitt einen Haltering des Kupplungsgelenks nach den 1 bis 4.

Die 7 zeigt im Schnitt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kupplungsgelenks für Schienenfahrzeuge.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die 1 und 2 zeigen ein Kupplungsgelenk 1 für Schienenfahrzeuge, insbesondere für die semipermanente Kupplung von Waggons, welches aus einem ersten, inneren Kupplungsteil 2 und einem zweiten, äußeren Kupplungsteil 3 zusammengesetzt ist. In 2 ist eine Symmetrieachse mit A, eine Symmetrie- oder Mittelebene mit E bezeichnet. Das erste Kupplungsteil 2 weist teilweise eine Kugelform, das zweite Kupplungsteil 3 teilweise eine korrespondierende Hohlkugelform auf. Eine Außenoberfläche 4 des ersten Kupplungsteils 2 bildet eine erste Kontaktfläche 5, welche an einer zweiten Kontaktfläche 6 anliegt, die von einer Innenoberfläche 7 des zweiten Kupplungsteils 3 gebildet ist. Die Innenoberfläche 7 des zweiten, äußeren Kupplungsteils 3 ist beidseitig, symmetrisch zur Symmetrieebene E, begrenzt durch jeweils einen Dichtring 8. Die Dichtringe 8 verhindern eine Verschmutzung und damit einen erhöhten Verschleiß der Kontaktflächen 5, 6. Als Werkstoffpaarung für die Kontaktflächen 5, 6 wird vorzugsweise Metall/Kunststoff, insbesondere Hartchrom/ PTFE-Gewebe, verwendet.

Koaxial zu den Dichtringen 8, angrenzend an eine im Wesentlichen zylindermantelförmige Außenfläche 9 des zweiten Kupplungsteils 3, sind zwei Halteringe 10 angeordnet, die die Herstellung einer Schweißverbindung des zweiten Kupplungsteils 3 mit einer hier nicht dargestellten Anschlusskonstruktion ermöglichen. Im Detail ist die Form der Dichtringe 8 sowie der Halteringe 10 aus den 3 bis 6 ersichtlich. Der Dichtring 8 bildet mit dem zweiten Kupplungsteil 3 ein Nut-Feder-Verbindung, wobei eine erste Federleiste 11 radial in eine Nut 12 des zweiten Kupplungsteils 3 eingreift, während eine Leiste 13 des Dichtrings 8 außen an einer parallel zur Symmetrieebene E angeordneten Seitenfläche 14 des zweiten Kupplungsteils 3 anliegt. Auf diese Weise ist der Dichtring 8 bei montiertem Kupplungsgelenk 1 ohne weitere Sicherungselemente unverlierbar zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 gehalten. Das zweite Kupplungsteil 3 wird auch als Außenring bezeichnet und ist vorzugsweise gehärtet und gesprengt. Eine Gleitschicht 15 z.B. aus PTFE (Polytetrafluorethylen), die die Kontaktfläche 6 des äußeren Kupplungsteils 3 bildet, ist bei komplett montiertem Kupplungsgelenk 1 nicht sichtbar und durch die Dichtringe 8 permanent geschützt.

Im Ausführungsbeispiel nach 7 wird die Funktion der Dichtringe 8 durch zwei auch als Halbschalen bezeichnete, aus zelligem Polyurethan-Elastomer gefertigte Dichtringe 8'' übernommen. Jeder Dichtring 8'' grenzt an das erste Kupplungsteil 2, an das zweite Kupplungsteil 3, sowie an ein mit dem ersten Kupplungsteil 2 fest verbundenes Anschlussteil 16, wobei im dargestellten Querschnitt zwischen dem Anschlussteil 16 und dem ersten Kupplungsteil 2 ein im wesentlichen V-förmiger Raum gebildet ist, der durch den Dichtring 8'' ausgefüllt ist. Die entsprechende Aufweitung des Dichtrings 8'' ist auf die Relativbeweglichkeit der Kupplungsteile 2, 3 abgestimmt. Während der Dichtring 8'' einen zylinderförmigen Außenmantel 17 aufweist, weicht die innere, der Symmetrieachse A zugewandte Kontur des Dichtrings 8'' in Anpassung an im Wesentlichen zylindrische, jedoch einseitig, in der Darstellung oberseitig, abgeflachte Anschlussstücke 18 des ersten Kupplungsteils 2 von der Kreisform ab. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der Dichtring 8'' auch eine vollständig rotationssymmetrische Form aufweisen, wobei in diesem Fall ein Hohlraum zwischen dem Innenrand 19 des Dichtrings 8'' und der abgeflachten Oberfläche 20 des Anschlussstücks 18 entstehen würde. In jedem Fall beträgt der maximale Innenradius R; des Dichtrings 8'' nicht mehr als die Hälfte des am Außenmantel 17 gemessenen Außenradius Ra. In einer besonders materialsparenden Ausführungsform, die zudem eine sehr leichte Verformbarkeit des Dichtrings 8'' und damit eine leichte Kippbarkeit des ersten Kupplungsteils relativ zum zweiten Kupplungsteil gewährleisetet, weist der Dichtring 8'' an dessen Umfang einen im Querschnitt V-förmigen Einschnitt 21, wie in der Darstellung beispielhaft bei einem der Dichtringe 8'' angedeutet, auf.

Der Außenradius Ra des elastischen, alle Relativbewegungen der Kupplungsteile 2, 3 aufnehmenden Dichtrings 8'' unterschreitet den Innendurchmesser des Halterings 10, welcher der Herstellung einer Schweißverbindung des Kupplungsgelenks 1 mit einer Anschlusskonstruktion 21 dient, um nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, und und überschreitet den genannten Innendurchmesser um nicht mehr als 50%. Eine besondere Temperaturbeständigkeit der in dieser sogenannten externen Dichtungslösung als Halbschalen ausgebildeten Dichtringe 8' ist nicht erforderlich, da diese erst montiert werden, nachdem das ansonsten vollständige Kupplungsgelenk 1 mit der Anschlusskonstruktion verschweißt ist.

1
Kupplungsgelenk
2
inneres Kupplungsteil
3
äußeres Kupplungsteil
4
Außenoberfläche
5
Kontaktfläche
6
Kontaktfläche
7
Innenoberfläche
8
Dichtring
9
Außenfläche
10
Haltering
11
Federleiste
12
Nut
13
Leiste
14
Seitenfläche
15
Gleitschicht
16
Anschlussteil
17
Außenmantel
18
Anschlussstück
19
Innenrand
20
Oberfläche
21
Einschnitt
A
Symmetrieachse
E
Mittelebene
Ri
Innenradius
Ra
Außenradius


Anspruch[de]
Kupplungsgelenk für Schienenfahrzeuge, mit einem ersten Kupplungsteil (2), welches eine in der Art einer Kugeloberfläche gewölbte, eine erste Kontaktfläche (5) bildende Außenoberfläche (4) aufweist, und einem zweiten Kupplungsteil (3), welches eine mit der Außenoberfläche (4) korrespondierende, eine zweite Kontaktfläche (6) bildende Innenoberfläche (7) sowie einen zur Herstellung einer Schweißverbindung mit einer Anschlusskonstruktion geeigneten Haltering (10) aufweist, wobei die Kupplungsteile (2, 3) relativ zueinander verschwenkbar sind und ein beide Kupplungsteile (2, 3) kontaktierender Dichtring (8, 8') zum Schutz der Kontaktflächen (5, 6) der Kupplungsteile (2, 3) vorgesehen ist. Kupplungsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dichtringe (8, 8') symmetrisch zu einer Mittelebene (E) der Kupplungsteile (2, 3) angeordnet sind. Kupplungsgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8) relativ zu einem der Kupplungsteile (2, 3) unbeweglich ist. Kupplungsgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8) formschlüssig in einer Nut (12) des zweiten Kupplungsteiles (3) gehalten ist. Kupplungsgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8') aus einem elastischen Material gefertigt ist, welches die Dichtfunktion unabhängig von der Relativposition der beiden Kupplungsteile (2, 3) herstellt, wobei verschiedene Oberflächenbereiche des Dichtrings (8') bei der Verschwenkung der Kupplungsteile (2, 3) jeweils in Kontakt mit gleichbleibenden Oberflächenbereichen der Kupplungsteile (2, 3) sind. Kupplungsgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Dichtrings (8') mit zunehmendem Abstand von einer Symmetrieachse (A) der Kupplungsteile (2, 3) zunimmt. Kupplungsgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenradius (Ra) des Dichtrings (8') mindestens das 1,5-fache des Innenradius (Ri) des Dichtrings (8') beträgt. Kupplungsgelenk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8') eine V-förmige, bezüglich der Symmetrieachse (A) nach außen gerichtete Aufweitung aufweist. Kupplungsgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (2, 3) in mindestens einer Raumrichtung um mindestens ± 7° zueinander kippbar sind.






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