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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug insbesondere in Form eines Güterwagens ausgeführt ist, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kuppeln von automatischen Luftkupplungen von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Güterwagen.
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Automatische Luftkupplungen werden herkömmlich in Schienenfahrzeugen, die für den Personenverkehr bestimmt sind, verwendet und sind dort Bestandteil der automatischen Zugkupplung. Die automatische Luftkupplung dient dabei dem Kuppeln der Hauptluftleitung zwischen den einzelnen Schienenfahrzeugen eines Zugs, das heißt zwischen den einzelnen Wagen, wobei unter Wagen sowohl Triebwagen als auch gezogene/geschobene Wagen zu verstehen sind. In der Hauptluftleitung des Zugs muss ein notwendiger Luftdruck aufgebaut werden, um die Bremsen aller gekuppelten Schienenfahrzeuge zu lösen. Umgekehrt, wenn der Luftdruck in der Hauptluftleitung fällt, wird das jeweilige Schienenfahrzeug abgebremst.
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Im Personenverkehr wird die Luftkupplung automatisch betätigt, wenn zwei automatische Zugkupplungen gegeneinander gefahren werden und eine sichere mechanische Verbindung zwischen den Zugkupplungen hergestellt wird. In der Regel ist das Mundstück der jeweiligen Luftkupplung mittig am oberen Rand der Stirnplatte positioniert und an das Mundstück schließt sich ein Strömungskanal für die Druckluft an, in welchem ein Ventil angeordnet ist. Der Strömungskanal mündet jenseits des Ventils, vom Mundstück aus gesehen, in einem Druckluftstutzen, an dem ein Druckluftschlauch oder ein Druckluftrohr des entsprechenden Schienenfahrzeugs angeschlossen werden kann, um die Verbindung zu den Bremsen beziehungsweise zum anderen Ende des Schienenfahrzeugs und die dort vorgesehene Luftkupplung herzustellen.
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Die Betätigung des Ventils in dem Strömungskanal erfolgt mechanisch durch den sogenannten Kupplungsverschluss, genauer durch dessen Hauptbolzen, der durch ein an diesem drehfest angeschlossenes sogenanntes Herzstück verdreht wird, wenn die Zugkupplungen gegeneinander gefahren werden. Mit den Herzstücken beider Kupplungen und entsprechenden Kuppelösen, in die Vorsprünge der Herzstücke eingreifen, wird die mechanische Verriegelung zwischen den beiden Zugkupplungen hergestellt. Auch das Entkuppeln erfolgt durch Verdrehen der Herzstücke und damit des Kupplungsverschlusses und des Hauptbolzens.
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Herkömmliche automatische Luftkupplungen weisen eine Verlängerung des Kupplungsverschlusses beziehungsweise des Hauptbolzens auf, wobei die Verlängerung in Form einer Welle an dem Kupplungsverschluss beziehungsweise am Hauptbolzen drehfest angeschlossen werden kann und mit einem Nocken versehen ist, der beim Verdrehen der Welle das Ventil im Sinne eines Öffnens des Strömungskanals beim Kuppelvorgang betätigt. Beim Entkuppelvorgang wird der Nocken entsprechend mit der Welle zurückgedreht und gibt das Ventil frei, das dann durch die Kraft eines Federspeichers geschlossen wird und den Strömungskanal versperrt.
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Damit ist die Stellung des Ventils beziehungsweise eines Ventilkörpers des Ventils, der mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet, abhängig von der Stellung des Kupplungsverschlusses. In der kuppelbereiten Stellung hält das Ventil den Strömungskanal und damit die Hauptluftleitung geschlossen. In der gekuppelten Stellung hält das Ventil den Strömungskanal und damit die Hauptluftleitung geöffnet.
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Beim Kuppeln treffen die Mundstücke beider Luftkupplungen aufeinander und werden luftdicht aneinander gepresst. Gleichzeitig dreht der Kupplungsverschluss beziehungsweise dessen Hauptbolzen in die gekuppelte Stellung und öffnet das Ventil, wie dargelegt.
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Bei einem Kupplungsbruch, das heißt bei einem unbeabsichtigten Auseinanderfahren der Zugkupplungen, obwohl sich der Hauptbolzen in der verriegelten Stellung befindet, bleibt auch die Stellung des Nockens gegenüber dem gekuppelten Zustand unverändert. Damit bleibt das Ventil geöffnet und die Hauptluftleitung kann entlüftet werden. Der Druckabfall führt zu einer Zwangsbremsung des Schienenfahrzeugs, da die Bremsen betätigt werden.
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Bei Güterwagen kommen solche automatischen Luftkupplungen herkömmlich nicht zum Einsatz. Vielmehr erfolgt hier das Kuppeln von einfachen Rohrstücken über stirnseitige Dichtungen, um die Hauptluftleitung zweier Schienenfahrzeuge aneinander anzuschließen. Dies ermöglicht, solche Kupplungen und die gesamten Hauptluftleitungen mit einem besonders großen Strömungsquerschnitt auszubilden. Beachtlich ist dabei die große Länge von Zügen mit Güterwagen. Bei einem Kupplungsbruch muss sich der Druckabfall in der Hauptluftleitung ausgehend von der Bruchstelle von Fahrzeug zu Fahrzeug ausbreiten, um alle Fahrzeuge gemeinsam abzubremsen. An die Ausbreitungsgeschwindigkeit, auch Durchschlaggeschwindigkeit genannt, werden daher hohe Anforderungen gestellt. Insbesondere wird gemäß Bahnnormen eine Mindestdurchschlaggeschwindigkeit von 250 Metern pro Sekunde vorgegeben.
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Nachteilig bei den Luftkupplungen für Güterwagen ist der Aufwand für deren Betätigung. Zugleich sind diese Luftkupplungen jedoch äußerst robust gestaltet. Die automatischen Luftkupplungen von Schienenfahrzeugen für den Personenverkehr hingegen sind herkömmlich weniger robust und beispielsweise anfällig für von oben auftreffende Fremdkörper, wie beispielsweise Teile von Schüttgut, wie dies bei Schienenfahrzeugen für den Güterverkehr vorkommt.
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Ferner ergeben sich aufgrund der komplexeren Leitungsführung größere Druckverluste.
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Ein weiterer Nachteil der automatischen Luftkupplungen von Schienenfahrzeugen sind die vergleichsweise großen Schaltkräfte des Ventils im Strömungskanal, aufgrund der mechanischen Anbindung des Ventils an den Kupplungsverschluss. Diese Schaltkräfte müssen beim Betätigen des Kupplungsverschlusses überwunden werden.
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DE 669 444 A offenbart eine selbsttätige Kupplung für Schienenfahrzeuge mit einem Druckluftzylinder, um einen Daumenhebel aus einer verrasteten Position mit dem Hauptventil in der Druckluftleitung zu lösen.
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DE 1 270 591 A offenbart eine selbsttätige mechanische Kupplung für Schienenfahrzeuge, bei welcher ein Absperrventil in einer Hauptluftleitung mittels eines pneumatischen Zylinders betätigt wird, wobei der pneumatische Zylinder mit Druckluft aus einer Steuerleitung beaufschlagt wird, die von der Hauptluftleitung vor und hinter dem Absperrventil abzweigt und in der ein Steuerventil mit einem Ventilstößel vorgesehen ist, der von einem mit mechanischen Stößeln betätigten Nockenglied betätigt wird, wenn die mechanischen Stößel von zwei gegengleichen Kupplungen zusammengefahren werden und zuvor mit einem Stempel ein Sperrglied verschoben wird.
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DE 2 223 878 A offenbart eine automatische Kuppeleinrichtung für Güterwagen, bei der das Hauptluftleitungsventil über ein Druckluftsystem mit zahlreichen Vorsteuerventilen betätigt wird, wobei die Vorsteuerventile wiederum mittelbar über Stößel geschaltet werden.
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DE 10 2016 104 188 A1 offenbart eine Welle, die als Hauptbolzen oder als eine axiale Verlängerung eines Hauptbolzens einer mechanischen Kupplung einer automatischen Mittelpufferkupplung ausgeführt ist, wobei die Welle drei radial vorspringende Bereiche aufweist, um Funktionskomponenten, wie Ventilanordnungen und einen Positionssensor, zu betätigen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Luftkupplung und ein Verfahren zum Kuppeln von automatischen Luftkupplungen anzugeben, wobei die Luftkupplung bevorzugt sowohl für Schienenfahrzeuge im Personenverkehr als auch für ein Schienenfahrzeug in Form eines Güterwagens geeignet ist und die zuvor genannten Nachteile vermieden oder zumindest reduziert werden. Insbesondere soll sich die automatische Luftkupplung durch eine komfortable Betätigung, vergleichsweise kleine auf einen Kupplungsverschluss wirkende Schaltkräfte und geringe Druckverluste auszeichnen, sowie durch einen robusten Aufbau, der unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine automatische Luftkupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine automatische Zugkupplung mit einer erfindungsgemäßen automatischen Luftkupplung. Ferner wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kuppeln von automatischen Luftkupplungen von Schienenfahrzeugen angegeben.
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Die automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Schienenfahrzeug insbesondere in Form eines Güterwagens ausgeführt ist, weist ein Mundstück zum Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung beziehungsweise an ein gegengleiches Mundstück auf. Ferner ist ein Druckluftstutzen zum Anschließen der Luftkupplung an ein Schienenfahrzeugdruckluftsystem vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße automatische Luftkupplung weist einen Strömungskanal auf, der das Mundstück druckluftleitend mit dem Druckluftstutzen verbindet. In dem Strömungskanal ist ein Ventil angeordnet, das vorliegend als Hauptventil bezeichnet wird. Das Hauptventil ist betätigbar, um den Strömungskanal wahlweise freizugeben oder druckdicht abzusperren.
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Erfindungsgemäß ist das Hauptventil als druckluftbetätigtes Ventil ausgeführt. Demgemäß erfolgt der Antrieb des Hauptventils durch Druckluft, im Gegensatz zu dem bisherigen mechanischen Antrieb.
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Durch die Erfindung erzeugt das Hauptventil keine Schaltkräfte, die auf einen Kupplungsverschluss, beispielsweise dessen Hauptbolzen, wirken. Lediglich Kräfte zum Beaufschlagen des Hauptventils mit Druckluft sind notwendig und werden insbesondere durch den Kupplungsverschluss und/oder durch das Zusammenfahren von zwei Schienenfahrzeugen, das heißt durch das Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung, erzeugt.
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Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Vorsteuerventil zur Betätigung des Hauptventils vorgesehen, wobei das wenigstens eine Vorsteuerventil angeordnet ist, um beim Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung betätigt zu werden. Mit dem wenigstens einen Vorsteuerventil kann das Hauptventil mit Druckluft beaufschlagt werden, wobei das wenigstens eine Vorsteuerventil hierfür zum Beispiel in einer Druckluftleitung angeordnet ist, um diese zu öffnen und zu verschließen und über die Druckluftleitung Druckluft aus dem Strömungskanal abgezweigt werden kann, um mit dieser Druckluft das Hauptventil zu dessen Betätigung zu beaufschlagen.
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Beispielsweise sind zwei Vorsteuerventile vorgesehen, somit ein erstes Vorsteuerventil und ein zweites Vorsteuerventil. Dies schließt nicht aus, dass weitere Vorsteuerventile zum Einsatz gelangen.
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Günstig ist, wenn eines der beiden Vorsteuerventile durch Verriegeln eines Kupplungsverschlusses einer Zugkupplung des Schienenfahrzeugs, beispielsweise durch Verdrehen eines Hauptbolzen des Kupplungsverschlusses, betätigt wird, insbesondere geöffnet wird, und das andere der beiden Vorsteuerventile durch Zusammenfahren der automatischen Luftkupplungen beziehungsweise der Zugkupplungen von zwei Schienenfahrzeugen betätigt wird, insbesondere geöffnet wird, wobei die beiden Vorsteuerventile bevorzugt im geöffneten Zustand nacheinander von Druckluft durchströmt werden, um das Hauptventil mit der Druckluft zu beaufschlagen.
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Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Vorsteuerventil, vorliegend als erstes Vorsteuerventil bezeichnet, vorgesehen, das einen Ventilantrieb aufweist beziehungsweise dem ein Ventilantrieb zugeordnet ist, der am Vorsteuerventil angreift, um dieses zu öffnen und zu schließen und dadurch das Hauptventil zu betätigen. Der Ventilantrieb umfasst eine um eine Verdrehachse verdrehbare Welle, die zum drehfesten Anschluss an einen Schienenfahrzeugkupplungsverschluss ausgeführt ist oder durch einen Schienenfahrzeugkupplungsverschluss gebildet wird, um das Vorsteuerventil in Abhängigkeit der Verdrehposition der Welle zu öffnen und zu schließen.
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Der Ventilantrieb umfasst bevorzugt einen drehfest an der Welle angeschlossenen oder einteilig mit dieser ausgebildeten Nocken, der an einem Ventilkörper des Vorsteuerventils angreift, um das Vorsteuerventil zu öffnen und/oder zu schließen.
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Die verdrehbare Welle des Ventilantriebs wird bevorzugt durch einen Hauptbolzen des Schienenfahrzeugkupplungsverschlusses oder eine an dem Hauptbolzen des Schienenfahrzeugkupplungsverschlusses drehfest anschließbare Hauptbolzenverlängerung gebildet.
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Besonders bevorzugt umfasst der Schienenfahrzeugkupplungsverschluss eine mechanische Verriegelungseinrichtung, die am Hauptbolzen angeschlossen und eingerichtet ist, beim Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung und beim Verdrehen des Hauptbolzens mechanisch in eine gegengleiche Verriegelungseinrichtung der gegengleichen Luftkupplung verriegelnd einzugreifen.
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Die Erfindung nutzt demnach als Aktuator für das Vorsteuerventil eine äußerst robuste Mechanik, die sich beim mechanischen Kuppeln von Schienenfahrzeugkupplungen vielfach bewährt hat.
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Dem zweiten Vorsteuerventil kann zum Beispiel ein Stößel zugeordnet sein, der angeordnet ist, um beim Ankuppeln der Luftkupplung an die gegengleiche Luftkupplung verlagert, insbesondere verschoben, zu werden und dadurch das zweite Vorsteuerventil zu öffnen und/oder zu schließen.
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Das erste Vorsteuerventil und das zweite Vorsteuerventil sind bevorzugt in Reihe zueinander geschaltet, und zwar bezogen auf ihre Durchströmung mit Druckluft in Richtung zu dem Hauptventil.
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Das Hauptventil ist besonders vorteilhaft als Kugelhahn ausgeführt, bevorzugt mit vollem Durchgang. Bei einem Kugelhahn mit vollem Durchgang weist die Bohrung in der Kugel, die zum Öffnen und Schließen des Kugelhahns verdreht wird, im Gegensatz zu einem Kugelhahn mit reduziertem Durchgang denselben Durchmesser beziehungsweise denselben Strömungsquerschnitt auf wie sich beidseitig anschließende Rohrabschnitte. Dadurch ergeben sich besonders geringe Strömungsverluste. Die Kugel, die nicht exakt kugelförmig sein muss, ist insbesondere um 90° verdrehbar, um das Ventil zu öffnen und zu schließen.
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Selbstverständlich kommen andere Ventilformen für das Hauptventil in Betracht, beispielsweise in Form eines Schieberventils oder eines Absperrhahns.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Vorsteuerventil als 3/2-Wegeventil ausgeführt.
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Das zweite Vorsteuerventil kann zum Beispiel als 2/2-Wegeventil ausgeführt sein.
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Besonders bevorzugt bildet der Strömungskanal eine Hauptluftleitung aus, in welcher das Hauptventil angeordnet ist, um die Hauptluftleitung freizugeben und abzusperren. Das wenigstens eine Vorsteuerventil kann dann bevorzugt in oder in Strömungsrichtung hinter wenigstens einem Abzweig der Hauptluftleitung angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Abzweig der Hauptluftleitung auf einer ersten Seite des Hauptventils vorgesehen, sowie ein zweiter Abzweig der Hauptluftleitung auf einer zweiten Seite des Hauptventils. Die zweite Seite des Hauptventils ist entsprechend der ersten Seite des Hauptventils entgegengesetzt und das Hauptventil sperrt den Strömungsquerschnitt der Hauptluftleitung zwischen der ersten Seite und der zweite Seite oder gibt diesen Strömungsquerschnitt frei, je nach Schaltstellung des Hauptventils.
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Die beiden Abzweige sind vor dem wenigstens einen Vorsteuerventil vereint, betrachtet in Strömungsrichtung der Druckluft aus der Hauptluftleitung durch die Vorsteuerventile.
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In jedem Abzweig kann wenigstens ein in Richtung der Hauptluftleitung sperrendes Rückschlagventil vorgesehen sein, um eine Kurzschlussströmung um das Hauptventil herum zu vermeiden.
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Um einen vorteilhaften modularen Aufbau zu erreichen, können das Hauptventil und das wenigstens eine Vorsteuerventil in einem gemeinsamen Ventilblock angeordnet sein, der wenigstens eine mechanische Anschlussschnittstelle zum Anschluss des Ventilblocks an ein Kupplungsgehäuse einer automatischen Zugkupplung aufweist. Damit ist es zum Beispiel möglich, das herkömmlich mechanisch vom Zugkupplungsverschluss beziehungsweise vom Hauptbolzen betätigte Hauptventil einer bestehenden automatischen Zugkupplung zu demontieren und an dessen Stelle den Ventilblock der erfindungsgemäßen Luftkupplung zu montieren, sodass das erste Vorsteuerventil zu seiner Betätigung mit dem Kupplungsverschluss beziehungsweise dessen Hauptbolzen verbunden wird.
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Damit kann die modifizierte herkömmliche automatische Zugkupplung mit bestehenden Teilen der mechanischen Kupplung und nur mit einer neuen Luftkupplung weiter verwendet werden und arbeitet sowohl mit anderen automatischen Zugkupplungen, die Luftkupplungen gemäß dem Stand der Technik aufweisen, als auch mit anderen automatischen Zugkupplungen, die eine erfindungsgemäße Luftkupplung aufweisen, zusammen.
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Der Ventilblock schützt ferner das Hauptventil und das wenigstens eine Vorsteuerventil vor äußeren Einflüssen und ist insbesondere mit einem zumindest im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse versehen.
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Eine erfindungsgemäße automatische Zugkupplung für ein Schienenfahrzeug, das wiederum insbesondere in Form eines Güterwagens ausgeführt ist, weist wenigstens eine Stirnplatte auf, die mechanische Kupplungsbauteile wie beispielsweise einen Trichter und einen Kegel umschließt. Die erfindungsgemäße Luftkupplung ist bevorzugt derart in der automatischen Zugkupplung integriert, dass das Mundstück aus einer Stirnfläche der Stirnplatte herausragt. Dabei kann das Mundstück die Stirnplatte durchdringen oder neben, insbesondere oberhalb, der Stirnplatte aus der (verlängerten) Stirnfläche herausragend angeordnet sein.
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Die automatische Zugkupplung weist insbesondere die eingangs dargestellten Bauteile, wie ein Herzstück, wenigstens eine Kuppelöse, einen Kupplungsverschluss und/oder einen Hauptbolzen auf, wobei die Welle des Ventilantriebs des ersten Vorsteuerventils, wie dargestellt, bevorzugt hieran angeschlossen ist oder durch diesen gebildet wird.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kuppeln von automatischen Luftkupplungen von Schienenfahrzeugen, insbesondere Güterwagen, werden die automatischen Luftkupplungen zusammengefahren, bis sich deren Mundstücke zumindest berühren. Insbesondere kommen die Mundstücke einander gegenseitig abdichtend zur Anlage und können dabei eingedrückt und/oder verformt werden.
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Durch das Zusammenfahren der automatischen Luftkupplungen und/oder durch Verriegeln eines Kupplungsverschlusses einer Zugkupplung des Schienenfahrzeugs wird wenigstens ein Vorsteuerventil betätigt, und zwar in einer der beiden Luftkupplungen oder bevorzugt in beiden Luftkupplungen, je nach deren Ausgestaltung.
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Durch das Betätigen des wenigstens einen Vorsteuerventils der Luftkupplung wird ein Hauptventil in einer Hauptluftleitung der Luftkupplung mit Druckluft beaufschlagt und durch diese Druckbeaufschlagung betätigt, um einen die Hauptluftleitung ausbildenden Strömungskanal freizugeben oder druckdicht abzusperren, je nachdem, ob das Hauptventil mit Druckluft geöffnet und durch Federkraft geschlossen wird, mit Druckluft geschlossen und durch Federkraft geöffnet wird oder mit Druckluft geöffnet und geschlossen wird.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen einer automatischen Luftkupplung, einer automatischen Zugkupplung und eines Verfahrens zum Kuppeln einer automatischen Luftkupplung beschrieben werden.
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Es zeigen:
- 1 zwei erfindungsgemäß ausgeführte automatische Luftkupplungen im entkuppelten, kuppelbereiten Zustand;
- 2 die Luftkupplungen aus der 1 im mechanisch gekuppelten Zustand der zugehörigen Zugkupplung, wobei das Hauptventil der einen Luftkupplung bereits geöffnet, das der anderen Luftkupplung noch geschlossen ist;
- 3 die Luftkupplungen aus der 2 im mechanisch gekuppelten Zustand mit gekuppelter beziehungsweise durchgeschalteter Hauptluftleitung;
- 4 die Luftkupplungen aus der 3 im mechanisch entkuppelten Zustand, wobei die Luftkupplungen noch nicht auseinander bewegt wurden;
- 5 die Luftkupplungen aus der 4 in einem voneinander entfernten Zustand nach einem Kupplungsabriss;
- 6 eine erfindungsgemäße automatische Zugkupplung mit erfindungsgemäßer Luftkupplung in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 7 die Zugkupplung aus der 6 in einer Draufsicht von oben;
- 8 eine exemplarische schematische Darstellung des ersten Vorsteuerventils.
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In den 1 bis 5 ist schematisch eine erfindungsgemäße Luftkupplung in verschiedenen Schaltzuständen gezeigt. Die 6 und 7 zeigen Draufsichten auf eine entsprechende Luftkupplung, die am Kupplungsgehäuse 16 einer automatischen Zugkupplung montiert ist, hier oben auf dem Kupplungsgehäuse 16. Die Ventile der Luftkupplung, die nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben wird, sind dabei in einen gemeinsamen Ventilblock 14 integriert, der über entsprechende Anschlussschnittstellen 15 am Kupplungsgehäuse 16 angeschlossen ist. Die Anschlussschnittstellen 15 sind nur schematisch gezeigt und können am Ventilblock 14 derart gewählt werden, dass der Ventilblock 14 an eine bestehende Zugkupplung mit einer herkömmlichen Luftkupplung anstelle der vorhandenen Luftkupplung angeschlossen, insbesondere angeschraubt, werden kann.
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Die Luftkupplung weist ein Mundstück 1 auf, das stirnseitig über die Stirnplatte 17 der automatischen Zugkupplung hervorsteht. Die Stirnplatte 17 umschließt mechanische Kupplungsbauteile, wie beispielsweise einen Trichter 19 und einen Kegel 18. Trichter 19 und Kegel 18 einer automatischen Zugkupplung können mit dem gegengleichen Trichter 19 und Kegel 18 einer zweiten automatischen Zugkupplung gekoppelt und mechanisch miteinander verriegelt werden. Hierfür ist ein Schienenfahrzeugkupplungsverschluss vorgesehen, der in den 1 bis 5 nicht im Einzelnen dargestellt ist, und der einen Hauptbolzen 22 umfasst (siehe die 8), der um eine Hauptbolzendrehachse 27 verdrehbar ist, um durch die Verdrehung eine am Hauptbolzen 22 angeschlossene mechanische Verriegelungseinrichtung 26 der Zugkupplung mit einer gegengleichen Verriegelungseinrichtung der zweiten Zugkupplung in Eingriff zu bringen und die beiden Verriegelungseinrichtung und damit die Zugkupplungen mechanisch miteinander zur verriegeln.
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Die Luftkupplung weist ferner einen Druckluftstutzen 2 auf, an den eine Rohrleitung 20 oder ein Schlauch angeschlossen werden kann, um die Luftkupplung mit dem Druckluftsystem des entsprechenden Schienenfahrzeugs, das mit der Luftkupplung beziehungsweise der automatischen Zugkupplung versehen ist, zu verbinden. Zwischen dem Mundstück 1 und dem Druckluftstutzen 2 ist ein Strömungskanal 3 vorgesehen, der Bestandteil der sogenannten Hauptluftleitung 9 ist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel auch durch die Rohrleitung 20 gebildet wird und entsprechend im Schienenfahrzeug fortgesetzt ist bis zu einer entsprechenden Luftkupplung am anderen Ende des Schienenfahrzeugs.
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Im Strömungskanal 3 ist ein Hauptventil 4 angeordnet. Das Hauptventil 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugelhahn ausgeführt, umfassend eine um 90° verdrehbare Kugel 4.1 mit einem Durchgang 4.2, der quer zur Strömungsrichtung im Strömungskanal 3 durch Verdrehen der Kugel 4.1 ausgerichtet werden kann, um das Hauptventil 4 zu schließen, und der in Strömungsrichtung des Strömungskanals 3 ausgerichtet werden kann, um das Hauptventil 4 zu öffnen (siehe die 1 bis 5). Idealerweise entspricht der Strömungsquerschnitt des Durchganges 4.2 dem Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 3.
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Die Betätigung des Hauptventils 4, hier das Verdrehen der Kugel 4.1, erfolgt mittels Druckluft. Beispielsweise wird das Hauptventil 4 im mit Druckluft beaufschlagten Zustand geöffnet, sodass es den Strömungskanal 3 freigibt, wohingegen es durch eine Federkraft geschlossen wird, sodass es den Strömungskanal 3 druckdicht absperrt, wenn es nicht zu seiner Betätigung mit Druckluft beaufschlagt wird. Dies ist durch den schematisch angedeuteten Federspeicher 4.3 in den 1 bis 5 dargestellt, sowie durch den Pfeil in der nachfolgend noch beschriebenen Steuerluftleitung 21 für das Hauptventil 4.
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Um das Hauptventil 4 erfindungsgemäß mit Druckluft betätigen zu können, im Unterschied zu einer mechanischen Betätigung, bei welcher ein Ventilkörper des Hauptventils 4 durch eine Triebverbindung betätigt wird, ist eine Steuerluftleitung 21 vorgesehen, die wahlweise mit Druckluft beaufschlagt werden kann. In der Steuerluftleitung 21 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Vorsteuerventile 7, 8 vorgesehen, nämlich das erste Vorsteuerventil 7 und das zweite Vorsteuerventil 8. Das erste Vorsteuerventil 7 ist als 3/2-Wegeventil ausgeführt und das zweite Vorsteuerventil 8 ist 2/2-Wegeventil ausgeführt. Beide Vorsteuerventile 7, 8 sind in Reihe zueinander geschaltet. Das erste Vorsteuerventil 7 lässt in einem ersten Schaltzustand Druckluft in Richtung des Hauptventils 4 strömen und entlüftet in einem zweiten Schaltzustand die Steuerluftleitung 21 zwischen den beiden Vorsteuerventilen 7 und 8, wobei es gleichzeitig die Steuerluftleitung 21 ausgehend von der Hauptluftleitung 9 vor der Entlüftung absperrt. Das zweite Vorsteuerventil 8 sperrt in einem ersten Schaltzustand die Steuerluftleitung 21 ab und öffnet diese in einem zweiten Schaltzustand.
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Die Steuerluftleitung 21 umfasst einen ersten Abzweig 10 mit einem ersten Rückschlagventil 12 und einen zweiten Abzweig 11 mit einem zweiten Rückschlagventil 13. Der erste Abzweig 10 zweigt in Strömungsrichtung vom Mundstück 1 zum Druckluftstutzen 2 hinter dem Hauptventil 4 aus dem Strömungskanal 3 und damit der Hauptluftleitung 9 ab. Der zweite Abzweig 11 zweigt auf der anderen Seite des Hauptventils 4, also in der genannten Strömungsrichtung vor dem Hauptventil 4 aus dem Strömungskanal 3 beziehungsweise der Hauptluftleitung 9 ab.
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Der erste Abzweig 10 und der zweite Abzweig 11 werden in Strömungsrichtung der Druckluft aus der Hauptluftleitung 9 zu den Vorsteuerventilen 7, 8 vereint, und zwar noch vor dem ersten Vorsteuerventil 7, das dem zweiten Vorsteuerventil 8 in Strömungsrichtung der Druckluft vorgeschaltet ist. Somit kann mit dem ersten Vorsteuerventil 7 die Steuerluftleitung 21 in Strömungsrichtung der aus der Hauptluftleitung 9 abgezweigten Druckluft hinter der Zusammenführung der beiden Abzweige 10, 11 abgesperrt werden.
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Das erste Vorsteuerventil 7 umfasst, wie aus der 8 erkennbar ist, einen Ventilantrieb 5, mit einer Welle 5.1, an der ein Nocken 5.2 drehfest angeschlossen ist. Die Welle 5.1 wird durch den Kupplungsverschluss der automatischen Zugkupplung, beispielsweise dessen Hauptbolzen 22, zur Verdrehung um die Verdrehachse 6 angetrieben. Beispielsweise ist die Welle 5.1 eine Hauptbolzenverlängerung 25 des Hauptbolzens 22 oder wird durch den Hauptbolzen 22 gebildet.
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Der Nocken 5.2 betätigt den Ventilkörper 7.1 des ersten Vorsteuerventils 7 derart, dass immer dann, wenn der Kupplungsverschluss verriegelt ist, der Ventilkörper 7.1 entgegen der Kraft der Feder 7.2 verschoben wird, um die Steuerluftleitung 21 zu öffnen, das heißt mit Druckluft aus der Hauptluftleitung 9 zu füllen (siehe zum Beispiel die 1). Immer dann, wenn der Kupplungsverschluss entriegelt ist, drückt die Feder 7.2 den Ventilkörper 7.1 in eine das Vorsteuerventil 7 verschließende Stellung, in der jedoch gleichzeitig eine Entlüftung der Steuerluftleitung 21 erfolgt, siehe zum Beispiel die 1 und 8.
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Dem zweiten Vorsteuerventil 8 ist ein Stößel 8.1 zugeordnet, der stirnseitig aus der Stirnplatte 17 ragt, siehe die 6 und 7, sowie die symbolische Darstellung in den 1 bis 5. Immer dann, wenn die Stirnplatten 17 zweier Zugkupplungen gegeneinander gefahren werden, verschiebt der Stößel 8.1 einen Ventilkörper des zweiten Vorsteuerventils 8, sodass das zweite Vorsteuerventil 8 geöffnet wird. Im geöffneten Zustand kann, wie nachfolgend noch erläutert wird, Druckluft aus der Hauptluftleitung 9 zum Öffnen des Hauptventils 4 abgezweigt werden oder beim ordnungsgemäßen Entkuppelvorgang der Zugkupplung die Steuerluftleitung 21 bis zum Hauptventil 4 entlüftet werden, damit das Hauptventil 4 wieder schließt. Im geschlossenen Zustand des zweiten Vorsteuerventils 8 verhindert dieses, dass Druckluft aus der Hauptluftleitung 9 über das erste Vorsteuerventil 7 zum Hauptventil 4 strömen kann, um dieses zu öffnen.
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In der 1 ist der entkuppelte Zustand der beiden Luftkupplungen und der zugehörigen mechanischen Zugkupplungen dargestellt. Der Kupplungsverschluss ist geöffnet, die Stößel 8.1 werden nicht durch eine Stirnplatte eingedrückt. Damit sind die beiden Vorsteuerventile 7, 8 geschlossen, das Hauptventil 4 wird in seiner geschlossenen Stellung gehalten, beispielsweise aufgrund der Kraft des Federspeichers 4.3.
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An der Hauptluftleitung 9 ist ferner in beiden Luftkupplungen jeweils ein Anbremsventil 23 in einer Entlüftungsleitung 24 angeschlossen. Durch Öffnen des Anbremsventils 23 kann die Hauptluftleitung 9 entlüftet werden, um die Schienenfahrzeuge zu bremsen.
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In der 2 ist nun dargestellt, dass die beiden Luftkupplungen und mechanischen Zugkupplungen gegeneinander gefahren wurden und die Kupplungsverschlüsse betätigt wurden. Durch die Betätigung der Kupplungsverschlüsse, das heißt durch das Verdrehen der Hauptbolzen 22, siehe die 8, sind die beiden ersten Vorsteuerventile 7 in die geöffnete Stellung geschaltet worden. Durch das Eindrücken der Stößel 8.1 sind die beiden zweiten Vorsteuerventile 8 in die geöffnete Stellung verbracht worden. Allerdings geht der in der 2 gezeigte Zustand davon aus, dass die rechts dargestellte Luftkupplung vor dem Kuppelvorgang entlüftet war, sodass in deren Hauptluftleitung 9 kein Überdruck herrschte. In der links dargestellten Luftkupplung hingegen herrschte in der Hauptluftleitung 9 jenseits des Hauptventils 4, betrachtet von deren Mundstück 1 aus, ein ausreichender Luftdruck, der über den ersten Abzweig 10 durch Öffnen der beiden Vorsteuerventile 7, 8 abgezweigt werden konnte, um das Hauptventil 4 der links dargestellten Luftkupplung zu öffnen. Somit ist im in der 2 dargestellten Zustand das Hauptventil 4 der rechts dargestellten Luftkupplung noch geschlossen, da sich der Luftdruck aus der Hauptluftleitung 9 der links dargestellten Luftkupplung über das nun geöffnete Hauptventil 4 nun in die rechts dargestellte Luftkupplung und den dortigen ersten Abzweig 10 noch ausbreiten muss, um zum Hauptventil 4 der rechts dargestellten Luftkupplung zu gelangen und dieses zu öffnen.
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In der 3 ist nun eben jener Zustand gezeigt, in dem die Druckluft aus der links dargestellten Luftkupplung über die Mundstücke 1 in den Strömungskanal 3 der rechts dargestellten Luftkupplung gelangt ist, und zwar in jenen Abschnitt des Strömungskanals 3 zwischen dem Mundstück 1 und dem Hauptventil 4 der rechts dargestellten Luftkupplung. Von dort aus ist der Luftdruck über den zweiten Abzweig 11, das erste Vorsteuerventil 7 und das zweite Vorsteuerventil 8 zum Hauptventil 4 gelangt und hat dieses geöffnet, sodass sich in Folge auch der Abschnitt des Strömungskanals 3, der ausgehend vom Mundstück 1 jenseits des Hauptventils 4 angeordnet ist, mit dem Luftdruck befüllen konnte.
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Somit herrscht eine druckluftleitende Verbindung über die beiden Strömungskanäle 3 hinweg, sodass die Hauptluftleitungen 9 insgesamt mit Druckluft befüllt sind.
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In der 4 ist ein Zustand der beiden Luftkupplungen gezeigt, in welcher die mechanischen Zugkupplungen noch aneinander anliegen, jedoch die Kupplungsverschlüsse geöffnet wurden. Durch das Öffnen der Kupplungsverschlüsse wurden die ersten Vorsteuerventile 7 in ihre geschlossene Stellung verbracht, in der sie die Steuerluftleitungen 21 von den ersten und zweiten Abzweigen 10, 11 abtrennen. Zugleich entlüften sie die Steuerluftleitungen 21.
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Da die mechanischen Zugkupplungen noch nicht auseinandergefahren wurden, verbleiben die Stößel 8.1 eingedrückt, sodass die zweiten Vorsteuerventile 8 noch geöffnet sind. Damit können über die ersten Vorsteuerventile 7 auch die Abschnitte der Steuerluftleitungen 21 entlüftet werden, die sich zwischen den Hauptventilen 4 und den zweiten Vorsteuerventilen 8 befinden.
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Wenn anschließend die beiden Zugkupplungen und damit die beiden Luftkupplungen auseinandergefahren werden, stellt sich wieder der in der 1 dargestellte entkuppelte Zustand ein.
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In der 5 ist eine Situation dargestellt, in welcher die Kupplungsverschlüsse nicht entriegelt wurden, jedoch die mechanischen Zugkupplungen trotzdem auseinandergefahren wurden, weil die mechanische Verbindung versagt hat, sodass ein sogenannter Kupplungsabriss vorliegt.
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In diesem Zustand werden die Stößel 8.1 nicht mehr betätigt, sodass sie über eine entsprechende in der Regel vorgesehene Federkraft ausfahren und die zweiten Vorsteuerventile 8 verschlossen werden. Da hingegen die Kupplungsverschlüsse noch in der geöffneten Stellung sind, die Hauptbolzen 22 entsprechend verdreht sind (siehe die 8), bleiben die ersten Vorsteuerventile 7 in der geöffneten Stellung. Dadurch können die Steuerluftleitungen 21 nicht entlüftet werden und die Hauptventile 4 werden in ihrer geöffneten Stellung gehalten. Somit erfolgt eine rasche Entlüftung der Hauptluftleitungen 9 über die nicht mehr abgedichteten Mundstücke 1 und entsprechend werden die Schienenfahrzeuge automatisch gebremst, da der Druck im Fahrzeugdruckluftsystem absinkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mundstück
- 2
- Druckluftstutzen
- 3
- Strömungskanal
- 4
- Hauptventil
- 4.1
- Kugel
- 4.2
- Durchgang
- 4.3
- Federspeicher
- 5
- Ventilantrieb
- 5.1
- Welle
- 5.2
- Nocken
- 6
- Verdrehachse
- 7
- erstes Vorsteuerventil
- 7.1
- Ventilkörper
- 7.2
- Feder
- 8
- zweites Vorsteuerventil
- 8.1
- Stößel
- 9
- Hauptluftleitung
- 10
- erster Abzweig
- 11
- zweiter Abzweig
- 12
- erstes Rückschlagventil
- 13
- zweites Rückschlagventil
- 14
- Ventilblock
- 15
- Anschlussschnittstelle
- 16
- Kupplungsgehäuse
- 17
- Stirnplatte
- 18
- Kegel
- 19
- Trichter
- 20
- Rohrleitung
- 21
- Steuerluftleitung
- 22
- Hauptbolzen
- 23
- Anbremsventil
- 24
- Entlüftungsleitung
- 25
- Hauptbolzenverlängerung
- 26
- mechanische Verriegelungseinrichtung
- 27
- Hauptbolzendrehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 669444 A [0013]
- DE 1270591 A [0014]
- DE 2223878 A [0015]
- DE 102016104188 A1 [0016]
