EP4013658A1 - Automatische luftkupplung für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Automatische luftkupplung für ein schienenfahrzeug

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EP4013658A1
EP4013658A1 EP20757248.8A EP20757248A EP4013658A1 EP 4013658 A1 EP4013658 A1 EP 4013658A1 EP 20757248 A EP20757248 A EP 20757248A EP 4013658 A1 EP4013658 A1 EP 4013658A1
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EP
European Patent Office
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coupling
air
flow channel
valve
air coupling
Prior art date
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Application number
EP20757248.8A
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English (en)
French (fr)
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EP4013658B1 (de
Inventor
Kay Uwe Kolshorn
Martin Schüler
Wladimir SCHÄFER
Jörn Schulz
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4013658A1 publication Critical patent/EP4013658A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4013658B1 publication Critical patent/EP4013658B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/06—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables
    • B61G5/08—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables for fluid conduits

Definitions

  • the present invention relates to an automatic air coupling for a rail vehicle, the rail vehicle being designed in particular in the form of a freight car, in detail according to the preamble of claim 1.
  • Automatic air couplings are conventionally used in rail vehicles intended for passenger traffic and are part of the automatic train coupling there.
  • the automatic air coupling is used to couple the main air line between the individual rail vehicles of a train, that is, between the individual wagons, whereby wagons are both railcars and pulled / pushed wagons.
  • the necessary air pressure must be built up in the main air line of the train in order to release the brakes of all coupled rail vehicles. Conversely, if the air pressure in the main air line falls, the respective rail vehicle is braked.
  • the air coupling is automatically activated when two automatic train couplings are driven against each other and a secure mechanical connection is established between the train couplings.
  • the mouthpiece of the respective air coupling is positioned centrally on the upper edge of the face plate and a flow channel for the compressed air, in which a valve is arranged, connects to the mouthpiece.
  • the flow channel opens beyond the valve, as seen from the mouthpiece, in a compressed air nozzle to which a compressed air hose or a compressed air pipe of the corresponding rail vehicle can be connected in order to establish the connection to the brakes or to the other end of the rail vehicle and the air coupling provided there.
  • the valve in the flow channel is actuated mechanically by the so-called coupling lock, more precisely by its main bolt, which is rotated by a so-called frog connected to it when the pulling couplings are moved against each other.
  • the coupling lock more precisely by its main bolt, which is rotated by a so-called frog connected to it when the pulling couplings are moved against each other.
  • Generic automatic air couplings have an extension of the coupling lock or the main pin, the extension in the form of a shaft can be connected to the coupling lock or the main pin in a rotationally fixed manner and is provided with a cam which, when the shaft is rotated, the valve in the sense of opening the flow channel operated during the coupling process. During the uncoupling process, the cam is rotated back with the shaft and releases the valve, which is then closed by the force of a spring accumulator and blocks the flow channel.
  • valve The position of the valve or of a valve body of the valve which works together with a valve seat is thus dependent on the position of the coupling lock.
  • the valve In the ready-to-couple position, the valve keeps the flow channel and thus the main air line closed. In the coupled position, the valve keeps the flow channel and thus the main air line open.
  • Such automatic air couplings are not conventionally used in freight wagons. Rather, simple pipe sections are coupled here via seals on the face in order to connect the main air line of two rail vehicles to one another. This makes it possible to design such couplings and all of the main air lines with a particularly large flow cross section. The great length of trains with freight wagons is remarkable. If the clutch breaks, the pressure drop in the main air line must spread from vehicle to vehicle starting from the break point in order to brake all vehicles together. High demands are therefore placed on the speed of propagation, also known as the speed of penetration. In particular, according to railway standards, a minimum breakthrough speed of 250 meters per second is specified.
  • the present invention is based on the object of specifying an automatic air coupling for a rail vehicle, the automatic Air coupling can be operated comfortably and also meets the requirement of air couplings for rail vehicles in the form of freight cars and in particular is designed to be robust at the same time.
  • the automatic air coupling for a rail vehicle wherein the rail vehicle is designed in particular in the form of a freight wagon, has a mouthpiece for coupling the air coupling to an air coupling of the same type, in accordance with the generic design explained at the beginning, and also a compressed air connector for connecting the air coupling to a Rail vehicle compressed air system and a flow channel that connects the mouthpiece to the compressed air nozzle in a compressed air-conducting manner.
  • a valve which comprises a valve body and a valve seat, is arranged in the flow channel. The valve body is movable between an open position, in which it at least largely or completely releases the flow channel, and a closed position, in which it closes the flow channel in a pressure-tight manner. In particular, a main air line, of which the flow channel forms a part, is blocked accordingly.
  • a free flow cross-section for the compressed air through the mouthpiece, the flow channel, the valve in the open position of the valve body and the compressed air nozzle has a minimum width of 20 mm or more than 20 mm.
  • the minimum width here means the smallest existing distance between two opposing, in particular diametrically opposing walls of the flow channel or the components enclosing the flow cross section. If such a relatively large minimum width of the free flow cross-section is provided, for example a ball with a diameter of approximately 20 mm or with a minimum width of more than 20 mm with a diameter of 20 mm through the mouthpiece, the flow channel, the valve and the Compressed air connections can be moved without getting stuck.
  • the mentioned minimum width is at least or more than 30 mm or 31.75 mm.
  • the free flow cross section can be at least essentially circular.
  • the flow channel is preferably curved.
  • the air coupling has a housing that forms the flow channel.
  • the mouthpiece and the compressed air connection can then be part of the housing or be connected to the housing.
  • a valve drive is assigned to the valve, which at least indirectly engages the valve body in order to move it from the open position to the closed position and / or from the closed position to the open position, i.e. to actuate it accordingly.
  • the valve drive actively brings the valve body into the open position, whereas the valve body is moved into the closed position by the force of a spring accumulator, for example a compression spring.
  • a spring accumulator for example a compression spring.
  • the valve drive actively brings the valve body into the closed position and the valve body is brought into the open position by the force of a spring accumulator.
  • the valve drive actively effects both movements, that is to say moving the valve body from the open position to the closed position and vice versa.
  • the valve drive advantageously comprises a shaft that can be rotated about an axis of rotation, which is designed for a non-rotatable connection to a rail vehicle coupling lock, in particular its main bolt, or which is formed by the rail vehicle coupling lock or its main bolt.
  • the rotatable shaft is preferably provided with at least one cam which can be designed integrally with the shaft or is non-rotatably mounted on the shaft. The at least one cam engages at least indirectly on the valve body to actuate it.
  • At least one position sensor is provided in the area of the cam, which detects a rotational position of the cam.
  • the at least one position sensor By positioning the at least one position sensor directly in the area of the cam, for example in a common plane, in particular horizontal plane, with the cam, the application described above, especially in the case of a freight wagon, is also taken into account that a foreign body, for example bulk material, hits the air coupling from above falls and thus can jam the cam and / or damage the cam or its connection to the shaft.
  • a foreign body for example bulk material
  • the shaft or the coupling lock or main pin to which the shaft is connected is rotated, but the cam does not follow this rotation, which has not been done so far or was not immediately detectable.
  • the present invention thus increases the operational reliability of the air coupling.
  • the arrangement of the at least one position sensor in the region of the cam also enables a particularly favorable design that is optimized in terms of space and good accessibility to the at least one position sensor.
  • the air coupling comprises a housing which forms the flow channel and at the same time encloses the cam over its outer circumference at least in the circumferential direction to the axis of rotation.
  • the at least one position sensor can then advantageously be carried by the housing, for example held in a bore in the housing.
  • the at least one position sensor is inserted through the bore in the housing and screwed or otherwise fastened there.
  • the flow channel extends at least in sections in an arcuate manner in the circumferential direction and / or tangential direction to the axis of rotation.
  • the mouthpiece and / or the compressed air nozzle can extend, for example, in the radial direction to the axis of rotation, i.e. the compressed air flow into or out of the mouthpiece initially takes place in the radial direction, then the compressed air flows through the flow channel in the circumferential direction and / or In the tangential direction and then the compressed air in the compressed air connection flows again in the radial direction, each related to the axis of rotation.
  • the housing covers the cam and in particular the shaft at the end face to the axis of rotation. So the cam is and In particular, the shaft is secured against falling foreign bodies, such as bulk material. Additional shielding plates can advantageously be dispensed with.
  • the position sensor is designed, for example, as an inductive sensor or as a capacitive sensor.
  • other position sensors can also be considered, for example in the form of an optical sensor or a fall sensor.
  • the shaft is provided with at least two cams positioned distributed over the circumference, of which the first cam is arranged to actuate the valve body and the second cam is designed as a position transmitter for the position sensor.
  • the second cam should then rotate together with the first cam and is correspondingly at least indirectly connected to the first cam in a rotationally fixed manner or made in one piece with it.
  • the housing has an outer circumferential wall and an inner circumferential wall viewed in a radial section through the axis of rotation.
  • the inner circumferential wall separates a cam space, in which the at least one cam is positioned, from the flow channel.
  • the outer circumferential wall delimits the flow channel and the cam space on the radially outer side in relation to the axis of rotation, the at least one position sensor preferably being arranged on a wall section of the outer circumferential wall which is diametrically opposite the inner circumferential wall in relation to the axis of rotation.
  • An automatic train coupling according to the invention for a rail vehicle which in turn is designed in particular in the form of a freight wagon, has at least one end plate which encloses mechanical coupling components such as a funnel and a cone.
  • an air coupling of the type shown is provided, the mouthpiece preferably protruding from an end face of the end plate.
  • the automatic pulling coupling has in particular the components shown at the beginning, such as a frog, at least one coupling eye, a coupling lock and / or a main bolt, with the shaft of the air coupling, as explained, being able to be connected thereto.
  • FIG. 1 shows a radial section through the axis of rotation of an automatic air clutch designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a three-dimensional plan view of an automatic train coupling with an air coupling according to the invention, which is designed in accordance with the air coupling from FIG.
  • FIG. 1 an automatic air coupling according to the invention for a rail vehicle, preferably in the form of a freight wagon, is shown, the view showing a radial section through the axis of rotation 6 of the valve drive 5.
  • the air coupling has a mouthpiece 1, with which the air coupling can be coupled to an opposing air coupling, in particular to an opposing mouthpiece.
  • the mouthpiece 1 protrudes, for example, from a front plate 11 of a pulling coupling or over this, as indicated by the dashed lines.
  • the mouthpiece 1 has a sleeve 1.1, which is displaceable or deformable in the coupling direction so that the free end of the mouthpiece 1 when two vehicles are coupled, that is, when the two end plates 11 move towards one another and are placed against one another, they are moved back, in particular until they are flush with the end face of the end plate 11.
  • the free end of the mouthpiece 1 is formed by a sleeve 1.2 with a sealing ring 1.3, the sleeve 1.2 correspondingly rests against a sleeve of the mating coupling which is of the same configuration.
  • the sleeve 1.2 can be pushed onto the sleeve 1.1, for example in the form of a rubber tube, and can be acted upon by the illustrated compression spring 1.4 with an axial force in the sense of an extension.
  • a flow channel 3 adjoins the mouthpiece 1 in the flow direction of the compressed air when compressed air is supplied via the mouthpiece 1, the end facing away from the mouthpiece 1 opening into a compressed air connection 2.
  • a pipe 12 or a hose can be connected to the compressed air connection 2, for example, in order to connect the air coupling to the compressed air system or the main air line of the rail vehicle.
  • a valve 4 is arranged, which comprises a valve body 4.1 and a valve seat 4.2.
  • the valve seat 4.2 is provided in the area of the connection of the compressed air connection 2.
  • the valve body 4.1 is shown in its open position, in which it is held by the force of the compression spring 13. To bring the valve body 4.1 into its closed position, the valve body 4.1 must be moved across the width of the flow channel 3 until it strikes the valve seat 4.2.
  • the movement of the valve body 4.1 into its closed position is brought about by the cam 5.2, which is non-rotatably connected to a shaft 5.1.
  • the shaft 5.1 is in turn connected non-rotatably to a main bolt, not shown here, of a coupling lock or another suitable component of the coupling lock.
  • the shaft 5.1 is rotated so that the cam 5.2 engages the valve body 4.1 on the side facing away from the valve seat 4.2 and shifts the valve body 4.1 in the direction of the valve seat 4.2.
  • a further cam 5.3 is provided on the shaft 5.1 of the valve drive 5 and rotates together with the first cam 5.2.
  • This further cam 5.3 serves as an encoder for the position sensor 7.
  • the cam 5.3 is directly opposite the position sensor 7 in the axial direction of the position sensor 7 or in the radial direction to the axis of rotation 6 of the shaft 5.1 when the shaft 5.1 is in the position that corresponds to an open coupling state, i.e. in which the cam 5.2 is not acts on the valve body 4.1. If, on the other hand, the coupling is closed and the shaft 5.1 has been rotated so that the valve body 4.1 has moved into its closed position, the distance between the second cam 5.3 or the surface of the component forming the cams 5.2, 5.3, in particular the metallic component, is on the Wave 5.1 larger, which can be detected by the position sensor 7. It can thus be reliably determined whether the cam 5.2 or the component 5.2 forming the cam has been rotated into a position in which the cam 5.2 holds the valve body 4.1 in the closed position.
  • a second position sensor 7 ′ is provided, which enables redundant monitoring of the position of the cam 5.2 of the valve drive 5.
  • the second position sensor 7 ' detects whether the cam 5.2 has approached it and is in its closed position. Accordingly, the signal from the two position sensors 7, 7 'is always in opposite directions, that is, when the position sensor 7 detects a nearby component, the valve drive 5 or the valve body 4.1 is in the open position, and when the position sensor 7' detects a nearby component, is the Valve drive 5 or the valve body 4.1 in the closed position. This enables particularly reliable monitoring of the position to be achieved.
  • the air coupling has a housing 8 which, in the exemplary embodiment shown, comprises an outer peripheral wall 8.1 and an inner peripheral wall 8.2.
  • the inner circumferential wall 8.2 separates a space in which the valve drive 5 or the cams 5.2, 5.3 are arranged, here called the cam space 10, from the flow channel 3.
  • the outer circumferential wall 8.1 is the outer wall of the housing 8 and closes the flow channel 3 and the cam space 10 radially on the outside, based on the axis of rotation 6.
  • the position sensors 7, 7 'are positioned in that section of the outer circumferential wall 8.1 which the inner peripheral wall 8.2 is diametrically opposite.
  • the position sensors 7, 7 'are screwed into bores 9 in the outer peripheral wall 8.1.
  • the flow channel 3 is designed in a flow-optimized manner. This preferably has a free flow cross section for the compressed air with a minimum width of 20 mm, preferably 30 mm or 31.75 mm.
  • the free flow cross section can for example be at least essentially circular. The same also applies to the mouthpiece 1 and the compressed air connection 2, with regard to the minimum width also to the valve 4 when the valve body 4.1 is in the open position.
  • both the mouthpiece 1 and the compressed air connection 2 are advantageously oriented radially to the axis of rotation 6 with respect to their direction of flow.
  • the flow channel 3 advantageously extends at least in sections or in total arc shape in the circumferential direction and / or tangential direction to the axis of rotation 6.
  • the automatic air coupling according to the invention is preferably positioned in the upper middle area in the end plate 11 or above the end plate 11.
  • the cam space 10 (see FIG. 1) is preferably also covered by the housing 8 at the end face to the axis of rotation 6 so that no foreign bodies can penetrate into the housing 8 from above and damage the function of the cams 5.2, 5.3 or the position sensors 7, 7 ' can.
  • the design of the housing also provides reliable protection against dirt, snow and ice.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug, insbesondere in Form eines Güterwagens, mit einem Mundstück zum Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung; mit einem Druckluftstutzen zum Anschließen der Luftkupplung an ein Schienenfahrzeugdruckluftsystem; mit einem Strömungskanal, der das Mundstück druckluftleitend mit dem Druckluftstutzen verbindet; mit einem im Strömungskanal angeordneten Ventil, das einen Ventilkörper und einen Ventilsitz aufweist, wobei der Ventilkörper bewegbar ist zwischen einer Öffnungsposition, in der er den Strömungskanal zumindest weitgehend oder vollständig freigibt, und einer Schließposition, in welcher er den Strömungskanal druckdicht absperrt. Die erfindungsgemäße automatische Luftkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein freier Strömungsquerschnitt für die Druckluft durch das Mundstück, den Strömungskanal, das Ventil in der Öffnungsposition des Ventilkörpers und den Druckstutzen eine Mindestweite von 20 mm aufweist.

Description

Automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug
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.
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.
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. Die Betätigung des Ventils in dem Strömungskanal erfolgt mechanisch durch den sogenannten Kupplungsverschluss, genauer durch dessen Hauptbolzen, der durch ein an diesem drehtest 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.
Gattungsgemäße 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.
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.
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. 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.
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.
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. Ferner ergeben sich aufgrund der komplexeren Leitungsführung größere Druckverluste.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug anzugeben, wobei die automatische Luftkupplung komfortabel bedienbar ist und auch die Anforderung von Luftkupplungen für Schienenfahrzeuge in Form von Güterwagen erfüllt und insbesondere zugleich robust gestaltet ist.
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.
Die automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Schienenfahrzeug insbesondere in Form eines Güterwagens ausgeführt ist, weist entsprechend der eingangs erläuterten gattungsgemäßen Gestaltung ein Mundstück zum Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung auf, ferner einen Druckluftstutzen zum Anschließen der Luftkupplung an ein Schienenfahrzeugdruckluftsystem und einen Strömungskanal, der das Mundstück druckluftleitend mit dem Druckluftstutzen verbindet. Im Strömungskanal ist ein Ventil angeordnet, das einen Ventilkörper und einen Ventilsitz umfasst. Der Ventilkörper ist bewegbar zwischen einer Öffnungsposition, in der er den Strömungskanal zumindest weitgehend oder vollständig freigibt, und einer Schließposition, in welcher er den Strömungskanal druckdicht absperrt. Damit wird insbesondere auch eine Hauptluftleitung, von welcher der Strömungskanal einen Teil ausbildet, entsprechend abgesperrt.
Erfindungsgemäß weist ein freier Strömungsquerschnitt für die Druckluft durch das Mundstück, den Strömungskanal, das Ventil in der Öffnungsposition des Ventilkörpers und den Druckluftstutzen einen Mindestweite von 20 mm oder von mehr als 20 mm auf. Unter Mindestweite ist dabei der geringste vorhandene Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden, insbesondere diametral gegenüberliegenden Wänden des Strömungskanals beziehungsweise der den Strömungsquerschnitt umschließenden Bauteile gemeint. Wenn eine solche verhältnismäßig große Mindestweite des freien Strömungsquerschnittes vorgesehen ist, so kann beispielsweise eine Kugel mit einem Durchmesser von annähernd 20 mm beziehungsweise bei einer Mindestweite von mehr als 20 mm mit einem Durchmesser von 20 mm durch das Mundstück, den Strömungskanal, das Ventil und den Druckluftstutzen bewegt werden, ohne stecken zu bleiben.
Insbesondere beträgt die genannte Mindestweite wenigstens oder mehr als 30 mm oder 31 ,75 mm.
Der freie Strömungsquerschnitt kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zumindest im Wesentlichen kreisflächenförmig sein.
Bevorzugt ist der Strömungskanal bogenförmig.
Beispielsweise weist die Luftkupplung ein Gehäuse auf, das den Strömungskanal ausbildet. Das Mundstück und der Druckluftstutzen können dann Bestandteil des Gehäuses sein oder am Gehäuse angeschlossen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Ventil ein Ventilantrieb zugeordnet, der am Ventilkörper zumindest mittelbar angreift, um diesen aus der Öffnungsposition in die Schließposition und/oder aus der Schließposition in die Öffnungsposition zu verbringen, also entsprechend zu betätigen. Beispielsweise verbringt der Ventilantrieb den Ventilkörper aktiv in die Öffnungsposition, wohingegen der Ventilkörper durch die Kraft eines Federspeichers, beispielsweise einer Druckfeder, in die Schließposition bewegt wird. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Ventilantrieb den Ventilkörper aktiv in die Verschließposition verbringt und der Ventilkörper durch die Kraft eines Federspeichers in die Öffnungsposition verbracht wird. Schließlich ist vorstellbar, dass der Ventilantrieb beide Bewegungen aktiv bewirkt, also das Verbringen des Ventilkörpers aus der Öffnungsposition in die Schließposition und umgekehrt. Der Ventilantrieb umfasst vorteilhaft eine um eine Verdrehachse verdrehbare Welle, die zum drehfesten Anschluss an einen Schienenfahrzeugkupplungsverschluss, insbesondere dessen Hauptbolzen, ausgeführt ist oder die durch den Schienenfahrzeugkupplungsverschluss beziehungsweise dessen Hauptbolzen gebildet wird. Die verdrehbare Welle ist bevorzugt mit wenigstens einem Nocken versehen, der integral mit der Welle ausgeführt sein kann oder an der Welle drehfest montiert ist. Der wenigstens eine Nocken greift zumindest mittelbar am Ventilkörper zu dessen Betätigung an.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich des Nockens wenigstens ein Positionssensor vorgesehen, der eine Verdrehposition des Nockens erfasst.
Bei einer solchen Ausführungsform ist es somit möglich, sicher festzustellen, ob sich der Nocken in einer Position befindet, in welcher der Ventilkörper die Öffnungsposition einnimmt, oder in einer Position, in welcher der Ventilkörper die Schließposition oder gegebenenfalls eine Zwischenposition einnimmt. Es kann ferner sicher festgestellt werden, ob ein Verdrehen des Hauptbolzens des Kupplungsverschlusses die gewünschte Verdrehung des Nockens bewirkt und damit das Ventil wie gewünscht betätigt wird.
Durch die Positionierung des wenigstens einen Positionssensors unmittelbar im Bereich des Nockens, beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene, insbesondere Horizontalebene, mit dem Nocken, wird auch der eingangs dargestellte Anwendungsfall insbesondere bei einem Güterwagen berücksichtigt, dass ein Fremdkörper, beispielsweise Schüttgut, von oben auf die Luftkupplung fällt und damit den Nocken verklemmen kann und/oder den Nocken beziehungsweise dessen Anschluss an die Welle beschädigen kann. Somit sind Situationen vorstellbar, in denen zwar die Welle oder der Kupplungsverschluss beziehungsweise Hauptbolzen, an dem die Welle angeschlossen ist, verdreht wird, der Nocken jedoch dieser Drehbewegung nicht folgt ,was bisher nicht beziehungsweise nicht sofort feststellbar war. Die vorliegende Erfindung erhöht somit die Betriebssicherheit der Luftkupplung.
Die Anordnung des wenigstens einen Positionssensors im Bereich des Nockens ermöglicht ferner eine besonders günstige bauraumoptimierte Gestaltung und eine gute Zugänglichkeit zu dem wenigstens einen Positionssensor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Luftkupplung ein Gehäuse, welches den Strömungskanal ausbildet und zugleich den Nocken über dessen äußeren Umfang zumindest in Umfangsrichtung zur Verdrehachse umschließt.
Der wenigstens eine Positionssensor kann dann vorteilhaft vom Gehäuse getragen werden, beispielsweise in einer Bohrung im Gehäuse gehalten werden. Insbesondere ist der wenigstens eine Positionssensor durch die Bohrung im Gehäuse gesteckt und dort verschraubt oder anderweitig befestigt.
Der Strömungskanal erstreckt sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zumindest abschnittsweise bogenförmig in Umfangsrichtung und/oder Tangentialrichtung zu der Drehachse.
Das Mundstück und/oder der Druckluftstutzen können sich zum Beispiel in der Radialrichtung zu der Verdrehachse erstrecken, das heißt die Druckluftströmung in das Mundstück hinein oder aus diesem heraus erfolgt zunächst in der Radialrichtung, anschließend strömt die Druckluft durch den Strömungskanal in der Umfangsrichtung und/oder Tangentialrichtung und anschließend strömt die Druckluft im Druckluftstutzen wieder in Radialrichtung, jeweils bezogen auf die Verdrehachse.
Besonders günstig ist es, wenn das Gehäuse den Nocken und insbesondere die Welle stirnseitig zur Verdrehachse abdeckt. Damit ist der Nocken und insbesondere die Welle vor herabfallenden Fremdkörpern, beispielsweise Schüttgut, gesichert. Vorteilhaft kann auf zusätzliche Abschirmbleche verzichtet werden.
Der Positionssensor ist beispielsweise als induktiver Sensor oder als kapazitiver Sensor ausgeführt. Es kommen jedoch auch andere Positionssensoren in Betracht, beispielsweise in Form eines optischen Sensors oder Flall-Sensors.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Welle mit wenigstens zwei über dem Umfang verteilt positionierten Nocken versehen, von denen der erste Nocken angeordnet ist, den Ventilkörper zu betätigen, und der zweiten Nocken als Positionsgeber für den Positionssensor ausgebildet ist. Der zweite Nocken sollte sich dann zusammen mit dem ersten Nocken verdrehen und ist entsprechend zumindest mittelbar drehfest am ersten Nocken angeschlossen oder einteilig mit diesem ausgeführt.
Bei einer besonders günstigen Gestaltung der Erfindung weist das Gehäuse in einem Radialschnitt durch die Verdrehachse gesehen eine äußere Umfangswand und eine innere Umfangswand auf. Die innere Umfangswand trennt einen Nockenraum, in welchem der wenigstens eine Nocken positioniert ist, von dem Strömungskanal ab. Die äußere Umfangswand begrenzt den Strömungskanal und den Nockenraum auf der jeweils radial äußeren Seite, bezogen auf die Verdrehachse, wobei der wenigstens eine Positionssensor bevorzugt an einem Wandabschnitt der äußeren Umfangswand angeordnet ist, der der inneren Umfangswand bezogen auf die Verdrehachse diametral gegenübersteht.
Eine erfindungsgemäße automatische Zugkupplung für ein Schienenfahrzeug, was wiederum insbesondere in Form eines Güterwagens ausgeführt ist, weist wenigstens eine Stirnplatte auf, die mechanische Kupplungsbauteile wie beispielsweise einen Trichter und einen Kegel umschließt. Erfindungsgemäß ist eine Luftkupplung der dargestellten Art vorgesehen, wobei das Mundstück bevorzugt aus einer Stirnfläche der Stirnplatte herausragt.
Die automatische Zugkupplung weist insbesondere die eingangs dargestellt Bauteile, wie eine Herzstück, wenigstens eine Kuppelöse, einen Kupplungsverschluss und/oder einen Hauptbolzen auf, wobei die Welle der Luftkupplung, wie dargelegt, hieran angeschlossen sein kann.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 einen Radialschnitt durch die Drehachse einer erfindungsgemäß ausgeführten automatischen Luftkupplung;
Figur 2 eine dreidimensionale Draufsicht auf eine automatische Zugkupplung mit einer erfindungsgemäßen Luftkupplung, die entsprechend der Luftkupplung aus der Figur 1 ausgeführt ist.
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug, bevorzugt in Form eines Güterwagens, dargestellt, wobei die Ansicht einen Radialschnitt durch die Verdrehachse 6 des Ventilantriebs 5 zeigt.
Die Luftkupplung weist ein Mundstück 1 auf, mit welchem die Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung, insbesondere an ein gegengleiches Mundstück, angekuppelt werden kann. Das Mundstück 1 ragt zum Beispiel aus einer Stirnplatte 11 einer Zugkupplung heraus oder über diese hervor, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet wird. Zum Beispiel weist das Mundstück 1 eine Hülse 1.1 auf, die in der Ankuppelrichtung verschiebbar oder verformbar ist, sodass das freie Ende des Mundstückes 1 beim Ankuppeln zweier Fahrzeuge, das heißt beim aufeinander zu Bewegen und aneinander Anlegen der beiden Stirnplatten 11, zurückbewegt wird, insbesondere, bis es bündig mit der Stirnfläche der Stirnplatte 11 abschließt. Beispielsweise wird das freie Ende des Mundstückes 1 durch eine Muffe 1.2 mit einem Dichtungsring 1.3 gebildet, wobei sich die Muffe 1.2 entsprechend an eine gegengleich gestaltete Muffe der Gegenkupplung anlegt. Die Muffe 1.2 kann auf die Hülse 1.1, beispielsweise in Form eines Gummirohres, aufgeschoben sein und durch die dargestellte Druckfeder 1.4 mit einer Axialkraft im Sinne eines Ausfahrens beaufschlagt sein.
An das Mundstück 1 schließt sich in Strömungsrichtung der Druckluft, wenn Druckluft über das Mundstück 1 zugeführt wird, ein Strömungskanal 3 an, der mit seinem dem Mundstück 1 abgewandten Ende in einem Druckluftstutzen 2 mündet. Am Druckluftstutzen 2 kann beispielsweise eine Rohrleitung 12 oder auch ein Schlauch angeschlossen sein, um die Luftkupplung mit dem Druckluftsystem beziehungsweise der Hauptluftleitung des Schienenfahrzeugs zu verbinden.
Im Bereich des Endes des Strömungskanals 3 mit dem Druckluftstutzen 2 ist ein Ventil 4 angeordnet, das einen Ventilkörper 4.1 und einen Ventilsitz 4.2 umfasst. Der Ventilsitz 4.2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich des Anschlusses des Druckluftstutzens 2 vorgesehen. Der Ventilkörper 4.1 ist in seiner Öffnungsposition gezeigt, in welcher er durch die Kraft der Druckfeder 13 gehalten wird. Zum Verbringen des Ventilkörpers 4.1 in dessen Schließposition muss der Ventilkörper 4.1 über die Breite des Strömungskanals 3 bewegt werden, bis er am Ventilsitz 4.2 anschlägt.
Die Bewegung des Ventilkörpers 4.1 in seine Schließposition wird durch den Nocken 5.2 bewirkt, der an einer Welle 5.1 drehfest angeschlossen ist. Die Welle 5.1 ist wiederum drehfest an einem hier nicht gezeigten Hauptbolzen eines Kupplungsverschlusses oder ein anderes geeignetes Bauteil des Kupplungsverschlusses angeschlossen. Wenn die Zugkupplung verriegelt wird und entsprechend der Hauptbolzen oder das andere Bauteil des Kupplungsverschlusses betätigt wird, wird die Welle 5.1 verdreht, sodass der Nocken 5.2 auf der dem Ventilsitz 4.2 abgewandten Seite am Ventilkörper 4.1 angreift und den Ventilkörper 4.1 in Richtung des Ventilsitzes 4.2 verschiebt.
Auf der Welle 5.1 des Ventilantriebs 5 ist ein weiterer Nocken 5.3 vorgesehen, der sich gemeinsam mit dem ersten Nocken 5.2 verdreht. Dieser weitere Nocken 5.3 dient als Geber für den Positionssensor 7.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel steht der Nocken 5.3 dem Positionssensor 7 in Axialrichtung des Positionssensors 7 beziehungsweise in Radialrichtung zur Verdrehachse 6 der Welle 5.1 unmittelbar gegenüber, wenn sich die Welle 5.1 in der Position befindet, die einem geöffneten Kupplungszustand entspricht, also in der der Nocken 5.2 nicht am Ventilkörper 4.1 angreift. Wenn hingegen die Kupplung geschlossen ist und die Welle 5.1 verdreht wurde, sodass sich der Ventilkörper 4.1 in seine Schließposition bewegt hat, ist der Abstand zwischen dem zweiten Nocken 5.3 beziehungsweise der Oberfläche des die Nocken 5.2, 5.3 ausbildenden Bauteils, insbesondere metallischen Bauteils, auf der Welle 5.1 größer, was durch den Positionssensor 7 erfasst werden kann. Somit kann sicher festgestellt werden, ob der Nocken 5.2 beziehungsweise das den Nocken ausbildende Bauteil 5.2 in eine Position verdreht wurde, in welcher der Nocken 5.2 den Ventilkörper 4.1 in der Schließposition hält.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Positionssensor 7‘ vorgesehen, der eine redundante Überwachung der Position des Nockens 5.2 des Ventilantriebs 5 ermöglicht. Der zweite Positionssensor 7‘ erfasst, ob sich der Nocken 5.2 ihm angenähert hat und sich in seiner Schließposition befindet. Demnach ist das Signal der beiden Positionssensoren 7, 7‘ stets gegenläufig, das heißt, wenn der Positionssensor 7 ein nahes Bauteil erfasst, befindet sich der Ventilantrieb 5 beziehungsweise der Ventilkörper 4.1 in der Öffnungsposition, und wenn der Positionssensor 7‘ ein nahes Bauteil erfasst, befindet sich der Ventilantrieb 5 beziehungsweise der Ventilkörper 4.1 in der Schließposition. Damit kann eine besonders sichere Überwachung der Position erreicht werden.
Die Luftkupplung weist ein Gehäuse 8 auf, das im gezeigten Ausführungsbeispiel eine äußere Umfangswand 8.1 und eine innere Umfangswand 8.2 umfasst. Die innere Umfangswand 8.2 trennt einen Raum, in welchem der Ventilantrieb 5 beziehungsweise die Nocken 5.2, 5.3 angeordnet sind, vorliegend Nockenraum 10 genannt, vom Strömungskanal 3 ab. Die äußere Umfangswand 8.1 ist die Außenwand des Gehäuses 8 und schließt den Strömungskanal 3 und den Nockenraum 10 radial außen ab, bezogen auf die Verdrehachse 6. Wie man sieht, sind die Positionssensoren 7, 7‘ in jenem Abschnitt der äußeren Umfangswand 8.1 positioniert, welcher der inneren Umfangswand 8.2 diametral gegenübersteht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Positionssensoren 7, 7‘ dabei in Bohrungen 9 in der äußeren Umfangswand 8.1 verschraubt.
Der Strömungskanal 3 ist strömungsoptimiert gestaltet. So weist dieser bevorzugt einen freien Strömungsquerschnitt für die Druckluft mit einer Mindestweite von 20 mm, bevorzugt 30 mm oder 31,75 mm auf. Der freie Strömungsquerschnitt kann zum Beispiel zumindest im Wesentlichen kreisflächenförmig sein. Entsprechendes gilt auch für das Mundstück 1 und den Druckluftstutzen 2, bezüglich der Mindestweite auch für das Ventil 4, wenn sich der Ventilkörper 4.1 in der Öffnungsposition befindet.
Durch die strömungsgünstige Gestaltung können in einer Hauptluftleitung, die sich über mehrere Schienenfahrzeuge mit erfindungsgemäßen automatischen Luftkupplungen und entsprechend durch die Luftkupplungen erstreckt, Durchschlagsgeschwindigkeiten von 250 m/s und mehr erreicht werden.
Wie dargestellt, sind sowohl das Mundstück 1 als auch der Druckluftstutzen 2 bezüglich ihrer Durchströmungsrichtung vorteilhaft radial zur Verdrehachse 6 ausgerichtet. Der Strömungskanal 3 erstreckt sich vorteilhat zumindest abschnittsweise oder insgesamt bogenförmig in Umfangsrichtung und/oder Tangentialrichtung zu der Verdrehachse 6.
Wie man insbesondere aus der Figur 2 erkennen kann, in der eine automatische Zugkupplung mit einer Stirnplatte 11 dargestellt ist, ist die erfindungsgemäße automatische Luftkupplung bevorzugt im oberen mittleren Bereich in der Stirnplatte 11 oder auch oberhalb der Stirnplatte 11 positioniert. Dabei wird der Nockenraum 10 (siehe die Figur 1) bevorzugt auch stirnseitig zur Verdrehachse 6 durch das Gehäuse 8 abgedeckt, sodass keine Fremdkörper von oben in das Gehäuse 8 eindringen können und die Funktion der Nocken 5.2, 5.3 oder die Positionssensoren 7, 7‘ beschädigen können.
Durch die Gehäusegestaltung wird ferner ein sicherer Schutz vor Verschmutzung, Schnee und Eis erreicht.
Bezugszeichenliste
1 Mundstück
1.1 Hülse
1.2 Muffe
1.3 Dichtungsring
1.4 Druckfeder 2 Druckluftstutzen
3 Strömungskanal
4 Ventil
4.1 Ventilkörper
4.2 Ventilsitz
5 Ventilantrieb
5.1 Welle
5.2 Nocken
5.3 Nocken
6 Verdrehachse
7, 7‘ Positionssensor
8 Gehäuse
8.1 äußere Umfangswand
8.2 innere Umfangswand
9 Bohrung
10 Nockenraum 11 Stirnplatte 12 Rohrleitung 13 Druckfeder

Claims

Patentansprüche
1. Automatische Luftkupplung für ein Schienenfahrzeug, insbesondere in Form eines Güterwagens, mit einem Mundstück (1) zum Ankuppeln der Luftkupplung an eine gegengleiche Luftkupplung; mit einem Druckluftstutzen (2) zum Anschließen der Luftkupplung an ein Schienenfahrzeugdruckluftsystem; mit einem Strömungskanal (3), der das Mundstück (1) druckluftleitend mit dem Druckluftstutzen (2) verbindet; mit einem im Strömungskanal (3) angeordneten Ventil (4), das einen Ventilkörper (4.1) und einen Ventilsitz (4.2) aufweist, wobei der Ventilkörper (4.1) bewegbar ist zwischen einer Öffnungsposition, in der er den Strömungskanal (3) zumindest weitgehend oder vollständig freigibt, und einer Schließposition, in welcher er den Strömungskanal (3) druckdicht absperrt; dadurch gekennzeichnet, dass ein freier Strömungsquerschnitt für die Druckluft durch das Mundstück (1), den Strömungskanal (3), das Ventil (4) in der Öffnungsposition des Ventilkörpers (4.1) und den Druckluftstutzen (2) eine Mindestweite von 20 Millimetern aufweist.
2. Automatische Luftkupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Strömungsquerschnitt zumindest im Wesentlichen kreisflächenförmig ist.
3. Automatische Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestweite 30 Millimeter oder 31,75 Millimeter beträgt.
4. Automatische Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (3) bogenförmig ist.
5. Automatische Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkupplung ein Gehäuse (8) umfasst, welches den Strömungskanal (3) ausbildet.
6. Automatische Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilantrieb (5) vorgesehen ist, der am Ventilkörper (4.1) zumindest mittelbar angreift, um diesen aus der Öffnungsposition in die Schließposition und/oder aus der Schließposition in die Öffnungsposition zu betätigen; wobei der Ventilantrieb (5) eine um eine Verdrehachse (6) verdrehbare Welle (5.1) umfasst, die zum drehfesten Anschluss an einen Schienenfahrzeugkupplungsverschluss ausgeführt ist oder durch einen Schienenfahrzeugkupplungsverschluss gebildet wird und mit wenigstens einem Nocken (5.2) versehen ist, der zumindest mittelbar am Ventilkörper
(4.1) zu dessen Betätigung angreift.
7. Automatische Luftkupplung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) in einem Radialschnitt durch die Verdrehachse (6) gesehen eine äußere Umfangswand (8.1) und eine innere Umfangswand
(8.2) aufweist, die innere Umfangswand (8.2) einen Nockenraum (10), in welchem der wenigstens eine Nocken (5.2, 5.3) positioniert ist, von dem Strömungskanal (3) abtrennt und die äußere Umfangswand (8.1) den Strömungskanal (3) und den Nockenraum (10) auf der jeweils radial äußeren Seite begrenzt.
8. Automatische Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück (1) bezüglich seiner Durchströmungsrichtung radial zur Verdrehachse (6) ausgerichtet ist und der Druckluftstutzen (2) bezüglich seiner Durchströmungsrichtung radial zur Verdrehachse (6) ausgerichtet ist.
9. Automatische Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungskanal (3) zumindest abschnittsweise bogenförmig in Umfangsrichtung und/oder Tangentialrichtung zu der Verdrehachse (6) erstreckt.
10. Automatische Zugkupplung für ein Schienenfahrzeug, insbesondere in Form eines Güterwagens, mit einer Stirnplatte (11), die mechanische Kupplungsbauteile wie einen Trichter und einen Kegel umschließt, und mit einer Luftkupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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