DE4323540C1

DE4323540C1 - Electric coupling device for vehicles

Info

Publication number: DE4323540C1
Application number: DE19934323540
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Leischner-Haering; Dieter Dipl Ing Muehlhahn
Original assignee: Siemens AG; Duewag AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Duewag AG; Siemens Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2013-07-15

Abstract

Electric coupling device for vehicles which comprises at least one elastic coupling element (3), two electrical connections (5, 6) which are to be coupled to one another and are each assigned to a vehicle component being capable of being electrically connected to one another by means of the elastic coupling element (3) in such a way that a change in position of the two connections (5, 6) along the three spatial axes (x, y, z) and/or about the three spatial axes can be compensated by means of an elastic deformation of the coupling element (3). As a result, a simple electrical coupling device is obtained which does not need to be serviced and ensures an electrically safe connection between two vehicle components over its entire service life. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kupplungseinrichtung für Fahrzeuge gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical coupling device for vehicles according to the preamble of claim 1.

Eine derartige elektrische Kupplungseinrichtung ist durch das DE-GM 17 93 338 bekannt. Im bekannten Fall ist das Kupplungs element als federndes Kupplungsglied ausgeführt. Das Kupp lungsglied verbindet zwei miteinander zu kuppelnde Anschlüsse, die jeweils auf dem Dach eines Fahrzeugteils angeordnet sind. Das Kupplungsglied bildet im gekuppelten Zustand ein nach unten offenes U, das unter einer federnden Vorspannung steht. Durch die Anordnung des Kupplungsgliedes mit seinem Bogen nach oben und aufgrund der federnden Vor spannung weicht das Kupplungsglied bei einem Bruch nach oben aus. Die Übertragung des elektrischen Stroms erfolgt aus schließlich über das federnde Kupplungsglied, das unter einer hohen Vorspannung steht, so daß nicht nur das Kupplungsglied, sondern auch die Anschlüsse mit entsprechend hohen mechani schen Kräften belastet werden. Bei einer relativen Lageände rung der beiden Fahrzeugteile zueinander erhöhen sich diese Beanspruchungen. Dadurch sind mechanische Beschädigungen, die zwangsläufig zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Verbindung führen, nicht auszuschließen.Such an electrical coupling device is by DE-GM 17 93 338 known. In the known case, this is the clutch element designed as a resilient coupling member. The dome The link connects two to be coupled Connections, each on the roof of a vehicle part are arranged. The coupling member forms in the coupled State a downwardly open U that is under a resilient Preload is there. By the arrangement of the coupling member with his bow up and due to the springy front tension breaks the coupling link upwards in the event of a break out. The electrical current is transmitted from finally over the resilient coupling member, which under one high preload, so that not only the coupling member, but also the connections with correspondingly high mechani forces are loaded. With a relative situation tion of the two vehicle parts to each other, these increase Stresses. This causes mechanical damage inevitably lead to an impairment of the electrical Connect, not to be excluded.

Weiterhin ist durch die DE-PS 2 37 458 eine elektrische Kupplungseinrichtung bekannt, bei der die elektrische Verbin dung zwischen zwei Fahrzeugen ausschließlich durch ein stab förmiges, als Feder ausgebildetes Kupplungsglied erfolgt. Dieses Kupplungsglied ist über beispielsweise kugelförmige Kontaktstücke an seinen beiden Enden mit Anschlußkontakten der Fahrzeuge verbindbar. Bei gekuppelten Fahrzeugen wird der mechanische und damit der elektrische Kontakt durch die Druckspannung des federnd durchgebogenen Kuppelgliedes her gestellt. Die bei gekuppelten Fahrzeugen bereits bei Still stand und besonders im Fahrbetrieb auftretenden mechanischen Beanspruchungen des Kuppelgliedes und der Kontaktstücke können wiederum zu einer möglichen Beeinträchtigung der elektrischen Verbindung führen.Furthermore, DE-PS 2 37 458 is an electrical one Coupling device known in which the electrical connection between two vehicles only by a rod shaped, designed as a spring coupling member. This coupling member is spherical, for example Contact pieces at both ends with connection contacts of vehicles connectable. With coupled vehicles, the mechanical and thus the electrical contact through the Compressive stress of the resiliently bent coupling element posed. The same with coupled vehicles at Still stood and mechanical occurring especially when driving Stresses on the coupling element and the contact pieces can in turn lead to a possible impairment of the electrical connection.

Ferner ist aus dem Aufsatz "Das Hochspannungs- Energieübertragungssystem im Intercity-Experimental ICE" (Sonderdruck aus "Elektrische Bahnen" 84. Jahrgang, Heft 3/1986, Seiten 92 bis 101) für Fahrzeuge, die ständig als eine Einheit in Betrieb stehen und nur in Ausnahmefällen entkuppelt werden müssen, eine Hochspannungskupplung bekannt, bei der auf jedem Fahrzeugteil ein Dachstützer mit einem elektrischen Anschluß aufgebaut ist. Die Anschlüsse im Dachstützer sind mittels einer Kupferlitze elektrisch leitend miteinander verbunden. Weiterhin ist in diesem Aufsatz eine Hochspannungskupplung für Fahrzeuge beschrieben, die betriebsmäßig automatisch ge- und entkuppelt werden. Hierbei handelt es sich um zwei Kupplungsstangen, die in jeweils auf dem Dach der beiden Fahrzeugteile angeordneten Schiebelagern gelagert sind und gleichartige Kupplungshälften aufweisen. Beide Kupplungsstangen werden durch ihre Spiralfedern gegeneinander gedrückt.Furthermore, from the essay "The high voltage Energy transmission system in the Intercity-Experimental ICE " (Special print from "electric railways" 84th year, issue 3/1986, pages 92 to 101) for vehicles that are constantly used as a unit is in operation and only in exceptional cases must be uncoupled, a high-voltage coupling known where a roof support with a electrical connection is established. The connections in Roof supports are electrically conductive using a copper wire connected with each other. There is also one in this article High voltage clutch for vehicles described operationally be automatically coupled and uncoupled. Here there are two coupling rods, each in sliding bearings arranged on the roof of the two vehicle parts are stored and have similar coupling halves. Both coupling rods are by their coil springs pressed against each other.

Außerdem ist in dem Aufsatz "Das Duo-Spurbussystem in Essen" ("Elektrische Bahnen" 90. Jahrgang, Heft 4/1992, Seiten 153 bis 160) eine Starkstromkupplung beschrieben, bei der die auf dem Dach beider Fahrzeugteile angeordneten elektrischen Anschlüsse durch ein elektrisches Kabel, das über einen Gelenkrahmen geführt ist, verbunden sind. Der benötigte Gelenkrahmen bedingt einen erhöhten konstruktiven Aufwand.In addition, in the essay "The Duo Track Bus System in Essen" ("Electric Railways" 90th year, issue 4/1992, pages 153 to 160) described a power coupling, in which the electrical arranged on the roof of both vehicle parts Connections through an electrical cable that runs through a Articulated frame is guided, are connected. The one needed Articulated frames require increased design effort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache elektrische Kupplungseinrichtung für Fahrzeuge zu schaffen, die wartungsfrei ist und die über ihre gesamte Betriebsdauer eine elektrisch sichere Verbindung zwischen zwei Fahrzeugteilen gewährleistet.The object of the present invention is a constructive simple electrical coupling device for vehicles too create that is maintenance free and that covers all of them Operating time an electrically safe connection between guaranteed two vehicle parts.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The object is achieved by the features in characterizing part of claim 1 solved. Beneficial Embodiments of the invention are in the further claims described.

Durch das Kupplungselement der erfindungsgemäßen Kupplungs einrichtung werden auf einfache und sichere Weise die elek trischen Anschlüsse zweier benachbarter Fahrzeugteile elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei der elek trischen Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 ist in vorteilhafter Weise die mechanische von der elektrischen Funktion getrennt - die eine ist dem elastischen Formkörper und die andere dem elektrischen Leiter zugeordnet. Dabei ist durch die leichte Verformbarkeit des Formkörpers aus faserverstärktem Kunststoff eine elektrisch einwandfreie Verbindung zwischen beiden Fahrzeugteilen über die gesamte Betriebsdauer der Kupplungseinrichtung gewährleistet. Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung eignet sich damit auch für Fahrzeuge, bei denen eine große relative Lageänderung beider Fahrzeugteile zueinander auftritt.Through the coupling element of the coupling according to the invention the elec electrical connections of two neighboring vehicle parts electrically connected together. With the elec cal coupling device according to claim 1 is in advantageously the mechanical from the electrical Function separated - one is the elastic molded body and the other assigned to the electrical conductor. It is due to the easy deformability of the molded body fiber-reinforced plastic is an electrically flawless Connection between both vehicle parts over the entire Guaranteed operating time of the coupling device. The Coupling device according to the invention is therefore also suitable for vehicles where there is a large relative change in position both vehicle parts occur to each other.

Bei einer Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist Luft das günstigste Isolationsmedium.In an embodiment according to claim 2, air is that cheapest insulation medium.

Eine Ausführungsform gemäß Anspruch 3 zeichnet sich durch eine geringe Anfälligkeit gegen aerodynamisch verursachte Schwingungen aus, da das den elastischen Formkörper locker umhüllende Geflecht aus elektrisch leitfähigem Material auf das Kupplungselement schwingungsdämpfend wirkt. Aus der geringen Schwingungsanfälligkeit resultiert eine entsprechend geringere mechanische Beanspruchung der Kupplungseinrichtung und damit verbunden eine nochmals verlängerte Lebensdauer. An embodiment according to claim 3 is characterized by a low susceptibility to aerodynamically caused Vibrations out, as this loosens the elastic molded body enveloping braid made of electrically conductive material the coupling element has a vibration-damping effect. From the low susceptibility to vibration results in a corresponding less mechanical stress on the coupling device and associated with it an even longer lifespan.

Eine elektrische Kupplungseinrichtung gemäß Anspruch 4 eignet sich auch für Fahrzeuge, die betriebsmäßig automatisch ge- und entkuppelt werden. Die Fangvorrichtung kann hierbei zum Beispiel als Bügel oder als Trichter ausgebildet sein.An electrical coupling device according to claim 4 is suitable are also suitable for vehicles that are automatically and be uncoupled. The safety gear can, for example be designed as a bracket or as a funnel.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die Gegenstand der weiteren Ansprache sind, werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenThe invention and further advantageous refinements that The subject of the further address are the following based on a schematically illustrated embodiment explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine Seitenansicht im Übergangsbereich von zwei miteinander gekuppelten Wagen eines Schienenfahrzeugs, Fig. 1 is a side view in the transition region of two mutually coupled carriages of a rail vehicle,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 1 im Übergangsbereich der beiden miteinander gekuppelten Fahrzeugteile, Fig. 2 is a plan view of the coupling device according to Fig. 1 in the transition region of the two mutually coupled vehicle parts,

Fig. 3 eine Darstellung der Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 1 im kartesischen Koordinatensystem. FIG. 3 shows the coupling device according to FIG. 1 in the Cartesian coordinate system.

In Fig. 1 sind mit den Fahrzeugteilen 1 und 2 die beiden mechanisch miteinander gekuppelten Wagen eines Schienenfahrzeugs bezeichnet. Die Hochspannungs-Energieübertragung zwischen den beiden Fahrzeugteilen 1, 2 erfolgt durch eine elektrische Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung.In Fig. 1, the vehicle parts 1 and 2 denote the two mechanically coupled cars of a rail vehicle. The high-voltage energy transmission between the two vehicle parts 1 , 2 takes place by an electrical coupling device according to the invention.

Die elektrische Kupplungseinrichtung umfaßt ein elastisches Kupplungselement 3, das S-förmig (Fig. 2) ausgebildet ist und horizontal über dem Dach beider Fahrzeugteile 1, 2 sowie im Übergangsbereich 4 zwischen den beiden Fahrzeugteilen 1 und 2 liegt. Das Kupplungselement 3 ist mit seinem einen Ende an einen Anschluß 5 und mit seinem anderen Ende an einen Anschluß 6 geführt. Die Anschlüsse 5 und 6 sind jeweils über einen Isolator 7 und 8 auf dem Dach des Fahrzeugteils 1 bzw. 2 abgestützt. An die Anschlüsse 5 und 6 ist jeweils die Dach leitung des entsprechenden Fahrzeugteils 1 bzw. 2 geführt. The electrical coupling device comprises an elastic coupling element 3 , which is S-shaped ( FIG. 2) and lies horizontally above the roof of both vehicle parts 1 , 2 and in the transition region 4 between the two vehicle parts 1 and 2 . The coupling element 3 is guided at one end to a terminal 5 and at its other end to a terminal 6 . The connections 5 and 6 are each supported by an insulator 7 and 8 on the roof of the vehicle part 1 or 2 . At the connections 5 and 6 , the roof line of the corresponding vehicle part 1 and 2 is performed .

Das elastische Kupplungselement 3 besteht aus einem elasti schen, im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Formkörper und einem diesen locker umhüllenden Geflecht aus elektrisch leitfähigem Material, zum Beispiel Kupfer. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird für die elektrische Kupp lungseinrichtung gemäß der Erfindung als Isolationsmedium also Luft verwendet. Es ist jedoch auch vorstellbar, das elastisch leitfähige Material mit einem Isolierstoff zu ummanteln. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem als Isolationsmedium Luft dient, muß das elastische Kupplungsele ment 3 über seine gesamte Länge auf einer bestimmten Höhe über dem Fahrzeugdach verlaufen. Durch die lockere Umhüllung des Kupplungselementes 3 mit einem Geflecht aus elektrisch leitfähigem Material ist die elektrische Kupplungseinrichtung gegen aerodynamisch verursachte Schwingungen wenig anfällig, da das Geflecht aus elektrisch leitfähigem Material die Schwingungen des elastischen Formkörpers dämpft. Daraus resultiert eine entsprechend geringere mechanische Beanspruchung, die wiederum zu einer entsprechend längeren Lebensdauer führt.The elastic coupling element 3 consists of an elastic rule's cross-section, preferably circular shaped body and a loosely enveloping braid made of electrically conductive material, for example copper. In the embodiment shown, air is used for the electrical coupling device according to the invention as an insulation medium. However, it is also conceivable to coat the elastically conductive material with an insulating material. In the present embodiment, in which air is used as the insulation medium, the elastic coupling element 3 must extend over its entire length at a certain height above the vehicle roof. Due to the loose covering of the coupling element 3 with a braid made of electrically conductive material, the electrical coupling device is less susceptible to vibrations caused by aerodynamics, since the braid made of electrically conductive material dampens the vibrations of the elastic molded body. This results in a correspondingly lower mechanical stress, which in turn leads to a correspondingly longer service life.

Die Anschlüsse 5 und 6 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß das Kupplungselement 3 an seinen beiden Enden sowohl um die y-Achse als auch um die z-Achse schwenkbar ist (Fig. 3). In Verbindung mit der S-förmigen Ausbildung des Kupplungselementes 3 kann sich die elektrische Kupplungseinrichtung optimal an die durch die Fahrzeugbewegung hervorgerufenen Lageänderungen der elektrischen Anschlüsse 5 und 6 anpassen.In the exemplary embodiment shown, the connections 5 and 6 are designed such that the coupling element 3 can be pivoted both around the y-axis and around the z-axis at its two ends ( FIG. 3). In conjunction with the S-shaped design of the coupling element 3 , the electrical coupling device can adapt optimally to the changes in position of the electrical connections 5 and 6 caused by the vehicle movement.

In Ruhelage der elektrischen Kupplungseinrichtung ist das Kupplungselement 3 S-förmig ausgebildet (zwei Halbkreise mit einem Radius R) und liegt in der von der x-Achse und der y-Achse aufgespannten Ebene. Die beiden Anschlüsse 5 und 6 befinden sich in einem Abstand D zueinander. When the electrical coupling device is at rest, the coupling element 3 is S-shaped (two semicircles with a radius R) and lies in the plane spanned by the x-axis and the y-axis. The two connections 5 and 6 are at a distance D from one another.

Bei einer Lageänderung der beiden elektrischen Anschlüsse 5 und 6 ändern sich D und/oder R sowie die Neigung des Kupplungselements 3.When the position of the two electrical connections 5 and 6 changes, D and / or R and the inclination of the coupling element 3 change .

Das S-förmige Kupplungselement 3 besteht vorzugsweise aus einem unidirektional verstärktem Faserverbundwerkstoff. Als Matrixwerkstoff kann zum Beispiel Epoxidharz verwendet werden, welches vorzugsweise durch Glasfaser-Rovings verstärkt wird. Der Glasgehalt des Werkstoffes sollte hierbei wenigstens 60 Volumenprozent betragen, um die benötigten mechanischen Werte zu gewährleisten.The S-shaped coupling element 3 preferably consists of a unidirectionally reinforced fiber composite material. For example, epoxy resin can be used as the matrix material, which is preferably reinforced by glass fiber rovings. The glass content of the material should be at least 60 percent by volume to ensure the required mechanical values.

Claims

1. Electrical coupling device for vehicles, which comprises at least one elastic coupling element ( 3 ), with the elastic coupling element ( 3 ) having two electrical connections ( 5 , 6 ) to be coupled to one another, each of which is assigned to a vehicle part ( 1 , 2 ), are electrically connectable in such a way that a change in position of the two connections ( 5 , 6 ) along the three spatial axes and / or around the three spatial axes can be compensated for by an elastic deformation of the coupling element ( 3 ), characterized in that the elastic coupling element ( 3 ) has at least one elastic molded body made of fiber-reinforced plastic, this molded body serving as a mechanical carrier for at least one electrical conductor.

2. Electrical coupling device according to claim 1, characterized in that the electrical connections are arranged in the region of the mutually facing end faces of the vehicle parts ( 1 , 2 ) on the roof of the vehicle parts ( 1 , 2 ).

3. Electrical coupling device according to claim 1, characterized in that the elastic molded body of the coupling element ( 3 ) is loosely encased by a braid made of electrically conductive material.

4. Electrical coupling device according to claim 1, characterized in that at least one of the two connections ( 5 , 6 ) has a catching device into which the free coupling end when the two vehicle parts ( 1 , 2 ) move together can be latched.

5. Electrical coupling device according to claim 1, characterized in that the elastic coupling element ( 3 ) has at least one arc.

6. Electrical coupling device according to claim 5, characterized in that the arc of the elastic coupling element ( 3 ) is in its rest position in the plane stretched by the x-axis and by the z-axis.

7. Electrical coupling device according to claim 5, characterized in that the arc of the elastic coupling element ( 3 ) is in its rest position in the plane stretched by the x-axis and by the y-axis.

8. Electrical coupling device according to claim 2 and 7, characterized in that the elastic coupling element ( 3 ) is S-shaped in its rest position.

9. Electrical coupling device according to claim 1, characterized in that at least one end of the elastic coupling element ( 3 ) is articulated to the associated vehicle part ( 1 , 2 ).

10. Electrical coupling device according to at least one of claims 7 to 9, characterized in that both ends of the elastic coupling element ( 3 ) are pivotable about at least one joint about the y-axis.

11. Electrical coupling device according to at least one of claims 7 to 9, characterized in that both ends of the elastic coupling element ( 3 ) can be pivoted about at least one joint about the z-axis.

12. Electrical coupling device according to at least one of claims 7 to 9, characterized in that both ends of the elastic coupling element ( 3 ) can be pivoted about at least one joint about the y-axis and about at least one joint about the z-axis.

13. Electrical coupling device according to claim 9, characterized in that one end of the elastic coupling element ( 3 ) is rigidly connected to one vehicle part ( 1 ) and the other end of the elastic coupling element ( 3 ) via a ball joint with the other vehicle part ( 2 ) is connected.