Verbinden und Schützen. Kupplungs- und Frontendsysteme

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1 Verbinden und Schützen. Kupplungs- und Frontendsysteme 1

2 1 Karl Scharfenberg. 1 Mit System zu mehr Sicherheit Qualität und Sicherheit dafür steht Voith. Und das schon seit mehr als 100 Jahren: Bereits 1903 hatte Karl Scharfenberg die Idee zu seiner vollautomatischen Kupplung. Technisch stetig optimiert, hat sich die Schaku mittlerweile zu einem der am weitesten verbreiteten Kupplungssysteme für Schienenfahrzeuge weltweit entwickelt. Mehr als eingesetzte Kupplungen, von der Straßenbahn bis zum Hoch geschwindigkeitszug, zeigen das große Vertrauen unserer Kunden in die Kompetenz von Voith. Heute decken Systemlösungen von Voith den gesamten frontseitigen Energieverzehr ab, inklusive Kinematik und Steuerungselekronik. Egal ob für Straßen- und Stadtbahnen, Monorails, Metros, Regionalbahnen oder Hochgeschwindigkeitszüge, Voith bietet für jede Anwendung die beste Lösung. Gemeinsam mit unseren Kunden passen wir diese individuell auf den jeweiligen Einsatz an. Die Sicherheit der Passagiere und Fahrzeuge hat dabei höchste Priorität. Eine der ersten Scharfenbergkupplungen 2

3 Erfolgsgeschichte Wichtige Stationen auf einen Blick 1903 Entwicklung der automatischen Schaku durch Karl Scharfenberg; Reichspatent 1921 Gründung der Scharfenbergkupplung Aktiengesellschaft in Berlin 1925 Einführung der Schaku bei der Berliner S-Bahn und Hamburger Hochbahn 1957 Die Scharfenbergkupplung GmbH wird ein Unternehmen der Salzgitter-Gruppe 1998 Gründung der Voith Turbo Scharfenberg GmbH & Co. KG 2002 Systemlieferant für den gesamten frontseitigen Energieverzehr, u.a. komplette Front- und Bugklappensysteme; Gelenke; System zum vollautomatischen Kuppeln von AAR-Kupplungen samt E- und Luftkupplungen; Der Typ 10 der Scharfenbergkupplung wird zum Standard für Hochgeschwindigkeitszüge deklariert 2006 Modularer Kupplungskopf One4; energieverzehrende Gelenke; modulare Adapterkupplung 2008 Neue Datenübertragungs-Konzepte; Beginn der eigenen GFK-Fertigung 2010 Faserverbund-Schienenfahrzeugköpfe der GaleaSerie als neues Konzept für den frontseitigen Energieverzehr; Kohlefaserübergangskupplung; neue Crashpuffer 2012 Ausbau des Galea-Konzeptes als Technologieträger mit Faserverbundwerkstoffen 2014 GFK-Energie-Absorber; SA3-Kupplung mit automatischen Luftkupplungen, Entkuppeleinrichtung und Energieverzehr 2016 Erster Auftrag für GFK-Energieabsorber Modulares Prinzip der Scharfenbergkupplung Frontendsysteme und Energieverzehrkonzepte 3

4 Die Sicherheit fährt immer mit. Energieverzehr vom Frontendsystem bis zum Gelenk 4

5 Frontkupplungen Frontendsysteme Zwischenwagenverbindungen S. S. S. S. S. S. S. S. 14 AAR Crash Energy Management S. 22 GFK-Absorber S. 20 Kurzkupplungen S. 21 Gelenke 6 Kupplungstypen 12 Non-Schaku-Typen 16 Frachttransport 24 Modularer Aufbau 26 Kupplungskopf 28 Datenübertragungskonzepte 30 Energieverzehr (Kupplungsstange) S. 32 Anlenkung 5

6 1 2 Die automatische Scharfenbergkupplung Automatische Kupplungen werden an Zugenden ein gesetzt, um Züge automatisch und sicher zu kuppeln und zu ent kuppeln, und so flexible Zugverbände herstellen zu können. Je nach Anwendungsfall und benötigten Kräften stehen unterschiedliche Kupplungstypen zur Verfügung. Das Kraftpaket für Vollbahnen und Hochgeschwindigkeit Typ 10 Der Typ 10 der Scharfenbergkupplung zeichnet sich aus durch eine besonders hohe Festigkeit und einen großen Greifbereich in Seite und Höhe. Er wurde im Jahr 2002 zum Standard für Hochgeschwindigkeitszüge deklariert und ist mittlerweile fester Bestandteil der TSI (Technische Spezifikationen für die Interoperabilität). Die Kupplung ist weltweit in nahezu allen Staatsbahnen und in vielen Hochgeschwindigkeitszügen im Einsatz, wie z.b. in Deutschland (ICE), Frankreich (TGV), Spanien (AVE-Züge) und China (CRH-Reihe). Technische Daten Festigkeiten: Druck: kn (bis kn) Zug: kn erfüllt die UIC-Normen für Vollbahn-Triebzüge Zweistellungsverschluss Automatische Kupplung Typ 10 mit seitlichen E-Kupplungen, Mittenstellung und nachgelagertem Verformungsrohr 6

7 3 4 1 Flirt 3, Abellio Rail NRW, Deutschland 2 Desiro RUS, Sowjetunion 3 Stadtbahn Calgary (C-Train), Kanada 4 Stadtbahn Hannover, Deutschland Die Belastbare für Metro und All-Electric-Fahrzeuge Typ 35 Der Typ 35 kommt vor allem in Metro-Fahrzeugen zum Einsatz und eignet sich auch für All-Electric-Fahrzeuge. Er ist beispielsweise in Shanghai, Singapur oder den Stadtbahnen von Salt Lake City und Edmonton in Betrieb. Technische Daten Festigkeiten: Druck: bis zu kn Zug: bis zu 850 kn mit Greifer zur Verbesserung des Greifbereichs Zweistellungsverschluss Automatische Kupplung Typ 35 mit seitlichen E-Kupplungen und Mittenstellung 7

8 1 2 Vielseitig für Stadt- / Straßenbahn und Monorail Typ 330 Der Typ 330 wird vor allem in Lightrail-Fahrzeugen und leichten Metros eingesetzt. Er ist klein und bietet dennoch eine hohe Festigkeit sowie die Möglichkeit, die E-Kupplung unten am Kopf anzuordnen. Auch ohne Greifer hat sie einen großen Greifbereich. Einfahrbare oder knickbare Ausführungen finden auch hinter Bugklappen Platz. Für die besonders schmale Trentram Avanto in Paris wurde sogar eine doppelt knickbare Kupplung entwickelt. Technische Daten Festigkeiten: Druck: 800 kn Zug: 600 kn ausgelegt für einen großen Greifbereich auch ohne Greifer Automatische Kupplung Typ 330 mit unten liegender E-Kupplung, Verformungsrohr, Elastomerfedergelenk und Mittenstellung 8

9 3 4 1 Metro Riyadh, Saudi-Arabien 2 Straßenbahn Shenyang, China 3 Straßenbahn Berlin (Kupplung Typ 430), Deutschland 4 Straßenbahn Leipzig (Kupplung Typ 530), Deutschland Leichtgewichte für Lightrail Typ 430 und Typ 530 Ihre besonders kompakte und leichte Bauweise macht die Typen 430 und 530 zu idealen Kupplungstypen für NiederflurStraßenbahnen, Monorails und Peoplemover. Als einknickbare Lösung ausgeführt, findet sie auch hinter B ugklappen Platz. Typ 430 wird in der Berliner Straßenbahn, im KL Rapid in Kuala Lumpur oder in den Monorails von São Paulo und King Abdullah Financial District eingesetzt. Typ 530 wurde speziell für den ostdeutschen Straßenbahnmarkt konzipiert, da er einfach mit der damals üblichen TGL-Kupplung verbunden werden kann. Technische Daten Festigkeiten: Druck: 300 kn Zug: 300 kn geringe Baugröße, niedriges Gewicht kompakte Ausführung ohne Greifer Automatische Kupplung Typ 430 mit integrierten E-Kupplungen und Elastomerfedergelenk mit Abstützung 9

10 Fühlt sich in rauer Umgebung am wohlsten Typ 55 Gerade im Industriebereich müssen Kupplungen besonders robust und verschleißarm ausgelegt sein. Hierfür sind die automatischen Scharfenberg Kupplungen Typ 55 besonders geeignet. Vor allem im Rangierbereich und beim automatisierten Zusammenstellen von Wagen mit Zughaken tragen diese Kupplungen auch maßgeblich zur Sicherheit am Arbeitsplatz bei. Automatische Scharfenberg Kupplung Typ 55 Entwickelt gemäß der UIC-Richtlinien für Zughaken dient diese Rangier- und Unimogkupplung der Sicherheit und Rationalisierung im Rangierbetrieb. Typ 55 erlaubt automatisches Kuppeln mit einem Zughaken, ohne dafür Rangierpersonal zu benötigen. Automatische Scharfenberg Kupplung Typ Diese Kupplung ist sehr robust ausgelegt, servicefreundlich und höchst verschleiß- und wartungsarm. Diese Art der Kupplung kann auch mit anderen ScharfenbergKupplungsköpfen bestückt werden.

11 Für den Rangier- oder Abschleppfall Übergangskupplungen Adapter- oder Übergangskupplungen kommen immer dann zum Einsatz, wenn unterschiedliche Kupplungstypen und / oder unterschiedliche Kuppelhöhen vorliegen, die miteinander verbunden werden müssen. Dies kommt im Regelbetrieb nicht vor, ist aber häufig beim Rangieren oder Abschleppen der Fall. Modulare Adapterkupplung Die herkömmlichen Adapterkupplungen waren oft Spezialausführungen, da sie genau auf die zu kuppelnden Köpfe und den speziellen Höhenversatz angepasst sein mussten. Die modulare Adapterkupplung trennt die unterschiedlichen Komponenten in zwei separate Köpfe und e inen Adapter, der die Stufe bildet. Die Köpfe lassen sich optional auch direkt und ohne Höhenversatz miteinander verbinden. So können Kupplungsköpfe jeder Art einfach und mit variablen Stufen zu einer A dapterkupplung zusammengestellt werden. Weiterer Vorteil: Die einzelnen Komponenten werden nacheinander am Zug angebaut, so dass nur ein Bruchteil des Gewichts auf einmal zu tragen ist. Exemplarisch zusammengestellte Adapterkupplungen mit und ohne Stufe CFK-Adapter: die Hightech-Variante Im Abschleppfall oder Rangierbetrieb müssen die Übergangskupplungen mühsam nur für kurze Zeit vom Betriebs personal am Zug montiert werden. Im Idealfall sollten die Kupplungen also leicht sein, aber d ennoch die hohen Betriebslasten tragen, die beim S chleppen ganzer Züge auftreten. Für die Stahlbauweise sind Leichtbau-Möglichkeiten mittlerweile weitgehend ausgereizt. Um eine weitere Gewichtsreduzierung zu erreichen, wurde der Kupplungskörper vorwiegend aus CFK aufgebaut, einem Hochleistungsmaterial, das bislang vorwiegend in der Luftfahrt Verwendung findet. Aufgrund ihres Gewichts von 23 kg kann die CFK-Adapterkupplung von Voith von nur einer Person am Zug angebracht werden. CFK-Übergangskupplung 11

12 Mehr Sicherheit auch für Non-Schaku-Typen Durch unsere mehr als hundertjährige Erfahrung im Bereich Kupplungen und Energieverzehr, können wir unsere Kunden auch bei Systemen weiterer Hersteller unterstützen. Je nach Anforderung werden die Kupplungsköpfe mit bewährten Scharfenberg- Energieverzehrkomponenten k ombiniert. So ist für jeden Einsatz zweck die optimale Lösung möglich. AAR-Kupplung AAR-Kupplungen werden im amerikanischen Markt als Standardkupplungen in Triebwagen eingesetzt. Sie über tragen mechanisch große Kräfte und kuppeln automatisch. Die Übertragung von Druckluft oder Strom ist durch das große Spiel der Köpfe standardmäßig nicht vorgesehen, kann aber über einen separaten Träger nachgerüstet werden. Mehr zu AAR auf Seite 14. Tomlinson-Kupplung Tomlinson-Kupplungen sind ebenfalls hauptsächlich im amerikanischen Markt anzutreffen. Hier hat Voith eine Prototyp kupplung entwickelt, die ihre bewährten Energie verzehrsysteme mit dem Tomlinson-Kupplungs prinzip vereint. Die Neuentwicklung ermöglicht a utomatisches mechanisches, elektrisches und pneumatisches Kuppeln. AAR-Kupplung Tomlinson-Kupplung 12

13 Wedgelock-Kupplung Das Wedgelock-Prinzip wird vorwiegend im britischen Schienenverkehr eingesetzt. Bei diesen automatischen Kupplungen werden die gekuppelten Verschlüsse über einen meist pneumatisch betätigten Keil verriegelt. Typ GF Die automatische Kupplung Typ GF ist weit verbreitet bei Triebwagen in Belgien und der Schweiz. Beim Kuppeln greifen die Kegel jeweils in die Trichter der Gegenkupplung und werden dort verriegelt. Die Kupplungen können mit Luftkupplungen und E-Kupplungen ausgestattet werden. Wedgelock-Kupplung Typ GF Voith Typ SA3 SA3-Kupplungen sind standardmäßig halb-automatische Mittelpufferkupplungen. Vor allem in Russland, Skandinavien sowie in den baltischen und osteuropäischen Staaten sind sie weit verbreitet im Einsatz. Mehr zu SA3 ab Seite 17. Voith SA3-Kupplung 13

14 1 SMART, Kalifornien, mit Crash-Energy-Management AAR Crash-Energy-Management Weltweit steigen die Anforderungen an Sicherheit im Schienenverkehr. So auch für den Einsatz von AAR-Kupplungen, die ursprünglich mit keinem eigenen Energieverzehr ausgestattet waren. Voith hat Technologien entwickelt, um das hohe Kraftniveau des AAR-Kupplungskopfes optimal durch Energieverzehrelemente zu ergänzen. Heute steht ein gesamtes Crash-Energy-Management-System für den Markt bereit, das die neuesten Sicherheitsvorgaben der Federal Railroad Association (FRA) und PRIIA 305 erfüllt. Crash-Energy-Management-System Das Crash-Energy-Management-System (CEM) besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten Energieverzehrelementen, die in die Kupplung und den Wagenkasten integriert wurden. Die einzelnen Elemente greifen ineinander, so dass im Falle eines Aufpralls möglichst viel Energie umgewandelt wird und ein Aufklettern der Wagen vermieden werden kann. Wirkungsweise: Kupplung Ein Standard AAR-Kupplungskopf wurde mit modernstem Energieverzehr ausgestattet (Push-back-Kupplung). Die Anlenkung ist einbaugleich zu Standard AAR-Federwerken. Zusätzlich zum reversiblen Teil beinhaltet diese jedoch irreversiblen Energieverzehr auf Basis der Verformungsrohr-Technologie. Im Falle eines Crashs wird die Kupplung in die Anlenkung geschoben, wobei große Energie absorbiert wird. Bestandteile des Systems Push-back -AAR-Kupplung mit Abstützung seitliche Energieverzehrelemente Aufkletterschutz Crash-Energy-Management-System (Projekt SMART) 14 Push-Back-Kupplung

15 1 Aufkletterschutz Hat der AAR-Kopf einen bestimmten Weg nach hinten zurück gelegt, greifen die Bügel des Aufkletterschutzes ineinander und verhindern somit, dass eine vertikale V erschiebung der Wagen stattfindet. Seitliche Energieverzehrelemente Zwei Energieverzehrelemente sind jeweils seitlich oberhalb der Kupplung in die Fahrzeugstruktur integriert. Diese sind an ihrem vorderen Ende über den Aufkletterschutz verbunden. Dadurch wird im weiteren Verlauf des Crashs zusätzlich Energie aufgenommen. Eine separate Stützstrukur seitlich der Kupplung sorgt dafür, dass die Kupplung kontrolliert Energie verzehren kann. Sie beinhaltet eine Abstützung, die aus dem Kraftfluss schwenkt und den Kletterschutz stützt. Aufkletterschutz Seitliche Energieverzehrelemente 15

16 Mehr Power Systeme für den Frachttransport Große Kräfte und raue äußere Bedingungen kennzeichnen den Frachtverkehr. Gerade durch Schüttgüter treten hartnäckige Verschmutzungen auf. Was hier gefragt ist, sind einfache, robuste Kupplungen, die auch unter widrigen Umständen keine Wartung erfordern. Ein weiterer Aspekt ist der Energieverzehr, der ab 2017 erstmals auch für Loks in die über arbeitete Crashnorm DIN EN aufgenommen wird. Unsere Entwicklungen bieten ein wartungsfreundliches Design, welches auf die individuellen Anforderungen abgestimmt ist. Zudem bieten wir technischen Support, wie Berechnungen und Nachweise zum Energieverzehr. Energieverzehr unabhängig vom Kopf Die modulare Bauweise unserer Komponenten erlaubt es, unabhängig von der Schnittstellenvariante des Kupplungs kopfes (Schalenmuffe oder Schaft), den jeweils optimalen Energieverzehr in die Kupplung zu integrieren. Dabei stehen Lösungen für unterschiedliche Einbauräume zur Verfügung. Exemplarische Energieverzehrlösung mit reversiblem und destruktivem Anteil 16

17 SA3-Kopf (Schaftvariante) mit Gemischtzugkupplung, Abstützung und Zug- und Stoßeinrichtung. Voith Typ SA3 Neben der AAR*-Kupplung ist die SA3-Kupplung der Inbegriff einer Kupplung für den Frachtverkehr: Sie ist extrem robust und hält auch großen Belastungen stand, wie sie z.b. bei Kohle- oder Eisenerztransporten vorkommen. Voith hat den SA3-Kopf weiterentwickelt und modularisiert. Eine Integration von Luftkupplungen, E-Kupplungen und Sensorik in den Kopf erlauben einen höheren Automati sierungsgrad der Kupplung, was die Lösung vor allem für Loks interessant macht. Weitere Informationen finden Sie auf der nachfolgenden Doppelseite. *A uch AAR-Köpfe können mit Voith-Energieverzehrlösungen ausgestattet werden. Typ AAR für Güterverkehr 17

18 Gut kombiniert Voith Typ SA3 Voith kombiniert einen weiterentwickelten SA3-Kopf in einem modularen Ansatz mit unterschiedlichen Energie verzehrvarianten in der Zug- und Stoßeinrichtung sowie Möglich keiten zur Automatisierung. Somit wird automatisches Entkuppeln, sensorische Überwachung des Kuppelvorgangs und elektro-pneumatisches Bremsen möglich. Kupplungskopf Neben der Langversion des Kupplungskopfes gibt es eine Variante mit Schalenmuffenbund. Dieser ist mit jeglicher Variante von Voith Anlenkungen und Energieverzehr frei kombinierbar. Die Kupplungskopfkontur und das Riegelgehäuse entsprechen der russischen SA3-Kupplung, inklusive der Standard-Verschlussteile. Im Kopf wurde ein Einbauraum für die Integration verschiedener Gemischtzugkupplungen geschaffen. SA3-Kupplungskopf mit Schalenmuffenbund 18 SA3-Kupplungskopf mit Gemischtzugkupplung

19 Energieverzehr Die gestiegenen Sicherheitsanforderungen neuer Standards werden durch unterschiedliche Energieverzehr-Varianten abgedeckt. Je nach Anforderung stehen unterschiedliche reversible und irreversible Energieverzehrlösungen zur V erfügung, die auch kombiniert werden können. Die reversible Komponente wird durch wartungsfreie Polymerfedern in unterschiedlichen Auslegungen abgedeckt. Für den irreversiblen Energieverzehr werden unterschiedlich dimensionierte Verformungsrohre eingesetzt. Flanschfederwerk mit reversiblem und irrerversiblem Energieverzehr Zugbügelfederwerk mit reversiblem Energieverzehr Luftkupplung / Automatisches Entkuppeln Zusätzliche Führungselemente im Kupplungskopf verhindern das typische vertikale Spiel und ermöglichen ein Anbringen von Luftkupplungen. Die automatischen Luftkupplungen sind direkt kuppelbar mit AK69e / Intermat-Kupplungsköpfen. Integrierte E-Kupplung / Elektro-pneumatisches Bremsen Die Integration einer Elektrokontaktkupplung bietet viele Vorteile. Sie stellt Stromversorgung und Schnittstellen für Datenübertragung zur Verfügung und bildet die Basis für Sensorik und Monitoringsysteme. So können beispielsweise die Kuppelzustände überwacht werden. Eine zusätzliche pneumatische Entkuppeleinrichtung ermöglicht auch ein a utomatisches Entkuppeln der SA3-Köpfe. Zudem ermöglicht sie elektro-pneumatisches Bremsen des Zuges und somit ein synchronisiertes Abbremsen aller Wagen. Automatische Luftkupplung 19

20 Zwischenwagenverbindungen Optimale Sicherheit für Zug und Passagiere setzt ein perfektes Zusammenspiel aller Verbindungselemente im Zugverband voraus. Nur so können im Falle eines Zusammenstoßes die automatischen Kupplungen und frontseitigen Energieverzehrelemente mit den Kurzkupplungen / Gelenken zwischen den Wagen Hand in Hand arbeiten. Kurzkupplungen mit Aufkletterschutz Kurzkupplungen stellen eine permanente, sichere Verbindung von Zwischen wagen im Zugverband her. Erstmals im Metrobereich übernimmt eine Kurz kupplung Kletterschutzfunktion. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen wird diese Kurzkupplung schon aktiv, bevor es zu einem Aufklettern kommt ohne zusätzlichen Platzbedarf. Wirkungsweise des Aufkletterschutzes Bei einem Crash entstehen aus den Längskräften vertikale Kräfte, die sind sie groß genug zu einem Aufklettern der Wagen führen können. Dadurch kann sich der Wagenkasten vom Drehgestell lösen oder gar weichere Strukturen beschädigen. Der Aufkletterschutz soll dies verhindern. Sein Prinzip ist denkbar einfach und doch sehr wirkungsvoll: Das hintere Ende der Kupplungsstange ist mit einer speziellen Geo metrie ausgestattet. Sobald der reversible Hub der Kupplung erschöpft ist, legt sich diese formschlüssig am Lagerbock an und erzeugt ein Moment, das dem Aufklettern entgegenwirkt. Durch Ausrüstung dieser Kupplungen mit weiteren Energieverzehrelementen (z. B. Verformungsrohren oder hydro statischen Dämpfern) kann die eingeleitete Kraft auf einem kontrollierten Niveau gehalten und die Bewegungsenergie zwischen den Wagen abgebaut werden. Wirkungsweise des Aufkletterschutzes Fcrash Fcrash Kontaktpunkt Fcrash Kontaktpunkt 20

21 Gelenke Gelenke als Zwischenwagenverbindungen kommen immer dann ins Spiel, wenn ein Fahrzeug mit Jakobs-Drehgestell ausgerüstet ist. Sie übertragen die Betriebskräfte zwischen den Wagenkästen, gleichen Auslenkungs winkel aus und dämpfen Stöße. Außerdem besitzen sie immer eine Verbindung zum Jakobs-Drehgestell. Aufbau eines Gelenks Gelenke bestehen grundsätzlich aus zwei Teilen: einer Gelenkgabel und einem Gelenkauge mit Sphärolager, die miteinander verbunden werden. Durch das Sphärolager können kardanische Bewegungen ausgeglichen und Stöße gedämpft werden. Im Gegensatz zu Kurzkupplungen nehmen Gelenke auch vertikale Kräfte auf. Eine zusätzliche Wankstütze am oberen Wagenbereich bietet weitere Stabilität. Energieverzehr Wird, z.b. für Vollbahnen, zusätzlicher Energieverzehr benötigt, so kann dieser auch in das Gelenk integriert werden. Unsere engergieverzehrenden Gelenke können beidseitig mit Verformungsrohren ausgerüstet werden eine bewährte Technik, die sich durch unser langjähriges Know-how exakt auf Ihre Bedürfnisse abstimmen lässt. Auch eine Kombination von Gelenken mit und ohne Energieverzehr ist möglich. Gelenk mit halbseitig geschnittenem Verformungsrohr 21

22 Leicht und effektiv GFK-Energieabsorber Energieabsorber sollen im Fall eines Aufpralls die entstehende Energie umwandeln und bestmöglichen Schutz für Mensch und Material bieten. GFK-Energieabsorber bieten ein niedriges Gesamtgewicht und ein gleichmäßiges Energie-Absorptionsvermögen. Daraus resultiert eine hohe gewichtsspezifische Energieaufnahme. Mit einem Gewicht von kg liegen GFK-Energieabsorber weit unter dem Gewicht von Standard-Stahlabsorbern. Aufbau Das Hauptelement des Leichtbau-Energieabsorbers ist ein Faserverbundbauteil als Crashelement. Sein hinteres Ende ist in eine Aufnahme eingesetzt, über die der Absorber am Fahrzeug montiert wird. Sie dient gleichzeitig als Führungselement und als Verjüngungsdüse. Am vorderen Ende des Absorbers ist eine Kletterschutzplatte angebracht, die im Falle einer Kollision ein Aufklettern der Fahrzeuge verhindert. Aufnahme und Kletterschutz sind in Aluminium ausgeführt. Funktion Im Fall einer Kollision wird das Faserverbundrohr durch die Verjüngungsdüse gedrückt. Dabei kommt es zum kontrollierten Versagen des anliegenden Laminats. Dieses zerfasert auf seinem Weg und kann so leicht nach unten abgelenkt werden. Dadurch benötigt der Absorber nach hinten nur einen geringen Bauraum. GFK-Energieabsorber GFK-Energieabsorber, Design-Variante 22 Je nach Anforderungen sind unterschiedliche Kraftauslegungen realisierbar, auch mehrstufige und ansteigende Kraftverläufe sind möglich.

23 Vorteile auf einen Blick Technische Daten / Auslegungsbereiche Crash-Hub Kraftniveau Energieverzehr mm kn (± 10 %) Energieverzehr bis 1,6 MJ Versatz nach EN bis 80 mm Betriebstemperatur -40 bis +60 C Brandschutz EN :2013 HL3; R kg Gewicht (nominal) Ablenkung des Laminats nach dem Aufprall Ablenkplatte ++ geringes Gesamtgewicht ++ gleichmäßiges Energieabsorptionsverhalten ++ hohe gewichtsspezifische Energieaufnahme ++ variable Auslegung ++ mehrstufige Kraftauslegung möglich ++ minimale Korrosion durch Verwendung von Aluminium und glasfaserverstärktem Kunststoff Auslegungsbereich des Energieabsorbers F [kn] Hub: s [mm] 23

24 Modularität macht s möglich Flexibilität und Anpassungsfähigkeit sind neben Zuverlässigkeit und Sicherheit die wichtigsten Anforderungen, die Zugkupplungen erfüllen müssen. Der modulare Aufbau der Scharfenbergkupplungen und die verschiedenen Kupplungstypen ermöglichen es, für jeden Bedarf und Einsatzzweck die optimale Kupplung zur Verfügung zu stellen. S. 26 Kupplungskopf S. 28 Daten- und Signalübertragung 24

25 S. 30 Kupplungsstange / Energieverzehr S. 32 Anlenkung 25

26 Das Herz der Kupplung Der Kupplungskopf Alles, was eine automatische Kupplung ausmacht, liegt im Kupplungskopf verborgen. Über ihn wird die Verbindung zur Gegenkupplung hergestellt mechanisch, pneumatisch oder elektrisch. Die besondere Form Durch die besondere Ausprägung der Stirnfläche mit Trichter und Kegel entsteht beim Kuppeln eine formschlüssige, starre Verbindung, die das Kuppelspiel auf ein Minimum reduziert. Ein großer Greifbereich wird durch den Greifer und einen seitlichen Ausleger sichergestellt. Dies ermöglicht automatisches Kuppeln bei horizontalem oder vertikalem bzw. winkligem Versatz, z. B. in Kurven oder auf Kuppen. Der Kuppelverschluss sicher und verschleißarm Kern einer jeden automatischen Schaku ist der Kuppelverschluss. Er besteht aus einem drehbar gelagerten Herzstück, einer Kuppelöse und Zugfedern. Beim Kuppelvorgang hakt die Kuppelöse der einen Kupplung ins Herzstück der Gegenkupplung ein. Dadurch wird ein Kräftegleichgewicht hergestellt. Ein genial einfaches Funktionsprinzip, das sich durch äußerst geringen Verschleiß sowie höchste Sicherheit auch in Extremsituationen auszeichnet. Komponenten des Kuppelverschlusses (Zweistellungsverschluss) Hauptbolzen Kuppelöse Zugfeder 26 Herzstück Arretierung, (nur bei Zweistellungsverschluss)

27 Modularität in Perfektion One4 Der One4-Kupplungskopf führt den bisherigen modularen Ansatz kon sequent weiter: Die Stirnfläche wurde vom Kupplungskörper getrennt. So wird letzterer zum Standardbauteil, nur die Stirnplatte wird kupplungsspezifisch hinzugefügt. Sie kann einfach ausgetauscht werden, bleibt aber kompatibel zu bestehenden Systemen. Wartung? Kein Problem Vor allem für die Wartung und Reparatur bietet der One4 enorme Vorteile: Ist die Stirnplatte entfernt, sind die innen liegenden Verschlussteile zugänglich und können weitgehend ohne Spezialwerkzeuge ausgetauscht werden. Eine standardisierte Betätigung der E-Kupplung und Vorrichtungen für Heizelemente tragen dazu bei, Kosten und Zeitaufwand bei Wartung und Reparaturen erheblich zu reduzieren. One4-Kupplungskopf komplett modulares Konzept mit abnehm barer Stirnplatte und standardisierter Betätigung der E-Kupplung Standardisierter Träger der Betätigung der E-Kupplung (seitliche E-Kupplung) One4 ohne Stirnplatte Heizpatrone in Nut eingelegt 27

28 Elektrokontaktkupplungen und Kupplungs- / Bugklappensteuerung Steuer- und Leistungssignale sowie Daten- und Videosignale können über Elektrokontaktkupplungen übertragen werden, die am Kupplungskopf angebracht sind. In ungekuppeltem Zustand sind sie durch Klappen vor dem Eindringen von Wasser und Schmutz geschützt. Kupplungs- und Bugklappensteuerungen sind mikroprozessorgesteuert und stellen dem Fahrzeug einfache Schnittstellen zur Steuerung und Diagnose automatischer Kupplungen, Bugklappen und Frontnasen zur Verfügung. Gehäusevarianten Standardisierte Gehäuse und Schnittstellen garantieren eine einfache Montage und ein optimales Zusammenspiel aller Komponenten. Je nach Anzahl der benötigten Kontakte und Lage der E-Kupplung stehen zwei Standardgehäuse für seitliche E-Kupplungen zur Verfügung sowie ein Gehäuse für oben oder unten liegende E-Kupplungen. Eine E-Kupplung besteht standardmäßig aus den Modulen Gehäuse, Kontaktträger mit Kontakten, Leitungen und Handstecker. Die Kontakte sind leicht von vorn auszu wechseln und Handstecker stellen eine schnell zu lösende Verbindung zum Fahrzeug her. Die drei Standard-Gehäusevarianten 28 Steuerung Optimales Zusammenspiel ist auch Thema der elektronischen Kupplungs- und Bugklappensteuerung: Sie übernimmt die koordinierte Steuerung sämtlicher Aktoren der Kupplung und Bugklappen und bietet der Fahrzeugseite damit eine einfache Kontroll- und Diagnoseschnittstelle. Diese ist auf wenige Signale beschränkt und reduziert den Verkabelungsaufwand sowie den Funktionsanteil des Fahrzeugs erheblich. Die robuste Kupplungs- und Bugklappensteuerung (KBS) kann im Unterflurbereich oder direkt in der Bugnase montiert werden. Optional ist ein Datenbusanschluss zum Fahrzeug lieferbar. Zu Wartungszwecken an der KBS sind eine ServiceSchnittstelle und Wartungssoftware erhältlich. Kupplungs- und Bugklappensteuerung, ohne Abdeckung

29 Mehr Leistung mit wenig Aufwand Per Ethernet durch die Kupplung: Bislang war eine Leistungssteigerung der Daten- und Signalübertragung über die Kupplung mit immensem Aufwand verbunden und gerade bei Nachrüstungen schwierig. Die von Voith entwickelten Fast-Ethernet-Systeme bieten für jede Anwendung eine passende Lösung, dabei kann es sich um eine Nachrüstung oder ein neues System handeln. Ohne E-Kupplung: RadiConn und GigaPlug Das berührungslose RadiConn-System wurde entwickelt, um verschmutzungsbedingte Ausfälle und Wartungsarbeiten zu minimieren. Es benötigt keine bestehende Elektro kontakt kupplung am Zug. Die Übertragung erfolgt über Nahfeldkoppler, die sowohl in der E-Kupplung als auch am Kupplungskopf angebracht werden können. Letzteres macht das System besonders für Nachrüstungen interessant. Kostengünstige Nachrüstung: TLM Das Train-Line-Modem (TLM) nutzt bereits bestehende Leitungen und Kontakte einer E-Kupplung über eine spezielle Modulationstechnik. So können, ohne Umbauten im Kupplungsbereich, neben den Steuer- und Betriebs signalen auch Zuginformationen, CCTV oder sonstige V ideodaten über tragen werden. Eine kostengünstige Nachrüstung für bereits in Betrieb befindliche Fahrzeuge. Der GigaPlug, eine echtzeitfähige Weiterentwicklung des RadiConn, ermöglicht berührungslos eine Datenrate von 1 Gbit/s vollduplex. Für Neufahrzeuge: QuatConn und OctiConn Der vierpolige QuatConn ist ein System aus Stift- und Buchsenverbindern, das in die E-Kupplung integriert werden muss. Ist der Kontaktträger dafür vorbereitet, erfolgt die Montage analog zu den übrigen Kontakten. Der QuatConn eignet sich daher eher für Neufahrzeuge. Der OctiConn funktioniert entsprechend dem QuatConn, b ietet aber einen höheren Datendurchsatz von 1 Gigabit pro Sekunde. RadiConn (links) und GigaPlug OctiConn 29

30 Mehr Sicherheit durch Energieverzehr Kupplungsstangen Die Kupplungsstange spielt eine große Rolle für die Sicherheit der Fahrzeuge. Sie kann, abgestimmt auf den jeweiligen Anwendungsfall, einen großen Teil des Energieverzehrs der Kupplung übernehmen. Reversible Energieverzehrelemente wie Puffer sorgen für einen ruck freien Fahrbetrieb und gleichen kleinere Stöße aus. Irreversible (destruktive) Energieverzehrelemente wie Verformungsrohre können größere Stöße auffangen. Die Energieverzehrelemente aller Kupplungen im Zugverband sind dabei exakt aufeinander abgestimmt. Verformungsrohr Das Verformungsrohr wandelt die Aufprallenergie in Deformationssenergie um. Durch die maximale Arbeitsaufnahme kann das Verformungsrohr größere Stöße kompensieren, wird dabei aber selbst zerstört. Nachgelagertes Verformungsrohr Eine dem Lagerbock nachgelagerte Variante des Verformungsrohrs kann auch mit einer Abreißlösung kombiniert werden. Wird bei einem Aufprall die Energieaufnahmekapazität der Kupplung überschritten, spricht die Überlastsicherung an und der Lagerbock wird mit nahezu konstanter Kraft nach hinten durch das Verformungsrohr geschoben. Merkmale definierte Ansprechkraft ohne Kraftspitze max. Arbeitsaufnahme bei rechteckiger Kennlinie Kraft-Weg-Verlauf anpassbar an die Anforderungen des Zugsystems Verformungsrohr 30 Anlenkung mit nachgelagertem Verformungsrohr

31 Gashydraulischer Dämpfer In Kombination mit einer Reibungsfeder wandelt der gas- hydraulische Dämpfer Zug- und Druckkräfte regenerativ um. Die Dämpfer können so ausgelegt werden, dass sie bei Überlast als regeneratives Verformungsrohr arbeiten. Dazu wird ab einer bestimmten Kraft ein interner Bypass geöffnet. Hydrostatischer Dämpfer Der hydrostatische Dämpfer wandelt Energie in Druck richtung regenerativ um. Merkmale Merkmale geschwindigkeitsabhängige Reaktion vorgespanntes System in Zug- und Druckrichtung übliche Kombination mit Sphärolager Gashydraulischer Dämpfer linear steigende Kennlinie vorgespanntes System in Druckrichtung übliche Kombination mit Elastomerfedergelenk Hydrostatischer Dämpfer 31

32 Wirkungsweise eines EFG: unbelastet EFG unter Druckbelastung Kupplung trifft Wagenkasten Anlenkung Die Anlenkung stellt die Verbindung zum Wagenkasten her. Federnde Komponenten ermöglichen dabei eine kardanische Bewegung der Kupplung und sorgen für eine Dämpfung leichter Stöße. Je nach Verwendungszweck kann die Anlenkung mit oder ohne weitere stoßverzehrende Elemente zum Ausgleichen von Zug- und Druck kräften ausgeführt sein. EFG und Abreiß-EFG: Variable Dämpfung Das Elastomerfedergelenk (EFG) ist ein Lagerbock mit inte grierter Stoßsicherung. Als Variante mit zwei oder drei Gummi elementen dämpft das EFG in Zug- und Druckrichtung in Leistung und Gewicht optimal angepasst an den jeweiligen Einsatz. Als Abreiß-EFG ausgeführt integriert es zudem noch einen Überlastschutz. Wird das EFG über die definierte Kraft hinaus belastet, scheren Schrauben im EFG ab, und die Kupplung wird kontrolliert durch den Lagerbock unter den Fahrzeug kasten geführt. Abreiß-EFG bei Überlast 32

33 Vorteile ++ hohe Feder- und Dämpfungswirkung durch Schubbeanspruchung der Gummielemente ++ verschleiß- und wartungsarme Konstruktion ++ geringes Bauvolumen ++ unterschiedliche Baugrößen für variable Einsatzzwecke EFG unter Zugbelastung Lagerbock Der Lagerbock ist die einfachste Art der Anlenkung. Er wird mit einer Kupplungsstange mit Sphärolager kombiniert, um die kardanische Bewegungsfreiheit sicherzustellen. Zusätzlichen Überlastschutz bietet ein Verformungsrohr, das hinter dem Lagerbock angeordnet ist. Wird bei einem Aufprall die Energieaufnahmekapazität der Kupplung überschritten, spricht die Überlastsicherung an und der L agerbock wird mit nahezu konstanter Kraft nach hinten durch das Verformungsrohr geschoben. Wie das EFG kann auch der Lagerbock mit einer internen Abreißlösung ver sehen werden. Lagerbock mit integrierter Stoßsicherung inklusive Mittenstellung und Abstützung Elastomerringe / Elastomerfederanlenkung (EFA) Wenig Platzbedarf, große Auslenkung: Eine Elastomerring anlenkung bietet sich an, wenn im Fahrzeug nur ein kleiner Einbauraum zur Verfügung steht. Gummiringe, die vor und hinter der Anbauebene am Fahrzeug angeordnet sind, w irken stoßdämfend in Zug- und Druckrichtung. Ein sanfter Kraftanstieg sichert den Fahrkomfort. Die Elastomerfederanlenkung basiert auf dem gleichen Prinzip, besitzt jedoch eckige Federelemente. Dies sichert die Kupplung automatisch gegen Verdrehen und gewährleistet dennoch eine große kardanische Bewegungsfreiheit. Auch diese Art der Anlenkung kann als Abreißlösung ausgeführt werden. Elastomerfederanlenkung 33

34 CRH3-380 Mittlerweile hat schon eine ganze CRH3-Familie in Salzgitter das Licht der Welt erblickt. Eines haben die CRH3-Projekte gemeinsam: die immensen Stückzahlen. Die Konstruktion der CRH3-380-Bugnase sowie die Fertigung der ersten Exemplare fanden komplett in Salzgitter statt. Nach ausführlichen Tests fertigen chinesische Partner vor Ort in China die übrigen Bugnasen. Montiert und eingestellt werden sie anschließend in der Voith-Niederlassung in Shanghai. Für die Lokalisierung in China wurden die chinesischen Partner in Deutschland intensiv im Laminieren der GFK-Teile geschult. Der Beginn der Fertigungsarbeiten in China wurde über mehrere Wochen durch Experten betreut und begleitet. So konnten die Bugnasen vollständig lokalisiert werden bei gleichbleibend hoher Qualität und Funktionalität. Unser Beitrag Bugnasenmodul inklusive Bugklappen Bugklappenkinematik (manuell und automatisch) automatische Kupplung Typ 10 Kurzkupplungen modulare Übergangskupplung Typ 10 / AAR CRH 380 B / BL, China. Von Voith gelieferte Komponenten 34

35 EMU800 Taiwan hat in den letzten Jahren viel in den Ausbau seiner Schieneninfrastruktur investiert. Dazu gehört neben einer Hochgeschwindigkeitsstrecke auch eine Verbesserung der innerstädtischen Anbindungen in und um die größeren Städte wie Taipei oder Kaohsiung. Die EMU800-Fahrzeuge sollen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 130 km/h als Nahverkehrszüge die Transportkapazität zwischen großen städtischen Gebieten erhöhen. Die gelbe, die Front umlaufende Kurve hat dem EMU800 den Beinamen Smiling Express eingebracht. Unser Beitrag Bugklappen inklusive Kinematik automatische Kupplung Typ AAR Kurzkupplungen modulare Übergangskupplung Typ AAR/ Kurzkupplung EMU800, Taiwan. Von Voith gelieferte Komponenten 35

36 ICE4 Ein Projekt der Superlative: Bis zu 300 ICE4-Züge für den Fernverkehr werden ab 2016 gestaffelt die bisherigen Inter city / Eurocity, später auch die ICE 1- und 2-Fahrzeuge ersetzen. Somit bilden sie das neue Rückgrat des zukünftigen DB-Fernverkehrs. Der ICx setzt neue Maßstäbe bezüglich Flexibilität und Verfügbarkeit und ist optimal an unterschiedliche Konfi gurationen anpassbar. Eine Weiterentwicklung des aerodynamischen Designs und Nutzflächenoptimierungen sorgen für Gewichts- und Energieeinsparungen bei hohem Reisekomfort. Die modulare Bauweise ermöglicht eine schnelle Montage am Fahrzeug mit wenigen Verbindungspunkten und ein leichtes Einstellen der Komponenten. Die verwendeten gekapselten Antriebe zeichnen sich durch geringen Wartungsaufwand aus und sind selbst unter rauesten Bedingungen funktionsfähig. Neben der Leichtgängigkeit stellt diese Art des Antriebs sicher, dass sich die Bugklappen nicht ungewollt schließen. Somit steht auch bei Wartungsarbeiten die Sicherheit an erster Stelle. Unser Beitrag GFK-Fahrerkabine Bugnasenmodul inklusive Bugklappen Bugklappenkinematik (manuell und automatisch) Schneeräumer automatische Kupplung Typ 10 Kurzkupplungen Übergangskupplung Typ 10 / UIC-Zughaken ICE4, Deutschland. Von Voith gelieferte Komponenten

37 EC250 Mit Hochgeschwindigkeit durch den Gotthard-Basistunnel: Die Schweizerische Bundesbahn (SBB) hat bei Stadler Rail teilige eletrische Triebzüge bestellt, die zukünftig als komfortable Reisezüge im alpenquerenden Verkehr eingesetzt werden sollen. Zunächst für den Einsatz zwischen Zürich und Mailand geplant, soll später eine Erweiterung nach Frankfurt stattfinden. Bei der Durchfahrt durch den Gotthard-Basistunnel können im Winter spontane Temperaturunterschiede von bis zu 50 C auftreten. Der EC250, in der Schweiz auch "Giruno" ("Bussard") genannt, ist eine Weiterentwicklung des FLIRT-Konzeptes und auf eine Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h und die spezifischen Sicherheitsanforderungen für die Tunneldurchfahrt ausgelegt. Die von Voith patentierte Bugnasenkinematik sorgt dafür, dass die Bugklappen auch bei zusätzlichen Energieverzehrelementen in der Fahrzeugfront sicher funktionieren. Unser Beitrag GFK-Fahrerkabine Bugnasenmodul inklusive Bugklappen Bugklappenkinematik Kupplungs- und Bugnasen-Steuerung automatische Kupplung Typ 10 Übergangskupplung Typ 10 / UIC-Zughaken EC250, Schweiz. Von Voith gelieferte Komponenten 37

38 VT1712 de, BD / BAI, Änderungen vorbehalten. Alle Daten sind nur beschreibender Art und stellen keine zugesicherten Eigenschaften dar. Voith Turbo GmbH & Co. KG Gottfried-Linke-Straße Salzgitter, Germany Tel Fax scharfenberg-systems@voith.com