AT408874B

AT408874B - Deformationselement für ein schienenfahrzeug

Info

Publication number: AT408874B
Application number: AT0025000A
Authority: AT
Inventors: Ewald Ing Brueckler; Christian Ing Fellner; Roman Ing Grossschaedl; Guenter Ing Baeck; Johann P Schmid; Werner Ing Goedl
Original assignee: Siemens Sgp Verkehrstech Gmbh
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2002-03-25
Also published as: ATA2502000A; WO2001060676A1; DE50107683D1; EP1257455B1; EP1257455A1; US6688237B2; US20030019390A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement für ein Schienenfahrzeug, welches im Bereich zumindest einer fahrzeugendseitig gelegenen Knautschzone angeordnet ist und zumindest einen rohrförmigen sich in Fahrzeugslängsrichtung erstreckenden Hohlraum aufweist.

Aus wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gründen sind bei einem Schienenfahrzeug im Bereich der längsseitig gelegenen Enden üblicherweise Knautschzonen vorgesehen. Zum emen können dadurch bei einem Unfall Beschädigungen des Fahrzeuges vermieden oder verringert werden, zum anderen lässt sich dadurch die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöhen. Die am häufigsten unmittelbar an Unfällen beteiligten Teile eines Schienenfahrzeuges sind der vordere und der hintere Wagenendbereich, da die meisten Unfälle Auffahrunfälle - im Fall eines Zugver- bandes, der aus mehreren gekoppelten Waggons besteht, kann es bei einem Unfall zu einem Auffahren von einzelnen Waggons untereinander kommen - bzw. frontale Zusammenstösse mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Hindernissen sind.

Zum Schutz eines Schienenfahrzeuges sind daher gemäss dem Stand der Technik in die vorde- re und zumeist auch in die hintere Fahrzeugfront röhrenförmige Deformationselemente integriert, die bei einer genügend starken Krafteinwirkung zusammengestaucht und gefaltet werden können.

Durch diese Massnahme wird ein Teil der kinetischen Energie, die auf das Fahrzeug wirkt, für die Deformation des Deformationselementes aufgewendet. Durch diese Reduktion der kinetischen Energie verringert sich auch die Belastung, die auf das restliche Schienenfahrzeug wirkt.

Aufgrund des grossen Eigengewichtes und der damit verbundenen hohen kinetischen Energie des Schienenfahrzeuges können bei Unfällen, dennoch sehr hohe Kraftspitzen auftreten. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die auftretende Belastung in ein Deformationselement mit geringer Auslösekraft über eine möglichst grosse Fläche einzuleiten und über diese zu verteilen.

Herkömmlicherweise wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass man von einander getrennt eingebaute Deformationselemente, die als einfache rohrförmige Hohlkörper mit einem zumeist annähernd quadratischen Querschnitt ausgeführt sind, parallel nebeneinander in die Fahr- zeugfront integriert, wobei die Längsseiten der Deformationselemente parallel zur Fahrtrichtung angeordnet sind. Üblicherweise werden diese Deformationselemente in den Kopfbereichen des Fahrzeuguntergestells angebracht und mit einem Querbalken, der als Stossstange fungiert, mitei- nander verbunden. Von der zu erreichenden Knautschcharakteristik des gesamten Fahrzeuges hängt es ab, wie viele Deformationselemente Verwendung finden und ob diese an nur einem Wagenende oder an beiden eingebaut werden.

Die US 5 630 605 A und die US 5 715 917 A beschreiben eine Methode zum Abbau der bei einem Zusammenstoss frei werdenden Energie mittels eines Stossübertragungselementes, welches in einem Rahmen in Fahrtrichtung bewegbar geführt ist, und einer stossabsorbierenden Wabenför- migen Struktur, die durch das Stossübertragungselement komprimierbar ist.

Die FR 2 140 937 A5 beschreibt einen vorderen Endbereich eines Schienenfahrzeuges, der zu beiden Seiten eines Gehäuses einer automatischen Kupplung ein wellenförmiges Blech angeord- net ist. Dieses Blech ist sowohl mit dem Kupplungsgehäuse als auch mit Längs- und Querträgern des Schienenfahrzeuges verschweisst und bildet einen Teil der Fahrzeugstruktur, weshalb ein Austauschen dieses Bleches im Fall einer Deformation mit grossem Arbeits- und Kostenaufwand verbunden ist.

Die EP 0 612 647 A1 offenbart einen Eisenbahnwagen mit einem Deformationselement, wel- ches aus einem wellenförmigen Blech gebildet ist und ebenfalls einen Teil der Fahrzeug-Struktur bildet, sodass ein Austauschen des Bleches auch hier mit einem grossen Arbeitsaufwand verbun- den ist.

Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist weiters, dass bauartbedingt trotz allem uner- wünscht hohe Kraftspitzen auftreten können bevor es zu einer Faltung der Deformationselemente kommt. Durch diese mitunter sehr hohen Kraftspitzen kann ein grosser Teil der auftretenden Bela- stungen auf die Fahrgastzelle übertragen werden Um bei einem Unfall Beschädigungen des Schienenfahrzeuges bzw. Verletzungen von Fahrzeuginsassen zu vermeiden, muss daher die übrige Fahrzeugstruktur entsprechend stärker und schwerer ausgeführt werden, was zu Lasten der Nutzlast geht. Weiters sind die relativ hohen Kosten bei der Herstellung herkömmlicher Deformati- onselemente von Nachteil. Auch ist das Austauschen beschädigter Deformationselemente mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfach und kostengünstig herzustellendes

Deformationselement mit geringer Auslösekraft zu schaffen, bei dem eine grossflächige Krafteinlei- tung möglich ist und welches darüber hinaus einfach auszutauschen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Deformationselement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es in dem Schienenfahrzeug austauschbar befestigt und aus zwei Ble- chen gebildet ist, von denen zumindest eines als Profilblech ausgeführt ist, welche an einander zugekehrten und aneinander anliegenden Stegen, unter Bildung parallel zueinander verlaufender hohler Kästen, miteinander verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemässen Deformationselement werden durch die aufeinanderliegenden Bleche röhrenförmige Hohlräume gebildet, die bei einem Unfall komprimiert werden können, wobei sich beschädigte Deformationselemente gegen neue austauschen lassen.

Es ist ein Verdienst der Erfindung, ein Deformationselement zu schaffen mit dem es möglich ist, eine grössere Breite der Fahrzeugfront kontinuierlich abzudecken und zu schützen. Diese Mass- nahme trägt wesentlich dazu bei, dass bei einem Unfall die Krafteinleitung in ein erfindungs- gemässes Deformationselement über eine grössere Fläche als bei den bekannten Deformations- elementen erfolgt, wodurch sich die auftretende Kraftspitze wesentlich verringern lässt. Ein weite- rer grosser Vorteil gegenüber den bekannten Knautschvorrichtungen besteht in der einfachen und kostengünstigen Herstellung.

Um eine Halterung für das Deformationselement zu schaffen, die eine leichte Austauschbarkeit garantiert, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform darin, dass die Bleche in einem Rahmen gehalten sind.

Eine in der Praxis bewährte Verbindung der beiden Bleche sieht vor, dass die zwei aufeinan- derliegenden Bleche an ihren Berührungsflächen miteinander punktuell verschweisst sind.

Kosten- und herstellungsbedingt wird dem punktuellen Verschweissen gegenüber anderen möglichen Verbindungsmethoden, wie z. B. Verschweissen der beiden Bleche mit einer Kehlnaht über ihre gesamte Länge oder Verschrauben, der Vorzug gegeben.

Um möglichst gute Knautscheigenschaften zu erhalten, weisen die hohlen Kästen einen sechs- eckigen Querschnitt auf.

Um einen möglichst grossen Bereich der Fahrzeugbreite zu schützen und eine grossflächige Krafteinleitung in das Deformationselement zu ermöglichen, verlaufen die Bleche im wesentlichen über die gesamte Breite des Schienenfahrzeuges.

Eine günstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Rahmen zwei Seitenteile und einen Vorderteil aufweist, wobei der Vorderteil einen kastenförmigen Querbalken besitzt, der im wesentlichen über die gesamte Fahrzeugbreite verläuft, wobei an der dem Schienenfahrzeug abgewandten Seite des Querbalkens Verrippungen vorgesehen sind, um bei einem Zusammen- stoss mit einem zweiten Schienenfahrzeug zu verhindern, dass der Querbalken eines Schienen- fahrzeuges über den anderen gleitet und ungeschützte Fahrzeugbereiche beschädigt.

Eine vorteilhafte Variante die gesickten Bleche in dem Rahmen zu befestigen besteht darin, dass die gesickten Bleche mit dem Rahmen verschweisst sind.

Das Montieren und Entfernen des Deformationselementes wird dadurch erleichtert, dass die Seitenteile des Rahmens über Führungsschienen in Langträger des Schienenfahrzeuges ein- schiebbar sind.

Eine Ausführungsform mit einem hohen praktischen Nutzen, besteht darin, dass die Seitenteile des Rahmens mit Hilfe von Klemmverbindungen mit den Langträgern des Schienenfahrzeuges lösbar verbunden sind.

Eine günstige Variante sieht vor, dass die Klemmverbindung vier gegeneinander verschiebbare Keile aufweist.

Vorteilhafterweise sind zwei Keile starr mit einer Platte verbunden.

Weiters ist bei dieser Ausführungsform ein Keil mit Stangen starr verbunden, die je ein Gewin- de aufweisen.

Um die Klemmverbindung zu fixieren, ist es vorgesehen, dass ein Keil mit Muttern über die Gewinde an den Stangen befestigbar ist.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigen
Fig. 1 Abschnitte eines Schienenfahrzeugoberteils mit einer erfindungsgemässen Knautschvor- richtung in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 eine Ansicht des erfindungsgemässen Deformationselement aus der Richtung ll in
Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht einer Variante des erfindungsgemässen Deformationselementes aus der Richtung11 in Fig. 1;
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie iV-iV in Fig. 2;
Fig. 5 den Bereich V aus Fig.

Claims

1. Gemäss Fig. 1 weist der Oberteil eines erfindungsgemässen Deformationselementes 1 ein Pro- filblech 2b', mit periodisch über die Oberfläche angebrachten Profilen auf. Die Unterseite des Deformationselementes 1 wird durch ein gleichartiges Profilblech 2a' gebildet, das aus darstelleri- schen Gründen jedoch nicht gezeigt ist. Die beiden gleichartigen Profilbleche 2a', 2b' liegen zuein- ander spiegelverkehrt aufeinander, wobei die Berührungsflächen der beiden Profilbleche 2a', 2b' in der Spiegelebene liegen. Durch diese Anordnung werden - wie weiter unten genauer beschrieben - hohle Kästen 4a mit einem sechseckigen Querschnitt gebildet. Dieser Sachverhalt geht besonders deutlich aus Fig.

2 hervor. Die einander zugekehrten und aneinander anliegenden Stege 3a, 3b sind miteinander verbunden, vorzugsweise punktuell verschweisst. Die beiden Profilbleche 2a', 2b' sind mit einem Rahmen 5 verbunden, vorzugsweise ver- schweisst, der zwei Seitenteile 5a, 5b und einen Vorderteil 6 aufweist. Der Vorderteil 6 besteht aus einem Querbalken 6', der als geschweisster Kasten ausgeführt ist. An seiner dem Schienenfahr- zeug abgewandten Seite weist der Querträger normal zur längsseitigen Wagenmittelebene verlau- fende Verrippungen 7 auf. Durch die Verrippungen 7 an dem als Stossstange dienenden Vorderteil 6 wird bei einem Zusammenstoss zweier Schienenfahrzeuge verhindert, dass der Vorderteil 6 des Rahmens 5 eines Schienenfahrzeuges den Vorderteil des anderen Schienenfahrzeuges überklet- tert" und ungeschützte Bereiche der Fahrzeugfront beschädigt. Für die hier dargestellte Ausführungsform werden als Materialien für die Profilbleche 2a', 2b' Nirosta-Stahl und für den Rahmen 5 ein niedrig legierter Stahl bevorzugt. Die Verwendung anderer Materialien für die Profilbleche 2a', 2b' und den Rahmen 5, wie z. B. Aluminium, ist aber durchaus denkbar. Die Seitenteile 5a, 5b des Rahmens 5 können in Langträger 8a, 8b des Schienenfahrzeuges über Führungsschienen eingeschoben werden und dort mittels lösbarer Klemmverbindungen 9 fixiert werden. Bei Beschädigungen des Deformationselementes 1 werden die Klemmverbindungen 9, die weiter unten im Detail beschrieben sind, gelöst und das Deformationselement 1 samt Rah- men 5 als Ganzes ausgetauscht. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Profilbleche 2a', 2b' im Querschnitt als gleichschenklige Trapeze ausgeformt, deren längere parallele Seite a offen ist, wobei die beiden Profilbleche 2a', 2b' so übereinanderliegen, dass hohle Kästen 4a mit dem Querschnitt eines regelmässigen Sechseckes gebildet werden. Die Seitenlänge s, c eines dieser regelmässigen Sechsecke liegt im Bereich zwischen 40 und 100 mm. Fast jede symmetrische, Querschnittsform der hohlen Kästen, die ein Polygon bildet - Kreis, 3-Eck, 4-Eck, 6-Eck...- eignet sich prinzipiell für ein erfindungsgemässes Deformationselement. Wählt man einen viereckigen bzw. quadratischen Querschnitt so kann anstelle des zweiten Profilblechs auch ein glattes Blech ange- ordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Herstellungsbedingt wird jedoch eine Variante mit einem sechseckigen Querschnitt der hohlen Kästen bevorzugt Bei einer Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 sind ein Profilblech 2a und ein glattes Blech 2b so übereinander angeordnet, dass hohle Kästen 4b mit einer im wesentlichen quadrati- schen Querschnittsfläche gebildet werden Ein Vorteil dieser Variante besteht in der einfachen und kostengünstigen Herstellung. Das erfindungsgemässe Deformationselement nach Fig. 4 weist ein erstes Profilblech 2a' auf, auf welches ein gleichartiges, zweites Profilblech 2b', welches hier aus darstellerischen Gründen nicht gezeigt ist, spiegelverkehrt aufgesetzt ist, wobei die Profilbleche 2a', 2b' an ihren Stege (3a, 3b) punktuell im Abstand 1 von ungefähr 20 mm miteinander verschweisst sind. Die Schweisspunkte sind in der Abbildung als Kreuze dargestellt. Prinzipiell sind auch andere Verbindungsarten zwl- schen den Profilblechen 2a', 2b' möglich, z. B. eine durchgehende Schweissnaht oder Verschrau- ben. Die in Fig. 5 dargestellte Klemmverbindung 9 weist zwei an endseitigen Gewinden 12a, 12b zweier Stangen 13a, 13b festziehbare Muttern 11a, 11b, sowie vier paarweise gegeneinander <Desc/Clms Page number 4> verschiebbare Schraubkeile 10a, 10b, 10c, 10d auf. Die beiden Stangen 13a, 13b sind längsver- schiebbar in Führungen 14 gelagert, die seitlich auf einer Platte 15 angeordnet sind. Aus Gründen der Gewichtsersparnis weist die Platte 15 kreisförmige Ausnehmungen 16 auf. Die Klemmverbin- dungen 9 werden in die Seitenteile 5a, 5b des Rahmens 4 und in die Längsträger 8a, 8b einge- schoben. Durch Anziehen der beiden Muttern 11 a, 11 b werden die Keile 10a, 10b, 10c, 10d jeweils paarweise übereinander geschoben, wodurch sich der entsprechende Seitenteil 5a, 5b des Rah- mens 4 in dem jeweiligen Längsträger 8a, 8b des Schienenfahrzeuges fixieren lässt. PATENTANSPRÜCHE: 1. Deformationselement (1) für ein Schienenfahrzeug, welches im Bereich zumindest einer fahrzeugendseitig gelegenen Knautschzone (3) angeordnet ist und zumindest einen rohr- förmigen sich in Fahrzeugslängsrichtung erstreckenden Hohlraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es in dem Schienenfahrzeug austauschbar befestigt und aus zwei Blechen (2a, 2b) gebildet ist, von denen zumindest eines als Profilblech (2a', 2b') ausge- führt ist, welche an einander zugekehrten und aneinander anliegenden Stegen (3a, 3b), unter Bildung parallel zueinander verlaufender hohler Kästen (4a, 4b), miteinander ver- bunden sind. 2. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei aufein- anderliegenden Bleche (2a, 2b) an ihren Berührungsflächen miteinander punktuell ver- schweisst sind.

3. Deformationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hoh- len Kästen (4a, 4b) einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.

4. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (2a, 2b) im Wesentlichen über die gesamte Breite des Schienenfahrzeuges ver- laufen.

5. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Bleche (2a, 2b) im Bereich zwischen 1 und 3 mm liegt.

6. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (2a, 2b) aus Nirosta-Stahl gefertigt sind.

7. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (2a, 2b) in einem Rahmen (5) gehalten sind.

8. Deformationselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (5) zwei Seitenteile (5a, 5b) und einen Vorderteil (6) aufweist.

9. Deformationselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderteil (6) einen kastenförmigen Querbalken (6') aufweist, der im Wesentlichen über die gesamte Fahrzeugbreite verläuft, wobei an der dem Schienenfahrzeug abgewandten Seite des Querbalkens (6') Verrippungen (7) vorgesehen sind.

10. Deformabonselement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Rahmens (5) ein niedrig legierter Stahl ist.

11. Deformationselement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (2a, 2b) mit dem Rahmen (5) verschweisst sind.

12. Deformationselement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (5a, 5b) des Rahmens (5) über Führungsschienen in Langträger (8a, 8b) des Schienenfahrzeuges einschiebbar sind.

13. Deformationselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (5a, 5b) des Rahmens (5) mit lösbaren Klemmverbindungen (9) mit den Langträgern (8a, 8b) des Schienenfahrzeuges verbindbar sind.

14. Deformationselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmver- bindung vier gegeneinander verschiebbare Keile (10a, 10b, 10c, 10d) aufweist.

15. Deformationselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Keile (10b, 10c) starr mit einer Platte (15) verbunden sind.

16. Deformationselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keil (10d) mit Stangen (13a, 13b) starr verbunden ist, die je ein Gewinde (12a, 12b) aufweisen. <Desc/Clms Page number 5>

17 Deformationselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keil (10a) mit Muttern (11a, 11 b) über die Gewinde (12a, 12b) an den Stangen (13a, 13b) befestigbar ist