AT501689A1

AT501689A1 - Schienenfahrzeug mit kollisionstauglicher kupplungsanbindung

Info

Publication number: AT501689A1
Application number: AT0057005A
Authority: AT
Inventors: Markus Dipl Ing Dr Seitzberger; Thomas Dipl Ing Platter; Wilhelm Mayer
Original assignee: Siemens Transportation Systems
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-15
Also published as: ES2335131T3; US7837045B2; WO2006105566A1; EP1866194A1; CA2603663A1; AU2006230784A1; ATE442982T1; US20080156762A1; AU2006230784B2; NO335478B1; EP1866194B1; NO20074520L; PL1866194T3; DE502006004863D1; CA2603663C

Description

Schienenfahrzeug mit kollisionstauglicher Kupplungsanbindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einem Wagenkasten, welcher an zumindest einem Wagenende eine hinter einem Endträger des Wagenkastens liegende Stauchzone aufweist, sowie mit einer (Mittelpuffer-)Kupplung, die von einer im Wesentlichen vertikalen Schwenkachse ausgehend über das Wagenende hinausragt und mit einem Träger des Wagenkastens verbunden ist.

Bei Schienenfahrzeugen der gegenständlichen Art kommt es im Fall einer Frontalkollision zunächst zu einem Aufeinandertreffen der Kupplungen. Üblicherweise enthalten die Kupplungen stoßdämpfende und/oder federnde Elemente, die, unter Verkürzung in Längsrichtung, zumindest einen Teil der Aufprallenergie aufhehmen. Falls der Energieabbau in den Kupplungen nicht ausreicht, was bei höheren Kollisionsgeschwindigkeiten zwischen den Fahrzeugen der Fall ist, soll anschließend die bei jedem Wagen vorhandene, hinter dem jeweiligen Endträger gelegene Stauchzone kontrolliert den Rest der Aufprallenergie aufnehmen und Schäden am übrigen Teil des Fahrzeuges verhindern oder begrenzen, und dadurch Personen schützen. Bevor die Stirnseiten der Fahrzeuge, im Allgemeinen die jeweiligen Aufkletterschutze, in Eingriff kommen, sieht man meist vor, dass die Kupplung über eine Soll-Abscherstelle vom Wagenkasten abgetrennt wird, um zu vermeiden, dass die Kollisionskraft über parallele Lastpfade (Kupplung und Stauchzone des Wagenkastens) in die Wagenkästen eingeleitet wird und unzulässig hohe Gesamtkräfte in den Wagenkästen auftreten. Dies würde neben den bereits erwähnten Schäden an den Fahrzeugen auch zu erhöhten Verzögerungen der Fahrzeuge und damit zu einem erhöhten Verletzungsrisiko von Personen führen.

Die zuvor erwähnte Lösung nach dem Stand der Technik ist in den Fig. la bis lc schematisch dargestellt. Der Wagenkasten WKA eines nicht näher gezeigten Schienenfahrzeugs besitzt an seinen Stirnseiten einen quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Endträger ETR, der in einem Aufkletterschutz AKS endet. Eine solche Anordnung ist wohlbekannt und geht beispielsweise aus der WO 2004/110842 Al hervor. In Richtung zur Wagenmitte schließt eine Stauchzone STA an, die sich im Kollisionsfall kontrolliert verformen kann. An einem Lagerbock LAB des Mittellängsträgers MLT (oder an einem Kupplungsquerträger, einer senkrechten Kupplungs-Montageplatte etc.) ist die um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse SWA verschwenkbare Kupplung KUP mit Hilfe von Scherbolzen SBO befestigt. Sie endet in einem Kupplungsendstück KES, das mit einem gleichen Endstück eines benachbarten Wagens verbunden werden kann. In dem gezeigten Beispiel ist der Kupplungsarm KAM -2- ··· P9721 teleskopartig zusammenschiebbar, wenn die angreifende Kraft ein bestimmtes Maß im Kollisionsfall überschreitet, wozu beispielsweise ein Deformationselement DEF wie angedeutet verwendet werden kann. Meist sind jedenfalls im Kupplungsarm KAM stoßdämpfende und/oder federnde Elemente enthalten, wie z.B. in der US 3,149,731 A zu sehen.

Fig. lb zeigt eine erste Phase einer Kollision, bei welcher die auf das Kupplungsendstück wirkende Kraft so groß geworden ist, dass das Deformationselement DEF angesprochen hat und der Kupplungsarm KAM zusammengeschoben wurde. In dieser Phase beginnen die Aufkletterschutze AKS der kollidierenden Wagen ineinanderzugreifen und die Krafteinleitung soll über den Aufkletterschutz erfolgen, damit die Wirkung der Stauchzone einsetzen kann. Um dies zu ermöglichen, scheren, wie in Fig. lc gezeigt, die Bolzen SBO ab und über die Kupplung KUP ist nun - wie gewünscht - keine Krafteinleitung mehr möglich. Die Gesamtkraft auf den Wagenkasten ist damit durch die in der Stauchzone stattfindende Deformation der dort vorgesehenen Stauchelemente definiert.

Das Abscheren der Kupplung birgt jedoch die Gefahr von Entgleisungen mit sich, da sich die Kupplung mit dem Gleisbett verfangen kann, mit dem Drehgestell kollidieren kann etc. Man kann durch besondere Vorrichtungen, wie Führungsstangen, Halteketten etc. diese Gefahr verringern, doch setzt dies im Allgemeinen voraus, dass die Kupplung abscheren kann, bevor die Wagenkästen miteinander in Eingriff kommen, was aber nicht bei allen Ausführungen bzw. Auslegungs-Anforderungen möglich ist.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Kupplungsanbindung für ein Schienenfahrzeug, bei welchem ein Abscheren der Kupplung nicht erforderlich ist, um unerwünschte parallele Lastpfade, nämlich Kupplung einerseits und Stauchzone andererseits, im Kollisionsfall zu vermeiden. Dadurch sollen die Verzögerungen im Passagierbereich beschränkt und die Stabilität dieses Bereiches sichergestellt werden. Außerdem sollen die Probleme, die aus einer äbgescherten Kupplung erwachsen können, entfallen.

Diese Aufgabe wird mit einem Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Endträger ein Kupplungsschlitten befestigt ist, der sich vom Endträger ausgehend, die Stauchzone überbrückend, in Richtung der Wagenmitte erstreckt, und der am Wagenkasten längsverschieblich geführt ist.

Fig. 2a bis 2c zeigt in einer ähnlichen Ansicht wie Fig.l, jedoch für zwei aneinander gekuppelte Fahrzeuge die Erfindung in einer vereinfachten und schematischen Darstellung. In diesen Abbildungen werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. labislc. P9721 P9721

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Wie ersichtlich, ist die Kupplung KUP gemäß der Erfindung an der Unterseite eines Kupplungsschlittens KSL fix befestigt, wobei hier - im Gegensatz zum Stand der Technik - keine Scherbolzen oder Ähnliches zur Anwendung kommen. Der Kupplungsschlitten KSL ist an einem Endträger ETR des Wagenkastens WKA befestigt und verläuft von hier aus, die Stauchzone STA überbrückend, in Richtung zur Wagenmitte. Er ist nach der Stauchzone STA an einem Mittellängsträger MLT des Wagenkastens WKA längsverschieblich gelagert, was weiter unten näher erläutert wird.

Im Gegensatz zu einer konventionellen Kupplungsanbindüng, bei der die Kupplungslängskräfte hinter der Stauchzone STA direkt in den Wagenkasten WKA eingeleitet werden, werden diese erfindungsgemäß über den Kupplungsschlitten KSL, den Endträger ETR und die Stauchzone STA in den Wagenkasten WKA eingeleitet.

Im Kollisionsfall werden die zwei benachbarten Fahrzeuge gegeneinander geschoben, wobei zunächst die aneinander angreifenden Kupplungsarme KAM unter Überwindung der Deformationselemente DEF teleskopartig zusammen geschoben werden, bis in der ersten Phase einer Kollision, wie in Fig. 2b gezeigt, die Aufkletterschutze AKS beider Fahrzeuge ineinander greifen. Es sei hier betont, dass die Kupplungsarme auch entsprechend anderen bekannten Bauarten ausgebildet sein und z.B. integrierte Dämpfungselemente etc. aufweisen können.

Bei weiterer Krafteinwirkung kommt es zu einer Verformung der Stauchzone, wie in Fig. 2c ersichtlich, wobei sich während dieser Verformung der Kupplungsschlitten KSL entlang des Mittellängsträgers MLT in Richtung der Wagenmitte verschiebt. Es ist einleuchtend, dass auf diese Weise ein Abscheren der Kupplung nicht erforderlich ist und die mit einem solchen Abscheren bereits weiter oben erläuterten Probleme auch nicht auftreten können. Da alle Längskräfte über den Endträger eingeleitet werden, ist, unabhängig davon, ob die Kupplung weiter Kraft überträgt oder nicht, die Gesamtkraft auf den Wagenkasten immer durch die maximale Stauchkraft in der Stauchzone begrenzt.

Bei einer hinsichtlich der Krafteinleitung zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kupplungsschlitten an einem Mittellängsträger des Wagenkastens geführt ist.

Im Sinn der Erfindung ist es auch vorteilhaft, wenn der Kupplungsschlitten mit dem Endträger verschraubt ist, wobei zur Krafteinleitung ein zentraler Bolzenstummel vorgesehen ist. P9721 • · • · · · · ···· · · ······ · · · ·· ♦· ·· · · «·· -4-

Eine in der Praxis günstige Führung des Kupplungsschlittens ergibt sich, wenn der Kupplungsschlitten an seinem inneren Ende zwei beidseitig abstehende U-förmige Führungen ausweist, welche am Wagenkasten sitzende Führungsstege umfassen.

Eine sichere Funktion der Erfindung auch nach langer Einsatzzeit wird gewährleistet, falls der Kupplungsschlitten am Wagenkasten unter Zwischenschaltung von Kunststoffeinlagen verschieblich gelagert ist. Dadurch wird z.B. ein Einrosten vermieden. Durch den Einsatz geeigneter Kunststoffe können aber auch die Gleitreibungskräfte bei einer Kollision gering gehalten werden, um eine Längsverschieblichkeit bei geringem Kraftniveau sicherzustellen.

Sehr vorteilhaft erweist sich die Erfindung bei einem Schienenfahrzeug, bei welchem ein von einer Befestigungsstelle am Kupplungsschlitten in Richtung des Wagenendes bis zu einem Kupplungsendstück verlaufender Kupplungsarm im Kollisionsfall unter Überwindung eines Deformationselementes oder nach Abscheren eines inneren Überlastschutzes, etc. teleskopartig zusammenschiebbar ist.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in den Abbildungen 3 bis 7 veranschaulicht ist. Dabei zeigen

Fig. 3a und 3b in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten und vorne den Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges gemäß der Erfindung samt einem Kupplungsschlitten in seinem Ausgangszustand bzw. in nach einer Kollision verformten Zustand in einer 3D-Crash-Simulation, wobei zur besseren Sichtbarkeit die eigentliche Kupplung nicht dargestellt ist,

Fig. 4 in einer Draufsicht einen vorderen Abschnitt eines Wagenkastens mit daran angeordnetem Kupplungsschlitten und der Kupplung,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4, gleichfalls in vergrößerter Darstellung und

Fig. 7 das Detail VH der Fig. 5 in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 3a und 3b ist an Hand einer Computersimulation einer tatsächlichen Ausführungsform das Crashverhalten eines Eisenbahnfahrzeuges gemäß der Erfindung gezeigt. Fig. 3a zeigt den Zustand an der Stirnseite eines Wagens vor einem Auffahren. Man erkennt, dass ein Kupplungsschlitten KSL mit einem Ende an einem Endträger ETR des Wagens befestigt ist. Mit diesem Endträger ist auch der Aufkletterschutz AKS verbunden oder einstückig ausgebildet. Der Kupplungsschlitten KSL erstreckt sich in Richtung der Wagenmitte und ist an seinem anderen Ende mit Hilfe zweier beidseitig abstehender U-förmiger Führungen UFU dadurch geführt, dass diese am Wagenkasten WKA sitzende Führungsstege FST umfassen, ln den Fig. 3a und 3b ist die eigentliche Kupplung samt ihrer Kupplungsstange weggelassen, um den Kupplungsschlitten in dieser schrägen Unteransicht besser zeigen zu können.

Nach einer Kollision, entsprechend der Darstellung der Fig. 3b, ist der gesamte Endträger ETR in Richtung der Wagenmitte verschoben und die Stauchzone STA entsprechend zusammengestaucht. Wie ersichtlich ist mm der Schlitten KSL mit seinen Führungen UFU längs der Führungsstege FST in Richtung der Wagenmitte gerutscht.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen mm Details einer tatsächlichen Ausführungsform. In Fig. 4 - eine Draufsicht - erkennt man links den Umriss des Aufkletterschutzes AKS. Die Kupplung ist ebenfalls eingezeichnet.

Fig. 5 zeigt in vergrößerter Darstellung die Führung des Kupplungsschlittens KSL am Mittellängsträger MLT des Wagenkastens. Es ist ersichtlich, dass der Kupplungsschlitten KSL an seiner linken und rechten Seite je eine U-förmige Führung UFU besitzt, wobei jede Führung UFU einen ihr zugeordneten, mit dem Mittellängsträger verbundenen Führungssteg FST tungreift. In einer weiter vergrößerten Ansicht nach Fig. 7 ist dies besser zu erkennen: Jede Führung UFU besitzt einen oberen Schenkel OBS und einen unteren Schenkel UNS. Zwischen dem unteren Schenkel UNS und dem Führungssteg FST des Wagenkastens ist ein in Querrichtung verstellbarer Keil KEI vorgesehen, der mit Hilfe einer Schraüben-Mutter-Anordnung verstellbar ist, sodass der Druck, mit dem die Führung UFU den Steg FST tunfasst, eingestellt werden kann. Weiters wird der Führungssteg FST unter Zwischenschaltung von Kunststoffeinlagen KUE umfasst, wodurch beispielsweise ein Festfressen durch Rost vermieden werden soll und die Gleitreibungskräfte zwischen dem Führungssteg FST und dem Kupplungsschlitten KSL gering gehalten werden sollen.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass andere Führungsmöglichkeiten des Kupplungsschlittens KSL am Wagenkasten WKA durchaus sinnvoll sein können. So ist es möglich, am Wagenkasten eine U-förmige Führung und am Kupplungsschlitten KSL Führungsstege anzuordnen etc. P9721* • · • · • · · · · • · · · · · ·· ·· «·

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Schließlich zeigt Fig. 6, dass der Kupplungsschlitten KSL am Endträger ETR mit Hilfe von Schraubbolzen SCH verschraubt ist, wobei zur definierten und verlässlichen Krafteinleitung ein zentraler Bolzenstummel BST vorgesehen ist. 0 k April 2005

Claims

Ρ972ί • · · · · ···· · · ········ · ·· ·· ·· · · «·· -7- ΡΑΤΕΝΤANSPRÜCHE 1. Schienenfahrzeug mit einem Wagenkasten (WKA), welcher an zumindest einem Wagenende eine hinter einem Endträger (ETR) des Wagenkastens liegende Stauchzone (STA) aufweist, sowie mit einer Mittelpufferkupplung (KUP), die sich von einer im Wesentlichen vertikalen Schwenkachse (SWA) ausgehend zum Wagenende erstreckt und mit einem Träger des Wagenkastens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Endträger (ETR) ein Kupplungsschlitten (KSL) befestigt ist, der sich vom Endträger ausgehend, die Stauchzone (STA) überbrückend, in Richtung der Wagenmitte erstreckt, und der am Wagenkasten (WICA) längsverschieblich geführt ist.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlitten (KSL) an einem Mittellängsträger (MLT) des Wagenkastens geführt ist.
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlitten (KSL) mit dem Endträger (ETR) verschraubt ist, wobei zur Krafteinleitung ein zentraler Bolzenstummel (BST) vorgesehen ist.
4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlitten (KSL) an seinem inneren Ende zwei beidseitig abstehende U-förmige Führungen (UFU) ausweist, welche am Wagenkasten (WKA) sitzende Führungsstege (FST) umfassen.
5. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der U-förmigen Führungen (UFU) ein verstellbarer Keil (KEI) angeordnet ist, der mit einer Fläche am Führungssteg (FST) angreift.
6. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlitten (KSL) am Wagenkasten (WKA) unter Zwischenschaltung von Kunststoffeinlagen (KUE) verschieblich gelagert ist.
7. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Befestigungsstelle am Kupplungsschlitten (KSL) in Richtung des Wagenendes bis zu einem Kupplungsendstück (KES) verlaufender Kupplungsarm (KAM) im Kollisionsfall unter Überwindung eines Deformationselementes (DEF) teleskopartig zusammenschiebbar ist. 0 April 200?