AT522658A1

AT522658A1 - Energieverzehreinrichtung

Info

Publication number: AT522658A1
Application number: ATA50462/2019A
Authority: AT
Inventors: Heinzl Dr Philipp
Original assignee: Siemens Mobility Austria Gmbh
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-12-15
Also published as: EP3956193B1; CN217515160U; EP3956193A1; US20220250661A1; WO2020234252A1

Abstract

Energieverzehreinrichtung (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Prallplatte (3), welche zur Aufnahme und Weiterleitung auftreffender Kollisionskräfte ausgebildet ist, eine Rückplatte (4), welche zur Befestigung der Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur (2) ausgebildet ist und mindestens zwei zwischen der Prallplatte (3) und der Rückplatte (4) angeordnete Knickplatten (5), wobei die Knickplatten (5) mit einer Vorverformung in Richtung einer gewünschten Verformungsrichtung versehen sind, wobei die Knickplatten (5) untereinander mit einem Zug-Druckmittel (6) verbunden sind.

Description

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Beschreibung

Energieverzehreinrichtung.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Energieverzehreinrichtung für ein

Schienenfahrzeug.

Stand der Technik

Schienenfahrzeuge, insbesondere Passagierschienenfahrzeuge werden zur Verbesserung in Hinsicht auf die passive Sicherheit bei Zusammenstößen mit definierten Knautschzonen ausgestattet, in welchen kinetische Energie in Verformungsund/oder Wärmeenergie umgewandelt wird. Dadurch können die Belastungen für die Personen im Fahrzeug reduziert werden. Zu diesem Zweck können einerseits großflächige Bereiche der Schienenfahrzeugstruktur im Stirnbereich so gestaltet werden, dass sie die Verformungsenergie gezielt aufnehmen können oder es werden spezielle Crashmodule auf die Front- und Heckstruktur des Schienenfahrzeugs aufgesetzt. Letzteres ist vorteilhaft, da eine Reparatur nach einem Zusammenstoß durch die leichte Zugänglichkeit dieser Crashmodule vereinfacht wird. Diese Crashmodule werden auch Energieverzehreinrichtungen, Verformungsmodule, Verformungselemente, Knautschelemente oder Energieaufnahmeelemente genannt. Für eine korrekte Funktion, d.h. eine möglichst vollständige Erschöpfung der Energieaufnahmekapazität einer Energieverzehreinrichtung ist die Richtung der einwirkenden Verformungskraft entscheidend.

Tritt diese nicht in der vorgesehenen Richtung ein,

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beispielsweise schräg oder nicht am vorgesehenen Kraftangriffspunkt, so tendieren besonders an das Ende des Fahrzeugs angebrachte Crashmodule dazu, sich nur einseitig zu deformieren. Dieses hat zur Folge, dass sich das freie Ende des betreffenden Crashmoduls, das üblicherweise mit einem Aufkletterschutz versehen ist, schräg stellt, signifikante Querkräfte erzeugt werden, die Energieabsorptionsfähigkeit des Crashmoduls nicht mehr voll erschöpft werden kann und überdies die Crashgegner in Gefahr laufen, wegen der nunmehr

schrägen Kontaktstellen aneinander abzugleiten.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Energieverzehreinrichtung zu schaffen, welche auch bei einer Parallelverschiebung der einwirkenden Kollisionskraft, beispielsweise bei seitlichem Versatz zweier aufeinandertreffender Schienenfahrzeuge, nicht nur einseitig verformt, sondern die Deformation über ihren gesamten Umfang gleichmäßig verteilt einleitet und so im weiteren Verlauf

ihre Energieverzehrkapazität ausschöpfen kann.

Die Aufgabe wird durch eine Energieverzehreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird eine Energieverzehreinrichtung für ein Schienenfahrzeug aufgebaut, welche eine Prallplatte, welche zur Aufnahme und Weiterleitung auftreffender Kollisionskräfte ausgebildet ist, eine Rückplatte, welche zur Befestigung der Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur ausgebildet ist und mindestens zwei zwischen der Prallplatte

und der Rückplatte angeordnete Knickplatten umfasst, wobei

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die Knickplatten mit einer Vorverformung in Richtung einer gewünschten Verformungsrichtung versehen sind, und wobei die Knickplatten untereinander mit einem Zug-Druckmittel

verbunden sind.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, bei einem Auftreffen einer Verformungskraft auf die Energieverzehreinrichtung außerhalb einer vorgesehenen Kraftrichtung ein teilweises, insb. einseitiges kollabieren der Energieverzehreinrichtung zu vermeiden. Tritt eine einseitige Verformung auf, so überträgt das Zug-Druckmittel Verformung der einen Knickplatte auf die Jeweils andere Knickplatte und verformt diese so, dass die Prallplatte in Bezug auf die Rückplatte parallel verschoben

wird.

Eine erfindungsgemäße Energieverzehreinrichtung umfasst eine Rückplatte, welche zur Befestigung der Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur ausgebildet ist. Diese Befestigung kann vorzugsweise lösbar mittels Schraubverbindungen gestaltet sein. Für bestimmte Einsatzzwecke ist auch eine unlösbare Verbindung vorteilhaft. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Energieverzehreinrichtung so dimensioniert ist, dass ihr Auslösen ohnedies zu weiteren Schäden an der Fahrzeugstruktur führt und eine Reparatur des Fahrzeugs nicht mehr

wirtschaftlich sinnvoll ist.

Eine Prallplatte zur Aufnahme von Kollisionskräften, welche durch einen Kollisionsgegner eingebracht werden, ist von der Rückplatte parallel beabstandet vorgesehen. Diese Prallplatte ist so massiv auszuführen, dass sie während des Kollisionsgeschehens auch bei massiven Kollisionsgegnern, wie

beispielsweise bei den in den USA gebräuchlichen

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Lokomotivstirnseiten, in der Lage bleibt, die eingeleiteten Kräfte möglichst homogen und £flächig auf die dahinter liegende Energieverzehreinrichtung zu übertragen. Die Prallplatte kann dabei entweder einstückig als Stahlgußteil oder als Schweißkonstruktion aus Stahlplatten mit inneren

wabenförmigen Verstärkungen ausgeführt werden.

Zwischen der Prallplatte und der Rückplatte sind mindestens zwei Knickplatten angeordnet und mit der Prall- bzw. Rückplatte verbunden. Diese Knickplatten sind als plattenförmige Bauteile ausgeführt und in Einbaulage der Energieverzehreinrichtung vertikal ausgerichtet. Sie sind mit einer Vorverformung ausgestattet, sodass sie beim Einwirken einer über die Prallplatte eingeleiteten Verformungskraft sich in vorbestimmter Weise verformen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Knickplatten als Platten mit einer einzelnen Biegestelle auszuführen, sodass die Knickplatten einen Vförmigen Verlauf aufweisen. Solcherart ist die Verformungsrichtung der Knickplatten eindeutig vorgegeben. Es ist wesentlich, dass die Vorverformungen der Knickplatten in dieselbe Richtung weisen, da nur so sichergestellt ist, dass die Verformung einer Knickplatte auch an die weiteren Knickplatten übertragen werden kann und eine Verformung

dieser weiteren Knickplatten eingeleitet wird.

Die Knickplatten sind untereinander mittels eines ZugDruckmittels verbunden. Ein Zug- Druckmittel überträgt sowohl Zug- als auch Druckkräfte, ohne sich selbst dabei berücksichtigenswert zu verformen. Dazu können beispielsweise ausreichend dicke stangenförmige Bauteile eingesetzt werden, welche auch unter Druckbelastung nicht ausknicken. Insbesondere ist es vorteilhaft, als Zug- Druckmittel ein

plattenförmiges Bauteil einzusetzen, eine

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Synchronisationsplatte. Diese Synchronisationsplatte erstreckt sich zwischen den Knickplatte und ist mit den Knickplatten fest verbunden. Die Synchronisationsplatte ist dabei parallel zu der Rückplatte und der Prallplatte orientiert. Besonders vorteilhaft ist es, die Verbindungsstellen der Synchronisationsplatte mit den Knickplatten an der Position der größten Vorverformung der Knickplatten vorzusehen, da solcherart die größtmögliche

Verformung der weiteren Knickplatten erzielbar ist.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, mindestens eine schubsteife Verbindungsplatte (Stützplatte) zwischen der Rückplatte und der Prallplatte vorzusehen, welche eine Parallelverschiebung der Prallplatte gegen die Rückplatte verhindert. Diese Stützplatte ist als plattenförmiges Bauteil auszuführen und mit der Prall- und der Rückplatte jeweils fest zu verbinden. Die Anordnung das Stützplatte kann dabei an der oberen oder der unteren Begrenzung der Energieverzehreinrichtung erfolgen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, zwei Stützplatten, jeweils eine oben und unten anzuordnen, sodass mit zusätzlichen seitlichen Abdeckungen eine vollständige Umhüllung der Energieverzehreinrichtung erzielt werden kann. Solcherart ist die Energieverzehreinrichtung vor

Verschmutzung oder Korrosion bessert geschützt.

Die erfindungsgemäße Energieverzehreinrichtung bildet eine im Wesentlichen hohle, quaderförmige Baugruppe, sodass es in weiterer Fortbildung der Erfindung zweckmäßig ist, diesen Hohlraum mit weiteren Energieverzehrelementen zumindest teilweise zu füllen. Dadurch kann die Energieaufnahmekapazität der Energieverzehreinrichtung weiter

gesteigert werden.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, Energieverzehrelemente zwischen der Rückplatte und der Prallplatte anzuordnen und diese durch Ausnehmungen in dem Zug-Druckmittel (Synchronisationsplatte) zu führen. Die Energieverzehrelemente können dabei entweder mit der Pralloder der Rückplatte verbunden sein und die Ausnehmungen ins der Synchronisationsplatte müssen eine ausreichende kollisionsfreie Bewegbarkeit der Synchronisationsplatte

sicherstellen.

In weiterer Fortbildung der Erfindung können an dem ZugDruckmittel (Synchronisationsplatte) selbst weiter Energieverzehrelemente angeordnet werden. Dabei wird an der Synchronisationsplatte ein vorderes und ein hinteres Energieverzehrelement befestigt. Das vordere Energieverzehrelement erstreckt sich zwischen der Synchronisationsplatte und der Prallplatte, berührt diese Jedoch nicht, sondern weist einen bestimmten Abstand zu der Prallplatte auf. Das hintere Energieverzehrelement erstreckt sich zwischen der Synchronisationsplatte und der Rückplatte, berührt diese jedoch nicht, sondern weist einen bestimmten Abstand zu der Rückplatte auf. Solcherart ist die Beweglichkeit der Synchronisationsplatte zu Beginn des Verformungsvorgangs nicht eingeschränkt, sie kann somit die Verformung einer Knickplatte an die weiteren Knickplatten übermitteln und bei weiterem Fortschreiten der Verformung werden die Abstände zwischen dem hinteren und vorderen Energieverzehrelementen und der Rück- bzw. Prallplatte überwunden und die hinteren und vorderen Energieverzehrelemente geraten in Wirkung. Ab diesem Zeitpunkt des Verformungsgeschehens wird die

Synchronisationsplatte in ihrer Beweglichkeit zwar behindert,

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Jedoch ist die Verschiebbarkeit der Synchronisationsplatte

nun auch nicht mehr in vollem Umfang erforderlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.1 Energieverzehreinrichtung.

Fig.2 Energieverzehreinrichtung während Verformung.

Fig.3 Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen. Fig.4 Energieverzehreinrichtung Schrägansicht.

Fig.5 Energieverzehreinrichtung ohne Prallplatte.

Fig.6 Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen.

Ausführung der Erfindung

Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Energieverzehreinrichtung. Es ist eine Energieverzehreinrichtung 1 in Einbaulage in einer Ansicht von oben dargestellt. Die Energieverzehreinrichtung 1 ist dabei mit einer Rückplatte 4 an einer Fahrzeugstruktur 2 eines Schienenfahrzeugs montiert. Die Energieverzehreinrichtung 1 umfasst neben der Rückplatte 4 eine Prallplatte 3, welche an der einem Kollisionsgegner zugewandten Seite angeordnet ist. Zwischen der Rückplatte 4 und der Prallplatte 3 sind in gezeigtem Ausführungsbeispiel zwei Knickplatten 5 angeordnet und jeweils mit der Rückplatte 4 und der Prallplatte 3 verschweißt. Die Knickplatten 5

weisen eine Vorverformung in Form einer Biegung auf, wobei

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die Biegungen beider Knickplatten 5 in dieselbe Richtung weisen. Die Knickplatten 5 sind mittels eines ZugDruckmittels 6 verbunden. In gezeigtem Ausführungsbeispiels ist das Zug-Druckmittel 6 als plattenförmiges Bauteil (Synchronisationsplatte) ausgebildet und mit den Knickplatten

5 an der Stelle der größten Verformung verschweißt.

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Energieverzehreinrichtung während der Verformung. Es ist die Energieverzehreinrichtung 1 unter Einwirkung eines Kollisionsgegners 7 dargestellt. Der Kollisionsgegner 7 greift dabei außermittig an der Prallplatte 3 an, würde demnach bei konventionellen Energieverzehreinrichtungen zu einem einseitigen Kollabieren dieser Einrichtung führen. Es ist eine teilweise fortgeschrittene Verformung dargestellt, bei welcher ein Teil der Energieverzehreinrichtung bereits erschöpft ist. Das Zug-Druckmittel 6 bewirkt dabei ein symmetrisches Verformen der beiden Knickplatten 5 und somit eine parallele Verschiebung der Prallplatte 3 in Bezug auf die Rückplatte 4. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Energieverzehreinrichtung 1 weist nur die Knickplatten 5 als energieverzehrende Bauteile auf, bei welchen die Kollisionsenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird. Weitere energieverzehrende Bauteile sind zur Vereinfachung

dieser Prinzipdarstellung nicht enthalten.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen. Es ist eine Energieverzehreinrichtung 1, welche im Wesentlichen jener aus den Fig. 1 und 2 entspricht, zusätzlich Jedoch mit einem vorderen Energieverzehrelement 8 und einem hinteren Energieverzehrelement 9 ausgestattet ist. Dabei sind die

Energieverzehrelemente 8, 9 an dem Zug-Druckmittel 6

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angeordnet. Ein vorderes Energieverzehrelement 8 erstreckt sich in Richtung der Innenseite der Prallplatte 3, es besteht ein Freiraum zwischen dem vorderen Energieverzehrelement 8 und dieser Innenseite der Prallplatte 3. Das hintere Energieverzehrelement 9 weist ebenso einen Abstand zu der Rückplatte 4 auf. Somit ist bei einer Kollision die freie Beweglichkeit des Zug-Druckmittels 6 gewährleistet bis die Verformung soweit fortgeschritten ist, dass die genannten

Abstände aufgebraucht sind.

Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch eine Energieverzehreinrichtung in einer Schrägansicht. Es ist eine Energieverzehreinrichtung 1 dargestellt, welche ähnlich wie jene aus den Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, zusätzlich jedoch eine Stützplatte 11 umfasst. Die Prallplatte 3 ist in gezeigtem Ausführungsbeispiel mit einer horizontalen Zahnstruktur als Aufkletterschutz ausgestattet. Ein ZugDruckmittel 6 ist durch die benachbarten Bauteile verdeckt und nicht sichtbar. Eine Stützplatte 11 ist an der unteren Berandung der Energieverzehreinrichtung 1 angeordnet und

verbindet die Prallplatte 3 mit der Rückplatte 4.

Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch eine Energieverzehreinrichtung ohne Prallplatte. Es ist die Energieverzehreinrichtung 1 aus Fig. 4 bei abgenommener Prallplatte 3 dargestellt. Dabei ist das Zug-Druckmittel 6, welches als plattenförmiges Bauteil (Synchronisationsplatte) ausgebildet ist, sichtbar. Das Zug-Druckmittel 6 erstreckt sich vertikal nur über einen Teil der Gesamthöhe der Energieverzehreinrichtung 1, es verbleiben jeweils oben und unten freie Bereiche in welchen Energieverzehrelemente anordenbar sind. Ebenso ist eine weitere Stützplatte 11 an

der oberen Berandung der Energieverzehreinrichtung 1 möglich,

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wodurch der stabilisierende Effekt der Stützplatte 11

verstärkt würde.

Fig.6 zeigt beispielhaft und schematisch eine Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen. Es ist eine Schrägansicht auf eine Energieverzehreinrichtung 1 mit abgenommener Prallplatte 3 dargestellt. An der Rückplatte 4 sind vier Energieverzehrelemente 10 angeordnet. Diese Energieverzehrelemente 10 erstrecken sich bis knapp vor die Rückseite der Prallplatte 3. Weiters ist die Energieverzehreinrichtung 1 mit vorderen 8 und hinteren 9 Energieverzehrelementen ausgestattet, welche an dem als Synchronisationsplatte ausgebildeten Zug-Druckmittel 6 befestigt sind und jeweils einen Abstand zu der Rückplatte 4

bzw. der Prallplatte 3 aufweisen.

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Liste der Bezeichnungen

Energieverzehreinrichtung Fahrzeugstruktur

Prallplatte

Rückplatte

Knickplatte

Zug-Druckmittel Kollisionsgegner

Vorderes Energieverzehrelement Hinteres Energieverzehrelement Energieverzehrelement

Stützplatte

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Claims

15 20 25 30 201912859 Patentansprüche

1. Energieverzehreinrichtung (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Prallplatte (3) , welche zur Aufnahme und Weiterleitung auftreffender Kollisionskräfte ausgebildet ist, eine Rückplatte (4), welche zur Befestigung der Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur (2) ausgebildet ist, und mindestens zwei zwischen der Prallplatte (3) und der Rückplatte (4) angeordnete Knickplatten (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Knickplatten (5) mit einer Vorverformung in Richtung einer gewünschten Verformungsrichtung versehen sind, wobei die Knickplatten (5) untereinander mit

einem Zug-Druckmittel (6) verbunden sind.

2. Energieverzehreinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Knickplatten (5) in Einbaulage der Energieverzehreinrichtung (1) vertikal angeordnet sind und die gewünschten Verformungsrichtungen der

Knickplatten (5) in dieselbe Richtung weisen.

3. Energieverzehreinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zug-Druckmittel (6) eine Synchronisationsplatte

vorgesehen ist.

4, Energieverzehreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1l bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Energieverzehrelement (10) zwischen der Rückplatte (4) und der Prallplatte (3) angeordnet ist,

welches durch eine Ausnehmung in dem Zug-Druckmittel

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(6) geführt ist.

5. Energieverzehreinrichtung (1) 1l bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

nach einem der Ansprüche

an dem Zug-Druckmittel (6) ein vorderes

Energieverzehrelement (8) befestigt ist, welches sich

zwischen dem Zug-Druckmittel

(6) und der Prallplatte

(3) erstreckt, welches einen bestimmten Abstand zu der

Prallplatte (3) aufweist, und dass

an dem Zug-Druckmittel (6) ein hinteres

Energieverzehrelement (9) befestigt ist, welches sich

zwischen dem Zug-Druckmittel

(6) und der Rückplatte (4)

erstreckt, welches einen bestimmten Abstand zu der

Rückplatte (4) aufweist.

6. Energieverzehreinrichtung (1) 1l bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

nach einem der Ansprüche

mindestens eine Stützplatte (11) zwischen der

Rückplatte (4) und der Prallplatte (3) vorgesehen ist,

welche mit der Prall (3) - und der Rückplatte (4)

Jeweils fest verbunden ist.

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