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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug,
mit einem Wagenkasten und einer Frontscheibenanordnung, wobei der
Wagenkasten eine Längsrichtung,
eine Querrichtung und eine Höhenrichtung
definiert, die Frontscheibenanordnung im Bereich einer in Querrichtung
und in Höhenrichtung
verlaufenden und zur Längsrichtung
zumindest abschnittsweise geneigt verlaufenden Ausnehmung an einem
Ende des Wagenkastens angeordnet ist und die Frontscheibenanordnung
eine Frontscheibe sowie eine Halteeinrichtung aufweist, über welche
die Frontscheibe mit dem Wagenkasten verbunden ist. Weiterhin betrifft
die Erfindung eine entsprechende Frontscheibenanordnung für ein solches
Fahrzeug.
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Bei
der Entwicklung moderner Fahrzeuge für den Transport von Personen
oder Gütern,
insbesondere der Entwicklung moderner Schienenfahrzeuge, legen die
späteren
Betreiber des Fahrzeugs in zunehmendem Maße Wert auf die Crashtauglichkeit des
Fahrzeugs. Diese Tendenz ist nicht zuletzt durch die immer schärfer werdenden
Vorgaben der Zulassungsbehörden
bedingt, welche die Freigabe des Fahrzeugs für den öffentlichen Verkehr vergeben.
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So
legt beispielsweise die europäische "TSI für das Hochgeschwindigkeitsbahnsystem
gemäß Richtlinie
96/48/EG des Rates" unterschiedliche Crashszenarien
und Anforderungen fest, welchen die Schienenfahrzeuge für ihre Zulassung
zu öffentlichen
Verkehr genügen
müssen.
Gemäß dieser
Spezifikation muss unter anderem bei drei unterschiedlichen Crashszenarien
(Kollision gleichartiger Schienenfahrzeuge, Kollision des Schienenfahrzeugs
mit einem Güterzug
und Kollision des Schienenfahrzeugs mit einem quer stehenden Lastkraftwagen bzw.
deformierbaren Hindernis) nachgewiesen werden, dass sich die Verformung
des Schienenfahrzeugs und damit die Energieabsorption im Crashfall auf
eine speziell dafür
vorgesehene vordere (gegebenenfalls mit entsprechenden Crashenergieabsorbern
versehene) Crashsektion beschränkt
und dabei keine größeren Gegenstände in den
Führerraum
des Schienenfahrzeugs eindringen, die andernfalls den Fahrzeugführer gefährden könnten.
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Ein
besonderes Problem stellt hierbei die Frontscheibe des Fahrzeugs
dar, welche insbesondere bei Fahrzeugen mit einer steil ansteigenden Frontpartie
gegebenenfalls zu einem großen
Teil (beispielsweise zu 50% bis 60%) in die Crashsektion hineinragt
und daher in dem jeweils vorgegebenen Crashszenario vergleichsweise
hohen Belastungen ausgesetzt ist. Bei herkömmlichen Fahrzeugen, bei denen
die Frontscheibe über
eine gleichmäßig umlaufende
Verklebung am Wagenkasten befestigt ist, besteht die Gefahr, dass
sich die Frontscheibe durch die hohen Belastungen im Bereich der
Crashsektion aus dem Verbund mit dem Wagenkasten löst und als Ganzes
in die Fahrerkabine eindringt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die oben
genannten Nachteile nicht oder zumindest in deutlich geringerem
Maße aufweist
und insbesondere bei einem vorgebbaren Crashszenario ein Lösen der
Frontscheibe aus dem Verbund mit dem Wagenkasten und einen nachfolgendes
Eindringen der Frontscheibe in die Fahrerkabine verhindert.
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgabe ausgehend von einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass
man bei einem vorgebbaren Crashszenario ein Lösen der Frontscheibe aus dem
Verbund mit dem Wagenkasten und einen nachfolgendes Eindringen der
Frontscheibe in die Fahrerkabine verhindern kann, wenn die Frontscheibenanordnung,
welche die Frontscheibe und ihre Halteeinrichtung umfasst, in einem Übergangsbereich
zwischen einem unteren Abschnitt und einem oberen Abschnitt derart
gegenüber
dem oberen Abschnitt geschwächt
ausgebildet ist, dass in einer vorgebbaren Frontalcrashsituation
in dem Übergangsbereich ein
definiertes Versagen der Frontscheibenanordnung erfolgt.
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Durch
die Schwächung
der Frontscheibenanordnung in dem Übergangsbereich und das daraus resultierende
frühzeitige
definierte Versagen der Frontscheibenanordnung in diesem Bereich
wird ein definiertes Abklappen des unteren Abschnitts gegenüber dem
oberen Abschnitt ermöglicht
und verhindert, dass die bei dem Crash wirkenden Lasten ungehindert
in den oberen Abschnitt der Frontscheibenanordnung weitergeleitet
werden.
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Mit
anderen Worten wird durch die Schwächung der Frontscheibenanordnung
im Übergangsbereich
die Krafteinleitung in den oberen Abschnitt der Frontscheibenanordnung
im Crashfall frühzeitig unterbrochen,
sodass in diesem Bereich der Verbund der Frontscheibenanordnung
mit dem Wagenkasten bestehen bleibt und damit ein Eindringen der
Frontscheibe als Ganzes in die Fahrerkabine vermieden wird. Der
verbleibende stabile Verbund der Frontscheibe zum Wagenkasten in
dem oberen Abschnitt hält
die zerstörte
Frontscheibe, die wegen des üblicherweise
verwendeten Verbundsicherheitsglases dann eine mattenartige Struktur
aufweist, grob in ihrer Position und damit aus der Fahrerkabine
heraus.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung betrifft diese daher ein Fahrzeug, insbesondere
ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten und einer Frontscheibenanordnung,
wobei der Wagenkasten eine Längsrichtung,
eine Querrichtung und eine Höhenrichtung
definiert und die Frontscheibenanordnung im Bereich einer in Querrichtung
und in Höhenrichtung
verlaufenden und zur Längsrichtung
zumindest abschnittsweise geneigt verlaufenden Ausnehmung an einem
Ende des Wagenkastens angeordnet ist. Die Frontscheibenanordnung
weist eine Frontscheibe und eine Halteeinrichtung auf, über welche die
Frontscheibe mit dem Wagenkasten verbunden ist. Die Frontscheibenanordnung
weist in der Höhenrichtung
weiterhin wenigstens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt,
der unterhalb des ersten Abschnitts angeordnet ist. Die Frontscheibenanordnung
ist zumindest in einem Übergangsbereich zwischen
dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt derart gegenüber dem
ersten Abschnitt geschwächt
ausgebildet, dass in einer vorgebbaren Frontalcrashsituation ein
definiertes Versagen der Frontscheibenanordnung in diesem Übergangsbereich
erfolgt.
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Die
Schwächung
der Frontscheibenanordnung in dem Übergangsbereich kann grundsätzlich in beliebiger
geeigneter Weise erzielt werden. So kann sie beispielsweise durch
eine entsprechend starke Änderung
in der Krümmung
der Frontscheibe, beispielsweise einen Knick in der Frontscheibe,
und einer damit einhergehenden entsprechend starken Kerbwirkung
bzw. Spannungskonzentration in diesem Bereich erzielt werden. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Frontscheibenanordnung in dem ersten Abschnitt
eine Biegesteifigkeit um eine in Querrichtung verlaufende Achse
aufweist, die größer ist
als die Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung um eine in Querrichtung
verlaufende Achse in dem Übergangsbereich.
Durch diese reduzierte Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung
kann im Übergangsbereich
eine entsprechend starke Kerbwirkung bzw. Spannungskonzentration
erzielt werden, welche zum definierten frühzeitigen Versagen in diesem
Bereich führt.
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Das
Verhältnis
der ersten und zweiten Biegesteifigkeit kann grundsätzlich in
beliebiger geeigneter Weise gewählt
sein, solange im Crashfall ein frühzeitiges und definiertes Versagen
der Frontscheibenanordnung gewährleistet
ist. Bevorzugt beträgt
die Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung in dem Übergangsbereich
höchstens
80%, vorzugsweise höchstens
60%, weiter vorzugsweise etwa 40% bis 50%, der Biegesteifigkeit
der Frontscheibenanordnung in dem ersten Abschnitt, da hiermit im
Crashfall ein zuverlässiges
frühzeitiges
Versagen der Frontscheibenanordnung im Übergangsbereich sichergestellt
ist.
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Es
versteht sich hierbei, dass in dem Übergangsbereich nur eine lokale
Reduzierung der Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung vorliegen kann,
sodass mit anderen Worten die Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung
im unteren, zweiten Abschnitt der Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung
im oberen, ersten Abschnitt entspricht. Mit anderen Worten kann
vorgesehen sein, dass die Frontscheibenanordnung nur lokal im Übergangsbereich
geschwächt
ist. Hierdurch lässt
sich die Frontscheibenanordnung besonders einfach fertigen, da nur
die lokale Schwächung
im Übergangsbereich
erzeugt werden muss.
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Bei
weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann jedoch auch
vorgesehen sein, dass die Frontscheibenanordnung in dem zweiten
Abschnitt eine Biegesteifigkeit um eine in Querrichtung verlaufende
Achse aufweist, die geringer ist als die Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung
um eine in Querrichtung verlaufende Achse in dem ersten Abschnitt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Biegesteifigkeit in dem zweiten
Abschnitt der Biegesteifigkeit in dem Übergangsbereich entspricht,
sodass letztlich zwei Abschnitte mit unterschiedlicher, über den
jeweiligen Abschnitt aber gegebenenfalls im Wesentlichen konstanter
Biegesteifigkeit vorgesehen sind. Die Schwächung entsteht hierbei durch
einen entsprechend starken, vorzugsweise sprunghaften Anstieg der
Biegesteifigkeit und die damit einhergehende Kerbwirkung im Übergangsbereich.
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Es
versteht sich jedoch, dass die Biegesteifigkeit in dem unteren,
zweiten Abschnitt bei anderen Varianten auch größer sein kann als die Biegesteifigkeit
in dem Übergangsbereich.
Dies kann insbesondere im Hinblick auf die zu erzielende Steifigkeit
der Frontscheibenanordnung im Normalbetrieb von Vorteil sein.
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Die
oben beschriebene Variation der Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung
kann auf beliebige geeignete Weise erzielt werden. So kann sie beispielsweise
alleine über
eine entsprechende Gestaltung der Frontscheibe erzielt werden. Ebenso
ist es möglich,
die Variation der Biegesteifigkeit über entsprechende Maßnahmen
sowohl an der Frontscheibe als auch an der Halteeinrichtung zu erzielen.
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Bei
bevorzugten, weil einfach herzustellenden Varianten der Erfindung
wird die Variation der Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung
zumindest hauptsächlich über die
Halteeinrichtung erzielt. So kann beispielsweise vorgesehen sein,
dass die Halteeinrichtung in dem oberen, ersten Abschnitt eine andere
Gestaltung und/oder ein anderes Wirkprinzip aufweist als in dem
unteren, zweiten Abschnitt. Beispielsweise kann vorgesehen sein,
dass die Frontscheibe in dem oberen, ersten Abschnitt über eine
steifere Verbindung an den Wagenkasten angeschlossen ist als in
dem unteren, zweiten Abschnitt, sodass die Kerbwirkung am Übergang
von der weicheren Anbindung zur steiferen Anbindung das definierte
frühzeitige
Versagen der Frontscheibenanordnung bewirkt. Beispielsweise kann
die Frontscheibe im unteren, zweiten Abschnitt lediglich mit dem
Wagenkasten verklebt sein, während
sie im oberen, ersten Abschnitt zusätzlich formschlüssig und/oder
kraftschlüssig
mit dem Wagenkasten verbunden ist, beispielsweise über einen
entsprechenden Rahmen oder dergleichen mit dem Wagenkasten verschraubt
oder vernietet ist.
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Bei
besonders einfach herzustellenden Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
mit günstiger
Steifigkeit der Frontscheibenanordnung im Normalbetrieb des Fahrzeugs
ist vorgesehen, dass die Halteeinrichtung auf beiden Längsseiten
des Wagenkastens jeweils wenigstens ein erstes Halteelement umfasst
und das erste Halteelement in dem ersten Abschnitt eine erste Biegesteifigkeit
um eine in Querrichtung verlaufende Achse und in dem Übergangsbereich
eine zweite Biegesteifigkeit um eine in Querrichtung verlaufende
Achse aufweist, wobei die erste Biegesteifigkeit größer ist
als die zweite Biegesteifigkeit. Bevorzugt beträgt die zweite Biegesteifigkeit höchstens
80%, vorzugsweise höchstens
60%, weiter vorzugsweise etwa 40% bis 50%, der ersten Biegesteifigkeit.
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Das
erste Halteelement kann in dem zweiten Abschnitt eine dritte Biegesteifigkeit
um eine in Querrichtung verlaufende Achse aufweisen, die geringer ist
als die erste Biegesteifigkeit. Dabei kann die dritte Biegesteifigkeit
der zweiten Biegesteifigkeit im Übergangsbereich
entsprechen, sie kann aber auch größer sein als die zweite Biegesteifigkeit.
Ebenso kann bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen
sein, dass die dritte Biegesteifigkeit der ersten Biegesteifigkeit
entspricht.
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Die
oben beschriebene Variation der Biegesteifigkeit des ersten Halteelements
kann grundsätzlich
auf beliebige geeignete Weise erzielt werden. Bei bevorzugten Varianten
der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Halteelement in dem Übergangsbereich
ein gegenüber
dem ersten Abschnitt reduziertes Flächenträgheitsmoment um eine in Querrichtung verlaufende
Achse aufweist, insbesondere eine gegenüber dem ersten Abschnitt reduzierte
Querschnittsfläche
aufweist. Zusätzlich
oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Halteelement in
dem Übergangsbereich
einen gegenüber
dem ersten Abschnitt reduzierten Elastizitätsmodul aufweist.
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Bei
bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, die sich besonders
einfach herstellen lassen und besonders günstige Eigenschaften der Frontscheibenanordnung
im Normalbetrieb aufweisen, ist die die Halteeinrichtung nach Art eines
umlaufenden Rahmens ausgebildet. Die Frontscheibe kann so bei der
Herstellung des Fahrzeugs schon mit dem Rahmen verbunden sein, wenn
sie in den Wagenkasten eingesetzt wird, wodurch sich die Herstellung
des Fahrzeugs vereinfacht. Der Rahmen bewirkt zudem eine Versteifung
der Frontscheibenanordnung, welche sich im normalen Betrieb des
Fahrzeugs günstig
auswirkt, da der Rahmen die Frontscheibe vor lokalen Spannungskonzentrationen
und damit vor Beschädigung
schützt.
Die Frontscheibe kann dabei auf beliebige geeignete Weise mit dem Rahmen
verbunden sein. Bevorzugt ist sie mit dem umlaufenden Rahmen verklebt,
da hiermit ein besonders einfach herzustellender, zuverlässiger und
dichtender Verbund erzielt werden kann.
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Die
Halteeinrichtung selbst kann ebenfalls auf beliebige geeignete Weise
stoffschlüssig und/oder
formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
mit dem Wagenkasten verbunden sein. Vorzugsweise ist die Halteeinrichtung
mit dem Wagenkasten verklebt, da hiermit auf einfache Weise eine
einfach zu fertigende, zuverlässige
und dichtende Verbindung erzielt werden kann. Bevorzugt ist die
Halteeinrichtung in dem ersten Abschnitt durch zusätzliche
mechanische Verbindungselemente, insbesondere Schrauben, mit dem
Wagenkasten verbunden, um eine zuverlässige Fixierung des ersten
Abschnitts im Crashfall sicherzustellen.
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Die
Verbindungselemente sind dabei vorzugsweise so ausgebildet und/oder
angeordnet, dass sie hauptsächlich
in der Frontalcrashsituation zur Fixierung der Halteeinrichtung
an dem Wagenkasten beitragen. Hierdurch ist eine im Normalbetrieb ausreichend
elastische Anbindung der Halteeinrichtung und damit der Frontscheibe
an den Wagenkasten möglich,
wodurch wiederum eine gewisse mechanische Entkopplung der vergleichsweise
starren Frontscheibe von dem Wagenkasten erzielbar ist. Spannungen,
die durch eine Verformung des Wagenkastens im Normalbetrieb entstehen
und zu einer Beschädigung
der Frontscheibe führen
könnten,
werden so von der Frontscheibe fern gehalten.
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In
Längsrichtung
des Wagenkastens kann der Übergangsbereich
grundsätzlich
an beliebiger geeigneter Stelle angeordnet sein, solange sichergestellt
ist, dass der obere, erste Abschnitt in Längsrichtung nicht in einen
Bereich hineinragt, der in der vorgegebenen Frontalcrashsituation
nennenswert verformt wird. Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
ist vorgesehen, dass der Wagenkasten eine in der Frontalcrashsituation
zur Energieaufnahme durch Deformation vorgesehene vordere Sektion
und eine in der Längsrichtung
daran anschließende,
in der Frontalcrashsituation im Wesentlichen unverformte hintere
Sektion aufweist und der Übergangsbereich
zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Frontscheibenanordnung
im Bereich des Übergangs
zwischen der vorderen Sektion und der hinteren Sektion angeordnet
ist. hierdurch ist bei gegebenen Abmessungen der Frontscheibenanordnung
sichergestellt, dass der erste Abschnitt einen möglichst großen Bereich der Frontscheibenanordnung
abdeckt. Damit bleibt im Crashfall ein möglichst großer Teil der Frontscheibenanordnung,
nämlich
der erste Abschnitt (der sich vorzugsweise über 30% bis 60%, weiter vorzugsweise über 40%
bis 50%, der Frontscheibenanordnung erstreckt) im Crashfall fest
mit dem Wagenkasten verbunden.
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Die
Frontscheibenanordnung kann lediglich in einen ersten Abschnitt
und einen zweiten Abschnitt unterteilt sein und damit lediglich
einen einzigen Übergangsbereich
mit einer entsprechenden Schwächung
aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der
Erfindung über
die Höhe
(Abmessung in der Höhenrichtung)
der Frontscheibenanordnung auch mehrere Übergangsbereiche mit jeweils
einer entsprechenden Schwächung
der Frontscheibenanordnung vorgesehen sein können. dies ermöglicht je
nach Stärke
des Aufpralls ein abgestuftes, definiertes Versagen der Frontscheibenanordnung,
welches bei fortschreitender Verformung jeweils bei der nächstliegenden
Schwächung
eintritt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass bei einem leichteren
Aufprall gegebenenfalls nur ein vergleichsweise kleiner Abschnitt
der Frontscheibenanordnung versagt, während der Rest fest mit dem
Wagenkasten verbunden bleibt.
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Bei
vorteilhaften Varianten der Erfindung ist daher vorgesehen, dass
die Frontscheibenanordnung in der Höhenrichtung wenigstens einen
dritten Abschnitt aufweist, der unterhalb des zweiten Abschnitts
angeordnet ist, und die Frontscheibenanordnung zumindest in einem Übergangsbereich
von dem zweiten Abschnitt zu dem dritten Abschnitt derart gegenüber dem
zweiten Abschnitt geschwächt ausgebildet
ist, dass in der Frontalcrashsituation in der Längsrichtung in dem Übergangsbereich
von dem zweiten Abschnitt zu dem dritten Abschnitt ein definiertes
Versagen der Frontscheibenanordnung erfolgt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Frontscheibenanordnung
für ein
Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, welche die Merkmale der
oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug beschriebenen
Frontscheibenanordnung aufweist. Mit dieser erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung
lassen sich die oben beschriebenen Vorteile und Varianten in demselben Maße realisieren,
sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der
nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf
die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigt:
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung;
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2 einen
schematische perspektivische Ansicht der Frontscheibenanordnung
aus 1;
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3 eine
schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung;
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4 eine
schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung;
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5 eine
schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs
in Form eines Schienenfahrzeugs 101 beschrieben, welches
einen Wagenkasten 102 und eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung 103 umfasst.
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Zum
einfacheren Verständnis
der nachfolgenden Erläuterungen
ist in den 1 und 2 ein Koordinatensystem
angegeben, in dem die x-Koordinate die Längsrichtung des Schienenfahrzeugs 101, die
y-Koordinate die Querrichtung des Schienenfahrzeugs 101 und
die z-Koordinate die Höhenrichtung des
Schienenfahrzeugs 101 bezeichnen, die jeweils durch den
Wagenkasten 102 definiert werden.
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Die
Frontscheibenanordnung 103 ist in einer Ausnehmung 104 am
vorderen Ende 102.1 des Wagenkastens 102 angeordnet,
welches eine Fahrerkabine 101.2 des Fahrzeugs 101 beherbergt.
Die Ausnehmung 104 verläuft
in Querrichtung (y-Richtung) und in Höhenrichtung (z-Richtung) und
ist zur Längsrichtung
(x-Richtung) geneigt. Die Frontscheibenanordnung 103 verschließt die Ausnehmung 104 und gibt
für den
Fahrer den Blick in Fahrtrichtung auf den vor ihm liegenden Streckenabschnitt
frei.
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Wie
insbesondere 2 zu entnehmen ist, umfasst
die Frontscheibenanordnung 103 eine Frontscheibe 103.1,
die in einer Halteeinrichtung in Form eines umlaufenden Rahmens 103.2 angeordnet
ist. Die Frontscheibe 101.3 kann dabei in beliebiger geeigneter
Weise mit dem Rahmen 103.2 verbunden sein. Im vorliegenden
Beispiel ist die Frontscheibe 101.3 mit dem Rahmen 103.2 großflächig verklebt, um
so eine zuverlässige
dichtende Verbindung herzustellen.
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Die
Frontscheibenanordnung 103 ist in Höhenrichtung (z-Richtung) in
einen oberen, ersten Abschnitt 103.3 und in einen unteren,
zweiten Abschnitt 103.4 unterteilt, die in einem in Querrichtung
(y-Richtung) verlaufenden Übergangsbereich 103.5 aneinander
angrenzen. Der obere Abschnitt 103.3 nimmt dabei etwa 40%
der Ausdehnung der Frontscheibenanordnung 103 ein, während der
untere Abschnitt 103.4 etwa 60% der Ausdehnung der Frontscheibenanordnung 103 einnimmt.
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Der
Wagenkasten 102 weist eine vordere Sektion 102.2 und
eine im Bereich einer Trennebene 102.3 in Längsrichtung
(x-Richtung) daran angrenzende hintere Sektion 102.4 auf.
Die vordere Sektion 102.2 ist dazu vorgesehen, in einer
vorgegebenen Frontalcrashsituation, also beim frontalen Aufprall des
Fahrzeugs 101 auf ein Hindernis, durch definierte Deformation
möglichst
viel Stoßenergie
zu absorbieren. Hierzu weist sie unter anderem eine Reihe von speziell
gestalteten Crashabsorbern 105 und 106 auf.
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Die
Struktur der hinteren Sektion 102.4, welche einen ausreichend
großen
Teil der Fahrerkabine 101.2 umfasst, ist so gestaltet,
dass sie in der vorgegebenen Frontalcrashsituation, in der das Fahrzeug 101 unter
(beispielsweise durch einen Standard wie die eingangs genannte TSI)
vorgegebenen Randbedingungen auf ein definiertes Hindernis auftrifft,
in jedem Fall (z. B. in jedem Crashszenario der TSI) einen ausreichenden Überlebensraum
für den
Fahrer im Crashfall bietet.
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Der Übergangsbereich 103.5 zwischen
dem ersten Abschnitt 103.3 und dem zweiten Abschnitt 103.4 liegt
etwa in der Trennebene 102.3 zwischen der im Crashfall
deformierten vorderen Sektion 102.2 des Wagenkastens und
der im Crashfall im Wesentlichen nicht deformierten hinteren Sektion 102.4.
In dem Übergangsbereich 103.5 ist
die Frontscheibenanordnung 103 derart gegenüber dem
ersten Abschnitt 103.3 geschwächt ausgebildet, dass in der vorgegebenen
Frontalcrashsituation ein frühzeitiges definiertes
Versagen der Frontscheibenanordnung 103 in dem Übergangsbereich 103.5 erfolgt.
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Durch
die Schwächung
der Frontscheibenanordnung 103 in dem Übergangsbereich 103.5 und das
daraus resultierende frühzeitige
definierte Versagen der Frontscheibenanordnung 103 in diesem
Bereich 103.5 wird ein definiertes Abklappen um eine in Querrichtung
verlaufende Achse des unteren, zweiten Abschnitts 103.4 gegenüber dem
oberen, ersten Abschnitt 103.3 ermöglicht. Hiermit wird verhindert, dass
die bei dem Crash wirkenden Lasten, die zunächst in den unteren Abschnitt 103.4 eingeleitet werden,
ungehindert in den oberen Abschnitt 103.3 der Frontscheibenanordnung 103 weitergeleitet
werden.
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Mit
anderen Worten wird durch die Schwächung der Frontscheibenanordnung 103 im Übergangsbereich 103.5 die
Krafteinleitung in den oberen Abschnitt 103.3 der Frontscheibenanordnung 103 im Crashfall
durch das definierte Versagen in dem Übergangsbereich 103.5 frühzeitig
unterbrochen, sodass in diesem oberen Bereich 103.3 der
Verbund der Frontscheibenanordnung 103 mit dem Wagenkasten 102 bestehen
bleibt. Damit wird verhindert, dass sich die Frontscheibeanordnung 103 vom
Wagenkasten 102 löst
und die Frontscheibenanordnung 103 als Ganzes in die Fahrerkabine 101.2 eindringen
kann und so eine Gefahr für
den Fahrer darstellen kann.
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Der
verbleibende stabile Verbund der Frontscheibenanordnung 103 zum
Wagenkasten 102 in dem oberen Abschnitt 103.3 hält die zerstörte Frontscheibe 103.1,
die wegen des üblicherweise
verwendeten Sicherheitsglases dann eine mattenartige Struktur aufweist,
grob in ihrer Position und damit aus der Fahrerkabine 101.2 heraus.
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Die
Schwächung
der Frontscheibenanordnung 103 in dem Übergangsbereich 103.5 wird
im vorliegenden Beispiel dadurch erreicht, dass die Frontscheibenanordnung 103 in
dem ersten Abschnitt 103.3 eine Biegesteifigkeit um eine
in Querrichtung (y-Achse) verlaufende Achse aufweist, die größer ist
als die Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung 103 um
eine in Querrichtung verlaufende Achse in dem Übergangsbereich 103.5.
Durch diese reduzierte Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung 103 wird
im Übergangsbereich 103.5 im
Crashfall eine entsprechend starke Kerbwirkung bzw. Spannungskonzentration erzielt,
welche zum definierten frühzeitigen
Versagen in diesem Übergangsbereich 103.5 führt.
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Im
vorliegenden Beispiel ist in dem Übergangsbereich 103.5 nur
eine lokale Reduzierung der Biegesteifigkeit und damit eine Schwächung der Frontscheibenanordnung 103 vorgesehen.
Mit anderen Worten entspricht also die Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung 103 im
unteren, zweiten Abschnitt 103.4 der Biegesteifigkeit der
Frontscheibenanordnung 103 im oberen, ersten Abschnitt 103.3.
Somit lässt
sich die Frontscheibenanordnung 103 besonders einfach fertigen,
da nur die lokale Schwächung
im Übergangsbereich
erzeugt werden muss.
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Die
Variation der Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung wird im
vorliegenden Beispiel hauptsächlich über den
Rahmen 103.2 erzielt, der aus einfachen Strangpressprofilen
(beispielsweise aus Aluminium) aufgebaut ist. Der Rahmen 103.2 weist
auf beiden Längsseiten
des Wagenkastens 102 jeweils wenigstens ein erstes Halteelement
in Form eines seitlichen Rahmenprofils 103.6 auf, das in
dem ersten Abschnitt 103.3 eine erste Biegesteifigkeit
um eine in Querrichtung (y-Richtung) verlaufende Achse und in dem Übergangsbereich 103.5 eine
zweite Biegesteifigkeit um eine in Querrichtung verlaufende Achse
aufweist.
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Die
zweite Biegesteifigkeit beträgt
dabei etwa 50% der ersten Biegesteifigkeit, während die Biegesteifigkeit
des seitlichen Rahmenprofils 103.6 in dem zweiten Abschnitt 103.4 wiederum
der ersten Biegesteifigkeit entspricht. Die Reduktion der Biegesteifigkeit
in dem Übergangsbereich 103.5 wird
durch eine einfache Ausnehmung 103.8 in dem seitlichen Rahmenprofil 103.6 erzielt,
die in einer Reduktion der Querschnittsfläche und damit des Flächenträgheitsmoments
des Rahmenprofils 103.6 um eine in Querrichtung verlaufende
Achse resultiert.
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Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten auch vorgesehen sein kann,
dass das erste Halteelement in dem zweiten Abschnitt eine Biegesteifigkeit aufweist,
die geringer ist als die erste Biegesteifigkeit. Dabei kann die
Biegesteifigkeit in dem zweiten Abschnitt der zweiten Biegesteifigkeit
im Übergangsbereich 103.5 entsprechen.
Dies kann beispielsweise einfach dadurch erreicht werden, dass die
seitlichen Rahmenprofile im Übergangsbereich
und im zweiten Abschnitt denselben, gegenüber dem ersten Abschnitt reduzierten
Querschnitt aufweisen, wie dies in 2 durch
die gestrichelte Kontur 107 angedeutet ist. Hierdurch entstehen
letztlich zwei Abschnitte mit unterschiedlicher, über den
jeweiligen Abschnitt aber gegebenenfalls im Wesentlichen konstanter
Biegesteifigkeit. Die Schwächung
entsteht hierbei durch einen entsprechend starken, vorzugsweise
sprunghaften Anstieg der Biegesteifigkeit und die damit einhergehende
Kerbwirkung im Übergangsbereich.
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Die
Frontscheibe 103.1 kann so bei der Herstellung des Fahrzeugs 101 schon
mit dem Rahmen 103.2 verbunden sein, wenn sie in den Wagenkasten 102 eingesetzt
wird, wodurch sich die Herstellung des Fahrzeugs vereinfacht. Der
Rahmen 103.2 bewirkt zudem eine Versteifung der Frontscheibenanordnung 103,
welche sich im normalen Betrieb des Fahrzeugs 101 günstig auswirkt,
da der Rahmen 103.2 die Frontscheibe 103.1 vor
lokalen Spannungskonzentrationen und damit vor Beschädigung schützt.
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Der
Rahmen 103.2 selbst kann ebenfalls auf beliebige geeignete
Weise stoffschlüssig
und/oder formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
mit dem Wagenkasten 102 verbunden sein. Im vorliegenden
Beispiel ist der Rahmen 103.2 mit dem Wagenkasten 102 verklebt,
da hiermit auf einfache Weise eine einfach zu fertigende, zuverlässige und
dichtende Verbindung erzielt werden kann. Weiterhin ist der Rahmen 103.2 in
dem ersten Abschnitt 103.3 durch zusätzliche (in den 1 und 2 nicht
näher dargestellte)
mechanische Verbindungselemente in Form von Schrauben mit dem Wagenkasten
verbunden, um eine zuverlässige
Fixierung des ersten Abschnitts 103.3 im Crashfall sicherzustellen.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine
solche zusätzliche
Fixierung durch Verbindungselemente auch fehlen kann.
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Die
Verbindung mit dem Wagenkasten 102 über die Schrauben dabei so
ausgebildet und/oder angeordnet, dass sie hauptsächlich in der Frontalcrashsituation
zur Fixierung des Rahmens 103.2 an dem Wagenkasten 102 beitragen,
während
im Normalbetrieb die Fixierung des Rahmens 103.2 und damit
der Frontscheibenanordnung 103 primär über die Klebeverbindung hergestellt
ist. Hierdurch ist eine im Normalbetrieb ausreichend elastische
Anbindung des Rahmens 103.2 und damit der Frontscheibe 103.1 an
den Wagenkasten 102 möglich,
wodurch wiederum eine gewisse mechanische Entkopplung der vergleichsweise
starren Frontscheibe 103.1 von dem Wagenkasten 102 erzielbar
ist. Spannungen, die durch eine Verformung des Wagenkastens 102 im
Normalbetrieb entstehen und zu einer Beschädigung der Frontscheibe 103.1 führen könnten, werden so
von der Frontscheibe 103.1 fern gehalten.
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Die
Frontscheibenanordnung 103 ist in dem Beispiel der 2 wie
erwähnt
durch den definiert geschwächten Übergangsbereich 103.5 lediglich
in den ersten Abschnitt 103.3 und den zweiten Abschnitt 103.4 unterteilt.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung über die
Höhe (Abmessung
in der Höhenrichtung
z) der Frontscheibenanordnung 203 (die alternativ zur Frontscheibenanordnung 103 in
dem Fahrzeug 101 eingesetzt werden kann) auch mehrere Übergangsbereiche 203.5, 203.8 mit
jeweils einer entsprechenden Schwächung der Frontscheibenanordnung 203 vorgesehen
sein können,
wie dies in 3 dargestellt ist. Dort sind
die seitlichen Rahmenprofile 203.6 des Rahmens 203.2, in
den die Frontscheibe 203.1 eingesetzt ist, abgestuft ausgebildet,
sodass die Frontscheibenanordnung 203 in drei Abschnitte
unterteilt ist, nämlich
einen oberen, ersten Abschnitt 203.3, einen darunter angeordneten,
mittleren zweiten Abschnitt 203.4 und einen wiederum darunter
angeordneten, unteren dritten Abschnitt 203.9. Die Abschnitte 203.3, 203.4 und 203.9 können sich
dabei jeweils über
etwa ein Drittel der Frontscheibenanordnung erstrecken, es ist jedoch
aber auch eine beliebige andere Aufteilung möglich, sofern der in jedem
Fall intakt zu haltende Verbund des ersten Abschnitts 203.3 mit
dem Wagenkasten 102 sichergestellt ist.
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Diese
Gestaltung ermöglicht
je nach Stärke des
Aufpralls ein abgestuftes, definiertes Versagen der Frontscheibenanordnung 203,
welches bei fortschreitender Verformung jeweils bei der nächstliegenden
Schwächung
eintritt. So beschränkt
sich das definierte Versagen der Frontscheibenanordnung zunächst zumindest
weit gehend auf den unteren, dritten Abschnitt 203.9. Erst
wenn die Verformungszone des Fahrzeugs 101 den mittleren,
zweiten Abschnitt 203.4 erreicht, tritt dort wiederum ein
definiertes Versagen auf, welches sich dann wiederum zumindest weit
gehend auf den mittleren, zweiten Abschnitt 203.4 beschränkt. Dies
hat unter anderem den Vorteil, dass bei einem leichteren Aufprall
gegebenenfalls nur ein vergleichsweise kleiner Abschnitt der Frontscheibenanordnung
versagt, während
der Rest fest mit dem Wagenkasten verbunden bleibt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen
beschrieben, bei denen die Schwächung
der Frontscheibenanordnung in einem Übergangsbereich durch eine
Verringerung des Querschnitts eines Rahmens der Frontscheibenanordnung
erzielt wurde, in den die Frontscheibe eingesetzt ist. Die 4 zeigt
eine andere Variante der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung 303,
die anstelle der Frontscheibenanordnung 103 in dem Fahrzeug 101 aus 1 verwendet werden
kann.
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Bei
dieser Variante erfolgt die Schwächung in
dem Übergangsbereich 303.5 zwischen
dem oberen, ersten Abschnitt 303.3 und dem unteren, zweiten Abschnitt 303.4 der
Frontscheibenanordnung 303 über eine Reduktion des Elastizitätsmoduls
des Rahmens 303.2, in den die Frontscheibe 303.1 eingesetzt
ist. Die Reduktion des Elastizitätsmoduls und damit
der Biegesteifigkeit um eine in Querrichtung (y-Richtung) verlaufende
Achse wird in dem Übergangsbereich 303.5 auf
beiden Längsseiten
des Fahrzeugs 101 über
ein einfaches Verbindungsmodul 303.10 erzielt, welches
den oberen Teil und den unteren Teil des Rahmens 303.2 miteinander
verbindet.
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Das
Verbindungsmodul 303.10 wird im vorliegenden Beispiel einfach
in die als Hohlprofile ausgebildeten seitlichen Rahmenprofile 303.6 eingesteckt.
Hierbei kann eine Verklebung oder anderweitige Verbindung zwischen
dem Verbindungsmodul 303.10 und den seitlichen Rahmenprofilen 303.6 vorgesehen
sein. Der stabile Verbund kann aber auch einfach durch die Verklebung
der Frontscheibe 303.1 mit dem Rahmen 303.2 sichergestellt
sein.
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Das
Verbindungsmodul 303.10 weist einen gegenüber den
Rahmenprofilen 303.6 ausreichend reduzierten Elastizitätsmodul
auf, sodass in dem Übergangsbereich 303.5 schon über die
so erzielte elastische Verbindung eine ausreichende Reduktion der
Biegesteifigkeit und damit eine ausreichende Schwächung der
Frontscheibenanordnung 303 erzielt wird.
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Die 5 zeigt
eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Frontscheibenanordnung 403,
die anstelle der Frontscheibenanordnung 103 in dem Fahrzeug 101 aus 1 eingesetzt
werden kann. Bei dieser Variante ist lediglich im Bereich des oberen,
ersten Abschnitts 403.3 ein Rahmen 403.2 vorgesehen,
in welchen die Frontscheibe 403.1 eingesetzt ist. In dem
unteren, zweiten Abschnitt 403.4 fehlt ein solcher Rahmen,
sodass die Frontscheibe 403.1 in diesem Bereich unmittelbar
mit dem Wagenkasten 102 verbunden wird. Die Reduktion der
Biegesteifigkeit der Frontscheibenanordnung 403 und damit
die Schwächung
der Frontscheibenanordnung 403 erfolgt bei dieser Variante
also im Übergangsbereich 403.5 am
unteren Ende der seitlichen Rahmenprofile 403.6 des Rahmens 403.2.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Frontscheibenanordnungen 203, 303 und 403 in
den 3 bis 5 vereinfachend mit einer in
der xz-Ebene ungekrümmten
Frontscheibe 203.1, 303.1 und 403.1 bzw.
einem in der xz-Ebene ungekrümmten
Rahmen 203.2, 303.2 und 403.2 dargestellt
sind. Es versteht sich jedoch, dass die jeweilige Frontscheibe 203.1, 303.1 und 403.1 und/oder
der jeweilige Rahmen 203.2, 303.2 und 403.2 in
der xz-Ebene analog zu der in 2 dargestellten
Ausführung
der Frontscheibenanordnung 103 gekrümmt sein können, um eine Anpassung an
die Kontur des Wagenkastens 102 des Fahrzeugs 101 zu
erzielen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen
aus dem Bereich der Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht sich
jedoch, dass die Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen
Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.