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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stoßeinrichtung für
ein Schienenfahrzeug, insbesondere Seitenpufferfahrzeug, mit mindestens
einem einen Aufkletterschutz aufweisenden Prallkörper mit
einer vom Schienenfahrzeug abgewandten Prallfläche und mit
einer Tragstruktur, die den Prallkörper mit einem stirnseitigen
Ende des Schienenfahrzeugs verbindet.
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Stoßeinrichtungen
im Sinne der Erfindung sind Baugruppen an Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen,
die im Falle einer Kollision oder eines Aufpralls Energie aufnehmen
und dadurch Beschädigungen am Fahrzeug sowie der Ladung
und den Passagieren verhindern sollen. Eine Stoßeinrichtung
umfasst bei einem Schienenfahrzeug üblicherweise einen
oder mehrere Prallkörper oder Puffer, die über
eine Tragstruktur, beispielsweise ein federndes Gestänge,
insbesondere mehrere ineinander geschobene, teleskopartig zusammenwirkende Hohlzylinder,
in die eine spiralförmige Druckfeder eingesetzt sein kann,
mit dem Schienenfahrzeug an dessen stirnseitigem Ende verbunden
sind. Bei einem sogenannten Seitenpufferfahrzeug ist am stirnseitigen
Ende des Schienenfahrzeugs an jeder Seite eine Stoßeinrichtung
mit zumindest einem Puffer angeordnet. Zwischen den beiden Stoßeinrichtungen ist
dann häufig die Kupplung angeordnet. Es sind aber auch
Konstruktionen mit nur einem, mittig angeordneten Zentralpuffer
bekannt.
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Bei
Kollisionen von Schienenfahrzeugen kann es vorkommen, dass in Längsrichtung,
also in der Bewegungsrichtung, der miteinander kollidierenden Fahrzeuge
die Bewegungsenergie nicht ausreichend aufgenommen werden kann,
da die Fahrzeuge oft sehr steif oder hochfest konstruiert sind und ihre
Fahrzeugstrukturen trotz hoher Kräfte kaum in Längsrichtung
nachgeben. In solchen Fällen zeigt sich eine Tendenz der
Fahrzeuge, nach oben, ggf. auch zur Seite, auszuweichen und sich
aneinander vorbei zu schieben. Oft findet ein sogenanntes Aufklettern
des aufstoßenden Fahrzeugs auf das gestoßene Fahrzeug
statt. Dabei schiebt sich das aufkletternde Fahrzeug über
das Untergestell des betroffenen Fahrzeugs und setzt dann seine
Längsbewegung unter meist völliger Zerstörung
der Struktur des Fahrzeugaufbaus oberhalb des Untergestells fort.
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Bekannt
sind Vorrichtungen, im Folgenden als auch Aufkletterschutz bezeichnet,
die im Fall von Kollisionen von Schienenfahrzeugen einen Formschluss
zwischen den Fahrzeugfronten herstellen, um zu verhindern, dass
ein Fahrzeug über die Rahmenstruktur des anderen Fahrzeugs
aufklettert. Dadurch sollen alle an einer Kollision beteiligten
Schienenfahrzeuge im Gleis bleiben und nicht durch die Kollisionsenergie
aus dem Gleis gehoben werden.
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Diese
bekannten Aufkletterschutzvorrichtungen bestehen häufig
aus einem Hohlkörper bestehend aus einer Grundplatte mit
horizontal verlaufenden Rippen, die beispielsweise links und rechts
an der Fahrzeugfront zusätzlich zu den Seitenpuffern und
etwa auf deren Höhe angeordnet sind. Bei den aus den Druckschriften
DE 201 17 536 A1 und
EP 1 306 281 A1 bekannten
Konstruktionen wird ein Seitenpuffer oberhalb und unterhalb, bezogen
auf die Vertikale, mit horizontalen Rippen umbaut, die zum Anliegen
kommen, wenn der Puffer bei einer Kollision zum Schienenfahrzeug
hin verschoben wird.
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Aus
der
DE 10 2006
050 028 A1 ist ferner eine Stoßeinrichtung bekannt,
bei der der Aufkletterschutz ein Raster aus in Fahrtrichtung offenen
Zellen aufweist, welche durch miteinander verbundene ebene Stege
gebildet sind, derart, dass sich Stellen hoher Steifigkeit mit Stellen
geringerer Steifigkeit innerhalb der vertikalen Ebene des Rasters
abwechseln, wodurch erreicht werden soll, dass im Falle einer Kollision
Abschnitte des Rasters nachgeben und eine Verzahnung der aufeinander
stoßenden Fahrzeugfronten bewirken.
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Problematisch
bei den vorangehend beschriebenen Stoßeinrichtungen ist
allerdings, dass der Aufkletterschutz nur dann optimal wirkt, wenn
das kollisionsgegnerische Fahrzeug einen weitestgehend korrespondierenden
Aufkletterschutz aufweist, so dass sich die beiden Aufkletterschutzvorrichtungen miteinander
verzahnen können. Bei einer Kollision eines Fahrzeugs mit
Seitenpuffern, das keinen Aufkletterschutz oder zumindest keinen
korrespondierenden Aufkletterschutz aufweist, kann es dazu kommen,
dass die in der Regel konvex gewölbten Pufferteller des
kollisionsgegnerischen Fahrzeugs am Aufkletterschutz des anderen
Fahrzeugs vertikal nach oben abgelenkt werden. Es entsteht eine
Vertikalkraft, die zum Aufklettern führt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stoßeinrichtung
der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass ein Aufklettern
auch dann wirksam verhindert wird, wenn das kollisionsgegnerische
Fahrzeug keinen Aufkletterschutz oder zumindest keinen korrespondierenden
Aufkletterschutz aufweist.
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Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer
ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einer Stoßeinrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Prallfläche
von einer Vielzahl von Vorsprüngen gebildet wird, deren
vordere, vom Schienenfahrzeug abgewandte Enden auf einer konkaven
Linie und/oder Fläche angeordnet sind. Die konkave Form
ist zumindest in der Vertikalen vorgesehen, kann aber auch in der
Horizontalen quer zur Fahrtrichtung vorgesehen sein.
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Dabei
liegen die in Fahrtrichtung nach vorne weisenden Enden der Vorsprünge,
insbesondere also die nach vorne weisenden Oberflächen
der Vorsprünge, auf einer bezogen auf die vertikale konkave Linie
bzw. Fläche, das heißt eine Linie bzw. Fläche, die
einwärts gewölbt ist, bei der also die Wölbung zum
Schienenfahrzeug gewandt ist. Kollidiert nun ein Fahrzeug mit Seitenpuffern
und ohne Aufkletterschutz bzw. zumindest ohne in ausreichendem Maße korrespondierendem
Aufkletterschutz mit dem Fahrzeug, welches die erfindungsgemäße
Stoßeinrichtung aufweist, ist gewährleistet, dass
die Seitenpuffer in die konkave Aufnahme des Prallkörpers
der erfindungsgemäßen Stoßeinrichtung
zumindest teilweise Eindringen oder zumindest damit zusammenwirken, wodurch
die Vertikalkomponente der Kontaktkraft vom Außenbereich
der konkaven Prallfläche aufgenommen werden kann.
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Dabei
müssen die Seitenpuffer des kollisionsgegnerischen Fahrzeugs
nicht zwangsläufig eine konvexe Wölbung, wie dies
im Stand der Technik üblich ist, aufweisen, insbesondere
keine konvexe Wölbung, die der konkaven Wölbung
der Prallfläche der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung entspricht, sondern das Aufklettern wird
auch bei kollisionsgegnerischen Fahrzeugen mit einer ebenen Pufferoberfläche
wirkungsvoll verhindert.
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Die
Vielzahl von Vorsprüngen, von denen mindestens einer, vorzugsweise
alle, von einer horizontal verlaufenden Rippe gebildet werden kann,
bildet einen Aufkletterschutz, der sich mit einem weitestgehend
korrespondierenden Aufkletterschutz im Falle einer Kollision derart
verzahnt, dass nicht eines der Fahrzeuge über die Rahmenstruktur
des anderen Fahrzeugs aufklettern kann.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stoßeinrichtung
sind die Vorsprünge auf einer Grundplatte, insbesondere
einer ebenen Grundplatte, angeordnet, die vorzugsweise vertikal angeordnet
ist. Dabei kann die Grundplatte mit den Vorsprüngen einstückig
ausgebildet sein. Eine solche Grundplatte hat sich als besonders
geeignet erwiesen, die bei einer Kollision mit einem Seitenpufferfahrzeug
von den Puffern übertragenen Kräfte, insbesondere
Vertikalkräfte, aufzunehmen und an die Tragstruktur weiterzuleiten.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stoßeinrichtung
verjüngt sich mindestens einer der Vorsprünge,
vorzugsweise alle Vorsprünge, zum vorderen Ende hin. Auf
diese Weise ist zwischen den vorderen Enden benachbarter Vorsprünge
ein relativ großer Abstand für eine optimale Aufnahme
von Rippen oder Vorsprüngen eines Aufkletterschutzes eines
kollisionsgegnerischen Fahrzeugs. Indem sich der mindestens eine
Vorsprung, vorzugsweise alle Vorsprünge, zu ihrer Basis hin,
also zur Grundplatte hin, erweitern, wird auch ihre Stabilität
erhöht. Dabei ist es denkbar, dass die seitlichen Flanken
des mindestens einen der Vorsprünge, vorzugweise aller
Vorsprünge, in einem Winkel von 15 bis 40°, insbesondere
von 25 bis 30°, aufeinander zu verlaufen. Vorzugsweise
ist der genannte Winkelbereich bei den Vorsprüngen, insbesondere
bei den Rippen, über deren gesamte horizontale Erstreckung
vorgesehen. Gerade dieser Winkelbereich führt zu einer
hinsichtlich der Stabilität und der Aufnahme des entgegenkommenden
Aufkletterschutzes optimierten Form.
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Um
die Wahrscheinlichkeit, dass zwei kollidierende Aufkletterschutzvorrichtungen
optimal zusammenwirken, sich also optimal verzahnen, zu erhöhen,
sind in der Vertikalen mindestens vier, vorzugsweise mindestens
sechs, Vorsprünge nebeneinander angeordnet. Die Anzahl
von mindestens vier, vorzugsweise mindestens sechs, Vorsprüngen
hat auch den Vorteil, dass auf diese Weise die konkave Form der
Prallfläche besonders einfach realisiert werden kann und
dass die Aufprallenergie auf viele Vorsprünge verteilt
werden kann.
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Der
Prallkörper bzw. Aufkletterschutz der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung kann unterschiedliche Geometrien aufweisen.
Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der vertikale Abstand zwischen
den Vorsprüngen mindestens 20 mm, vorzugsweise mindestens
30 mm, beträgt. Mit dem vertikalen Abstand ist der Abstand
der Vorsprünge im Bereich ihrer Basis, also an der Stelle,
an der sie in die Grundplatte übergehen, gemeint. Ein großer
vertikaler Abstand hat den Vorteil eines optimalen Zusammenwirkens
mit dem entgegenkommenden Aufkletterschutz.
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Neben
dem Abstand zwischen den einzelnen Vorsprüngen kann auch
die vertikale Breite an deren vorderem Ende von Bedeutung sein.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Vorsprünge
an ihrem vorderen Ende eine vertikale Breite von mindestens 10 mm,
vorzugsweise von mindestens 20 mm, aufweisen, jedoch nicht mehr
als der Abstand der Vorsprünge im Bereich ihrer Basis,
damit bei Kollision gleichartiger Fahrzeuge ein Ineinandergreifen
gewährleistet wird. Dadurch ist eine relativ große
Kontaktfläche im Falle der Kollision mit einem konvexen Puffer
eines kollisionsgegnerischen Fahrzeugs gewährleistet.
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Um
eine optimale Verzahnung zu gewährleisten und um zu verhindern,
dass sich die Verzahnung zweier Aufkletterschutzvorrichtungen im
Kollisionsfall löst, ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Vorsprünge
gegenüber der Grundplatte um mindestens 10 mm, vorzugsweise um
mindestens 15 mm, hervorstehen.
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Um
bei einer möglichst großen Anzahl von kollisionsgegnerischen
Seitenpufferfahrzeugen oder Fahrzeugen mit konvex gewölbten
Puffern, die keinen geeigneten Aufkletterschutz aufweisen, ein Aufklettern
optimal zu verhindern, ist gemäß noch einer weiteren
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stoßeinrichtung
die konkave Linie ein Kreisbogen bzw. konkave Fläche eine
Kugelkappe. Der Radius der konkaven Linie bzw. Fläche ist
also in diesem Fall konstant. Grundsätzlich sind aber auch
anderen Kurvenformen denkbar. Im Falle eines Kreisbogens bzw. einer
Kugelkappe hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Radius
in einem Bereich von 1000 bis 2000 mm, insbesondere von 1300 bis
1700 mm, liegt. Vorzugsweise beträgt der Radius 1500 mm.
Damit sind die gängigen Wölbungen der Prallflächen
optimal abgedeckt.
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Um
auch die gängigen Größen, insbesondere
Durchmesser, von Prallflächen, die gängigen Abstände
zwischen zwei Seitenpuffern und die gängigen vertikalen
Abstände zwischen den Puffern und der Schienenoberkante
abzudecken, ist gemäß noch einer weitern Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Stoßeinrichtung
vorgesehen, dass die Prallfläche und/oder die Grundplatte
eine vertikale Breite von mindestens 300 mm, insbesondere von mindestens 350
mm, und/oder eine horizontale Länge von mindestens 300
mm, insbesondere von mindestens 350 mm, aufweist.
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Gemäß wiederum
einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung weist die Tragstruktur, die beispielsweise
von einem oder mehreren Zylindern gebildet sein kann, eine vertikale Breite
bzw. im Falle eines Zylinders einen Durchmesser auf, die bzw. der
so gewählt ist, dass die meisten der Vorsprünge
zumindest teilweise innerhalb der horizontalen Projektionsfläche
der Tragstruktur liegen. Mit horizontaler Projektionsfläche
ist also die Projektionsfläche des die Tragstruktur bildenden
Bauteils, beispielsweise des Zylinders, in der Horizontalen gemeint.
Durch eine solche Anordnung ist gewährleistet, dass die
von den Vorsprüngen aufgenommene, durch die Kollision ausgeübte Kraft
optimal in die Tragstruktur weitergeleitet werden kann, und zwar unter
gleichzeitiger Minimierung des Risikos einer Verformung des Prallkörpers,
insbesondere der Grundplatte.
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Wie
zuvor beschrieben kann die Tragstruktur auch aus einem oder mehreren
Zylindern gebildet sein, wobei im Falle mehrerer Zylinder diese
beispielsweise teleskopartig ineinander gesteckt sein können.
Eine solche Tragstruktur kann gleichzeitig die Funktion eines Puffers übernehmen,
Crashelementes indem vorzugsweise im Innern der Tragstruktur, insbesondere
im Innern des mindestens einen Zylinders, ein Federelement oder
eine andere kraftabsorbierende Einrichtung vorgesehen ist. Mit anderen
Worten ist denkbar, dass bei der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung Prallkörper und Tragstruktur eine
Einheit bilden, die die Funktion eines Aufkletterschutzes und die
Funktion eines Puffers kombiniert. Es ist aber grundsätzlich
auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Stoßeinrichtung
allein den Aufkletterschutz gewährleistet und zusätzlich
mindestens ein Puffer, vorzugsweise zwei Seitenpuffer, am stirnseitigen
Fahrzeugende vorgesehen sind.
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Schließlich
wird die Aufgabe gemäß einer zweiten Lehre der
vorliegenden Erfindung durch ein Schienenfahrzeug, insbesondere
Seitenpufferfahrzeug, mit mindestens einer Stoßeinrichtung,
wie sie zuvor beschrieben wurde, gelöst.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Stoßeinrichtung und das erfindungsgemäße
Schienenfahrzeug auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird
einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten
Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Stoßeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung, und
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2 schematisch
das Zusammenwirken zweier verschiedener Stoßeinrichtungen
eines kollisionsgegnerischen Fahrzeugs mit der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung.
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In 1 ist
eine Stoßeinrichtung 1 eines Schienenfahrzeugs 2 in
einer Seitenansicht dargestellt, wobei die Stoßeinrichtung 1 einen
Prallkörper 4 mit Aufkletterschutz 3 und
einer vom Schienenfahrzeug 2 abgewandten Prallfläche 5 sowie
eine Tragstruktur 6 in Form eines Zylinders 11 aufweist, die
den Prallkörper 4 mit dem stirnseitigen Ende 2' des
Schienenfahrzeugs 2 verbindet.
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Die
Prallfläche 5 wird von einer Vielzahl von Vorsprüngen 7a, 7b,..., 7f gebildet,
wobei die vorderen, vom Schienenfahrzeug 2 abgewandten
Enden 7a', 7b',..., 7f' der Vorsprünge 7a, 7b,..., 7f auf
einer konkaven Linie X, die einen Kreisbogen mit einem Radius R
von 1500 mm bildet und Teil einer konkaven Fläche ist,
angeordnet sind.
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Die
Vorsprünge 7a, 7b,..., 7f sind
auf einer ebenen Grundplatte 8 angeordnet, die vertikal,
also senkrecht zur Fahrzeugbewegungsrichtung, verläuft. Im
Folgenden sei die Fahrzeugbewegungsrichtung als Horizontale H und
die senkrechte Richtung dazu als Vertikale V bezeichnet.
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Alle
Vorsprünge 7a, 7b,..., 7f werden
von einer horizontal verlaufenden Rippe 9 gebildet, die quer
zur Horizontalen H und Vertikalen V verläuft. In einem
vertikalen Schnitt weisen die Vorsprünge bzw. Rippen eine
sich zum vorderen Ende 7a', 7b',..., 7f' verjüngende
Form auf. Dabei verlaufen die seitlichen Flanken aller Vorsprünge 7a, 7b,..., 7f über
die gesamte horizontale Erstreckung der Vorsprünge bzw. Rippen
in einem Winkel α von etwa 30° aufeinander zu.
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In
der Vertikalen sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sechs Vorsprünge 7a, 7b,..., 7f nebeneinander
angeordnet, und zwar in einem vertikalen Abstand A von etwa 30 mm.
Die Vorsprünge weisen an ihrem vorderen Ende eine vertikale
Breite Bv von etwa 15 mm auf und stehen
gegenüber der Grundplatte 8 alle mehr als 10 mm
hervor. Die mittleren Vorsprünge 7c und 7d stehen
dabei am wenigsten hervor, wohingegen die Vorsprünge, die
vertikal nach außen hin vorgesehen sind, jeweils immer
weiter hervorstehen. Die Vorsprünge 7a und 7f stehen dabei
am weitesten, hier etwa 30 mm gegenüber der Grundplatte 8 hervor.
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In 1 ist
deutlich zu erkennen, dass die Tragstruktur 6, das heißt
der Zylinder 11, eine horizontale Projektionsfläche
PT aufweist, die so groß ist und
so angeordnet ist, dass die Vorsprünge 7c und 7d vollständig
und die Vorsprünge 7b und 7f zum größten
Teil innerhalb der horizontalen Projektionsfläche PT liegen.
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In
den 2a) und b) sind nun zwei verschiedene
Szenarien einer Kollision zwischen zwei Schienenfahrzeugen (hier
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) aufgezeigt.
Dabei ist in 2a) der Fall dargestellt,
dass beide Schienenfahrzeuge über eine erfindungsgemäße
Stoßeinrichtung 1 verfügen, wohingegen
in 2b) ein Fall dargestellt ist, bei
dem ein Schienenfahrzeug die erfindungsgemäße
Stoßeinrichtung 1 und das andere Schienenfahrzeug
Seitenpuffer 1' und keinen Aufkletterschutz aufweist.
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Dabei
ist in 2a) in der mittleren Ansicht der
Fall gezeigt, bei dem die Prallkörper 4 der kollidierenden
Fahrzeuge in identischer Höhe angeordnet sind. Die obere
und die untere Ansicht in 2a) zeigt
dagegen einen Versatz von jeweils 40 mm, einmal nach oben hin, einmal
in die entgegengesetzte Richtung. In allen drei Fällen
wird wirkungsvoll ein Aufklettern in vertikaler Richtung des einen
Schienenfahrzeugs auf das andere verhindert.
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In 2b) sind ebenfalls drei Ansichten dargestellt,
bei denen in der mittleren Ansicht die Prallkörper 4 bzw. 4' auf
derselben Höhe angeordnet sind, während in der
oberen und unteren Ansicht ein Versatz von jeweils 40 mm dargestellt
ist.
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Im
Unterschied zu dem Szenario in 2a) ist
gemäß 2b) nur ein
Fahrzeug mit einem Prallkörper 4 mit Aufkletterschutz 3 vorgesehen.
Das andere Fahrzeug weist einen herkömmlichen Puffer auf,
dessen Prallkörper 4' eine konvex gewölbte Prallfläche 5' aufweist.
Da die Prallfläche 5 der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung 1 konkav ausgebildet ist, also
einwärts gewölbt ist, korrespondiert diese in
optimaler Weise mit der konvexen Wölbung des Puffers 1'.
Dies bewirkt, dass in allen drei Ansichten in 2b),
also selbst bei einem Versatz von jeweils 40 mm, eine vertikale
Komponente der Aufprallkraft über die Vorsprünge
des Prallkörpers 4 der erfindungsgemäßen
Stoßeinrichtung 1 aufgenommen und an die Tragstruktur 6 abgeführt
werden kann. Ein Aufklettern des einen Fahrzeugs auf das andere
ist auch in diesem Fall, obwohl nur ein Fahrzeug mit einem Aufkletterschutz
versehen ist, nicht möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20117536
A1 [0005]
- - EP 1306281 A1 [0005]
- - DE 102006050028 A1 [0006]