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Die Erfindung betrifft einen Crashabsorber für ein Schienenfahrzeug, enthaltend mindestens eine Energieabsorptionseinheit mit mindestens einem Stempel, der in einer Axialrichtung eine Länge aufweist, wobei der Stempel in einem ersten Stempelabschnitt, der zumindest über einen Teil seiner Länge verläuft, einen Außenquerschnitt hat, mit einem Führungselement je Stempel, in welchem der Stempel in der Axialrichtung zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung bewegbar ist, wobei das Führungselement in einem verformbaren Führungsabschnitt einen Innenquerschnitt hat, der kleiner als der Außenquerschnitt des ersten Stempelabschnitts ist, wobei in der Ausgangsstellung der erste Stempelabschnitt außerhalb des Führungsabschnitts angeordnet ist und durch eine Bewegung in Axialrichtung in den Führungsabschnitt verlagerbar ist, derart, dass sich das Führungselement im Führungsabschnitt aufweitet. Ferner betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug mit einem Untergestell und einem solchen Crashabsorber.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Crashabsorber (Stoßabsorber) bekannt, die bei einem Aufprall die Aufprallenergie absorbieren. Im Folgenden wird der Begriff ”Crashabsorber” als Gattungsbegriff sowohl für Vorrichtungen zur Absorption von Kuppelstößen oder kleineren Kollisionen als auch für Vorrichtungen zur Absorption größerer Energiemengen im Falle eines Crashs verstanden. Kleinere Kollisionen oder Koppelstöße wurden bisher von reversiblen Crashabsorbern aufgenommen, worunter beispielsweise die sogenannten Puffer fallen, bei denen in teleskopartig geführten Röhren elastische Elemente wie Feder-, Gummi-, Metall-Elemente, etc. eingesetzt werden. In diesem Fall können die Röhren im Falle einer Kollision bzw. eines Koppelstoßes ein- und wieder ausfedern. Dies funktioniert allerdings, aufgrund der maximal möglichen Federgröße, nur bis zu einer bestimmten Aufprallgeschwindigkeit von maximal etwa 10 km/h.
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Ferner sind irreversible Crashabsorber bekannt, worunter die sogenannten ”Crash-Tubes” oder ”Crash-Boxes” fallen. Diese Strukturen bestehen zumeist aus runden oder viereckigen Hohlkörpern aus Stahl, die dadurch Energie absorbieren, dass sie sich plastisch verformen. Dies geschieht üblicherweise durch ein definiertes Zusammenfalten der Röhren. Diese Verformung ist irreversibel.
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Ein irreversibler Crashabsorber ist beispielsweise aus der
EP 1 316 409 B1 bekannt, wobei die Crashstruktur einen Faserverbundhohlkörper aufweist, der zur Versteifung innenseitig mit einem Stegelement fest verbunden ist. Das Stegelement besteht ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff. Die Verbindung zwischen Faserverbundhohlkörper und Stegelement wird durch Vernähen erreicht. Im Falle eines Aufpralls wird die Aufprallenergie durch eine irreversible Verformung bzw. Zerstörung von Faserverbundhohlkörper und Stegelement absorbiert.
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Hier ist ein Stempel mit einer Prallplatte federnd in einem rohrförmigen Führungselement gelagert, wobei der Crashabsorber bei Kuppelstößen oder kleineren Kollisionen als Puffer funktioniert und der Stempel ein- und wieder ausfedert, wohingegen sich bei einer relativ großen Aufprallkraft im Falle eines Crashs das Führungselement definiert zusammenfaltet.
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Bei den vorangehenden Lösungen ist zwar die Energieaufnahme und der Verlauf der Energieaufnahme für den elastischen Teil relativ einfach zu bestimmen. Der Energieverlauf und die daraus resultierende definierte Verformung des plastischen Teils läßt sich dagegen nur mit erhöhtem Aufwand bestimmen und erfordert besonderes Know-How und komplexe Berechnungsmethoden. Außerdem ist der Platzbedarf einer Lösung, bei der reversible und irreversible Crashabsorber kombiniert sind, relativ groß, da beide Absorber in Serie geschaltet, das heißt hintereinander angeordnet werden. Alternativ kann der irreversible Crashabsorber auch quer zur Axialrichtung (Krafteinleitungsrichtung) neben dem reversiblen Absorber angeordnet werden, was dann aber eine erhebliche Baubreite zur Folge hat, da ein relativ hoher Grad an plastischer Verformung auf einem möglichst geringen Weg realisiert werden muss.
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Schließlich ist aus der Präsentation
"Development process of a side bumper crash device" von E. Jäde, ebenfalls präsentiert auf dem 7. Symposium "Passive safety of rail vehicles" am 20. und 21. November 2008 in Berlin, ein Crashabsorber bekannt, der einen in einem rohrförmigen Führungselement beweglich gelagerten Stempel mit Prallplatte aufweist, wobei der Stempel abschnittsweise einen Außenquerschnitt hat, der größer ist als der Innenquerschnitt des Führungselements. Im Falle eines Crashs bewirkt der sich axial in das Führungselement verlagernde Stempel eine Aufweitung des Führungselements, wodurch die Aufprallenergie absorbiert wird. Das Prinzip der sich aufweitenden Röhre, wie es zuvor beschrieben wurde, hat den Vorteil, dass der Kraftfluss umgeleitet wird und der Energieverzehr (die Energieabsorption) quer zur Einwirkrichtung der zu absorbierenden Kraft erfolgt. Allerdings ist die Aufweitung des Rohres von den Materialwerten des entsprechenden Rohres abhängig, was von grundsätzlichem Nachteil ist. Eine variable Energieaufnahme über den zurückgelegten Weg des Stempels, verursacht durch die einwirkende Aufprallkraft, ist nicht definiert möglich. Im Übrigen wird der Crashabsorber auch hier bei einem Aufprall vollständig verformt, wodurch ein irreversibler Schaden entsteht.
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Grundsätzlich ist ein variabler Verlauf der Energieaufnahme in einer Crashsituation nur schwer realisierbar, da dabei die Materialeigenschaft der irreversiblen Crashstruktur variabel gestaltet werden muss, das heißt es ist ein Materialmix mit Materialien verschiedener Eigenschaften oder eine Röhre mit unterschiedlicher Wandstärke erforderlich. Im Falle einer differenzial gebauten Crashstruktur, die also einen variablen Verlauf der Energieaufnahme erlaubt, ist eine sehr komplexe Abstimmung vieler Parameter (Längenabmessungen, Breitenabmessungen, Materialstärke, Materialtyp, etc.) aller sich verformenden Elemente notwenig, um eine geeignete Kombination zu erhalten. Sind diese Parameter, also das Design der sich plastisch verformenden Bauteile, erst einmal festgelegt, läßt sich eine Variation für andere Rahmenbedingungen, beispielsweise für ein anderes Fahrzeug, für andere Einsatzzwecke, für ein anderes Crashszenario etc., nur schwer realisieren. Grundsätzlich müssen für jeden Anwendungsfall die gesamte Konzeption neu überprüft und die einzelnen Bauteile neu ausgelegt werden. Ein solcher Crashabsorber ist also unflexibel.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Crashabsorber anzugeben, der flexibler handhabbar ist.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen Crashabsorber für ein Schienenfahrzeug, enthaltend mindestens eine Energieabsorptionseinheit mit mindestens einem Stempel, der in einer Axialrichtung (Stempeleinschubrichtung bzw. Krafteinleitungsrichtung) eine Länge aufweist, wobei der Stempel in einem ersten Stempelabschnitt, der zumindest über einen Teil seiner Länge verläuft, einen Außenquerschnitt – gemeint ist die Querschnittsfläche innerhalb des äußeren Umfangs – hat, mit einem ein- oder mehrteiligen Führungselement je Stempel, in welchem der Stempel in der Axialrichtung zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung bewegbar ist, wobei das Führungselement in einem verformbaren Führungsabschnitt einen Innenquerschnitt – gemeint ist die Querschnittsfläche innerhalb des inneren Umfangs – hat, der kleiner als der Außenquerschnitt des ersten Stempelabschnitts ist, wobei in der Ausgangsstellung der erste Stempelabschnitt außerhalb des Führungsabschnitts angeordnet ist und durch eine Bewegung in Axialrichtung in den Führungsabschnitt verlagerbar ist, derart, dass sich das Führungselement im Führungsabschnitt aufweitet, wobei die Energieabsorptionseinheit ferner ein dehnbares, ein- oder mehrteiliges Energieabsorptionselement bzw. energieverzehrendes Element je Führungselement aufweist, das den Führungsabschnitt senkrecht zur Axialrichtung zumindest über einen Teil seines Umfangs, vorzugsweise über seinen vollen Umfang, umgibt und außen berührt.
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Erfindungsgemäß wird erstmalig ein Crashabsorber geschaffen, bei dem die Funktionen ”Führung des Stempels” einerseits und ”Energieaufnahme” andererseits voneinander getrennt sind und durch verschiedene Elemente realisiert werden. Bei geeigneter Ausbildung des Führungselementes, beispielsweise mit einer in Axialrichtung geschlitzten Struktur, wie sie im Weiteren noch näher beschrieben wird, läßt sich, da das Energieabsorptionselement das Führungselement umgibt und dehnbar ist, mit einfachen Mitteln sowohl eine reversible als auch eine irreversible Energieabsorption realisieren. Bei Kuppelstößen oder kleineren Kollisionen wird durch das Eindringen des Stempels in das Führungselement der Führungsabschnitt radial geweitet und das in Umfangsrichtung um den Führungsabschnitt angeordnete, ein- oder mehrteilige Energieabsorptionselement leicht gedehnt. Sobald der Stempel aus dem Führungselement wieder entgegen der Einschubrichtung bzw. Axialrichtung herausbewegt wird, kann das Energieabsorptionselement wieder seine ursprüngliche Form annehmen. In diesem Fall erfolgt nur eine elastische Verformung. Bei größeren Aufprallkräften ist das Energieabsorptionselement in der Lage, sich nicht bloß elastisch, sondern auch plastisch zu verformen. Mit anderen Worten kann es überdehnt werden. Da das Führungselement so ausgebildet ist, dass zumindest der Führungsabschnitt eine radiale Aufweitung und Rückführung in den Ausgangszustand zulässt, was insbesondere durch eine geschlitzte Struktur erreicht wird, wird bei einem Crash mit relativ hoher Krafteinwirkung dennoch das Führungselement nicht zerstört. Allenfalls das umlaufende Energieabsorptionselement wird durch Überdehnung unbrauchbar. Dieses kann aber, da es mit dem Führungselement vorzugsweise lösbar verbunden ist, ohne weiteres ausgetauscht werden. Die Austauschbarkeit des Energieabsorptionselements hat auch den Vorteil, dass der Crashabsorber sich ohne weiteres an verschiedene Anwendungsfälle individuell anpassen läßt. So kann bei unverändertem Führungselement das Energieabsorptionselement durch ein anderes mit anderen Eigenschaften ersetzt werden. Dies schließt auch Energieabsorptionselemente ein, die eine in Axialrichtung variierende Energieverzehrcharakteristik haben, beispielsweise durch Verwendung von in Axialrichtung variierenden Materialien und/oder Wandstärken.
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Durch den erfindungsgemäßen Crashabsorber können hohe Kräfte auf engstem Raum aufgenommen werden. Der Kraft-Weg-Verlauf kann sehr einfach bestimmt, eingestellt und variiert werden. Da außerdem erfindungsgemäß der Kraftfluss aus der axialen Richtung in die radiale Richtung umgeleitet wird, kann der Crashabsorber mit einem vergleichsweise geringen Bauraum auskommen, das heißt es erfolgt eine hohe Kraftaufnahme auf engstem Raum. Da die Kraft umgeleitet wird, wird auch ein Ausknicken des Führungselements vermieden.
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Ein solcher Crashabsorber läßt sich ohne weiteres auch an Altfahrzeugen nachrüsten, insbesondere wenn die Energieabsorptionseinheit als Montageeinheit, beispielsweise mit einem gemeinsamen Träger, bereitgestellt wird. Insbesondere kann der Crashabsorber auch mehrere Energieabsorptionseinheiten gemäß der vorangehenden Definition enthalten. Auch diese Mehrzahl an Energieabsorptionseinheiten läßt sich, insbesondere auch über einen gemeinsamen Träger, ohne weiteres am Schienenfahrzeug montieren bzw. nachrüsten.
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Dementsprechend ist gemäß einer Ausgestaltung ein Crashabsorber vorgesehen, enthaltend mehrere Energieabsorptionseinheiten jeweils mit mindestens einem Stempel, der in einer Axialrichtung eine Länge aufweist, wobei der Stempel in einem ersten Stempelabschnitt, der zumindest über einen Teil seiner Länge verläuft, einen Außenquerschnitt hat, mit einem ein- oder mehrteiligen Führungselement je Stempel, in welchem der Stempel in der Axialrichtung zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung bewegbar ist, wobei das Führungselement in einem verformbaren Führungsabschnitt einen Innenquerschnitt hat, der kleiner als der Außenquerschnitt des ersten Stempelabschnitts ist, wobei in der Ausgangsstellung der erste Stempelabschnitt außerhalb des Führungsabschnitts angeordnet ist und durch eine Bewegung in Axialrichtung in den Führungsabschnitt verlagerbar ist, derart, dass sich das Führungselement im Führungsabschnitt aufweitet, wobei die Energieabsorptionseinheiten ferner jeweils ein dehnbares Energieabsorptionselement je Führungselement aufweisen, das den Führungsabschnitt senkrecht zur Axialrichtung zumindest über einen Teil seines Umfangs umgibt und außen berührt.
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Im Folgenden werden nun verschiedene weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Crashabsorbers bzw. Stoßabsorbers beschrieben.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist das Energieabsorptionselement mindestens eine Wicklung mit mindestens einer Windung aus einem fadenförmigen Gebilde auf. Mit einem fadenförmigen Gebilde ist ein dehnbares strangförmiges Element gemeint, dessen Länge also ein Vielfaches seines Durchmessers einnimmt. Das fadenförmige Gebilde kann mindestens eine Faser, insbesondere mindestens eine Textil-, Kunststoff-, Glas- oder Kohlefaser, und/oder mindestens einen Draht, insbesondere Stahldraht, beispielsweise Edelstahldraht, enthalten. Das fadenförmige Gebilde kann aus vielen verdrehten oder unverdrehten Fasern, das heißt Einzelfasern bzw. Filamenten, oder Faserbündeln bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann das fadenförmige Gebilde auch aus Einzeldrähten oder Drahtbündeln, die ebenfalls verdreht oder unverdreht sein können, bestehen. Auch Bündel aus geflochtenen Einzelfasern und/oder -drähten sind denkbar. Das fadenförmige Gebilde kann im Ausgangszustand, das heißt im ungedehnten Zustand, bevor dieses um das Führungselement gewickelt ist, einen Querschnitt im Bereich von 1 bis 2000 mm2, bevorzugt 1 bis 500 mm2, besonders bevorzugt von 10 bis 100 mm2, haben.
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Weist die mindestens eine Wicklung genau eine Windung auf, so handelt es sich im einfachsten Fall um einen Ring. Da auch mehrere Wicklungen mit nur einer Windung vorgesehen sein können, können dementsprechend auch mehrere Ringe das Energieabsorptionselement bilden. Sind mehrere Wicklungen vorgesehen, so berühren sich diese vorzugsweise bzw. sind vorzugsweise miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass mehrere nicht miteinander verbundene Einzelwicklungen, beispielsweise auch Ringe, vorgesehen sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind mehrere Wicklungen aus jeweils einem fadenförmigen Gebilde vorgesehen, also im einfachsten Fall mehrere Ringe. Durch eine naturgemäß einfache Wickeltechnik um das Führungselement gelingt es, eine sehr genaue Abstimmung an die individuellen Bedürfnisse bezüglich des Energieverzehrs zu erreichen. Bei einem gleichmäßigen Aufbau des Energieabsorptionselements, insbesondere des fadenförmigen Gebildes, läßt sich eine lineare Absorption erreichen. Grundsätzlich ist aber ohne weiteres auch eine angepasste Absorption möglich, die also über den Stempelweg variierende Absorptionseigenschaften ermöglicht.
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So ist es denkbar, dass im Falle mehrerer Wicklungen sich die fadenförmigen Gebilde in ihrem Material untereinander unterscheiden. Beispielsweise kann eine der Wicklungen aus einer oder mehreren ersten Fasern und/oder Drähten und eine andere der Wicklungen aus einer oder mehreren zweiten Fasern und/oder Drähten bestehen. So lassen sich auch Kombinationen von elastischen und im Vergleich dazu unelastischen Wicklungen realisieren, wodurch reversible und irreversible Bereiche definiert werden. Durch definierte Wicklungen, beispielsweise durch eine bestimmte Verteilung und Anzahl der Windungen, kann ein beliebig definierter Kraftverlauf der Energieabsorption über den vom Stempel im Crashfall zurückgelegten Weg (Verzehrweg) eingestellt werden. Werden verschiedene Materialarten für die einzelnen Wicklungen verwendet, lassen sich demnach verschiedene Zugfestigkeiten der einzelnen Wicklungen und damit der einzelnen Abschnitte des Energieabsorptionselements realisieren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers ist mindestens ein fadenförmiges Gebilde und/oder mindestens eine Wicklung und/oder mindestens eine Windung mit Kunstharz getränkt oder ummantelt. Dabei können mindestens zwei Wicklungen oder mindestens zwei Windungen auch, insbesondere durch Kunstharz, miteinander verbunden sein. Dadurch werden benachbarte Wicklungen oder Windungen zusammengehalten.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers ist vorgesehen, dass sich bei mindestens einer Wicklung benachbarte Windungen nicht berühren, sondern insbesondere soweit voneinander beabstandet sind, dass zwischen diesen benachbarten Windungen beispielsweise Harz oder eine Windung einer anderen Wicklung angeordnet ist. Insbesondere hat mindestens eine Wicklung einen Steigungswinkel, gemeint ist der Winkel zwischen der Wicklung und der Richtung quer zur Axialrichtung, von mindestens 5°, bevorzugt mindestens 10°, besonders bevorzugt mindestens 15°. Alternativ kann die Steigung bzw. der Steigungswinkel auch so gewählt sein, dass sich benachbarte Windungen derselben Wicklung berühren.
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Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers liegen mehrere Wicklungen, also mehrere fadenförmige Gebilde, in mehreren Schichten radial übereinander. Insbesondere wird jede Schicht von einer anderen Wicklung gebildet, das heißt eine erste Schicht besteht aus einer ersten Wicklung, eine zweite Schicht besteht aus einer zweiten Wicklung, etc. Es können auch mehrere Schichten von ein und derselben Wicklung gebildet werden. Dabei können unterschiedliche Wicklungen auch gegenläufig gewickelt sein, so dass sich verschiedene Wicklungen kreuzen. Die Anzahl der Schichten kann in Axialrichtung, das heißt über die Länge des Führungsabschnitts, variieren. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Schichten vom Einschubende des Führungsabschnitts, also dem Ende, an welchem der Stempel in den Führungsabschnitt ragt, in Axialrichtung zunimmt. Nach Erreichen eines Maximums kann die Anzahl in Axialrichtung auch wieder abnehmen. Durch einen solchen Aufbau läßt sich der Crashabsorber und insbesondere das Energieabsorptionselement ideal auf verschiedene Anwendungsfälle abstimmen. So wird mit einfachen Mitteln eine variable Energieaufnahme über den zurückgelegten Weg des Stempels realisiert. Dabei läßt sich durch die gezielte ”Einstellung” des Energieabsorptionselements, insbesondere des mindestens einen fadenförmigen Gebildes, auch bei gleichbleibendem Führungselement, eine Energieverzehrcharakteristik über den Weg des eindringenden Stempels ganz nach Wunsch erzeugen.
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Gemäß noch einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers ist, wie bereits zuvor angedeutet wurde, das Führungselement, insbesondere der Führungsabschnitt des Führungsabschnitts, beginnend am Einschubende in axialer Richtung zumindest abschnittsweise mehrfach geschlitzt. Geschlitzt bedeutet, dass sich mehrere Materialstreifen oder -stangen, die sich zwar berühren können, zwischen denen aber in Umfangsrichtung keine haltende Verbindung oder sogar ein Zwischenraum vorgesehen ist, in axialer Richtung von einem fahrzeugseitigen Ende, an dem die Materialstreifen bzw. -stangen miteinander verbunden sind, zum Einschubende, an dem die Materialstreifen bzw. -stangen nicht miteinander verbunden sind, erstrecken. Der geschlitzte Abschnitt, vorzugsweise also der gesamte Führungsabschnitt, dient damit nur zur Führung des Stempels und absorbiert selbst keine Energie, zumindest nicht in nennenswertem Maße. Die Energieabsorption erfolgt zum weitaus größeren Teil, wenn nicht sogar nahezu vollständig, über das Energieabsorptionselement. Für die vorgenannten Zwecke braucht der Führungsabschnitt nicht zwingend geschlitzt zu sein, sondern er muss nur eine radiale Dehnung zulassen. Letzteres kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu Schlitzen auch dadurch erreicht werden, dass der Führungsabschnitt oder das gesamte Führungselement zumindest teilweise aus einem elastischen Material bestehen, das sich nach einer radialen Dehnung wieder in den Ursprungszustand (die Ursprungsform) zurückführen läßt. Beispielsweise könnte das Führungselement bzw. der Führungsabschnitt auch zumindest teilweise aus Gummi bestehen. Um dann die Führung des Stempels in dem Führungselement zu vereinfachen, kann dieser innenseitig auch mit insbesondere in Axialrichtung verlaufenden Stahleinlagen, beispielsweise Führungsschienen, ausgestattet sein. Letztlich ist aber wesentlich, dass sich das Führungselement radial dehnen läßt und dadurch die Aufprallkraft an das umliegende Energieabsorptionselement abführen kann.
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Gemäß noch einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers hat der erste Stempelabschnitt und/oder der Führungsabschnitt eine runde Querschnittsform. Grundsätzlich sind aber auch andere, insbesondere eckige, vorzugsweise viereckige, Querschnittsformen denkbar.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers ist jeder Stempel am vom Führungselement abgewandten Ende mit einer Prallplatte versehen. Die Prallplatte dient zur Einleitung der zu absorbierenden Kraft in den Stempel, der die Kraft dann über den Führungsabschnitt des Führungselements in radiale Richtung umlenkt, so dass die Kraft schließlich von dem umfänglich verlaufenden Energieabsorptionselement aufgenommen werden kann. Grundsätzlich können, wenn mehrere Energieabsorptionseinheiten vorgesehen sind, auch mehrere Stempel, vorzugsweise alle Stempel, am vom Führungselement abgewandten Ende mit einer gemeinsamen Prallplatte versehen sein.
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Gemäß wiederum einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Crashabsorbers sind ein oder mehrere Führungselemente an einem gemeinsamen Träger fest montiert. Auf diese Weise läßt sich mit einfachen Mitteln eine Montageeinheit schaffen, die sich auch ohne weiteres an Altfahrzeugen nachrüsten läßt.
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Schließlich wird die Aufgabe gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit einem Untergestell, gemeint ist der untere Teil der Wagenkastenstruktur, und mit einem Crashabsorber, wie er zuvor definiert wurde. Dabei ist das jeweilige Führungselement, direkt oder indirekt über ein Gestell bzw. einen Träger, am Untergestell fest montiert und der jeweilige Stempel ist relativ zum Untergestell in Axialrichtung bewegbar.
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Eine Energieabsorptionseinheit oder ein Träger mit einer oder mehreren Absorptionseinheiten der zuvor beschriebenen Art läßt sich an dem vorhandenen Untergestell vorzugsweise mittels Kaltfügeverfahren, insbesondere unter Verwendung von Bolzen, Nieten und/oder Schrauben, befestigen, um im Kollisionsfall die einwirkende Energie vor dem Untergestell abzubauen und damit das Untergestell bzw. das gesamte Schienenfahrzeug zu schützen. Der erfindungsgemäße Crashabsorber läßt sich auch als Schutz gegen Aufklettern und zum Verhindern eines Entgleisens verwenden, wodurch er die Sicherheit erhöht und Unfallfolgen mildert.
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Der erfindungsgemäße Crashabsorber läßt sich bei einem Schienenfahrzeug auch in der Verbindung zwischen zwei benachbarten Wagen im Bereich der Kurzkupplung einsetzen.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Crashabsorber und das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
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1a) und b) ein erstes Ausführungsbeispiel eines Crashabsorbers vor und während einem Aufprall,
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2a) und b) ein zweites Ausführungsbeispiel eines Crashabsorbers vor und während einem Aufprall,
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3a) und b) ein drittes Ausführungsbeispiel eines Crashabsorbers vor und während einem Aufprall,
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4a) und b) eine schematische Ansicht eines Stempels für einen Crashabsorber gemäß den 1 bis 3,
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5a) bis d) verschiedene Ausführungsbeispiele von mit einem Energieabsorptionselement versehenen Führungselementen für einen Crashabsorber gemäß den 1 bis 3 und
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6a) bis c) verschiedene Ausführungsbeispiele von Wicklungen eines Energieabsorptionselements für einen Crashabsorber gemäß den 1 bis 3.
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1a) zeigt schematisch einen Crashabsorber 1 für ein Schienenfahrzeug, der am Untergestell 9 des Schienenfahrzeug fest montiert ist. Der Crashabsorber 1 ist hier in der Ausgangsstellung gezeigt, wenn also keine Kraft in Axialrichtung durch einen Aufprall wirkt.
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1b) zeigt denselben Crashabsorber 1 während eines Aufpralls, wobei durch gebogene Pfeile eine Kraftumleitung aus der axialen in eine radiale Richtung symbolisch dargestellt ist.
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Der Crashabsorber 1 gemäß 1 weist eine einzelne Energieabsorptionseinheit 2 auf, die genau einen Stempel 3 enthält, der in einer Axialrichtung X eine Länge L (4a)) aufweist, wobei der Stempel 3 in einem ersten Stempelabschnitt 3.1 (4a)), der zumindest über einen Teil L1 seiner Länge L verläuft, einen Außenquerschnitt Q1 (4b)) hat. Die Energieabsorptionseinheit 2 weist ferner ein Führungselement 4 auf, in welchem der Stempel 3 in der Einschubrichtung (Axialrichtung X) zwischen einer Ausgangsstellung (1a)) und einer Endstellung bewegbar ist, wobei das Führungselement 4 in einem verformbaren Führungsabschnitt 4.1 einen Innenquerschnitt Q2 (5a) bis d)) hat, der kleiner als der Außenquerschnitt Q1 des ersten Stempelabschnitts 3.1 ist.
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Wie 1a) zeigt, ist in der Ausgangsstellung der erste Stempelabschnitt 3.1 außerhalb des Führungsabschnitts 4.1 angeordnet. Durch eine Bewegung in Axialrichtung X, die in 1b) dargestellt ist, wird der erste Stempelabschnitt 3.1 in den Führungsabschnitt 4.1 verlagert, derart, dass sich das Führungselement 4 im Führungsabschnitt 4.1 radial aufweitet (1b)).
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Die Energieabsorptionseinheit 2 weist ferner ein dehnbares Energieabsorptionselement 5 auf, das den Führungsabschnitt 4.1 senkrecht zur Axialrichtung X über seinen vollen Umfang umgibt und außen berührt.
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Bei dem Energieabsorptionselement 5 handelt es sich um ein gewickeltes fadenförmiges bzw. strangförmiges Gebilde 6, wie es anhand dreier Ausführungsbeispiele in den 6a) bis c) dargestellt ist. Das fadenförmige Gebilde 6 kann eine einzelne Wicklung 5.1 mit mehreren Windungen 5.11, 5.12 und 5.13 (6a)) sein. Auch können mehrere Wicklungen vorgesehen sein, gemäß 6b) beispielsweise zwei Wicklungen 5.1 und 5.2, die hier parallel verlaufen. 6c) zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Wicklungen 5.1 und 5.2 gekreuzt übereinander verlaufen.
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Bei dem fadenförmigen Gebilde bzw. der Wicklung 5.1 und 5.2 handelt es sich hier beispielhaft um Kohlefaserbündel. Grundsätzlich sind aber auch Textil-, Kunststoff- oder Glasfasern bzw. -faserbündel denkbar. Auch Draht oder Drahtbündel können als fadenförmiges Gebilde 6 vorgesehen sein.
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Wie die 6a) bis c) ferner zeigen, berühren sich benachbarte Windungen 5.11, 5.12, 5.13 nicht zwangsläufig. Der Steigungswinkel α beträgt hier jeweils mehr als 15°.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in 1a) und b) ist eine Wicklung gezeigt, die in nur einer Schicht auf dem Führungsabschnitt 4.1 des Führungselements 4 angeordnet ist.
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Grundsätzlich kann aber auch ein mehrschichtiger Aufbau des Energieabsorptionselements 5 vorgesehen sein, wie dieser in den 2a) und b) dargestellt ist. Auch hier zeigt 2a) den Ursprungszustand, 2b) den Crashfall.
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Wie 2a) zeigt, sind hier die Wicklungen in drei Schichten 10.1, 10.2 und 10.3 radial übereinander angeordnet, wobei in Axialrichtung X, beginnend am Einschubende 4.12 zunächst nur eine Schicht 10.1 vorliegt, etwas weiter in Axialrichtung X ist über der ersten Schicht 10.1 noch eine weitere Schicht 10.2 angeordnet. Noch weiter in Axialrichtung X ist dann noch eine dritte Schicht 10.3 vorgesehen. Im Crashfall (2b)) wird durch diesen Aufbau des Energieabsorptionselements 5 mit Zunahme des zurückgelegten Weges des Stempels 3 mehr Energie pro Fläche des Führungsabschnitts absorbiert.
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Im Übrigen ist der Aufbau des Crashabsorbers 1 in den 2a) und b) vergleichbar mit dem in den 1a) und b) gezeigten.
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Die 3a) und b) zeigen schließlich noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Crashabsorber 1 aber im Unterschied zu den 1 und 2 vier Energieabsorptionseinheiten 2 aufweist, die im Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen alle mit einer gemeinsamen Prallplatte 7 verbunden sind. Die Energieabsorptionseinheiten 2 in den 3a) und b) sind im Übrigen genauso aufgebaut, wie dies zuvor anhand der 1a) und b) beschrieben wurde.
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Die 5a) bis d) zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines Führungsabschnitts 4.1 eines Führungselements 4, jeweils mit einem umfänglich angeordneten Energieabsorptionselement 5. Dabei ist in den 5a) bis d) jeweils eine perspektivische Ansicht des Führungsabschnitts 4.1 und unmittelbar darüber eine schematische Querschnittsansicht dargestellt.
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Gemäß 5a) weist das Führungselement 4 eine runde Querschnittsform auf, gemäß 5b) eine quadratische und gemäß 5c) eine rechteckige. Gemäß 5d) ist ebenfalls eine runde Querschnittsform vorgesehen, wobei hier jedoch das Führungselement 4 aus mehreren in Axialrichtung X verlaufenden Stangen 11 besteht.
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Alle Ausführungsbeispiele in den 5a) bis d) haben gemein, dass das Führungselement 4 zumindest im Führungsabschnitt 4.1 in Axialrichtung X mehrfach geschlitzt ist. Dadurch weist das Führungselement 4 gemäß der Ausführungsbeispiele in den 5a) bis c) in Axialrichtung X verlaufende Materialstreifen 12 auf, zwischen denen in Umfangsrichtung keine Verbindung besteht und zwischen denen jeweils ein Zwischenraum vorgesehen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel in 5d) sind statt Materialstreifen 12 Stangen 11 vorgesehen, um die geschlitzte Form des Führungsabschnitts 4.1 zu erzeugen.
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In den gezeigten Führungselementen 4 sind die Materialstreifen 12 bzw. Stangen 11 voneinander beabstandet. Grundsätzlich sind aber auch geschlitzte Ausführungen denkbar, bei denen sich die Materialstreifen 12 bzw. Materialstangen 11 in Umfangsrichtung berühren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Development and Validation of a regional train platform to the requirements of EN 15227” von J. Roberts, präsentiert auf dem 7. Symposium ”Passive safety of rail vehicles” am 20. und 21. November 2008 in Berlin [0005]
- ”Development process of a side bumper crash device” von E. Jäde, ebenfalls präsentiert auf dem 7. Symposium ”Passive safety of rail vehicles” am 20. und 21. November 2008 in Berlin [0008]
