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Die Erfindung betrifft einen Prellbock für den Einsatz in einem Gleis mit Radius mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein Prellbock dient als Sicherung eines Gleisendes. Wenn die Absicherung der Strecke in einem nicht-linearen Gleisabschnitt erfolgen soll, besteht die Schwierigkeit, dass die Ebene der beiden rückwärtigen Fahrzeugpuffer nicht exakt parallel zum Gleisradius verläuft, sondern je nach Radius des Gleises sowie des Abstands der Pufferebene von der Drehachse des rückwärtigen Drehgestells am Schienenfahrzeug mehr oder weniger stark abweicht. Dies wiederum führt dazu, dass die Fahrzeugpuffer nicht gleichzeitig auf die Prallplatten des Prellbocks aufprallen, sondern dass der Prellbock zunächst nur einseitig getroffen wird. Die Festigkeit des Prellbocks müsste daher so ausgelegt werden, dass der Aufprallimpuls des Schienenfahrzeugs vollständig einseitig aufgenommen werden kann. Dieser Stoß erfolgt asymmetrisch und ist rechnerisch schwierig zu ermitteln, da im weiteren Verlauf des Aufpralls, bedingt durch die federnd gelagert gelagerten Fahrzeugpuffer, wechselnde Lastreaktionen an der rechten oder linken Seite des Prellbocks entstehen. Diese Schwierigkeiten bestehen insbesondere dann, wenn der Radius sich innerhalb des Bremsweges ändert und/ oder wenn Fahrzeuge mit unterschiedlichen Maßen bei einem Prellbock im Radius verwendet werden. Zu den Maßen gehören z.B. der Abstand der Drehgestelle oder der Abstand zwischen der Achse des Drehgestells bis zur Prallfläche an den Fahrzeugpuffer. In all diesen Fällen müssen konstruktive Maßnahmen vorgesehen sein, um den Stoß zugleich auf beide Prallflächen abzuleiten.
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In der
DE 10 2015 205 593 B3 wird ein Prellbock angegeben, der einen Pufferträger aufweist, der an einer Drehachse schwenkbeweglich gegenüber dem Prellbockkörper gelagert ist. Der Pufferträger kann somit auf die zu erwartende Schiefstellung der Anstoßebene der Fahrzeugpuffer voreingestellt werden. Aufgrund der gegebenen Schwenkbeweglichkeit werden verbleibende Fluchtfehler beim Anprall des Fahrzeugs schnell ausgeglichen, sodass der Impuls des Schienenfahrzeugs gleichmäßig über beide Puffer über den Drehzapfen auf den Prellbockkörper geleitet wird. Der Impuls ist somit rechnerisch beherrschbar und die der Absorption der Stoßenergie dienenden Gleisbremselemente zwischen Prellbock und Schiene können gezielt ausgelegt werden.
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Dem bekannten Prellbock liegt jedoch ein systematischer Fehler zugrunde, der insbesondere dann auftritt, wenn der Prellbock im Bereich einer besonders starken Krümmung des Gleises oder bei wechselnden Krümmungsradien angeordnet ist. Der bewegliche Pufferträger wird nämlich bei Aufstellung des Prellbocks in einem bogenförmigen Gleis so ausgerichtet, dass er aus seiner Mittelstellung verschwenkt wird. Der an der äußeren Schiene des gekrümmten Gleises gelegene Puffer wird mit der Schwenkbewegung näher zur Mittelachse des Gleises geschwenkt, während gleichzeitig der korrespondierende Fahrzeugpuffer im Falle einer solchen starken Krümmung des Gleises genau entgegengesetzt, nämlich von der Mittelachse des Gleises weg nach außen, ausgerichtet ist. Damit kann es je nach Art des Schienenfahrzeugs, dem Abstand der Achse des Drehgestells zur Anstoßebene der Fahrzeugpuffer, dem Krümmungsradius des Gleises usw. dazu kommen, dass zwischen der Prallplatte des Prellbocks und dem Fahrzeugpuffer an der äußeren Schiene nur noch eine partielle Überdeckung besteht. In jedem Fall kommt es zu zusätzlichen Momentenbelastungen quer zur Längserstreckung der Schienen, auf denen der Prellbock gelagert und befestigt ist.
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DE 10 2010 050 777 B4 zeigt eine Spitzensicherung für einen Rangierbahnhof. Sie umfasst zwei einzelne Prellböcke, die jeweils zur Außenseite des Gleiskörpers weggeklappt werden können. Eine seitliche Verstellung des Puffersabstands zur Schiene zwecks Anpassung an ein Gleis im Radius ist jedoch nicht möglich.
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Aus
DE 10 2004 009 851 B4 ist eine Verstärkung eines Fahrgleises im Bereich eines Bremsprellbocks bekannt. Es ist jedoch weder eine Anordnung in einem Gleisbogen offenbart noch ein seitlicher Versatz des Bremssprellbocks auf eine benachbarte Schiene.
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DE 298 05 056 U1 zeigt einen Prellbock mit einem Stoßdreieck zur Verstärkung. Auch hier ist keine seitliche Verstellbarkeit vorgesehen
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Prellbock für den Einsatz im Gleis mit Radius so zu verbessern, dass auch bei starken und/oder veränderlichen Radien im Gleis eine ausreichende Überdeckung gewährleistet ist und eine möglichst symmetrische Krafteinleitung in den Prellbockkörper erfolgt. Gerade das letzte Kriterium ist wichtig und schließt aus, die notwendige Überdeckung einfach durch eine Verbreiterung der Prallplatten zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Prellbock mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „rückwärtig“ in Bezug auf das Schienenfahrzeug, dass die Ebene der auffahrenden Fahrzeugpuffer in Bezug genommen wird.
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Als „Puffer“ werden im Sinne der Erfindung alle Elemente am Prellbock und am Schienenfahrzeug bezeichnet, die Prallflächen aufweisen, an welchen sie sich beim Anstoß gegenseitig berühren – unabhängig davon, wie die geometrische Ausbildung ist oder ob energieverzehrende Elemente vorhanden sind oder nicht.
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Im Folgenden wird der Stoßvorgang stets so beschrieben, dass ein Fahrzeugheck auf den Prellbock prallt. Abgesehen davon, dass bei vielen Schienenfahrzeugen die Unterscheidung in einen vorderen und einen hinteren Teil ohnehin kaum konstruktiv, sondern rein fahrtrichtungsabhängig zu definieren ist, ist diese Auswahl in der vorliegenden Beschreibung rein sprachlich bedingt. Technisch ist der Anstoß der Vorderseite eines Schienenfahrzeugs an einem erfindungsgemäßen Prellbock genau gleichartig.
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Erfindungswesentlich ist, den Pufferträger schwenkbeweglich gegenüber dem Prellbockkörper zu machen, wie im Stand der Technik auch, ihn jedoch nicht in seiner horizontalen Bewegungsebene, die parallel zur Gleisebene ausgerichtet ist, punktuell festzulegen, sondern zusätzlich zur Rotation eine gewisse translatorische Beweglichkeit zu erlauben. Während der Prellbock nach dem Stand der Technik nur einen rotatorischen Freiheitsgrad für den Pufferträger besitzt, besitzt der Pufferträger gemäß der vorliegenden Erfindung zwei bis drei Freiheitsgrade. Er kann nämlich, wenn auch in geringen Maßen, aufgrund einer formschlüssigen Seitenführung längs und quer zur Gleisrichtung verschoben werden und dabei zugleich in seiner Winkellage gegenüber der Gleismittelachse und der Mittelachse des Prellbockkörpers geschwenkt werden. Eine stationäre Drehachse ist nicht vorhanden.
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Vielmehr wird der Pufferträger vorzugsweise nur an zwei Punkten seitlich geführt, wobei diese Seitenführungspunkte auf einer gemeinsamen Linie liegen, die quer zum Gleis verläuft. Die gemeinsame Linie der Führungspunkte ist in Längsrichtung gesehen in einem Abstand zu einer Anlagekante am Prellbockkörper positioniert. Die Anlagekante stellt den dritten Begrenzungspunkt in der horizontalen Ebene dar.
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Der Pufferträger selbst besitzt an seiner Rückseite eine konvexe Abrollfläche, mit der er an der Stützkante des Prellbockkörpers anliegt. Somit gibt es insgesamt drei ortsfeste Führungspunkte, über welche der Pufferträger in der horizontalen Bewegungsebene, die parallel zur Gleisebene verläuft, geführt und zugleich in seiner Bewegung begrenzt ist.
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Zusätzlich ist der Pufferträger in vertikaler Richtung festgelegt, z. B. über einen Querbügel, sodass er nicht nach oben oder unten auswandern kann.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Prellbocks liegt darin, dass aufgrund seiner Grundkonstruktion gewährleistet ist, dass er auch nach vielen Jahren unter Witterungseinflüssen stets zuverlässig funktioniert, weil der Pufferträger nur lose auf der Gleitebene am Prellbockkörper aufliegt und nicht geklemmt oder sonst wie daran fixiert ist. Damit kommt es stets im Moment des Anpralls des Schienenfahrzeugs zu einer automatischen Ausrichtung, und der Stoßimpuls wird über die rückwärtige Stützfläche auf die Stützkante des Prellbockkörpers abgeleitet.
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Vorzugsweise liegt der Pufferträger auf einer Gleitebene auf, die am Prellbockkörper ausgebildet ist und wird über eine Traverse, die sich quer über den Pufferträger erstreckt, zusätzlich gehalten.
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Die Seitenkanten des Pufferträgers verlaufen bei einer bevorzugten Ausführungsform nicht geradlinig tangential zum Schienenbogen bzw. nicht parallel zu den Stoßdreiecken, die den wesentlichen Bestandteil des Prellbockkörpers bilden. Die Seitenkanten verlaufen vielmehr derart, dass sich der Pufferträger nach hinten hin leicht verjüngt. Dadurch kann der Pufferträger in der Gleitebene und innerhalb der durch die Begrenzungspunkte festgelegten Grenzen verschoben und seitlich geschwenkt werden, wobei neben den Kontaktpunkten an den Außenseiten stets ein Anlagepunkt an der Abrollfläche an der Rückseite vorliegt. Damit kann der Pufferträger gegenüber dem Prellbockkörper so ausgerichtet werden, dass er zwar eine gewünschte Schiefstellung in Bezug auf die Gleismittelachse einnehmen kann, dass sich aber seine Puffer bzw. Prallplatten weniger stark in ihrer Position relativ zur Mittelachse des Gleises verändern, als dies im Stand der Technik der Fall ist.
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Vorzugsweise ist die Stützkante am Prellbockkörper ebenfalls gekrümmt ausgebildet, nämlich konkav, sodass die konvexe, rückwärtige Stützfläche des Pufferträgers daran anliegen kann. Gegenüber einer geradlinigen Ausbildung der Stützkante hat dies den Vorteil, dass die Berührung über eine breitere Kontaktfläche erfolgt und die Hertz‘sche Pressung am Berührungspunkt reduziert ist. In der Kontaktzone können flächige Elemente an der Stützkante oder am Pufferträger angebracht sein, um das Abgleiten zu erleichtern oder den Stoß zu dämpfen.
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Vorzugsweise sind die Radien unterschiedlich gewählt, sodass eine nur partielle Berührung zwischen Pufferträger und Stützkante erfolgt. In dem Bereich der partiellen Berührung können Gleitelemente vorgesehen sein, um die Relativbewegung zum Prellbockkörper zu erleichtern.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1 einen Prellbock nach dem Stand der Technik in Ansicht von oben;
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2 einen Prellbock nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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3A einen Prellbock nach der Erfindung auf einem gebogenen Gleis mit Teilen eines Schienenfahrzeugs, in Ansicht von oben und
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3B ein vergrößertes Detail aus 3A.
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1 zeigt einen Prellbock 1 nach dem Stand der Technik, der auf zwei Schienen 200 eines Gleises aufgesetzt ist, und zwar zweifach, jeweils in schematischer Ansicht von oben. Vor dem Prellbock 1 steht jeweils ein Schienenfahrzeug 300. Dieses besitzt im hinteren Endbereich einen Drehkranz mit einer Drehachse 302. Am hinteren Ende des Fahrzeugs sind Fahrzeugpuffer 301 angeordnet. Der Prellbock 1 besitzt einen Prellbockkörper 2 und einen an einer Drehachse 4 beweglich gelagerten Pufferträger 3 mit Prallplatten 5.
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Bei der oberen Abbildung in 1 verlaufen die Schienen geradlinig. Die Mittelachse des Fahrzeugs 300 und die Mittelachse des beweglichen Pufferträgers 3 liegen auf der Mittelachse des Gleises. Die Fahrzeugpuffer 301 und die Prallplatten 5 des Prellbocks 1 liegen voreinander. Ein Stoß des Schienenfahrzeugs 300 auf die Prallplatten 5 wird symmetrisch über die Drehachse 4 in den Prellbockkörper 2 und darüber in die Schienen 200 eingeleitet.
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Bei der unteren Abbildung in 1 ist das Gleis mit den Schienen 200 gekrümmt. Dadurch, dass die Drehachse 302 am Fahrzeug 300 nicht unmittelbar am Heck angeordnet ist, schwenkt dieses im Gleisbogen aus. Die Mittelachse des Fahrzeughecks – also auch die Mitte der Anordnung der Fahrzeugpuffer 301 – schwenkt von der Gleismittelachse aus nach außen. Der bewegliche Pufferträger 3 am Prellbock 1 kann nach dem Stand der Technik zwar weit genug um seine Drehachse 4 geschwenkt werden, so dass dieselbe Winkelstellung an einer imaginären Verbindungslinie der Prallplatten 5 am Prellbock 1 erreicht wird wie an einer gedachten Verbindungslinie der Fahrzeugpuffer 301. Jedoch wandert der bewegliche Pufferträger 3 dabei mit seiner Mittelachse zur Gleisinnenseite aus, also entgegengesetzt zu der Schwenkbewegung des Fahrzeughecks, welches zur Gleisaußenseite wandert. Dadurch entsteht ein Versatz der beiden Mittelachsen von Pufferträger 3 und Fahrzeugheck, der in der unteren Abbildung gekennzeichnet ist.
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Um diesen Versatz auszugleichen, müsste der Pufferträger 3 in seiner vorhandenen Winkelstellung in Bezug auf den Prellbockkörper 2 in die durch die gestrichelten Linien gekennzeichnete Stellung außerhalb der Gleismittelachse translatorisch verschoben werden, was aber aufgrund der konstruktiven Festlegung des Pufferträgers 3 an der Drehachse 4 nicht möglich ist.
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Darauf hinzuweisen ist noch, dass Gleiskrümmung, Winkelstellungen und Achsversatz in 1 nicht maßstäblich abgebildet, sondern bewusst überzeichnet sind, um das der Erfindung zugrunde liegende Problem zu verdeutlichen.
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2 zeigt einen Prellbock 100 nach der Erfindung, der auf zwei Schienen 200 eines Gleises aufgesetzt ist in perspektivischer Ansicht. Er umfasst einen stationären Prellbockkörper 20 und einen beweglichen Pufferträger 10.
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Der Prellbockkörper 20 besitzt als Prellbockseitenteile zumindest zwei Stoßdreiecke 22, die jeweils oberhalb einer Schiene 200 angeordnet sind. Die Stoßdreiecke 22 sind parallel zueinander und vertikal ausgerichtet. Sie sind über einen Querträger 21 sowie verschiedene Verstrebungen 29 im unteren Bereich miteinander verbunden. Am Querträger 21 ist eine aufragende Stützkante 27 ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel von oben gesehen konkav gekrümmt ist.
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Vor der vertikalen Stützkante 27 ist wenigstens eine horizontale Gleitfläche 26 ausgebildet, auf der der Pufferträger 10 aufliegt. Dabei kann sich die einteilige Gleitfläche über den Prellbockkörper 20 hinweg erstrecken. Vorzugsweise sind wenigstens zwei einzelne Gleitflächen in einer gemeinsamen Gleitebene ausgebildet, wobei jeweils oberhalb einer Schiene 200 wenigstens eine Gleitfläche 26 vorgesehen ist.
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Ein Paar von Konsolen 24 ist gegenüber der Stützkante 27 zur Vorderseite des Prellbockkörpers 20 hin in Längsrichtung versetzt. Die Konsolen 24 erstrecken sich über die Gleitfläche 26 hinaus nach oben und dienen als Seitenführungselemente 24 für den dazwischen positionierten Pufferträger 10. Zudem dienen die Konsolen 24 als Befestigungspunkte für eine sich über den Pufferträger hinweg erstreckende Traverse 23. Die Konsolen 24 und die Traverse 23 bilden einen Bügel, über den der Pufferträger 10 auf den Gleitflächen 26 gehalten und damit in vertikaler Richtung am Prellbockkörper 20 festgelegt ist. Ein Abheben des Pufferträgers 10 wird dadurch verhindert.
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Der Pufferträger 10 besitzt an seiner Vorderseite beidseits je einen Vorsprung, der hier als Puffer 12 bezeichnet wird und eine endseitige Prallplatte 13 aufweist. An seiner rückwärtigen Seite besitzt der Pufferträger 10 eine vertikal aufragende, konvex gekrümmte Abrollfläche 11. Der Radius der Abrollfläche 11 ist kleiner als der Radius der Stützkante 27, sodass es eine schmale Berührungszone zwischen dem Pufferträger 10 und der Stützkante 27 gibt.
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3A zeigt einen erfindungsgemäßen Prellbock 100 mit einem davor stehenden Schienenfahrzeug 300 in Ansicht von oben. Der Prellbock 100 ist in einem Gleis mit Radius angeordnet, was an der Winkelabweichung zwischen einer Mittelachse 201 des Gleises und einer Mittelachse 304 im unmittelbaren Endbereich des Schienenfahrzeugs 300 erkennbar ist.
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Der Pufferträger 10 stützt sich mit seiner rückwärtigen Abrollfläche 11 an der Stützkante 27 an der Vorderseite des Querträgers 21 des Prellbockkörpers 20 ab. Der Querträger 21 ist zur Seite hin über die Stoßdreiecke 22 an den Schienen abgestützt. Die Stoßdreiecke 22 sind über Querverstrebungen 29 miteinander verbunden. Im vorderen Bereich des Prellbockkörpers 20 sind an beiden Seiten, jeweils oberhalb einer Schiene, Gleitflächen 26 vorgesehen, auf denen der Pufferträger 10 lose aufliegt.
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Der Pufferträger 10 ist gegenüber dem Prellbockkörper 20 nach hinten hin durch die Anlage der Abrollfläche 11 an der Stoßkante 27 festgelegt. Seitlich sind die Seitenkanten 18 des Pufferträgers 10 zwischen zwei Konsolen 24 geführt.
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Aus 3A ist ersichtlich, dass in der realen Anwendung angesichts großer Gleisradien wesentlich kleinere Winkelfehler auszugleichen sind als es bei den schematischen Übersichten zum Stand der Technik in 1 dargestellt ist. Aufgrund der hohen Massen anprallender Züge verursachen aber selbst kleine Winkelfehlstellungen extreme Querkräfte und/oder Biegemomente am Prellbock und auf das Gleis.
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Trotz der gegebenen Winkelabweichung zwischen den Mittelachsen 201, 304 scheint der Pufferträger 10 mittig und gerade auf dem Prellbockkörper 20 aufzuliegen. Tatsächlich ist aber bereits eine minimale Winkeldifferenz eingestellt. Damit wird erreicht, dass die beiden Puffer 12 gleichzeitig von den Fahrzeugpuffern 301 getroffen werden, falls es zu einem Anstoß kommt. Da der Pufferträger 10 in seiner wie auch immer voreingestellten Winkellage gegenüber dem Prellbockkörper 20 in der Ebene der Gleitflächen 26 nicht fixiert ist, kann noch während des Anstoßes des Schienenfahrzeugs 300 eine selbsttätige Nachjustierung erfolgen, wenn beispielsweise ein Fahrzeugpuffer 301 weiter nach hinten herausragt als der andere. Ein einseitiger Anstoß an den Pufferträger 10 führt dann dazu, dass dieser sich in eine optimale Winkellage bewegt, bis beide Fahrzeugpuffer 301 gleichzeitig anliegen. Erst dann wird der Fahrzeugstoß über die Abrollkante 11 auf die Stützkante 27 weitergeleitet.
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3B zeigt den Bereich einer Seitenkante 18 des Pufferträgers 10 in Vergrößerung. Die dargestellte, bevorzugte Ausführungsform besitzt hier eine besondere Form im Übergang zu den Puffern 12. Die von hinten zunächst schräg nach vorn verlaufende Seitenkante 18 endet im Bereich einer Rundung 18.1 und läuft dann noch einmal schräg nach innen in einen Rücksprung 18.2. Durch diese Profilierung liegen die Seitenkanten 18 ständig weitgehend spielfrei zwischen den Seitenführungselementen, und der Pufferträger 10 kann dennoch in kleinen Maßen gedreht und dann verschoben werden. Die Rundung 18.1 hat einen Radius, der dem Abstand zwischen den Innenkanten der Konsolen 24 entspricht. Muss ein größerer Winkel ausgeglichen werden, kann die Rundung 18.1 an einer der beiden Seitenkanten aus dem Einflussbereich der Konsole 24 heraus gedreht werden. Dann entsteht ein Freiraum zwischen Konsoleninnenseite und der Seitenkante 18, der für eine Querverschiebung des Pufferträgers nutzbar ist.
