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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stoßenergieverzehrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stoßenergieverzehrvorrichtungen der gattungsgemäßen Art weisen ein Verformungsrohr auf und werden beispielsweise als effizientes, kostengünstiges und zuverlässiges Stoßenergieverzehrelement in Schienenfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise in Zugkupplungen oder als nachgelagertes Verformungsrohr in Richtung des Wagenkastens hinter dem Lagerbock für die Zugkupplung.
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Das Funktionsprinzip bekannter Stoßenergieverzehrvorrichtungen mit einem Verformungsrohr ist aus den 1a, 1b, 2a und 2b ersichtlich. Bei der Ausführungsform gemäß den 1a und 1b, wobei die 1a die Stoßenergieverzehrvorrichtung vor deren Ansprechen, das heißt vor einer Kollision des Schienenfahrzeugs, zeigt und die 1b dieselbe Stoßenergieverzehrvorrichtung nach ihrem Ansprechen, das heißt nach einer Kollision des Schienenfahrzeugs, zeigt, wird beim Ansprechen beziehungsweise bei der Kollision der Stößel derart in das Verformungsrohr gepresst, dass dieses sich radial nach außen aufweitet und verformt. Demgemäß gleitet der Stößel radial innen entlang der Verformungswand des Verformungsrohres, um dadurch die notwendigen Verformungskräfte auf die Verformungswand aufzubringen. Gleichzeitig erfährt der Stößel entsprechende Reaktionskräfte, die ihn radial nach innen pressen.
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Bei der in den 2a und 2b entsprechend dargestellten Ausführungsform verformt der Stößel die Verformungswand radial nach innen und erfährt entsprechend radial nach außen gerichtete Reaktionskräfte.
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In der Praxis ist es wünschenswert, möglichst viel kinetische Energie im Verformungsrohr umzuwandeln, um das Kupplungssystem und das Fahrzeug beziehungsweise dessen Passagiere zu schützen. Grundsätzlich kann dies dadurch erreicht werden, dass die Wandstärke der Verformungswand erhöht wird, sodass sie einen höheren Widerstand gegenüber ihrer Verformung bietet. Auch durch die Auswahl eines vergleichsweise biegesteiferen Werkstoffes für die Verformungswand kann die bei der Verformung verzehrte kinetische Stoßenergie vergrößert werden.
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Nachteilig bei den genannten Maßnahmen zur Vergrößerung der verzehrten Stoßenergie ist jedoch, dass dabei auch die auf den Stößel wirkenden Radialkräfte erhöht werden, sodass dieser, um ein unerwünschtes Ausweichen zu verhindern, entsprechend verstärkt werden muss.
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Eine weitere Möglichkeit für die Vergrößerung der verzehrbaren Stoßenergie liegt darin, den Durchmesser des Verformungsrohres und des Stößels zu vergrößern. Dies ist jedoch aus Gründen des Bauraumes unerwünscht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom dargestellten Stand der Technik eine Stoßenergieverzehrvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, vergleichsweise mehr kinetische Energie zu verzehren, ohne die genannten Nachteile aufzuweisen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Stoßenergieverzehrvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Stoßenergieverzehrvorrichtung weist ein Verformungsrohr und einen Stößel auf, die sich jeweils mit ihrer Längsachse entlang einer Stoßrichtung erstrecken und relativ zueinander entlang der Stoßrichtung, also entlang ihrer jeweiligen Längsachse, wobei die beiden Längsachsen in der Regel miteinander fluchten, verschiebbar sind. Der Stößel greift bei einer entsprechenden Relativverschiebung verformend am Verformungsrohr an.
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Erfindungsgemäß weist das Verformungsrohr eine innere Verformungswand und eine diese zumindest teilweise oder vollständig umschließende äußere Verformungswand auf. Der Stößel ist derart gegenüber dem Verformungsrohr positioniert, dass er bei der Relativverschiebung zwischen die innere und die äußere Verformungswand eintaucht und dabei die innere und die äußere Verformungswand vorteilhaft gleichzeitig verformt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann besonders viel kinetische Energie im Vergleich zum Durchmesser der Stoßenergieverzehrvorrichtung in Verformungsenergie umgewandelt werden. Dabei ist es nicht notwendig, dass der Stößel besonders starr gegen in Radialrichtung wirkende Kräfte ausgelegt ist. Wenn gewünscht, kann jedoch der Stößel selbstverständlich trotzdem entsprechend starr wie die bekannten Ausführungsformen oder sogar verhältnismäßig starrer ausgeführt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Stößel ein dem Verformungsrohr zugewandtes vorderes Ende auf, welches bei der Relativverschiebung zwischen die innere und die äußere Verformungswand eintaucht. Das vordere Ende weist dabei sowohl radial innen als auch radial außen eine konische Verjüngung in Richtung des dem Verformungsrohr zugewandten freien Endes auf.
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Beispielsweise wird das vordere Ende durch einen Ring mit doppelter Schräge gebildet. Entsprechend ist eine erste radial äußere Schräge radial außerhalb der Spitze beziehungsweise des freien Endes vorgesehen und eine radial innere Schräge entsprechend radial innerhalb der Spitze beziehungsweise des freien Endes.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die innere Verformungswand und die äußere Verformungswand zueinander verschiedene Verformungswiderstände auf. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die innere Verformungswand eine andere Wandstärke als die äußere Verformungswand aufweist und/oder aus einem anderen Werkstoff hergestellt ist beziehungsweise eine andere Zähigkeit und/oder Härte aufweist.
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Das vordere Ende kann integral mit einem Grundkörper des Stößels ausgeführt sein. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das vordere Ende als separates Bauteil und insbesondere austauschbar an dem Grundkörper angeschlossen ist. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, nach dem Ansprechen der Stoßenergieverzehrvorrichtung nach einer Kollision das vordere Ende auszutauschen, falls dies beschädigt wurde, wenn der Grundkörper noch intakt ist. Ferner ermöglicht dies auf einfache Weise, das vordere Ende aus einem anderen Werkstoff als den Grundkörper herzustellen und/oder insbesondere mechanisch oder thermisch getrennt vom Grundkörper zu bearbeiten/behandeln.
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Wenigstens eine der beiden Verformungswände oder beide Verformungswände kann/können einteilig mit einem Träger des Verformungsrohres ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine der Verformungswände als separates, insbesondere austauschbares Bauteil am Träger angeschlossen. Dies ermöglicht beispielsweise, die Verformungswand aus einem anderen Werkstoff als den Träger herzustellen und/oder falls der Träger noch intakt ist und die Verformungswand verformt wurde, diese auszutauschen. Auch die zum vorderen Ende des Stößels dargestellte separate Bearbeitung oder Behandlung ist möglich.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, entsprechend beide Verformungswände als separate, insbesondere austauschbare Bauteile am Träger anzuschließen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind beide am Träger angeschlossene Verformungswände aus einem anderen Werkstoff hergestellt als der Träger. Zusätzlich oder alternativ können die beiden Verformungswände aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Verformungsrohr und der Stößel mittels eines Zugankers gegeneinander verspannt. Ein solcher Zuganker kann beispielsweise durch eine Stange gebildet werden, die an einem Ende ein Gewinde mit einer aufgeschraubten Mutter oder ein in ein Bauteil des Verformungsrohres oder Stößels eingeschraubtes Gewinde aufweist und am anderen Ende ebenfalls ein Gewinde mit einer aufgeschraubten Mutter oder einen anders ausgebildeten Flansch. Der Zuganker kann auch an einem Ende integral mit dem Stößel oder dem Verformungsrohr ausgeführt ist.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1a, 1b, Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik; 2a, 2b
- 3a, 3b ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4a, 4b ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 und 6 weitere mögliche Details in Ausführungsformen der Erfindung;
- 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 8 und 9 schematisch weitere mögliche Details von erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
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In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen für sich entsprechende Bauteile verwendet. Mit 1 ist das Verformungsrohr und mit 2 der Stößel der Stoßenergieverzehrvorrichtung bezeichnet. In den Figuren a ist jeweils die Stoßenergieverzehrvorrichtung vor einer Kollision eines Schienenfahrzeugs, in welchem sie eingesetzt ist, gezeigt, also vor deren Auslösen. In den Figuren b ist jeweils der Zustand nach der Kollision beziehungsweise nach dem Auslösen gezeigt.
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Bei der Ausgestaltung gemäß den 3a und 3b weist das Verformungsrohr 1 eine innere Verformungswand 4 und eine äußere Verformungswand 5 auf, die sich konzentrisch zur Längsachse 3 erstrecken. Der Stößel 2 taucht beim Auslösen der Stoßenergieverzehrvorrichtung in Axialrichtung, das heißt in Richtung der Längsachse 3, zunehmend in den Raum radial zwischen der inneren Verformungswand 4 und der äußeren Verformungswand 5 ein. Dabei wird sowohl die innere Verformungswand 4 als auch die äußere Verformungswand 5 durch das Eintauchen des Stößels 2 mit seinem vorderen Ende 6 in den genannten Raum verformt.
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Das vordere Ende 6 kann, wie hier gezeigt, mit einer doppelten Schräge beziehungsweise einer konischen Verjüngung radial innen und radial außen ausgeführt sein, um die Verformung der radial inneren Verformungswand 4 und der radial äußeren Verformungswand 5 ohne ein übermäßiges Stauchen derselben zu begünstigen.
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Bei der schematisch dargestellten Ausführungsform gemäß den 3a und 3b bildet die innere Verformungswand 4 zugleich den Anschluss für einen Zuganker 8, mit welchem der Stößel 2 und das Verformungsrohr 1 vor dem Auslösen der Stoßenergieverzehrvorrichtung gegeneinander verspannt sind, sodass das vordere Ende 6 des Stößels 2 geeignet zu den Verformungswänden 4, 5 des Verformungsrohres 1 positioniert ist.
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Die Ausgestaltung gemäß den 4a und 4b entspricht weitgehend jener der 3a und 3b. Allerdings ist hier der Anschluss für den Zuganker 8 im Verformungsrohr 1 getrennt von der inneren Verformungswand 4 vorgesehen, beispielsweise an einem Träger 7 des Verformungsrohres 1, welcher die beiden Verformungswände 4, 5 trägt.
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In den 5 und 6 sind konkretere Darstellungen einer Ausführungsform analog der schematischen Darstellung in den 3a und 3b gezeigt.
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Bei der Ausgestaltung gemäß der 5 ist ein Verformungsrohr 1 mit einem Träger 7 vorgesehen, an welchem die innere Verformungswand 4 und die äußere Verformungswand 5 jeweils als separate Bauteile angeschlossen sind. Bei der Ausgestaltung gemäß der 6 ist die innere Verformungswand 4 integral mit dem Träger 7 ausgeführt. Die äußere Verformungswand 5 ist separat am Träger 7 angeschlossen.
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Bei beiden Ausführungsformen weist der Stößel 2 einen Grundkörper 9 auf, an welchem das vordere Ende 6 als separates Bauteil angeschlossen ist, beispielsweise mit einem Stift 10. Ferner ist die Stange des Zugankers 8 an ihrem dem Verformungsrohr 1 zugewandten Ende mit einem Gewinde versehen, auf welches eine Mutter 11 aufgeschraubt ist, die axial an einem radial nach innen gerichteten Vorsprung der inneren Verformungswand 4 anschlägt. Insbesondere ist der Zuganker 8 über eine Passfeder als Verdrehsicherung am Verformungsrohr 1, hier der inneren Verformungswand 4, und am Stößel 2, hier dessen Grundkörper 9, angeschlossen.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird der entgegengesetzte axiale Anschlag des Zugankers 8, also an dem dem Stößel 2 zugewandten Ende, durch einen radialen Vorsprung in der Stange des Zugankers 8 gebildet, der entsprechend an einem radial nach innen gerichteten Vorsprung des Stößels 2, insbesondere dessen Grundkörpers 9, anschlägt.
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Die Krafteinleitung in die Stoßenergieverzehrvorrichtung erfolgt entlang der Längsachse 3 an den beiden gezeigten stirnseitigen Enden, hier des Grundkörpers 9 des Stößels 2 und des Trägers 7 des Verformungsrohres 1.
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Abweichend von den gezeigten Darstellungen könnte der Zuganker 8 auch mit einem axialen Ende in den Stößel 2 oder das Verformungsrohr 1 integriert werden, insbesondere einteilig mit diesem ausgeführt sein. Beispielsweise könnte sich die Stange des Zugankers 8 als axialer Vorsprung vom Grundkörper 9 des Stößels 2 axial bis in das Verformungsrohr 1 erstrecken und dort, wie dargestellt, mit einer Mutter 11 oder auch anders geeignet gesichert sein. Selbstverständlich wäre auch eine in Axialrichtung umgekehrte Ausführungsform möglich, mit einem entsprechenden axialen Vorsprung im Verformungsrohr 1, insbesondere dessen Träger 7.
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Die 7 zeigt nochmals schematisch die in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsform, wobei insbesondere hier jedoch beide Verformungswände 4 und 5 integriert beziehungsweise einteilig mit dem Träger 7 des Verformungsrohres 1 ausgeführt sind. Aus dieser Darstellung ergibt sich auch besonders deutlich die Möglichkeit, dass die äußere Verformungswand 5 an ihrem freien, dem Stößel 2 zugewandten Ende sich auch radial nach außen erstreckt, und/oder sich die innere Verformungswand 4 an dem entsprechenden Ende auch radial nach innen erstreckt. Diese diagonale Ausrichtung erleichtert ein Einführen des Stößels 2 in den Raum zwischen die innere Verformungswand 4 und die äußere Verformungswand 5.
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Bei der Ausgestaltung gemäß der 8 ist wiederum der Zuganker 8 am Träger 7 des Verformungsrohres 1 angeschlossen, nicht hingegen an der inneren Verformungswand 4. Ferner ist die Mutter 11 auf dem dem Stößel 2 zugeordneten Ende des Zugankers 8 positioniert. Bei der 8 ist der Zuganker 8 nach Art einer Schaftschraube ausgeführt, dessen Schraubenkopf axial an dem radial nach innen gerichteten Vorsprung im axialen Fortsatz des Trägers 7 anstößt.
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Bei der Ausgestaltung gemäß der 9 ist exemplarisch gezeigt, dass der Zuganker 8 in einem in dem axialen Fortsatz des Trägers 7 vorgesehenen Ringes geführt wird und/oder in diesen eingeschraubt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verformungsrohr
- 2
- Stößel
- 3
- Längsachse
- 4
- innere Verformungswand
- 5
- äußere Verformungswand
- 6
- vorderes Ende
- 7
- Träger
- 8
- Zuganker
- 9
- Grundkörper
- 10
- Stift
- 11
- Mutter
