DE102020112157A1 - Form-fitting component connection and energy dissipation device of a rail vehicle coupling with such a component connection - Google Patents

Form-fitting component connection and energy dissipation device of a rail vehicle coupling with such a component connection Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Bauteilverbindung mit wenigstens einem ersten Bauteil und mit wenigstens einem zweiten Bauteil; mit einem das erste Bauteil formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbindenden Verbindungselement, das durch eine das erste Bauteil und das zweite Bauteil entlang einer Achse durchdringende Bohrung gesteckt ist.Die erfindungsgemäße formschlüssige Bauteilverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement einen sich entlang der Achse erstreckenden hohlen Kern aufweist.The invention relates to a form-fitting component connection with at least one first component and with at least one second component; with a connecting element connecting the first component in a form-fitting manner to the second component, which is inserted through a hole penetrating the first component and the second component along an axis. The form-fitting component connection according to the invention is characterized in that the connecting element has a hollow core extending along the axis having.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine formschlüssige Bauteilverbindung und eine Energieverzehrvorrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung mit wenigstens einer formschlüssigen Bauteilverbindung.The present invention relates to a form-fitting component connection and an energy dissipation device of a rail vehicle coupling with at least one form-fitting component connection.

Bei Energieverzehrvorrichtungen in Schienenfahrzeugkupplungen und auch bei anderen technischen Konstruktionen müssen definierte Lasten sicher und dauerfest über formschlüssige Bauteilverbindungen übertragen werden. Gleichzeitig ist es bei bestimmten Anwendungen wünschenswert, dass vorbestimmte Bauteilverbindungen bei Erreichen einer festgelegten Versagenslast kontrolliert versagen, um Überlasten in anderen Bereichen der die formschlüssige Bauteilverbindung aufweisenden Konstruktion zu vermeiden beziehungsweise um alternative Lastwege zu ermöglichen.With energy absorption devices in rail vehicle couplings and also with other technical constructions, defined loads must be transmitted safely and permanently via form-fitting component connections. At the same time, it is desirable in certain applications that predetermined component connections fail in a controlled manner when a specified failure load is reached in order to avoid overloads in other areas of the construction having the form-fitting component connection or to enable alternative load paths.

Herkömmliche formschlüssige Bauteilverbindungen weisen wenigstens ein erstes Bauteil und wenigstens ein zweites Bauteil sowie ein das erste Bauteil formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbindendes Verbindungselement auf, das beispielsweise als Schraube ausgeführt ist. Die Schraube weist eine gezielte Querschnittschwächung durch eine in ihrer Oberfläche eingebrachte Umfangsnut auf. Diese Umfangsnut stellt in Abhängigkeit ihrer Geometrie die gewünschte Versagenslast ein, bei welcher an Abscheren des Schraubenschafts erfolgt.Conventional form-fitting component connections have at least one first component and at least one second component as well as a connection element that connects the first component with the second component in a form-fitting manner and is designed, for example, as a screw. The screw has a specific cross-sectional weakening due to a circumferential groove made in its surface. Depending on its geometry, this circumferential groove sets the desired failure load at which the screw shank shears off.

Nachteilig bei den bekannten Ausgestaltungen ist, dass durch die Querschnittsschwächung mit einer Oberflächennut auch die Dauerfestigkeit des entsprechenden Verbindungselementes stark herabgesetzt wird.The disadvantage of the known configurations is that the weakening of the cross-section with a surface groove also greatly reduces the fatigue strength of the corresponding connecting element.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Bauteilverbindung, beispielsweise in einer Energieverzehrvorrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung, anzugeben, wobei die Bauteilverbindung Lastzustände bis zu einer exakt einstellbaren Versagenslast erträgt und zugleich eine vergleichsweise hohe Dauerfestigkeit aufweist.The present invention is based on the object of specifying a form-fitting component connection, for example in an energy dissipation device of a rail vehicle coupling, the component connection withstanding load conditions up to an exactly adjustable failure load and at the same time having a comparatively high fatigue strength.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine formschlüssige Bauteilverbindung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Bauteilverbindung sowie eine Energieverzehrvorrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung mit einer solchen formschlüssigen Bauteilverbindung angegeben.The object according to the invention is achieved by a form-fitting component connection with the features of claim 1. In the dependent claims, advantageous and particularly expedient configurations of the component connection and an energy dissipation device of a rail vehicle coupling with such a form-fitting component connection are specified.

Die erfindungsgemäße formschlüssige Bauteilverbindung weist wenigstens ein erstes Bauteil und wenigstens ein zweites Bauteil sowie ein das erste Bauteil formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbindendes Verbindungselement auf. Das Verbindungselement ist durch eine das erste Bauteil und das zweite Bauteil entlang einer Achse durchdringende Bohrung gesteckt.The form-fitting component connection according to the invention has at least one first component and at least one second component as well as a connection element that connects the first component to the second component in a form-fitting manner. The connecting element is inserted through a hole penetrating the first component and the second component along an axis.

Erfindungsgemäß weist das Verbindungselement einen sich entlang der Achse erstreckenden hohlen Kern auf.According to the invention, the connecting element has a hollow core extending along the axis.

Durch den hohlen Kern, der sich beispielsweise konzentrisch zur Achse erstrecken kann, kann eine signifikant höhere Dauerfestigkeit des Verbindungselements erreicht werden, weil sich das Widerstandsmoment im Vergleich zu jenem der bekannten Verbindungselemente erheblich erhöht. Dadurch kann bei identischer gegebener Versagenslast eine wesentlich höhere Dauerfestigkeit erreicht werden.The hollow core, which can extend concentrically to the axis, for example, allows a significantly higher fatigue strength of the connecting element to be achieved because the section modulus increases considerably compared to that of the known connecting elements. As a result, a significantly higher fatigue strength can be achieved with an identical given failure load.

Die Bauteilverbindung kann als vorgespannte oder als nicht vorgespannte Verbindung ausgeführt sein. Bei einer vorgespannten Ausführung sind verschiedene Varianten möglich, wie die Vorspannung aufgebracht wird, zum Beispiel mittels einer Schraubverbindung oder einer Steckverbindung mit Konterelement. Bei einer Schraubverbindung sind verschiedene Antriebe am Verbindungselement und/oder an einem Konterelement möglich, wie Außenantriebe, zum Beispiel Außensechskant, oder Innenantriebe, beispielsweise mit Innensechskant oder mit einer Sternform.The component connection can be designed as a pre-stressed or non-pre-stressed connection. In the case of a pre-tensioned design, different variants are possible as to how the pre-tension is applied, for example by means of a screw connection or a plug connection with a counter element. In the case of a screw connection, various drives are possible on the connecting element and / or on a counter element, such as external drives, for example external hexagon, or internal drives, for example with a hexagon socket or with a star shape.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verbindungselement einen zylinderförmigen, sich innerhalb der Bohrung durch das erste Bauteil und das zweite Bauteil erstreckenden Schaft auf. Ein solcher Schaft ist besonders leicht herstellbar und kann leicht beispielsweise durch eine entsprechend kreisrunde Bohrung in den Bauteilen eingeführt werden.According to an advantageous embodiment, the connecting element has a cylindrical shaft extending within the bore through the first component and the second component. Such a shaft is particularly easy to manufacture and can easily be introduced into the components, for example through a correspondingly circular bore.

Gemäß einer Ausführungsform ist der hohle Kern innerhalb des Verbindungselementes als sich entlang der Achse erstreckende Blindbohrung ausgeführt. Dabei kann beispielsweise ein ein Gewinde tragender Bereich des Verbindungselementes ohne Kern, das heißt massiv ausgeführt sein.According to one embodiment, the hollow core within the connecting element is designed as a blind bore extending along the axis. In this case, for example, an area of the connecting element bearing a thread can be embodied without a core, that is to say solid.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Kern als Durchgangsbohrung durch das Verbindungselement ausgeführt. Damit kann ein besonders einheitliches Widerstandsmoment entlang der Achse erreicht werden.According to an alternative embodiment, the core is designed as a through hole through the connecting element. In this way, a particularly uniform section modulus can be achieved along the axis.

Der Kern kann zylinderförmig sein, wodurch er sich besonders leicht herstellen lässt. Jedoch kommen auch andere Querschnittsformen, beispielsweise eine Sternform oder eine Polygonform, in Betracht. Auch eine elliptische Form oder andere Bogenformen sind prinzipiell möglich.The core can be cylindrical, which makes it particularly easy to manufacture. However, other cross-sectional shapes, for example a star shape or a polygon shape, are also possible. An elliptical shape or other arched shapes are also possible in principle.

Bevorzugt ist das Verbindungselement als Schraube ausgeführt. Demnach kann das Verbindungselement einen Schraubenkopf und ein Gewinde aufweisen, auf welches ein Konterelement, beispielsweise eine Mutter, aufgeschraubt oder in welches ein Konterelement eingeschraubt ist. Der Schraubenkopf und/oder das Konterelement kann, wie dargelegt, einen entsprechenden Antrieb, Innenantrieb und/oder Außenantrieb, aufweisen.The connecting element is preferably designed as a screw. Accordingly, the connecting element can have a screw head and a thread onto which a counter element, for example a nut, is screwed or into which a counter element is screwed. The screw head and / or the counter element can, as explained, have a corresponding drive, internal drive and / or external drive.

Bevorzugt sind das erste Bauteil und das zweite Bauteil durch das Verbindungselement entlang der Achse gegeneinander vorgespannt. Beispielsweise bei Gestaltung des Verbindungselementes als Schraube wird diese vorzugsweise mit einem vorgegebenen Anzugsmoment montiert. Dadurch kann eine Versagenslast exakt eingestellt werden.The first component and the second component are preferably prestressed against one another along the axis by the connecting element. For example, if the connecting element is designed as a screw, it is preferably installed with a predetermined tightening torque. This allows a failure load to be set exactly.

Günstig ist, wenn das Verbindungselement wenigstens eine Kerbe entlang seines äußeren Umfangs aufweist, wobei sich die Kerbe bevorzugt über den gesamten Umfang erstreckt, jedoch auch eine Teilumfangskerbe möglich ist. Mit einer solchen Kerbe kann die Versagenslast exakt eingestellt werden, da die Kerbe eine entsprechende Querschnittsschwächung darstellt und eine Kerbwirkung erzeugt. Der Querschnittsform der Kerbe kann eckig und/oder rund sein.It is favorable if the connecting element has at least one notch along its outer circumference, the notch preferably extending over the entire circumference, but a partial circumferential notch is also possible. With such a notch, the failure load can be set precisely, since the notch represents a corresponding cross-sectional weakening and creates a notch effect. The cross-sectional shape of the notch can be angular and / or round.

Insbesondere weist das Verbindungselement im Bereich wenigstens einer Schnittstelle zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil eine Kerbe entlang seines äußeren Umfangs auf.In particular, the connecting element has a notch along its outer circumference in the region of at least one interface between the first component and the second component.

Die Erfindung ist sowohl bei einschnittigen Bauteilverbindungen wie auch bei mehrschnittigen Bauteilverbindung anwendbar. Bei einer einschnittigen Verbindung gibt es eine einzige Schnittstelle zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil. Bei mehrschnittigen Verbindungen gibt es wenigstens zwei Schnittstellen zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Bauteile mit dem Verbindungselement miteinander verbunden sein, mit einer entsprechend erhöhten Anzahl von Schnittstellen zwischen den Bauteilen.The invention can be used both with single-layer component connections and with multi-layer component connections. In the case of a single-shear connection, there is a single interface between the first component and the second component. In the case of multi-level connections, there are at least two interfaces between the first component and the second component. Of course, more than two components can also be connected to one another with the connecting element, with a correspondingly increased number of interfaces between the components.

Wenn mehrere Bauteilschnittstellen vorgesehen sind, so ist bevorzugt je Schnittstelle wenigstens eine entsprechende Kerbe am äußeren Umfang des Verbindungselements vorgesehen, die vorteilhaft unmittelbar im Bereich der Schnittstelle positioniert ist.If several component interfaces are provided, at least one corresponding notch is preferably provided for each interface on the outer circumference of the connecting element, which is advantageously positioned directly in the region of the interface.

Eine erfindungsgemäße Energieverzehrvorrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung weist wenigstens eine formschlüssige Bauteilverbindung der dargestellten Art auf.An energy dissipation device according to the invention of a rail vehicle coupling has at least one form-fitting component connection of the type shown.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur exemplarisch erläutert werden.The invention is to be explained below using an exemplary embodiment and the figure.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße formschlüssige Bauteilverbindung gezeigt, die beispielsweise Bestandteil einer Energieverzehrvorrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung ist. Die formschlüssige Bauteilverbindung weist wenigstens ein erstes Bauteil 1 und wenigstens ein zweites Bauteil 2 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bauteilverbindung zweischnittig mit einer ersten Schnittstelle I und einer zweiten Schnittstelle II ausgeführt. Dies ist jedoch nicht zwingend.In the 1 a form-fitting component connection according to the invention is shown, which is, for example, part of an energy dissipation device of a rail vehicle coupling. The interlocking component connection has at least one first component 1 and at least one second component 2 on. In the exemplary embodiment shown, the component connection is two-cut with a first interface I. and a second interface II executed. However, this is not mandatory.

Durch die beiden Bauteile 1, 2 ist eine Bohrung 4 eingebracht, die sich entlang der Achse X erstreckt. In die Bohrung 4 ist ein Verbindungselement 3 eingesteckt, das sich im gezeigten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht zwingend, über beide axiale Enden der Bohrung 4 hinaus erstreckt. Alternativ könnte beispielsweise das Verbindungselement 3 auch in eines der Bauteile 1, 2 eingeschraubt sein oder anderweitig in dem Bauteil 1, 2 befestigt sein, beispielsweise mit einer formschlüssigen und/oder reibschlüssigen Verbindung.Through the two components 1 , 2 is a hole 4th introduced along the axis X extends. In the hole 4th is a connector 3 inserted, which in the illustrated embodiment, but not necessarily, over both axial ends of the bore 4th extends beyond. Alternatively, for example, the connecting element 3 also in one of the components 1 , 2 be screwed or otherwise in the component 1 , 2 be attached, for example with a form-fitting and / or frictional connection.

Das Verbindungselement 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schraube ausgeführt, die einen am ersten Bauteil 1 anliegenden Schraubenkopf 7, einen sich daran anschließenden Schaft 8 und ein Außengewinde 9 aufweist, auf welches eine sich über eine Unterlegscheibe 11 ebenfalls am ersten Bauteil 1 abstützende Mutter 10 aufgeschraubt ist. Wenn eine einschnittige Verbindung vorgesehen wäre, würde sich die Mutter 10 entsprechend am zweiten Bauteil 2 abstützen.The connecting element 3 is designed in the embodiment shown as a screw that has one on the first component 1 adjacent screw head 7th , an adjoining shaft 8th and an external thread 9 has, on which one is on a washer 11 also on the first component 1 supporting mother 10 is screwed on. If a single-line connection were provided, the nut would 10 correspondingly on the second component 2 prop up.

Je Schnittstelle I, II ist in der äußeren Oberfläche des Schafts 8 eine Kerbe 6 vorgesehen, die sich entlang des Umfangs des Verbindungselements 3 erstreckt und im gezeigten Ausführungsbeispiel exakt im Bereich der jeweiligen Schnittstelle I, II positioniert ist. Es könnte jedoch auch eine andere Positionierung gewählt sein.Per interface I. , II is in the outer surface of the shaft 8th a notch 6th provided that extends along the circumference of the connecting element 3 extends and in the embodiment shown exactly in the area of the respective interface I. , II is positioned. However, a different positioning could also be selected.

Die Kerbe 6 kann einen runden und/oder winkligen Querschnitt aufweisen.The notch 6th can have a round and / or angled cross-section.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Kerbe 6 unterhalb des Schraubenkopfes 7 vorgesehen, dies ist jedoch nicht zwingend. Ferner könnte zusätzlich auch im Bereich der Mutter 10 beziehungsweise der Unterlegscheibe 11 an der entsprechenden Schnittstelle zum Bauteil 1 eine Kerbe 6 vorgesehen ein.In the embodiment shown, there is another notch 6th below the screw head 7th provided, but this is not mandatory. In addition, it could also be in the area of the mother 10 or the washer 11 at the corresponding interface to the component 1 a notch 6th provided a.

Erfindungsgemäß weist das Verbindungselement 3 einen hohlen Kern 5 auf, der sich entlang der Achse X erstreckt.According to the invention, the connecting element 3 a hollow core 5 on, which is along the axis X extends.

Der hohle Kern 5 kann beispielsweise als Blindbohrung, wie durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist, oder als Durchgangsdurchbohrung, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, ausgeführt sein.The hollow core 5 can, for example, be designed as a blind hole, as shown by the solid lines, or as a through-hole, as shown by the dashed lines.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
erstes Bauteilfirst component
22
zweites Bauteilsecond component
33
VerbindungselementConnecting element
44th
Bohrungdrilling
55
Kerncore
66th
Kerbescore
77th
SchraubenkopfScrew head
88th
Schaftshaft
99
AußengewindeExternal thread
1010
Muttermother
1111
UnterlegscheibeWasher
XX
Achseaxis
II.
Schnittstelleinterface
1111
Schnittstelleinterface

Claims (10)

Formschlüssige Bauteilverbindung mit wenigstens einem ersten Bauteil (1) und mit wenigstens einem zweiten Bauteil (2); mit einem das erste Bauteil (1) formschlüssig mit dem zweiten Bauteil (2) verbindenden Verbindungselement (3), das durch eine das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) entlang einer Achse (X) durchdringende Bohrung (4) gesteckt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) einen sich entlang der Achse (X) erstreckenden hohlen Kern (5) aufweist.Positive component connection with at least one first component (1) and with at least one second component (2); with a connecting element (3) which positively connects the first component (1) to the second component (2) and which is inserted through a bore (4) penetrating the first component (1) and the second component (2) along an axis (X) is; characterized in that the connecting element (3) has a hollow core (5) extending along the axis (X). Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) einen zylinderförmigen, sich innerhalb der Bohrung (4) durch das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) erstreckenden Schaft (8) aufweist.Positive component connection according to Claim 1 , characterized in that the connecting element (3) has a cylindrical shaft (8) extending inside the bore (4) through the first component (1) and the second component (2). Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (5) als sich entlang der Achse (X) erstreckende Blindbohrung ausgeführt ist.Positive component connection according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the core (5) is designed as a blind hole extending along the axis (X). Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (5) als sich entlang der Achse (X) erstreckende Durchgangsbohrung ausgeführt ist.Positive component connection according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the core (5) is designed as a through hole extending along the axis (X). Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) als Schraube ausgeführt ist.Positive component connection according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the connecting element (3) is designed as a screw. Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) durch das Verbindungselement (3) entlang der Achse (X) gegeneinander verspannt sind.Positive component connection according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the first component (1) and the second component (2) are braced against one another by the connecting element (3) along the axis (X). Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) wenigstens eine Kerbe (6) entlang seines äußeren Umfangs aufweist.Positive component connection according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the connecting element (3) has at least one notch (6) along its outer circumference. Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) im Bereich wenigstens einer Schnittstelle (I, II) zwischen dem ersten Bauteil (1) und dem zweiten Bauteil (2) mit einer Kerbe (6) entlang des äußeren Umfangs versehen ist.Positive component connection according to Claim 7 , characterized in that the connecting element (3) is provided with a notch (6) along the outer circumference in the region of at least one interface (I, II) between the first component (1) and the second component (2). Formschlüssige Bauteilverbindung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) im Bereich jeder Schnittstelle zwischen dem ersten Bauteil (1) und dem zweiten Bauteil (2) mit wenigstens einer Kerbe (6) entlang des äußeren Umfangs versehen ist.Positive component connection according to Claim 8 , characterized in that the connecting element (3) is provided with at least one notch (6) along the outer circumference in the region of each interface between the first component (1) and the second component (2). Energieverzehrvorrichtung einer Schienenfahrzeugkupplung mit wenigstens einer formschlüssigen Bauteilverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.Energy absorption device of a rail vehicle coupling with at least one form-fitting component connection according to one of the Claims 1 until 9 .
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