DE10301273A1 - Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie bei einem Aufprall eines Schienenfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie bei einem Aufprall eines Schienenfahrzeuges auf ein Hindernis. Es ist vorgesehen, dass weitgehend in Fahrtrichtung verlaufende Module (1 bis 4) mit Strukturen des Schienenfahrzeuges verbunden sind und dass die Module (1 bis 4) im Bereich der Strukturen steif und sonst verformbar sind.

Description

• Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie bei einem Aufprall eines Schienenfahrzeuges auf ein Hindernis Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie bei einem Aufprall eines Schienenfahrzeuges auf ein Hindernis.
• Auf ein Schienenfahrzeug wirken vertikale und horizontale Kräfte ein. Während die vertikalen Kräfte auf das Gewicht des Fahrzeuges, sowie der beförderten Güter und Personen zurückzuführen sind, stehen die horizontalen Kräfte mit dem Pufferdruck in Verbindung. Die Anforderungen an den Pufferdruck machen eine bestimmte Längssteifigkeit des Wagenkastens des Schienenfahrzeuges erforderlich. Diese Längssteifigkeit stand bisher im Widerspruch zu Anforderungen an den Aufbau des Wagenkastens, die sich aus der Betrachtung von Zusammenstößen ergeben. In einer Aufprallsituation soll nämlich die negative Beschleunigung einen vorgegebenen Betrag nicht überschreiten, was eine plastische Verformbarkeit des Wagenkastens erfordert, weil übliche Absorberelemente, die z.B. in den Puffern angeordnet sind, bei einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit nicht ausreichen. Ein solcher niedriger Beschleunigungsbetrag ist für die Sicherheit von Personen im Schienenfahrzeug erforderlich. Eine bisher übliche Zellenstruktur des Wagenkastens hat den Nachteil, dass die Verformung bei einem Aufprall ungeordnet erfolgt.
• Es ergab sich also bisher der Widerspruch, dass der Wagenkasten zur Aufnahme des Pufferdruckes möglichst steif, zur Minimierung des Beschleunigungsbetrages bei einem Aufprall aber möglichst elastisch sein sollte.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie bei einem Aufprall eines Schienenfahrzeuges auf ein Hindernis anzugeben, die sowohl die Widerstandsfähigkeit des Wagenkastens im üblichen Fahrbetrieb als auch die gezielte Verformbarkeit bei einem Zusammenstoß und damit den Schutz des Innenraumes des Schienenfahrzeugs gewährleistet.
• Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass weitgehend in Fahrtrichtung verlaufende Module mit Strukturen des Schienenfahrzeugs verbunden sind und dass die Module im Bereich der Strukturen steif und sonst verformbar sind.
• Mit solchen Modulen wird der Vorteil erzielt, dass die Vorrichtung im üblichen Fahrbetrieb stabil bleibt, jedoch bei einem Aufprall kontrolliert verformt wird. Durch diese kontrollierte Verformung wird bei einem Aufprall der Betrag der Beschleunigung zum Schutz von Personen im Inneren des Schienenfahrzeuges ausreichend klein gehalten. Die auf das Schienenfahrzeug während des Aufpralls einwirkende Kraft bleibt über den Verformungsweg weitgehend gleich.
• Die Module enthalten beispielsweise in verformbaren Abschnitten Bohrungen oder Ausbrüche. Dadurch sind vorteilhafterweise Stellen für eine kontrollierte Verformung bei einem Aufprall vorgegeben.
• Nach einem anderen Beispiel sind die Module in verformbaren Abschnitten wärmebehandelt. Das Material der Module ist durch diese Wärmebehandlung im verformbaren Abschnitt elastischer als sonst.
• Vorteilhafterweise bleiben mit der Vorrichtung nach der Erfindung die Kräfte auf das Innere des Wagenkastens während eines Aufpralls weitgehend konstant und auf einem niedrigen Niveau. Es kann also nicht zu gefährlichen Beschleunigungswerten kommen. Trotzdem ist die Steifigkeit der Vorrichtung ausreichend für den in den Vorschriften geforderten Pufferdruck.
• Die Module sind beispielsweise vorfertigbar. Sie sind daher vorteilhafterweise leicht zu montieren.
• Beispielsweise sind die Module in einem Rahmen angeordnet, was die Montierbarkeit noch weiter verbessert.
• Die Module sind z.B., insbesondere zusammen mit dem Rahmen, in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs integrierbar. Es sind aber auch andere Positionen für die Module möglich.
• Dadurch, dass die Module, insbesondere, falls sie in einem Rahmen angeordnet sind, vorfertigbar sind, ergibt sich beim Bau des Schienenfahrzeuges eine deutliche Reduktion der Bauzeit im Vergleich zum Herstellen der Module vor Ort. Auch eine Wärmebehandlung der entsprechenden Abschnitte der Module kann problemlos vor Ort beim Bau des Schienenfahrzeuges erfolgen.
• Die Module können aus unterschiedlichem Material gefertigt sein. Wenn die Module vorgefertigt sind, können sie kostengünstig noch vor dem Einbau in ein Schienenfahrzeug in einer geeigneten Vorrichtung getestet werden. Darüber hinaus können die Module in einfacher Weise ausgetauscht werden, sofern kleinere Schäden festgestellt worden sind.
• Insbesondere werden die Module in einem Schienenfahrzeug so angeordnet, dass eine sogenannte Sicherheitszelle, das ist der Bereich, in dem sich z.B. Personen befinden, zwischen den Modulen positioniert ist. Das heißt, dass an einem Schienenfahrzeug in der Regel in Fahrtrichtung vorne und hinten Module vorhanden sind.
• Mit der Vorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, die Kraft-Weg-Beziehung der Veformung bei einem Zusammenstoß vorherzusagen. Es ist dadurch eine erhöhte Sicherheit für das Schienenfahrzeug und seine Passagiere gegeben.
• Der Aufbau einer Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
  Die Zeichnung zeigt einen Teil der Vorrichtung, die im wesentlichen aus vier Modulen 1 bis 4 besteht. Diese sind parallel zur späteren Fahrtrichtung und parallel zueinander ausgerichtet und in einem Rahmen 5 oder Kasten montiert. Dieser Kasten 5 mit den Modulen 1 bis 4 kann vorgefertigt werden und dadurch in einfacher Weise in einem Schienenfahrzeug angeordnet werden. Die einzelnen Module 1 bis 4 haben eine hohe Steifigkeit an ihren Enden, also in ihrem Anschlussbereich. Damit sich die Module 1 bis 4 bei einem Aufprall kontrolliert verformen, weisen sie im Ausführungsbeispiel innerhalb verformbarer Abschnitte Bohrungen 6 auf. Diese Bohrungen 6 sind so dimensioniert, dass gerade bei hohen Kräften, wie sie bei einem Aufprall auftreten, die Module 1 bis 4 gezielt verformt werden, um dadurch die kinetische Energie in Verformungsenergie und letztlich in Wärme umzuwandeln. Dadurch werden hohe Beschleunigungen des Wagenkastens vermieden und die Sicherheit des Schienenfahrzeuges wird erhöht. Die Module 1 bis 4 sind jedoch steif genug, um dem üblichen Pufferdruck standhalten zu können. Auch die üblichen vertikalen Belastungen, insbesondere das Gewicht des Schienenfahrzeuges, können die Module 1 bis 4 nicht beschädigen.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung erfüllt sowohl die Anforderungen an die Steifigkeit für den normalen Betrieb des Schienenfahrzeuges als auch die Anforderungen an die Elastizität für den Fall eines Aufpralls auf ein Hindernis.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Umwandeln kinetischer Energie bei einem Aufprall eines Schienenfahrzeuges auf ein Hindernis, dadurch gekennzeichnet , dass weitgehend in Fahrtrichtung verlaufende Module (1 bis 4) mit Strukturen des Schienenfahrzeuges verbunden sind und dass die Module (1 bis 4) im Bereich der Strukturen steif und sonst verformbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 bis 4) in verformbaren Abschnitten Bohrungen (6) oder Ausbrüche enthalten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 bis 4) in verformbaren Abschnitten wärmebehandelt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 bis 4) vorfertigbar sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 bis 4) in einem Rahmen (5) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 bis 4) in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs integrierbar sind.