DE19638739A1 - Untergestellvorbau und Deformationselement an Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Stirnseite in einem Untergestell eines Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeug sowie auf ein Deformationselement, das beispielsweise an dem Untergestellvorbau ange­ baut werden kann.

Es ist bekannt, daß Betreiber von Schienenfahrzeu­ gen neben der Vervollkommnung der hohen aktiven Sy­ stemsicherheit in zunehmendem Maß eine Verbesserung der passiven Fahrzeugsicherheit fordern.

Eine Möglichkeit sicherheitsorientierter Strukturaus­ legung ist die Schaffung von Deformationszonen. Diese werden vorzugsweise außerhalb der eigentlichen Tragstruktur angeordnet, um eine kostengünstige In­ standsetzung zu ermöglichen und Fahrzeug und Insas­ sen vor den Auswirkungen unfallbedingter Stöße zu schützen. Einrichtung, die diesen Erfordernissen entsprechen, sind als Stauchrohre, die bei Überla­ stung gefaltet werden, als Aufweitungsrohre mit wandernden plastischen Gelenken sowie als Absorberpa­ tronen mit Aluminiumwaben bekannt.

In der EP 0621416 A1 wird eine Einrichtung vorge­ schlagen, die beim doppelstöckigen TGV der SNCF verwirklicht ist und auf einer konsequenten Eintei­ lung des Fahrzeugkastens in kontrolliert deformierba­ re Bereiche und demgegenüber widerstandsfähige Si­ cherheitsbereiche beruht. Die kontrollierte Deforma­ tion wird durch ein in verschiedenen Varianten ausge­ bildetes Hohlprofil erreicht.

Das Energieabsorptionsvermögen des Profils läßt sich mit dem von Stahlkästen vergleichen, wobei Energieab­ sorption und Deformationsstabilität durch einen ge­ genüber einem bloßen Hohlkasten besonderen Querschnitt verbessert werden.

Zur Bewertung derartiger energieabsorbierender Bau­ teile werden verschiedene Effektivitätskenngrößen nach dem Schema in Fig. 11 verwendet.

Darin bedeuten:
F Stauchkraft
F peak Spitzenwert der Stauchkraft
F avg Mittelwert der Stauchkraft
A.E. Cruch Force Efficiency = Ausnutzungsgrad
E = FdS Verformungsarbeit
E_max theor theoretische (ideale) Verformungsarbeit
S Stauchweg
S_max maximaler Stauchweg
S.E. Stroke Efficiency = Stauchungsgrad
l_s Schlauchlänge
l_o Ausgangslänge
Gewünscht sind folgende Eigenschaften:
hoher Ausnutzungsgrad A.E.;
hoher Stauchungsgrad S.E.;
Widerstandsvermögen gegen vertikale Belastungen (Tragvermögen, Deformationsstabilität und Auf­ kletterschutz);
geringer Raumbedarf (Einbauraum);
geringe Masse;
minimale Kosten /Fertigungsaufwand/ Unterhal­ tungsaufwand.

Insbesondere Wabenstrukturen zeichnen sich durch nahezu ideale Ausnutzungsparameter (A.E., S.E.) sowie geringe Masse aus, können aber selbst keine tragenden Funktionen wahrnehmen. Aluminiumwaben werden deshalb in Verbindung mit einer teleskopartigen Führung als Absorberpatronen angeboten. Profile, wie beispielswei­ se Hohlkästen, können konventionelle Lasten auf­ nehmen, weisen aber im allgemeinen schlechtere Ausnutzungsgrade bzw. ein ungünstiges Verhältnis zwischen Arbeitshub und Baulänge (Stauchungsgrad) auf. Das Masse-Leistungs-Verhältnis ist oft unbefrie­ digend.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Untergestellvor­ bau mit einer Deformationszone sowie ein für derarti­ ge Deformationszonen leicht austauschbares Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei durch die Kombination günstiger Eigenschaften die Nachteile bekannter Lösungen überwunden werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentan­ sprüche gelöst. Die Vorteile der Erfindung gegenüber den bekannten Einrichtungen sind günstige Ausnutzungs- und Stauchungsgrade sowie ein günstiges Masse-Lei­ stungs-Verhältnis. Die Einrichtung kann einfach aus DIN-Halbzeugen mit geringen Kosten hergestellt wer­ den.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 bis Fig. 3 verschiedene Mantelformvarianten,

Fig. 4 bis Fig. 6 verschiedene Querschnittsvarianten,

Fig. 7 die Draufsicht auf das Kopfende eines Unterge­ stells,

Fig. 8 eine Seitenansicht des Deformationselements mit Trigger und Stegen,

Fig. 9 einen Schnitt durch das Deformationselement mit Kern und Zwischenlagen,

Fig. 10 einen Schnitt durch das Deformationselement mit Montageplatte.

Gemäß Fig. 1 bis 3 können Kerne 3 mit unterschiedli­ chen bekannten Mantelformen umhüllt sein. Die Quer­ schnitte der Kerne 3 können ebenfalls unterschiedlich in bekannter Weise ausgebildet sein (Fig. 4 bis 6). Der Mantel 2 kann aus unterschiedlichen Teilen beste­ hen, die in bekannter Weise verbunden sind. Bei der Anordnung nach Fig. 7 soll nach der Erschöpfung des Hubes einer Kupplung 10, dem Versagen von Abrißelemen­ ten 11 und dem Zurückweichen der Kupplung 10 in einen Kupplungsschacht 12 die Lastenleitung über zwei seit­ lich an einem Untergestell 4 in Pufferposition angeord­ nete Deformationselemente 1 erfolgen. Das Untergestell 4 ist gegenüber der Kuppelebene um den Hub der Kupp­ lung 10 und die Länge der Deformationselemente 1 zu­ rückgesetzt. An der Front dieser Deformationselemente 1 befinden sich die Profilplatten 13, um während der Kollision vertikale Verschiebungen der Fahrzeuge gegen­ einander zu vermeiden.

Die gesamte Einrichtung befindet sich hinter einer Verkleidung 14, die lediglich eine Öffnung 15 für die Kupplung 10 besitzt. Die Deformationselemente 1 gemäß Fig. 8 bis 10 bestehen entsprechend aus U-förmig abge­ kanteten Blechen, die mit Hilfe eines dazwischenge­ setzten Blechstreifens 7 zu einem Mantel 2 in Form eines Hohlkastens verschweißt sind. Der Blechstreifen 7 verbessert gleichzeitig die Verformungsarbeit E, den Ausnutzungsgrad A.E. und das vertikale Lastaufnahmever­ mögen. Die Vorderseite ist mit einer aufgeschweißten Platte 16 verschlossen, die Bohrungen 17 zum Befesti­ gen der Profilplatte 13 besitzt. Am hinteren Ende ist der Mantel 2 mit einer Montageplatte 18 zur Befesti­ gung an dem Untergestell 4 versehen.

Zur Verbesserung des Ausnutzungsgrades A.E. wird der Mantel 2 am angestoßenen Ende mit zwei gegenüberliegen­ den geometrischen Triggern 6 versehen. Dafür wird ein trapezförmiger Teil der Blechfläche durch ein von außen aufgeschweißtes Blech etwa der halben Blechdicke des Mantels 2 ersetzt. Die Trapezform ermöglicht durch die nach hinten wieder zunehmende Querschnittsfläche des Mantels 2 eine gegenüber dem rechteckförmigen oder quadratischen Trigger gleichmäßigere Stauchkurve. Quer zur Lastrichtung aufgeschweißte Stege 8 unterstützen eine gleichmäßige Faltung. Bei Aufstößen verformt sich der Mantel 2 über seinen gesamten Querschnitt in einem für Hohlkästen dieser Dimension typischen Rautenbeulmo­ de. Zur Verbesserung der Ausnutzungsgrades A.E. befin­ det sich im Inneren des Mantels 2 ein Kern 3 aus Poly­ carbonat-Tubuswabenblöcken. Dieser zeichnet sich gegen­ über gebräuchlichen Aluminium-Hexwabenstrukturen durch einen wesentlich günstigeren Beschaffungspreis, hohe Altersbeständigkeit und Korrosionsfreiheit aus. Die EA-Parameter sind vergleichbar. Die Höhe der einzelnen Blöcke entspricht etwa der Wellenlänge der Faltung.

Zwischenlagen 9 als Druckplatten aus Hartgewebe verhin­ dern unerwünschte Versagensmodi im Stoßbereich der Blöcke.

Der Ausnutzungsgrad (A.E.) des Deformationselementes 1 liegt bei ca. 80%, der maximale Stauchungsgrad bei ca. 70%.

Es ist denkbar und im Sinne der Erfindung das Deforma­ tionselement auch in anderen Bereichen als die des beschriebenen Untergestellvorbau zu verwenden.

Bezugszeichenliste

1

Deformationselement

2

Mantel

3

Kern

4

Untergestell

5

Verbindung

6

Trigger

7

Blechstreifen

8

Steg

9

Zwischenlage

10

Kupplung

11

Abrißelement

12

Kupplungsschacht

13

Profilplatte

14

Verkleidung

15

Öffnung

16

Platte

17

Bohrung

18

Montageplatte

Claims (9)

1. Untergestellvorbau und Deformationselement an Fahr­ zeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen für die Aufnah­ me der kinetischen Energie bei Zusammenstößen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erschöpfung des Hubes einer Kupplung (10), dem Versagen eines Abrißelementes (11) und dem Zurückweichen der Kupplung (10) in einen Kupp­ lungsschacht (12) die Lasteinleitung über zwei seit­ lich an einem Untergestell (4) angeordnete Deformation­ selemente (1) erfolgt, wobei die Deformationselemente (1) mit einer Montageplatte (18) an dem Untergestell (4) befestigt sind und die geschlossene Verkleidung (14) an dem Untergestell (4) vorgebaut ist.

2. Untergestellvorbau und Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklei­ dung (14) nur eine Öffnung (15) für die Kupplung (10) aufweist, und an der Verkleidung (14) im Bereich der Platten (16) außen Profilplatten (13) angeordnet sind.

3. Deformationselement, bestehend aus einem gefüllten tragfähigem Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich geschlossener kompakter metallischer Mantel (2) mit einem nachträglich eingebrachten mit in definier­ ter Stoßrichtung wirkenden energieabsorbierenden Mate­ rial als Kern (3) gefüllt ist und als vorrangig ar­ beitsaufnehmendes Deformationselement (1) mit einem vorrangig tragfähigen Untergestell (4) verbunden ist.

4. Deformationselement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern (3) aus miteinander verbundenen Längsröhren gebildet wird.

5. Deformationselement nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel (2) in der Form eines Hohlkastens aus U-förmig abgekanteten Blechen mit Verbindungen (5) besteht, die mit einem Blechstreifen (7) zusammengefügt sind.

6. Deformationselement nach Ansprüchen 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) im vorderen Bereich Trigger (6) aufweist.

7. Deformationselement nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) mit Stegen (8) versehen ist.

8. Deformationselement nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) aus minde­ stens einem Block besteht, wobei bei mehreren Blöcken diese durch Zwischenlagen (9) als wirkende Druckplat­ ten getrennt werden.

9. Deformationselement nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Höhe der einzelnen Blöcke etwa der Wellenlänge der Faltung entspricht und im Stoßbereich der Blöcke die Zwischenlagen (9) aus Hartgewebe beste­ hen.