DE19638739C2 - Deformationselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Deformationselement, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Mittelpufferkupplung, welches an der Stirnseite des Untergestells angeordnet ist, aus einem Mantel sowie einem Kern besteht und sich bei Überschreitung der durch die Mittelpufferkupplung absorbierbaren Energie defomiert.

Es ist bekannt, daß bei Schienenfahrzeugen neben der Vervollkommnung der hohen aktiven Sy­ stemsicherheit in zunehmendem Maß eine Verbesserung der passiven Fahrzeugsicherheit gefor­ dert wird. Eine Möglichkeit sicherheitsorientierter Strukturauslegung ist die Schaffung von De­ formationszonen. In der EP 0 621 416 A1 wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die beim dop­ pelstöckigen TGV der SNCF verwirklicht ist und auf der Einteilung des Fahrzeugkasten in kon­ trolliert deformierbare Bereiche und demgegenüber widerstandsfähige Sicherheitsbereiche beruht. Die Energieumwandlung erfolgt im Kollisionsfall dabei innerhalb der Fahrzeugstruktur. Dies er­ fordert einen hohen Aufwand für die Herstellung, Prüfung und Reparatur.

Weiterhin ist aus der DE-GM 93 11 041 ist eine Vorrichtung für Fahrzeuge mit Seitenpuffern bekannt, bei der ein Schutzblock zwischen den Puffern und einer zurückgesetzten Prallwand ge­ führt deformiert wird. Dabei ist das Deformationselement aus mehreren Rohren zusammengesetzt die über Trennwände verbunden sind. Die Nachteile dieses Elementes bestehen darin, daß der Ausnutzungsgrad des Deformationselements zu gering und das Einbringen eines Kernmaterials in den Hohlkörper durch die Trennwände nicht möglich ist. Die Verformungsöffnungen führen zu Korrosionsschutzproblemen. Außerdem reduziert sich der Stauchungsgrad durch die Trennwän­ de. Des weiteren erhöht der erforderliche Führungsdorn den Fertigungsaufwand.

Der in DE-OS 15 30 168 vorgeschlagene Pufferkörper besteht aus einem räumlich elastisch ver­ formbaren Stoff, insbesondere aus einem geschäumten Kunststoff. Die Nachteile dieses Elementes bestehen darin, daß sowohl die Energiearbsorption von elastisch verformbaren Stoffen, da ein Teil der Energie wieder abgegeben wird, als auch der Ausnutzungs- und Stauchungsgrad sowie die massebezogene Energieaufnahme deutlich geringer sind. Der vorgeschlagene Pufferkörper ist daher nur für die Energieaufnahme aus normalen Pufferstößen, wie sie beispielsweise beim rangie­ ren auftreten, geeignet.

Aus der Praxis ist weiterhin eine Einrichtung bekannt, bei der sich ein Deformationspuffer als Aufweitungsrohr über ein feststehendes Rohr schiebt. Die Nachteile der Einrichtung bestehen in dem sehr schlechten Stauchungsgrad, den hohen Herstellungsskosten und der hohen Gefahr des Verkantens, weshalb die Einrichtung einer zusätzlichen Führung erfordert.

Weiterhin sind ganz allgemein Wabenstrukturen bekannt, die sich durch nahezu ideale Ausnut­ zungs- und Stauchungsgrade sowie geringe Masse auszeichnen, aber selbst nur eingeschränkt tragende Funktionen wahrnehmen können. Beispielsweise werden Aluminiumwaben in Verbin­ dung mit einer teleskopartigen Führung als Absorberpatronen verwendet. Nachteilig ist hier die hohe Masse der Führung. Einfach zu fertigende Profile, wie beispielsweise Hohlkästen, können konventionelle Lasten aufnehmen, weisen aber im allgemeinen deutlich schlechtere Ausnutzungs­ grade bzw. Stauchungsgrade auf. Das Masse-Leistungs-Verhältnis ist oft unbefriedigend.

Es ist daher naheliegend soviel wie möglich Energie außerhalb der Struktur umzuwandeln, das heißt vorzugsweise an der Frontseite von Schienenfahrzeugen sogenannte strukturexterne Absorber einzusetzen. Diese schützen Fahrzeugkasten und Insassen wirksam vor kollisionsbedingten Aus­ wirkungen, lassen sich mit relativ geringem Aufwand realisieren und sind nicht in die eigentliche tragende Wagenkastenstruktur integriert, so daß eine schnelle und kostengünstige Instandsetzung möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein leicht austauschbares Deformationselement zu schaffen, daß den oben genannten Anforderungen in wesentlich besserer Weise als die bekannten Lösungen entspricht und sich vorzugsweise zum Einsatz an Schienenfahrzeugen eignet, wobei durch die Kombination günstiger Eigenschaften die Nachteile bekannter Lösungen überwunden werden. In den derartigen Konzepten müssen die Deformationselemente die Bedingungen eines hohen Aus­ nutzungsgrades (Verhältnis von mittlerer Deformationskraft und maximaler Deformationskraft), eines hohen Stauchungsgrades (Verhältnis von maximaler Verformungslänge und Einbaulänge), eines Widerstandsvermögens gegen vertikale Belastungen (Tragvermögen, Deformationsstabilität und Aufkletterschutz), eines geringen Raumbedarfs (Einbauraum), einer geringe Masse sowie minimale Kosten erfüllen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber den bekannten Einrichtungen bestehen in dem günstigeren Ausnutzungs- und Stauchungsgrad sowie in dem deutlich verbesserten Masse-Leistungs- Verhältnis. Des weiteren kann das Deformationselement aus Standardhalbzeugen mit einfachen Verfahren kostengünstig hergestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hier­ bei zeigen die Zeichnungen in:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Deformationselements mit Stegen;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Deformationselement mit Kern und Zwischenplatten;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Deformationselement mit Befestigungsflansch.

Die Deformationselemente gemäß Fig. 1 bis 3 bestehen aus U-förmig abgekanteten Blechen 6, die mit Hilfe eines dazwischengesetzten Blechstreifens 7 zu einem Hohlkörper 1 in Form eines Ka­ stens verschweißt sind. Der Blechstreifen 7 verbessern gleichzeitig die Verformungsarbeit, den Ausnutzungsgrad und das vertikale Lastaufnahmevermögen. Die Vorderseite des Hohlkörpers 1 ist mit einem angeschweißten Blech 3 verschlossen. Auf der gegenüber liegenden Seite besitzt der Hohlkörper 1 eine Öffnung 4 und einen Befestigungsflansch 5 zur Befestigung an der Fahr­ zeugstruktur, beispielsweise dem Untergestell eines Schienenfahrzeuges. Bei Aufstößen verformt sich der Hohlkörper 1 über seinen gesamten Querschnitt in einem für Hohlkästen dieser Dimensi­ on typischen Ratenbeulmode. Zur Verbesserung des Ausnutzungsgrades wird durch die Öffnung 4 ein Kern aus Wabenmaterial 2 eingebracht. Die Höhe Y der einzelnen Blöcke des Kerns 2 ent­ spricht etwa der Wellenlänge der Faltung des Hohlkörpers 1. Die Zwischenplatten 9 aus GFK dienen als Druckplatten und verhindern unerwünschte Versagensmodi im Stoßbereich der Blöcke. Der Kern aus Wabenmaterial 2 ist mit etwa 40-50% an der Energieaufnahme beteiligt, sein Quer­ schnitt füllt den Hohlraum aus. Durch die Verwendung des Kern 2 wird der Ausnutzungsgrad des Deformationselements deutlich verbessert.

Die quer zur Lastrichtung angeschweißten Stege 8 unterstützen eine gleichmäßige Faltung. Der Abstand X der Stege 8 entspricht entspricht etwa der Wellenlänge der Faltung des Hohlkörpers 1. In Stoßrichtung ist der Kern 2 etwas kürzer als der Hohlraum im Deformationselement, dadurch wird erst der Hohlkörper 1 angestaucht und dann erst der Kern 2, was zu einer Reduzierung der Kraftspitze zu Begin der Deformation führt. Der Ausnutzungsgrad des Deformationselementes liegt bei ca. 80%, der maximale Stauchungsgrad bei ca. 70%.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Hohlkörper

2

Kern aus Wabenmaterial

3

Blech

4

Öffnung

5

Befestigungsflansch

6

U-förmig abgekantete Bleche

7

Blechstreifen

8

Stege

9

Zwischenplatte
X Abstand der Stege

8

Y Höhe der einzelnen Blöcke des Kerns aus Wabenmaterial

2

Claims (8)

1. Deformationselement, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Mittelpufferkupplung, welches an der Stirnseite des Untergestells angeordnet ist, aus einem Mantel sowie einem Kern besteht und sich bei Überschreitung der durch die Mittelpufferkupplung absorbierbaren Energie defo­ miert, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem, im dem Bereich des Untergestells, wo sich bei Fahrzeugen mit Zughaken die Seitenpuffer befinden, befestigten, in Stoßrichtung angeordneten, metallischen Hohlkörper (1) und der Kern aus einem in Stoßrichtung Energie absorbierend wirkenden Wabenmaterial (2) gebildet ist, wobei der Hohlkörper (1) an einem Ende mit einem Blech (3) verschlossen ist und an dem gegenüberliegenden Ende eine Öffnung (4) für das Einbringen des Kerns aus Wabenmaterial (2) sowie einen Befestigungsflansch (5) vorsieht, und daß das Deformationselement ohne zusätzliche Führung verformbar ist.

2. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) in Längsrichtung aus 2 U-förmig abgekanteten Blechen (6) besteht.

3. Deformationselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmig abgekan­ teten Bleche (6) über Blechstreifen (7) verbunden sind.

4. Deformationselement nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die U- förmig abgekanteten Bleche (5) mit Stegen (8) versehen sind, welche in Längsrichtung im Ab­ stand (X), der etwa der Wellenlänge der Faltung des Hohlkörpers (1) entspricht, angeordnet sind.

5. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus Wa­ benmaterial (2) aus mehreren Blöcken besteht, welche durch Zwischenplatten (9), die als Druckplatten wirken, getrennt werden.

6. Deformationselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatten (9) aus Kunststoff bestehen.

7. Deformationselement nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (Y) der Kerne aus Wabenmaterial (2) etwa der Wellenlänge der Faltung des Hohlkörpers (1) ent­ spricht.

8. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus Wabenma­ terial (2) in Stoßrichtung kürzer ist als der Hohlraum im Deformationselement, so daß bei der Deformation erst der Hohlkörper (1) angestaucht wird, und dann der Kern aus Wabenmaterial (2).