DE4442263A1 - Stoßdynamische Fahrzeugkontur - Google Patents

Description

Der Aufprall von Schienenfahrzeugen auf Hindernisse, die sich im Lichtraumprofil des Gleises befinden, ist nicht ungewöhnlich. Er gehört zum Betriebsablauf und kommt praktisch dauernd vor. Man denke nur an Zusammenprallen mit Vögeln, Wild, Großvieh oder - schon be­ denklicher - Straßenfahrzeugen unterschiedlicher Masse und Größe.

Bei Straßenverkehrsunfällen von Kraftfahrzeugen liegen die Massen des aufstoßenden Fahrzeugs und des gestoßenen Hindernisses in ähn­ lichen Größenordnungen. Anders bei Schienenfahrzeugen. Hier ist die Masse des aufstoßenden Fahrzeugs immer um Größenordnungen größer als die Masse der getroffenen Hindernisse.

Während bei Kraftfahrzeugen die durch den Stoß verursachten Kräfte und die daraus resultierenden sehr hohen Verzögerungen ausschlagge­ bend für die Unfallfolgen sind, spielen die durch Stoßkräfte hervor­ gerufenen Verzögerungen bei Schienenfahrzeugen wegen der erwähnten Ungleichheit der Massen praktisch keine Rolle. Schienenfahrzeugin­ sassen merken den Zusammenprall mit nur einige Tonnen schweren Hin­ dernissen im Gleis kaum. Dennoch können größere Stoßkräfte u. U. zu Radentlastungen und gleichzeitig relativ großen Seitenkräften führen, die Schienenfahrzeuge aus dem Spurkanal des Gleises drücken, also entgleisen lassen könnten.

Es ist bekannt, daß zur Verringerung von Stoßkräften Fahrzeuge mit energieabsorbierenden Bauteilen oder -bereichen sog. Knautschzonen ausgestattet werden. Die Größe der Stoßkraft hängt im wesent­ lichen von Masse, Geschwindigkeit und Steifigkeit der aufeinander stoßenden Körper ab.

Bei Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen ist eine wirksame Begrenzung der Stoßkraft durch Energieverzehr wegen der großen kinetischen Energie nicht zu erreichen; Knautschzonen sind für den stoßenden und den gestoßenen Körper praktisch wirkungslos. Trotzdem wird aus Unkenntnis mit dieser Möglichkeit auch für Schienenfahrzeuge des Hochgeschwindigkeitsverkehrs immer wieder spekuliert.

Über das Entgleisen von Schienenfahrzeugen bestehen vielfach Vor­ stellungen, die mit der Wirklichkeit nur wenig übereinstimmen. Schienenfahrzeuge entgleisen, wenn eines oder mehrere Räder den Spurkanal des Gleises irreversibel seitlich verlassen. Damit es dazu kommt, muß ein Radsatz angehoben und mindestens um die Breite des Schienenkopfes quer zur Gleisachse verschoben werden. Entgleisungen setzen deshalb Kräfte voraus, die

• - in der richtigen Richtung
• - in der erforderlichen Größe
• - über ausreichend lange Dauer

sowohl

• - die Massenträgheiten der zu verschiedenen Radsätze als auch
• - die an den Massen angreifenden Kräfte (Auflast, Kraftschlußseitenkraft, Profilseitenkraft)

überwinden. Demnach wird die Gefahr des Entgleisens maßgeblich durch die Richtung der Stoßkraft beeinflußt.

Stoßvorgänge werden nach der Lage der gemeinsamen Berührungsfläche beider Stoßpartner unterschieden. Die Normale auf den Berührungs­ flächen heißt Stoßnormale. Geht die Stoßnormale durch die Schwer­ punkte beider Körper, nennt man den Stoß zentrisch, sonst exzen­ trisch. Wenn die Geschwindigkeiten der Körper in Richtung der Stoß­ normalen liegen, spricht man von einem geraden Stoß, sonst von einem schiefen Stoß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Auswirkungen von Stößen insbesondere auf die Entgleisungssicherheit positiv zu beeinflussen oder gänzlich unschädlich zu machen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kopf des Schienenfahrzeugs eine besondere Aufstoßfläche erhält, die so geformt ist, daß die Flächennormale auf dem Massenmittelpunkt (Schwerpunkt) des Fahrzeugaufbaus oder in geeigneter, für die Entgleisungssicher­ heit günstiger Weise am Schwerpunkt vorbei zeigt.

Da diese stoßdynamisch sehr wirkungsvolle Form des Fahrzeugkopfes naturgemäß nicht auch die aerodynamischen Anforderungen an einem Fahrzeugkopf erfüllt, wird eine leicht zerstörbare und allen aerodynamischen Bedürfnissen entsprechend geformte Konstruktion der sphärischen Aufstoßfläche vorgesetzt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Aufstöße auf Hindernisse im Gleis die Entgleisungssicher­ heit von Schienenfahrzeugen nur im positiven Sinne beeinflussen. Durch die spezielle, auf stoßdynamische Effekte zugeschnittene Form­ gebung werden allerdings die aerodynamischen Gesichtspunkte negiert. Dies wird durch eine zweite, allein von der Aerodynamik bestimmte Form aufgefangen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs in der Seitenansicht. Dargestellt sind der Fahrzeugumriß 1, die Lage des Massenmittelpunktes (Schwerpunktes) 2 des Fahrzeugaufbaus, der sich über die Federung 3 auf den vorderen Fahrwerk 4 abstützt. Die Aufstoßfläche 5 ist so geformt, daß deren obere, oberhalb des Schwerpunktes 2 liegende Kontur 6 als Kreisbogen mit dem Radius R um den Mittelpunkt 2 ausgebildet ist. Damit wird erreicht, daß die Stoßnormale immer durch den Schwerpunkt 2 geht. Aufstöße im oberen Bereich 6 der Aufstoßfläche 5 sind immer zentrische Stöße. Sie erzeugen beim Moment um den Massenmittelpunkt 2 und entlasten deshalb die Räder des vorderen Fahrwerks 4 nicht.

Die untere Kontur 7 der Aufstoßfläche 5 unterhalb des Massenmittel­ punktes 2 ist im Beispiel als Gerade gestaltet. Die Stoßnormale verläuft für alle Stöße unterhalb des Massenmittelpunktes parallel zur Schienenoberkante im Abstand unterhalb am Massenmittelpunkt 2 vorbei. Die von Stößen im unteren Bereich 7 erzeugten Stoßkräfte bewirken ein rechtsdrehendes Moment um den Massenmittelpunkt 2. Die Räder des vorderen Fahrwerks 4 werden belastet und auf keinen Fall entlastet.

Die gesamte Kontur 5 oder Teile davon, also die obere Kontur 6 und/oder die untere Kontur 7 können in einer anderen Ausgestaltung auch als geneigte Gerade ausgebildet sein. Die Stoßnormalen liegen dann analog zu den oben beschriebenen Richtungen.

Für eine widerstandsarme aerodynamische An- und Umströmung des Fahr­ zeugkopfes ist die vor die Aufstoßfläche 5 montierte Kontur 8 vor­ gesehen. Die Kontur 8 ist ausschließlich nach aerodynamischen Ge­ sichtspunkten gestaltet. Sie sollte bei Aufstößen ohne größere Kraft­ einwirkungen ihre Form aufgeben und die aufstoßende Masse auf die Aufstoßfläche 5 durchschlagen lassen.

Fig. 2 zeigt den vorderen Teil eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs in der Draufsicht. Dargestellt sind der Fahrzeuggrundriß 1 und die Lage des Massenmittelpunktes 2 des Fahrzeugaufbaus.

Erkennbar ist die Aufstoßfläche 5 auch in der Draufsicht als Kreis­ bogen mit dem Radius R um den Massenmittelpunkt 2 ausgebildet. Da­ durch wird auch in der Draufsicht erreicht, daß die Stoßnormale unabhängig davon an welcher Stelle der Aufstoßfläche 5 der Aufstoß erfolgt immer durch den Massenmittelpunkt 2 geht. Es entsteht kein Wendemoment um die durch den Massenmittelpunkt 2 gehende Hochachse. Aufstöße können das vordere Fahrwerk 4 nicht seitlich aus dem Gleis hinausdrängen.

Claims (1)

1. Kopfform von Schienenfahrzeugen, insbesondere Hochgeschwindig­ keits-Schienenfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahr­ zeugbug aus einer äußeren leicht zerstörbaren Konstruktion aufge­ baut ist, deren Kontur eine widerstandsarme Umströmung durch den Fahrtwind (aerodynamische Formgebung) ergibt und einer da­ hinterliegenden stabilen, stoßkräfteaufnehmenden wandartigen Struktur mit glatter Oberfläche, welche kreis- oder kugelförmig auf dem Massenmittelpunkt des Fahrzeugaufbaus (stoßdynamische Formgebung) ausgerichtet ist und dadurch Stoßkräfte nahezu mo­ mentenfrei auf den Fahrzeugaufbau überträgt.