DE69313214T2 - Structure for energy absorption, especially for railway vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Fahrzeugbaus, insbesondere den Bau von Schienenfahrzeugen, und vor allem Anordnungen für freie Enden jeglicher Fahrzeuge, und hat eine kraftaufnehmende Anordnungen für derartige Fahrzeuge zum Gegenstand.The present invention relates to the field of vehicle construction, in particular the construction of rail vehicles, and above all to arrangements for free ends of any vehicles, and has a force-absorbing arrangement for such vehicles as its subject matter.
Heutige Schienenfahrzeuge sind im allgemeinen in ihren Endbereichen mit einer Anordnungen versehen, welche die Belastungen tragen soll, denen das Fahrzeug bei normalen Betriebsbedingungen und bei geringfügigen Stoßen ausgesetzt ist.Today's rail vehicles are generally equipped with an arrangement in their end areas which is intended to bear the loads to which the vehicle is exposed under normal operating conditions and in the event of minor impacts.
Bei stärkeren Stößen, insbesondere bei relativ hoher Geschwindigkeit, weisen die derzeitigen Fahrzeuge keine Schutzvorrichtung für die Fahrgäste durch zweckmäßige Verformung eines Teils ihrer Konstruktion oder Anordnung auf, so daß für die Fahrgäste im Falle solcher Stöße die Verletzungsgefahr sehr groß ist.In the event of more severe impacts, particularly at relatively high speeds, current vehicles do not have any protection for passengers by means of appropriate deformation of a part of their structure or arrangement, so that In the event of such impacts, the risk of injury to passengers is very high.
Hierzu sind aus US-A-4 702 515 und DE-A-2 509 351 verformbare Anordnungen bekannt, die zur Ausrüstung von Kraftfahrzeugen und bei einem Zusammenprall zur Dämpfung eines großen Teils der Kraft bei diesem Zusammenprall und Aufprall durch plastische Verformung bestimmt sind. In DE-A-2 509 351 ist beschrieben, die Montage einer solchen dämpfenden Anordnung am Ende eines Fahrzeugs vorzusehen.For this purpose, deformable assemblies are known from US-A-4 702 515 and DE-A-2 509 351, which are intended for equipping motor vehicles and in the event of a collision to dampen a large part of the force of this collision and impact by means of plastic deformation. DE-A-2 509 351 describes the installation of such a damping arrangement at the end of a vehicle.
Diese Dokumente offenbaren jedoch in keiner Weise eine verformbare Anordnung für einen entsprechenden technischen Raum, welche durch ihre Verformung einen Fahrgastrraum schützt.However, these documents do not in any way disclose a deformable arrangement for a corresponding technical space, which protects a passenger compartment by its deformation.
Die vorliegende Erfindung will diesen Nachteilen abhelfen und schlägt dazu eine kraftaufnehmende Anordnung, insbesondere für Schienenfahrzeuge, vor, die eine völlige Verformung eines Raums zuläßt und gleichzeitig den Fahrgastraum schützt.The present invention aims to remedy these disadvantages and proposes a force-absorbing arrangement, in particular for rail vehicles, which allows a complete deformation of a space and at the same time protects the passenger compartment.
Hierzu ist die kraf taufnehmende Anordnung an einem Fahrzeug&sub1; insbesondere einem Schienenfahrzeug vorgesehen, die einen durch plastische, dynamische Knickung seiner Konstruktionselemente verformbaren Bereich umfaßt, wobei dieser Bereich an mindestens einem oder an den beiden Enden des Fahrzeugs vorgesehen ist, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß der durch plastische, dynamische Knickung seiner Konstruktionselemente verformbare Bereich einen Gepäckraum, eine Einstiegsplattform oder dergleichen mit Zugangsmöglichkeit von zwei Seiten zwischen einem beweglichen Endrahmen und einem stationären Rahmen bildet, der das Ende des Fahrgastraums bildet, wobei der bewegliche Endrahmen von Kollisionsschutzstreben, einem oberen Querträger und einem vorderen Querträger gebildet wird, an dem die Kuppelvorrichtung sowie die Stoßdämpfer und eine Vorrichtung zum Schutz vor Übereinanderschieben befestigt werden, die eine gute Verteilung der Kräfte gewährleisten.For this purpose, the force-absorbing arrangement is provided on a vehicle, in particular a rail vehicle, which comprises a region that can be deformed by plastic, dynamic buckling of its structural elements, this region being provided at at least one or both ends of the vehicle, which is further characterized in that the region that can be deformed by plastic, dynamic buckling of its structural elements forms a luggage compartment, an entry platform or the like with access from two sides between a movable end frame and a stationary frame that forms the end of the passenger compartment, the movable end frame being formed by collision protection struts, an upper cross member and a front cross member to which the coupling device as well as the shock absorbers and a device for protection against over-sliding are attached, which ensure good distribution of the forces.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert, die beispielhaft und nicht beschränkend ist und anhand der beiliegenden schematischen Darstellungen der Zeichnung verdeutlicht wird. In der Zeichnung gilt:The invention is explained in more detail below using a preferred embodiment, which is exemplary and not restrictive and is illustrated by the attached schematic representations of the drawing. In the drawing:
Fig. 1 ist eine Teilperspektivansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung;Fig. 1 is a partial perspective view of an arrangement according to the invention;
Fig 2 ist eine Perspektivansicht eines kraftaufnehmenden Elements, undFig 2 is a perspective view of a force-absorbing element, and
Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 2 entsprechenden Ansicht das kraftaufnehmende Element nach einer Stauchung.Fig. 3 shows, in a view corresponding to Fig. 2, the force-absorbing element after compression.
Die beispielhaft in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellte kraf taufnehmende Anordnung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, umfaßt einen durch plastische, dynamische Knickung seiner Konstruktionselemente 2 verformbaren Bereich 1, wobei der Bereich 1 an mindestens einem oder den beiden Enden des Fahrzeugs 2 vorgesehen ist und vorteilhafterweise einen Gepäckraum, eine Einstiegsplattform oder dergleichen mit Zugangsmöglichkeit von zwei Seiten zwischen einem beweglichen Endrahmen 4 und einem stationären Rahmen 5 bildet, die das Ende des Fahrgastraums bilden.The force-absorbing arrangement for vehicles, in particular rail vehicles, shown by way of example in Fig. 1 of the accompanying drawings comprises a region 1 which can be deformed by plastic, dynamic buckling of its structural elements 2, the region 1 being provided at at least one or both ends of the vehicle 2 and advantageously forming a luggage compartment, an entry platform or the like with access from two sides between a movable end frame 4 and a stationary frame 5, which form the end of the passenger compartment.
Der bewegliche Endrahmen 4 wird von Kollisionsschutzstreben 6, einem oberen Querträger 7 und einem vorderen Querträger 8 gebildet, an denen die Kuppelvorrichtung 9 sowie die Stoßdämpfer 10 und vorteilhafterweise eine Vorrichtung zum Schutz vor Übereinanderschieben befestigt sind, die eine gute Verteilung der Kräfte gewährleisten.The movable end frame 4 is formed by anti-collision struts 6, an upper cross member 7 and a front cross member 8, to which the coupling device 9 as well as the shock absorbers 10 and advantageously a device for preventing over-sliding are attached, which ensure a good distribution of the forces.
Die Kuppelvorrichtung 9 und die Stoßdämpfer 10 sind von bekannter Art und in der beiliegenden Zeichnung nur durch ihre Achsen angedeutet.The coupling device 9 and the shock absorbers 10 are of known type and are only indicated by their axes in the accompanying drawing.
Die Vorrichtungen zum Schutz gegen Übereinanderschieben sind in der beiliegenden Zeichnung auch nicht dargestellt und können insbesondere solche der in der französischen Patentanmeldung Nr. 91 11407 beschriebenen Art sein.The anti-overlap protection devices are not shown in the accompanying drawing and may in particular be of the type described in French patent application No. 91 11407.
Der stationäre Rahmen 5 ist vorteilhafterweise in Form eines starren Bogens 11 ausgeführt, der auf dem ganzen Querschnitt des Fahrzeugs 3 aufliegt und mit einem unteren Querträger 12 verbunden ist. Letzterer kann insbesondere einen Drehgestellquerträger eines Schienenfahrzeugs bilden.The stationary frame 5 is advantageously designed in the form of a rigid arch 11 which rests on the entire cross-section of the vehicle 3 and is connected to a lower cross member 12. The latter can in particular form a bogie cross member of a rail vehicle.
Entsprechend einem Merkmal der Erfindung sind die Konstruktionselemente 2 in einer vorbestimmten Richtung verformbar und werden von Profuträgern gebildet, die jeweils mittlere Längsträger 13 und seitliche Längsträger 14 bilden, welche den vorderen Querträger 8 des beweglichen Rahmens 4 mit dem unteren Querträger 12 des stationären Rahmens 5 verbinden, sowie Flügel 15, die den oberen Querträger 7 des beweglichen Rahmens 4 mit dem Bogen 11 des stationären Rahmens 5 verbinden.According to a feature of the invention, the construction elements 2 are deformable in a predetermined direction and are formed by profile beams which respectively form central longitudinal beams 13 and lateral longitudinal beams 14 which connect the front cross beam 8 of the movable frame 4 to the lower cross beam 12 of the stationary frame 5, as well as wings 15 which connect the upper cross beam 7 of the movable frame 4 to the arch 11 of the stationary frame 5.
Der verformbare Bereich 1 ist vorteilhafterweise dazu bestimmt, durch plastische Knickung der Konstruktionselemente 2 eine Kraftdämpfung bereitzustellen, ohne auf an den Fahrzeugrahmen angebrachte Stoßdämpfer zurückzugreifen.The deformable region 1 is advantageously intended to provide force damping by plastic buckling of the structural elements 2 without resorting to shock absorbers attached to the vehicle frame.
Die Profilträger, welche die Elemente 2 bilden, die die Mittellängsträger 13, die seitlichen Längsträger 14 und die Flügel 15 bilden, sind doppelwandige I-Profilträger und können durch Extrudieren und maschinelle Bearbeitung oder durch maschinelles Schweißen hergestellt werden, wobei die Ausschnitte 16 am besten durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden.The profile beams forming the elements 2 forming the central longitudinal beams 13, the lateral longitudinal beams 14 and the wings 15 are double-walled I-beams and can be manufactured by extrusion and machining or by machine welding, the cutouts 16 being best manufactured by machining.
Hierzu sind die doppeiwandigen I-Profilträger, welche die Elemente 2 bilden&sub1; so vorgesehen, daß sie sich durch orientierte, plastische Knickung verformen, die durch aufeinanderfolgende Verformungen in der Längsachse der Profilträger erfolgt.For this purpose, the double-walled I-profile beams forming the elements 21 are designed to deform by oriented, plastic buckling, which is caused by successive Deformations occur in the longitudinal axis of the profile beams.
Zum Erreichen einer solchen Knickung bestehen die Profilträger, welche die Mittellängsträger 13, die seitlichen Längsträger 14 und die Flügel 15 bilden, vorteilhafterweise aus einem duktilen Material, das eine starke Dehnung zuläßt, und auf der Ebene ihrer bevorzugten Verformung mit Ausschnitten 16 versehen. Diese Ausschnitte 16 sind vorzugsweise in Form von Langlöchern vorgesehen. So ermöglichen die Ausschnitte 16 eine Schwächung der Profuträger unter einem e Kompressionsdruck und die Existenz von Kreisbögen an den Enden der Ausschnitte 16 eine Beeinflussung der plastischen Knickung der Profuträger senkrecht zur Längsachse der Ausschnitte 16. Dadurch neigen die vertikalen Wände der Profuträger 13 bis 15 bei der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform dazu, sich im Bereich der Ausschnitte 16 in einer Folge symmetrischer Faltungen zu verformen, die jeweils einem Ausschnitt entsprechen. Diese Folge von Faltungen ermöglicht tatsächlich eine Verformung und eine plastische Knickung in Stufen, d.h. schrittweise (Fig. 3).To achieve such buckling, the profiled beams forming the central longitudinal beams 13, the lateral longitudinal beams 14 and the wings 15 are advantageously made of a ductile material that allows for strong expansion and are provided with cutouts 16 at the level of their preferred deformation. These cutouts 16 are preferably provided in the form of elongated holes. Thus, the cutouts 16 allow the profiled beams to be weakened under a compression pressure and the existence of circular arcs at the ends of the cutouts 16 allows the plastic buckling of the profiled beams perpendicular to the longitudinal axis of the cutouts 16 to be influenced. As a result, the vertical walls of the profiled beams 13 to 15 in the embodiment shown in the accompanying drawings tend to deform in the region of the cutouts 16 in a sequence of symmetrical folds, each corresponding to a cutout. This sequence of folds actually allows deformation and plastic buckling in stages, i.e. stepwise (Fig. 3).
Diese Profilträger können gegebenenfalls eine vorgegebene plastische Knickung der den Längskanten der Ausschnitte 16 entsprechenden Wände durch Biegen aufweisen. In einem solchen Fall erfüllen diese Profilträger 13 bis 15, welche die Elemente 2 bilden, nicht mehr die elastische Funktion der Konstruktion und sind einzig und allein dazu bestimmt, ein kraftaufnehmendes Element zu bilden, und der Krafthöchstwert zu Beginn der Knickung wird somit herabgesetzt.These profiled beams may, if necessary, have a predetermined plastic buckling of the walls corresponding to the longitudinal edges of the cutouts 16 by bending. In such a case, these profiled beams 13 to 15, which form the elements 2, no longer fulfil the elastic function of the structure and are intended solely to form a force-absorbing element and the maximum force value at the start of buckling is thus reduced.
Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung können die Elemente 2 auch mehrere nebeneinander und/oder übereinander angeordnete einfache Profilträgern umfassen, deren mit Ausschnitten 16 versehenen Bereiche sich parallel und/oder senkrecht zueinander, auf der gleichen Ebene oder auf parallelen und/oder senkrechten Ebenen erstrecken. Auf diese Weise kann ein komplexes Konstruktionselement hergestellt werden, das geeignet ist, eine hohe Verformungskraft aufzunehmen.According to a variant embodiment of the invention, the elements 2 can also comprise several simple profiled supports arranged next to one another and/or one above the other, the areas of which are provided with cutouts 16 extend parallel and/or perpendicular to one another, on the same plane or on parallel and/or perpendicular planes. In this way, a complex construction element can be produced. which is capable of absorbing a high deformation force.
Um eine auf alle Bereiche ausgedehnte Knickung jedes Elements zu verhindern, sind die Flügel 15 miteinander durch versteifende Verbindungsprofilträger 17 und die Mittellängsträger 13 und die seitlichen Längsträger 14 durch weitere versteifende Verbindungsprofilträger 18 miteinander verbunden, wobei diese Profilträger 17 und 18 vorteilhafterweise mit den Profilträgern 13 bis 15 an Stellen verbunden sind, die einem Zwischenraum zwischen zwei Ausschnitten 16 entsprechen, und mit einem Abstand von einem oder mehreren Ausschnitten.In order to prevent buckling of each element extending to all areas, the wings 15 are connected to one another by stiffening connecting profile beams 17 and the central longitudinal beams 13 and the lateral longitudinal beams 14 are connected to one another by further stiffening connecting profile beams 18, whereby these profile beams 17 and 18 are advantageously connected to the profile beams 13 to 15 at points which correspond to a gap between two cutouts 16 and at a distance of one or more cutouts.
Diese Ausschnitte 16 sind so bestimmt, daß sie eine bevorzugte Reihenfolge der plastischen Knickung der einzelnen Stufen gewährleisten, wobei diese Reihenfolge bei allen miteinander verbundenen Elementen 2 die gleiche ist.These cutouts 16 are designed to ensure a preferred order of plastic buckling of the individual steps, whereby this order is the same for all interconnected elements 2.
Ebenso kann die Steifheit in Querrichtung erhöht werden, indem die seitlichen Längsträger 14 vorteilhafterweise um 90º um ihre Längsachse gedreht werden, so daß ihre Verformungsebenen senkrecht zu derjenigen der Mittellängsträger 13 liegen.Likewise, the rigidity in the transverse direction can be increased by advantageously rotating the lateral longitudinal beams 14 by 90º about their longitudinal axis so that their deformation planes are perpendicular to that of the central longitudinal beams 13.
Die Mittellängsträger 13 und die seitlichen Längsträger 14 sind vorteilhafterweise in den vorderen Querträger 8 des beweglichen Rahmens 4 und den unteren Träger 12 des stationären Rahmens 5 eingefügt und liegen daran auf, und die Flügel 15 sind in den oberen Querträger 7 des beweglichen Rahmens 4 und den Bogen 11 des stationären Rahmens 5 eingefügt und liegen daran auf, wobei die Befestigung durch Verschweißen, Vernieten, Verschrauben oder auf andere Weise erfolgt.The central longitudinal beams 13 and the lateral longitudinal beams 14 are advantageously inserted into and rest on the front cross beam 8 of the movable frame 4 and the lower beam 12 of the stationary frame 5, and the wings 15 are inserted into and rest on the upper cross beam 7 of the movable frame 4 and the arch 11 of the stationary frame 5, the fastening being carried out by welding, riveting, screwing or in another way.
Dank der Erfindung ist an einem Ende eines Fahrzeugs, das gegen das Ende eines anderen Fahrzeugs oder ein Hindernis prallt, eine Kraftaufnahme über eine große Länge möglich, und zwar durch allmähliche plastische Knickung der Profilträger in Form einer Längenverkürzung und mit einer Begrenzung der Querverformung. Eine solche Knickung wird vor allem durch einen starren beweglichen Rahmen ermöglicht, der den Stoß auf alle Profilträger gemeinsam verteilt. Diese Verteilung kann im übrigen noch durch gleichzeitige Verwendung von Vorrichtungen zum Schutz vor Übereinanderschieben verbessert werden.Thanks to the invention, it is possible to absorb forces over a large length at one end of a vehicle that collides with the end of another vehicle or an obstacle, by gradually plastically buckling the profile beams in the form of a length reduction and with a limitation of the transverse deformation. Such buckling is mainly caused by a rigid, movable frame that distributes the impact across all the profile beams. This distribution can be further improved by the simultaneous use of devices to prevent them from sliding over one another.
Ferner gewährleistet das elastische Verhalten der Anordnung die Widerstandsfähigkeit gegen die Beanspruchungen, denen das Fahrzeug bei normalen Betriebsbedingungen sowie bei leichten Stößen ausgesetzt ist.Furthermore, the elastic behaviour of the arrangement ensures resistance to the stresses to which the vehicle is subjected during normal operating conditions as well as during light impacts.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt. Viemehr sind Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown in the accompanying drawings. Rather, variations and modifications are possible, which the person skilled in the art will make if necessary without departing from the spirit of the invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8332 | No legal effect for de | ||
| 8370 | Indication related to discontinuation of the patent is to be deleted | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition |