EP0826569B1 - Aufprallschutzvorrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP0826569B1
EP0826569B1 EP97114886A EP97114886A EP0826569B1 EP 0826569 B1 EP0826569 B1 EP 0826569B1 EP 97114886 A EP97114886 A EP 97114886A EP 97114886 A EP97114886 A EP 97114886A EP 0826569 B1 EP0826569 B1 EP 0826569B1
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energy
buffer
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Sieghard Schneider
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Siemens AG
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Siemens Krauss Maffei Lokomotiven GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B61D15/06—Buffer cars; Arrangements or construction of railway vehicles for protecting them in case of collisions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G11/00—Buffers
    • B61G11/16—Buffers absorbing shocks by permanent deformation of buffer element

Definitions

  • the invention relates to a device for compensating for that Energy absorption capacity of buffer elements of rail vehicles exceeding impact energy, consisting of one or more between the main frame of the rail vehicle and its buffer elements arranged energy consumption elements with box-like structure and square cross-sectional shape.
  • a device of this type is from the magazine ZEV + DET Glas.Ann.119 (1995) No. 9/10 September / October, pages 300 to 307, "The impact safety of railway vehicles"known in which the energy consumption elements of three arranged on the main frame of the rail vehicle box-like beams with a closed cross-section.
  • This one Carrier no significant stability against lateral forces have, in addition to the actually effective central support, the two other beams set at an angle as inclined supports, which are high Exercise support against lateral operating forces.
  • At a Impact only deforms the central beam through an axial one Folding. This wrinkle bulge that occurs in the manner of a bellows (Upset deformation) of the central beam goes with optimal Energy compensation.
  • the inclined supports fail due to their large angle of attack due to much less energy double buckling.
  • Their main function is mainly: Management function for the central carrier in order to ensure that it is energetically highly effective ensure axial folding.
  • this has the advantage that only a simple one Part between the buffer element and the main frame is to be provided and other that this component is only in the for optimal energy compensation suitable axial fold bulge deformed.
  • the order of side supports to prevent buckling of the there is no need for the carrier provided for the axial folding.
  • the invention is based on the knowledge that at one an impact triggered in the beam, this is initially in the Set the area of the buffer element in which the carrier the lower Has cross section. Because the resistance to deformation of the wearer progressively increased due to the increasing cross section to the main frame, arises an axially continuous from the buffer element to the main frame Wrinkle bulge, causing an uncontrollable buckling like this could occur with a beam with a constant cross-sectional shape, can be excluded.
  • the carrier has at least in the area the main frame is the shape of a rectangle with the longer sides are located horizontally.
  • the side support forces of the Increase energy consumption element are provided.
  • the structure of the carrier or energy consumption element in the area of the buffer element in defined areas with weak points e.g. in Form of notches in the wall of the carrier, may be provided.
  • weak points can be specified at which point and in what order the walls of the beam through parallel successive folds should deform.
  • the defined weakening of the structure of the carrier only in the front Area arranged or decrease to the rear area.
  • the buffer element is inside arranged of the box-like carrier and projects substantially above it only in the axial length of the suspension travel of the buffer element. This means that the overall length of the rail vehicle remains the same one the effective overall length of the functioning as an energy consumption element box-like carrier enlarged, on the other hand, the inner arrangement the buffer element in the deformation of the box-like carrier a self-centering, by which the danger of a lateral buckling of the wearer is further reduced.
  • the is between Buffer element and main frame arranged carrier designed as an inverted tube, in which the wearer is subjected to an impact load in the range of Buffer element in the manner of a rolling membrane inside and that Buffer element immersed in the interior of the carrier.
  • the cross section of the one designed as an inverted tube preferably takes closed beam tapered towards the main frame, thereby achieving that the energy-consuming inversion process in the area of the buffer element begins and then progressively increases the inversion resistance continues in the back.
  • the carrier 3 and 4 consist of a strong sheet metal and have a box-shaped structure with rectangular closed cross-sectional shape.
  • the cross section of the beams 3 and 4 takes back to the main frame 1 conical to and is on this with the cross-sectional shape as horizontal fixed rectangle.
  • the brackets 3 and 4 are on the main frame 1 releasably attached, likewise the buffer elements 5 and 6 are releasably attached the carriers 3 and 4 attached.
  • the carrier 3 and 4 with Connection plates must be provided.
  • Fig. 1 is an undeformed carrier 3 and on the left side a deformed support 4 is shown on the right-hand side.
  • the structural design of the beams 3 and 4 is largely ensured that the carriers 3 and 4 even with off-center introduction the impact energy does not buckle (bending deformation) but itself deform by axial buckling. This caused by compression Deformation causes a parallel folding 8 of the walls of the Carriers 3 and 4 in the manner of a bellows.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the energy dissipation elements in the form of partially enclosing the buffer elements 15 and 16 Carriers 13 and 14.
  • the buffer elements 15 and 16 protrude above Carrier 13 and 14 only in a length that the spring travel of the buffer elements 15 and 16 corresponds to the normal operation of the rail vehicles. With the same External dimensions of the rail vehicle can thus be the most effective Length of the carrier 13 and 14 are increased.
  • the beams 13 and 14 compress energy-consuming axial wrinkle together.
  • 12 through openings 15 'and 16' be provided for the buffer elements 15 and 16.
  • FIG. 3 shows on the left side an undeformed carrier 13 and on the right side a deformed beam 14. It is only a partial deformation, since the buffer element 16 is not yet Passed through opening 16 '.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensation von das Energieaufnahmevermögen von Pufferelementen von Schienenfahrzeugen überschreitender Aufprallenergie, bestehend aus einem oder mehreren zwischen dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs und dessen Pufferelementen angeordneten Energieverzehrelementen mit kastenartigem Aufbau und viereckiger Querschnittsform.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der Zeitschrift ZEV+DET Glas.Ann.119 (1995) Nr. 9/10 September/Oktober, Seiten 300 bis 307, "Die Aufprallsicherheit von Eisenbahnfahrzeugen" bekannt, bei der die Energieverzehrelemente aus drei am Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs angeordneten kastenartigen Trägern mit geschlossenem Querschnitt bestehen. Da diese Träger keine nennenswerte eigene Stabilität gegenüber seitlichen Kräften haben, sind neben dem eigentlich wirksamen mittigen Träger die beiden anderen Träger im Winkel als Schrägstützen angesetzt, die eine hohe Stützwirkung gegenüber seitlichen Betriebskräften ausüben. Bei einem Aufprall verformt sich lediglich der mittige Träger durch eine axiale Faltung. Diese sich nach Art eines Faltenbalges einstellende Faltenbeulung (Stauchverformung) des mittigen Trägers geht mit optimaler Energiekompensation einher. Die Schrägstützen hingegen versagen aufgrund ihres großen Anstellwinkels durch energetisch wesentlich ungünstigeres doppeltes Einknicken. Ihre Hauptfunktion besteht vorwiegend in der Führungsfunktion für den mittigen Träger, um dessen energetisch hocheffektive axiale Faltung sicherzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Energieverzehrelemente der vorgenannten Art so auszugestalten, daß bei Verwendung von jeweils nur einem kastenartigen Träger zwischen Pufferelement und Hauptrahmen eine erhöhte Stabilität gegenüber seitlichen Kräften und Momenten sowie gegenüber exzentrischen Längskräften gegeben ist und daß sich der Träger bei einem Aufprall nur durch axiale Faltenbeulung verformt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ergibt sich damit zum einem der Vorteil, daß nur ein einfaches Bauteil zwischen Pufferelement und Hauptrahmen vorzusehen ist und zum anderen, daß dieses Bauteil sich nur in der für eine optimale Energiekompensation geeigneten axialen Faltenbeulung verformt. Die Anordnung von seitlich stützenden Trägern zur Verhinderung eines Einknickens des für die axiale Faltung vorgesehenen Trägers erübrigt sich.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß bei einer durch einen Aufprall im Träger ausgelösten Deformation, diese sich zunächst im Bereich des Pufferelements einstellt, in dem der Träger den geringeren Querschnitt aufweist. Da sich der Verformungswiderstand des Trägers aufgrund des zum Hauptrahmen zunehmenden Querschnitts progressiv erhöht, stellt sich eine vom Pufferelement zum Hauptrahmen axial fortlaufende Faltenbeulung ein, so daß ein unkontrollierbares Einknicken, wie dies bei einem Träger mit konstanter Querschnittsform eintreten könnte, ausgeschlossen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Träger zumindest im Bereich des Hauptrahmens die Form eines Rechtecks, bei dem die längeren Seiten horizontal gelegen sind. Damit lassen sich die Seitenstützkräfte des Energieverzehrelementes erhöhen.
Zur weiteren Steigerung der Seitenstützkräfte können im Bereich des hinteren Anschlusses des Energieverzehrelementes seitliche Aussteifungen vorgesehen werden, die ferner ein progressives Ansteigen des Widerstandes gegen axiales Faltenbeulen bewirken. Im weiteren wird damit ein Übergreifen der Verformung auf die Folgestruktur (Hauptrahmen) weitgehend vermieden.
Zur weiteren Sicherstellung einer vom Pufferelement zum Hauptrahmen progressiv sich fortsetzenden Deformation durch axiales Faltenbeulen kann die Struktur des Trägers bzw. Energieverzehrelementes im Bereich des Pufferelementes in definierten Bereichen mit Schwachstellen, z.B. in Form von Einkerbungen in der Wandung des Trägers, versehen sein. Durch die Schwachstellen kann vorgegeben werden, an welcher Stelle und in welcher Reihenfolge sich die Wandungen des Trägers durch parallel aufeinanderfolgende Faltungen verformen sollen. Vorzugsweise sind die definierten Schwächungen der Struktur des Trägers nur im vorderen Bereich angeordnet oder nehmen zum hinteren Bereich ab.
Die vorbeschriebenen konstruktiven Maßnahmen erhöhen die Sicherheit, daß die Deformation des Trägers nur durch das mit einem hohen Energieverzehr einhergehende axiale Faltenbeulen (Stauchverformung) erfolgt, wobei auch bei außerzentrischer Einleitung der Aufprallenergie ein unkontrolliertes und nur einen geringen Energieverzehr bewirkendes Einknicken (Biegeverformung) des Trägers weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
Zur Steigerung des Energieaufnahmevermögens können in dem vom kastenartigen Träger umschlossenen Raum weitere energieverzehrende Strukturen, wie z.B. ein innenliegendes Rohr, eingesetzt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Pufferelement innerhalb des kastenartigen Trägers angeordnet und überragt diesen im wesentlichen nur noch in der axialen Länge des Federungsweges des Pufferelementes. Damit wird bei gleichbleibender Gesamtlänge des Schienenfahrzeugs zum einen die wirksame Baulänge des als Energieverzehrelement fungierenden kastenartigen Trägers vergrößert, zum anderen bewirkt die innere Anordnung des Pufferelementes bei der Deformation des kastenartigen Trägers eine Selbstzentrierung, durch die die Gefahr eines seitlichen Wegknickens des Trägers weiter reduziert ist.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der zwischen Pufferelement und Hauptrahmen angeordnete Träger als Stülprohr ausgebildet, bei dem sich der Träger bei einer Aufprallbelastung im Bereich des Pufferelementes nach Art einer Rollmembrane nach innen einstülpt und das Pufferelement in den Innenraum des Trägers eintaucht.
Vorzugsweise nimmt der Querschnitt des als Stülprohr ausgebildeten geschlossenen Trägers zum Hauptrahmen konisch zu, wodurch erreicht wird, daß der energieverzehrende Umstülpvorgang im Bereich des Pufferelementes beginnt und sich mit progressiv steigerndem Umstülpwiderstand nach hinten fortsetzt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung des Endteils eines Schienenfahrzeugs in der Draufsicht,
Fig. 2
die Darstellung des Schienenfahrzeugs nach Fig. 1 in der Vorderansicht und
Fig. 3
eine schematische Darstellung des Endteils einer anderen Ausführungsform des Schienenfahrzeugs in der Draufsicht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen das Endteil des Hauptrahmens 1 eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise einer Lokomotive. Auf dem Querträger 2 des Hauptrahmens 1 sind zwei Energieverzehrelemente in Form von kastenartigen Trägern 3 und 4 befestigt, die an ihren vorderen Enden jeweils ein Pufferelement 5 und 6 tragen. Die Träger 3 und 4 bestehen aus einem starken Blech und haben einen kastenförmigen Aufbau mit rechteckiger geschlossener Querschnittsform.
Der Querschnitt der Träger 3 und 4 nimmt nach hinten zum Hauptrahmen 1 konisch zu und ist an diesem mit der Querschnittsform als waagrecht liegendes Rechteck befestigt. Die Träger 3 und 4 sind am Hauptrahmen 1 lösbar befestigt, desgleichen sind die Pufferelemente 5 und 6 lösbar an den Trägern 3 und 4 befestigt. An den Verbindungsstellen zum Hauptrahmen 1 und zu den Pufferelementen 5 und 6 können die Träger 3 und 4 mit Anschlußplatten versehen sein. Im konisch erweiterten Bereich weisen die Träger 3 und 4 seitliche Aussteifungen in Form von Stützrippen 7 auf.
In der Fig. 1 ist auf der linken Seite ein unverformter Träger 3 und auf der rechten Seite ein verformter Träger 4 dargestellt.
Im Falle eines Aufpralls des Schienenfahrzeugs mit einer Energie, die das Energieaufnahmevermögen der Pufferelemente 5 und 6 überschreitet, erfolgt die weitere Energieaufnahme durch eine Verformung der als Energieverzehrelemente fungierenden Träger 3 und 4.
Durch die konstruktive Gestaltung der Träger 3 und 4 ist weitestgehend sichergestellt, daß die Träger 3 und 4 auch bei außerzentrischer Einleitung der Aufprallenergie nicht Einknicken (Biegeverformung) sondern sich durch axiales Faltenbeulen verformen. Diese durch Stauchung hervorgerufene Verformung bewirkt eine parallele Faltung 8 der Wandungen der Träger 3 und 4 nach Art eines Faltenbalges.
Mit dieser Art der Stauchverformung kann im Vergleich zu einer Verformung durch Einknicken bei einem geschlossenen Träger eine wesentlich größere Energiemenge absorbiert werden.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Energieverzehrelemente in Form von die Pufferelemente 15 und 16 teilweise umschließenden Trägern 13 und 14. Die Pufferelemente 15 und 16 überragen dabei die Träger 13 und 14 nur in einer Länge, die dem Federweg der Pufferelemente 15 und 16 im Normalbetrieb der Schienenfahrzeuge entspricht. Bei gleichbleibenden Außenabmessungen des Schienenfahrzeugs kann damit die wirksame Länge der Träger 13 und 14 vergrößert werden.
Im Falle eines Aufpralls stauchen sich die Träger 13 und 14 unter energieverzehrender axialer Faltenbeulung zusammen. Um dabei die gesamte Länge der Träger 13 und 14 als verformbare Struktur nutzen zu können, müssen in diesem Fall im Querträger 12 Durchtrittsöffnungen 15' und 16' für die Pufferelemente 15 und 16 vorgesehen sein.
Die Fig. 3 zeigt auf der linken Seite einen unverformten Träger 13 und auf der rechten Seite einen verformten Träger 14. Es handelt sich dabei nur um eine teilweise Verformung, da das Pufferelement 16 noch nicht die Durchtrittsöffnung 16' durchsetzt hat.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Kompensation von das Energieaufnahmevermögen von Pufferelementen von Schienenfahrzeugen überschreitender Aufprallenergie, bestehend aus einem oder mehreren zwischen dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs und dessen Pufferelementen angeordneten Energieverzehrelementen mit kastenartigem Aufbau und viereckiger Querschnittsform, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Pufferelement (15,15',16,16') und dem Hauptrahmen (1) des Schienenfahrzeugs jeweils ein Energieverzehrelement in Form eines geschlossenen, kastenartigen Trägers (3,13;4,14) angeordnet ist, dessen Querschnittsform sich vom Pufferelement zum Hauptrahmen stetig erweitert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (3,13;4,14) zumindest im Bereich der Befestigung am Hauptrahmen (1) im Querschnitt eine Rechtecksform aufweisen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Trägern (3,13;4,14) im Bereich der Befestigung am Hauptrahmen (1) seitliche Aussteifungen angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der Träger (3,13;4,14) nach der Maßgabe mit Schwachstellen versehen ist, daß sich bei Aufprallbelastung vom Pufferelement (5,15;6,16) zum Hauptrahmen (1) progressiv fortschreitend parallele Faltungen 8 ergeben.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den von den Trägern (3,13;4,14) umschlossenen Räumen zusätzlich energieverzehrende Elementen angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (3,13;4,14) die Pufferelemente (15,16) teilweise umschließen.
  7. Vorrichtung zur Kompensation von das Energieaufnahmevermögen von Pufferelementen von Schienenfahrzeugen überschreitender Aufprallenergie, bestehend aus einem oder mehreren zwischen dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs und dessen Pufferelementen angeordneten Energieverzehrelementen mit kastenartigem Aufbau und viereckiger Querschnittsform, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Pufferelement und dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs jeweils ein Energieverzehrelement in Form eines Stülprohres angeordnet ist, dessen Querschnittsform zum Hauptrahmen konisch zunimmt.
EP97114886A 1996-08-30 1997-08-28 Aufprallschutzvorrichtung für Schienenfahrzeuge Expired - Lifetime EP0826569B1 (de)

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