EP0952062A1 - Kollisionsschutzeinrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP0952062A1
EP0952062A1 EP99107605A EP99107605A EP0952062A1 EP 0952062 A1 EP0952062 A1 EP 0952062A1 EP 99107605 A EP99107605 A EP 99107605A EP 99107605 A EP99107605 A EP 99107605A EP 0952062 A1 EP0952062 A1 EP 0952062A1
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EP
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energy absorption
absorption elements
head
protection device
buffer coupling
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Steffen Dipl-Ing Scharf
Karsten Dipl-Ing Heidgen
Mario Dipl-Ing Friedrich
Wilfried Wolter
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DB Fernverkehr AG
Alstom Bahntechnologie Holding Germany GmbH
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Deutsche Bahn AG
DWA Deutsche Waggonbau 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
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/06—End walls
    • 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 collision protection device for rail vehicles, those in particular at the ends of locomotives equipped with driver's cabs, Railcars, multiple units and control cars are arranged and one in the undercarriage provided central buffer coupling with predetermined breaking points, a guide shaft as well as an underride guard and energy absorption elements.
  • Such devices are generally of local rail vehicles and from DE 36 32 578 A1, DE 19502217 A1 and from DE 196 38 739 6 known. They usually consist of an automatic central buffer coupling reversible and irreversible absorbers in the coupling rod, a predetermined breaking connection on the attachment of the central buffer coupling, as well as on the side in front of the head carrier attached absorbers.
  • the disadvantages of these devices are in particular inadequate impact compatibility in the event of collisions with obstacles not found on the track or with vehicles equipped with side buffers and in the need to to use laterally arranged profile plates as climbing protection devices thereby the possibilities for shaping the vehicle head are severely restricted.
  • the invention specified in the claim is based on the problem, with elimination the disadvantages of the prior art, a universally applicable collision protection device for rail vehicles, especially those with driver's cabs equipped ends of locomotives, multiple units, multiple units and control cars create, which takes into account the real accident risks (compatibility), climbing counteracts collisions with other rail vehicles as well as a variable Allows design of the vehicle head.
  • the proposed collision protection device consists of a central buffer coupling 1, which is at a predetermined breaking point 2 on the head support 3 of the undercarriage 4 is attached, from energy absorption elements 5, each to the side of the central buffer coupling 1 between the lower edge of the head support 3 and the Support the impact protection structure 6 over a large area on the base frame 4 at least one vertical stop limiting the deflection of the central buffer coupling 1 7, which is supported on the energy absorption elements 5, from an underride guard 8, which is in operative connection with the head support 3 and the impact protection construction 6 stands and from a guide shaft 9, which the unimpeded Treatment of the middle buffer coupling 1 after the failure of the predetermined breaking point 2 enables.
  • the center buffer coupling 1 known per se in the exemplary embodiment permits coupling speeds according to the operational requirements of the operator (first Speed level).
  • first Speed level the operational requirements of the operator
  • second Speed level the damage remains up to a higher one Impact speed (second speed level) on a compression tube in the coupling beam and an easily replaceable portion of the headliner 10 at the vehicle end limited.
  • the energy absorption elements 5 extend in the vertical direction approximately from the lower edge of the head support 3 to the upper edge of the impact protection structure 6. This arrangement ensures a good protective effect in the event of collisions with similar vehicles or larger obstacles that are not related to the track. In these cases, the energy absorption elements 5 come into effect in a manner known per se only after the predetermined breaking point 2 has failed and the central buffer coupling 1 has receded into the guide shaft 9.
  • the breaking force F B of the predetermined breaking point 2 and the total deformation resistance F 1 + F 2 of the energy absorption elements 5 are dimensioned such that the force F Wk which can be borne by the car body is not exceeded ( F B ⁇ F Wk and F 1 + F 2nd ⁇ F Wk ). Climbing is avoided by the large contact area on the front of the energy absorption elements 5, their defined resistance to deformation and the small vertical difference between the center of gravity of the vehicle (inertial force) and the attack height of the impact force.
  • the arrangement of the central buffer coupling 1 and the energy absorption elements 5, which is designed for collisions with similar vehicles and non-path obstacles, has in known designs in the event of a collision with vehicles equipped with side buffers that parallel effects of the central buffer coupling 1 and energy absorption elements 5 can occur. There is a risk of overloading the body structure.
  • an underride guard 8 is arranged below the head carrier 3 or the energy absorption elements 5 in operative connection with the head carrier 3 and the impact protection construction 6.
  • the front edge of the underride guard 8 is set back from the front edge of the energy absorption elements 5 by the amount of the intended compression length S of the energy absorption elements 5, so that a parallel effect of the energy absorption elements 5 and the underride guard 8 is excluded.
  • central buffer coupling 1 and energy absorption elements 5 in front of the actual load-bearing vehicle frame enables the Vehicle damage to these components and to the front parts of the head lining 10 up to a defined collision speed (third speed level).

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kollisionsschutzeinrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für die mit Führerständen ausgestatteten Enden von Lokomotiven, Triebwagen, Triebzügen und Steuerwagen, bestehend aus einer im Untergestellvorbau vorgesehenen Mittelpufferkupplung mit Sollbruchstellen, einem Führungsschacht sowie einem Unterfahrschutz und Energieabsorptionselementen. Erfindungsgemäß wird das Problem der Schaffung einer die realen Unfallrisiken berücksichtigenden Kollisionsschutzeinrichtung dadurch gelöst, indem die Energieabsorptionselemente (5) sich großflächig am Kopfträger (3) und an der Rammschutzkonstrukion (6) abstützen und jeweils seitlich der Mittelpufferkupplung (1) angeordnet sind, wobei die Energieabsorptionselemente (5) sich beim Zusammenstoß mit Schienenfahrzeugen mit Seitenpuffern vorwiegend lokal im Bereich der eindringenden Pufferteller verformen und in diesem lokalen Bereich so bemessen sind, daß sie den eindringenden Seitenpuffern einen Verformungswiderstand F1 entgegensetzen und daß unterhalb vom Kopfträger (3) bzw. von den Energieabsorptionselementen (5) ein Unterfahrschutz (8) in Wirkverbindung mit dem Kopfträger (3) und der Rammschutzkonstruktion (6) angeordnet ist, dessen Vorderkante gegenüber der Vorderkante der Energieabsorptionselemente (5) mindestens um das Maß der vorgesehenen Stauchlänge S der Energieabsorptionselemente (5) zurückgesetzt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kollisionsschutzeinrichtung für Schienenfahrzeuge, die insbesondere an den mit Führerständen ausgestatteten Enden von Lokomotiven, Triebwagen, Triebzügen und Steuerwagen angeordnet ist und aus einer im Untergestellvorbau vorgesehenen Mittelpufferkupplung mit Sollbruchstellen, einem Führungsschacht sowie einem Unterfahrschutz und Energieabsorptionselementen besteht.
Derartige Einrichtungen sind ganz allgemein von Nahverkehrs-Schienenfahrzeugen und aus der DE 36 32 578 A1, der DE 19502217 A1 bzw. aus der DE 196 38 739 6 bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einer automatischen Mittelpufferkupplung mit reversiblen und irreversiblen Absorbern in der Kuppelstange, einer Sollbruchverbindung an der Befestigung der Mittelpufferkupplung, sowie jeweils seitlich vor dem Kopfträger befestigten Absorbern. Die Nachteile dieser Einrichtungen bestehen insbesondere in der ungenügenden Stoßkompatibilität bei Kollisionen mit bahnfremden Hindernissen oder mit Fahrzeugen, die mit Seitenpuffer ausgerüstet sind, sowie in der Notwendigkeit, seitlich angeordnete Profilplatten als Aufkletterschutzvorrichtungen zu verwenden, wobei dadurch die Möglichkeiten zur Formgestaltung des Fahrzeugkopfes stark eingeschränkt sind.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, unter Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik eine universell anwendbare Kollisionsschutzeinrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für die mit Führerständen ausgestatteten Enden von Lokomotiven, Triebwagen, Triebzügen und Steuerwagen zu schaffen, welche die realen Unfallrisiken berücksichtigt (Kompatibilität), dem Aufklettern bei Kollisionen mit anderen Schienenfahrzeugen entgegenwirkt sowie eine variable Gestaltung des Fahrzeugkopfes zuläßt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei zeigen die Zeichnungen in:
Fig. 1
einen Schnitt durch die Kollisionsschutzeinrichtung in der Seitenansicht
Fig. 2
die Kollisionsschutzeinrichtung in der Draufsicht
Die vorgeschlagene Kollisionsschutzeinrichtung besteht gemäß den Fig. 1 und 2 aus einer Mittelpufferkupplung 1, die an einer Sollbruchstelle 2 am Kopfträger 3 des Untergestellvorbaus 4 befestigt ist, aus Energieabsorptionselementen 5, die sich jeweils seitlich der Mittelpufferkupplung 1 zwischen der Unterkante des Kopfträgers 3 und der Rammschutzkonstruktion 6 großflächig auf dem Untergestellvorbau 4 abstützen, aus mindestens einem, die Auslenkung der Mittelpufferkupplung 1 begrenzenden Vertikalanschlag 7, der sich auf die Energieabsorptionselemente 5 abstützt, aus einem Unterfahrschutz 8, welcher in Wirkverbindung mit dem Kopfträger 3 und der Rammschutzkonstruktion 6 steht sowie aus einem Führungsschacht 9, der das ungehinderte Zurückweichen der Mittelpufferkupplung 1 nach dem Versagen der Sollbruchstelle 2 ermöglicht.
Die an sich bekannte Mittelpufferkupplung 1 im Ausführungsbeispiel erlaubt Kuppelgeschwindigkeiten entsprechend den betrieblichen Anforderungen des Betreibers (erste Geschwindigkeitsstufe). Bei Überstößen (Überschreitung der zulässigen Kuppelgeschwindigkeit), z.B. bei Rangierunfällen, bleiben die Schäden bis zu einer höheren Aufstoßgeschwindigkeit (zweite Geschwindigkeitsstufe) auf ein Stauchrohr im Kupplungsbalken und einen leicht ersetzbaren Teil der Kopfverkleidung 10 am Fahrzeugende beschränkt. Sind bei noch höheren Kollisionsgeschwindigkeiten die Hübe der Mittelpufferkupplung 1 erschöpft, weicht diese nach dem Ansprechen der Sollbruchstelle 2 in an sich bekannter Weise in den Führungsschacht 9 des Untergestellvorbaus 4 zurück. Die Energieabsorptionselemente 5 kommen mit dem Kollisionskontrahenten in Kontakt und werden plastisch gestaucht.
Die Energieabsorptionselemente 5 erstrecken sich in vertikaler Richtung etwa von der Unterkante des Kopfträgers 3 bis zur Oberkante der Rammschutzkonstruktion 6. Durch diese Anordnung ist eine gute Schutzwirkung bei Kollisionen mit gleichartigen Fahrzeugen bzw. größeren bahnfremden Hindernissen gewährleistet. Die Energieabsorptionselemente 5 kommen in diesen Fällen in an sich bekannter Weise erst nach dem Versagen der Sollbruchstelle 2 und den Zurückweichen der Mittelpufferkupplung 1 in den Führungsschacht 9 zur Wirkung. Die Bruchkraft FB der Sollbruchstelle 2 und der gesamte Verformungswiderstand F1+F2 der Energieabsorptionselemente 5 sind so bemessen, daß die vom Wagenkasten ertragbare Kraft FWk nicht überschritten wird (FB ≤ FWk und F1+F2 ≤ FWk ). Das Aufklettern wird durch die große Kontaktfläche an der Vorderseite der Energieabsorptionselemente 5, ihren definierten Verformungswiderstand und die geringe vertikale Differenz zwischen Fahrzeugschwerpunkt (Trägheitskraft) und der Angriffshöhe der Stoßkraft vermieden.
Die für Kollisionen mit gleichartigen Fahrzeugen und bahnfremden Hindernissen ausgelegte Anordnung der Mittelpufferkupplung 1 und der Energieabsorptionselemente 5 hat bei bekannten Ausführungen im Falle des Zusammenstoßes mit Fahrzeugen, die mit Seitenpuffern ausgerüstet sind zur Folge, daß Parallelwirkungen von Mittelpufferkupplung 1 und Energieabsorptionslementen 5 eintreten können. Dabei besteht die Gefahr einer Überbelastung der Wagenkastenstruktur. Dieser Nachteil wird hier überwunden, indem die Energieabsorptionselemente 5 so angeordnet werden, daß sie sich beim Zusammenstoß mit Seitenpufferfahrseugen überwiegend lokal im Bereich der eindringenden Puffer verformen, wobei die Widerstandskraft F1 der Energieabsorptionselemente 5 im Bereich der lokalen Verformung und die Bruchkraft FB der Sollbruchstelle 2 an der Mittelpufferkupplung 1 so bemessen werden, daß die vom Wagenkasten ertragbare Kraft nicht überschritten wird (Figur 1: F1+FB ≤ Fwk ). Das Aufklettern wird in diesem Fall durch den Formschluß zwischen den im unteren Teil lokal deformierten Energieabsorptionselementen 5 und den eindringenden Seitenpuffern vermieden. Vertikalanschläge 7 begrenzen das Ausweichen der Mittelpufferkupplung 1 nach oben bzw. unten und gewährleistet somit die vorgesehene Energieabsorption der Kupplung unabhängig vom Kollisionskontrahenten. Die gewünschten Eigenschaften der Energieabsorptionselemente 5 werden beispielsweise durch den Einsatz von an sich bekannten Aluminiumwabenkissen erreicht. Um Entgleisungen infolge des Überfahrens kleinerer Kollisionskontrahenten (z.B. PKWs) vorzubeugen, ist unterhalb des Kopfträgers 3 bzw. der Energieabsorptionselemente 5 ein Unterfahrschutz 8 in Wirkverbindung mit dem Kopfträger 3 und der Rammschutzkonstrukion 6 angeordnet. Die Vorderkante des Unterfahrschutzes 8 ist gegenüber der Vorderkante der Energieabsorptionselemente 5 um das Maß der vorgesehenen Stauchlänge S der Energieabsorptionselemente 5 zurückgesetzt, so daß eine Parallelwirkung der Energieabsorptionselemente 5 und des Unterfahrschutzes 8 ausgeschlossen wird.
Die modulare Anordnung von Mittelpufferkupplung 1 und Energieabsorptionselementen 5 vor dem eigentlichen tragenden Fahrzeugrahmen ermöglicht eine Eingrenzung der Fahrzeugschäden auf diese Bauteile und auf die vorderen Teile der Kopfverkleidung 10 bis zu einer definierten Kollisionsgeschwindigkeit (dritte Geschwindigkeitsstufe).
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Mittelpufferkupplung
2
Sollbruchstelle
3
Kopfträger
4
Untergestellvorbau
5
Energieabsorptionselemente
6
Rammschutzkonstrukion
7
Vertikalanschlag
8
Unterfahrschutz
9
Führungsschacht
10
Kopfverkleidung
F1
lokaler Verformungswiderstand
F2
Verformungswiderstand
FB
Bruchkraft der Sollbruchstelle
FWK
vom Wagenkasten ertragbare Kraft
S
Stauchlänge

Claims (5)

  1. Kollisionsschutzeinrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für die mit Führerständen ausgestatteten Enden von Lokomotiven, Triebwagen, Triebzügen und Steuerwagen, bestehend aus einer im Untergestellvorbau vorgesehenen Mittelpufferkupplung mit Sollbruchstellen, einem Führungsschacht sowie einem Unterfahrschutz und Energieabsorptionselementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieabsorptionselemente (5) sich großflächig am Kopfträger (3) und an der Rammschutzkonstrukion (6) abstützen und jeweils seitlich der Mittelpufferkupplung (1) angeordnet sind, wobei sich die Energieabsorptionselemente (5) beim Zusammenstoß mit Schienenfahrzeugen, welche mit Seitenpuffern ausgerüstet sind, vorwiegend lokal im Bereich der eindringenden Pufferteller verformen und in diesem lokalen Bereich so bemessen sind, daß sie den eindringenden Seitenpuffern einen Verformungswiderstand F1 entgegensetzen und daß unterhalb vom Kopfträger (3) bzw. von den Energieabsorptionselementen (5) ein Unterfahrschutz (8) in Wirkverbindung mit dem Kopfträger (3) und der Rammschutzkonstruktion (6) angeordnet ist, dessen Vorderkante gegenüber der Vorderkante der Energieabsorptionselemente (5) mindestens um das Maß der vorgesehenen Stauchlänge S der Energieabsorptionselemente (5) zurückgesetzt ist.
  2. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieabsorptionselemente (5) hinsichtlich ihres Verformungswiderstandes F1 so bemessen sind, daß im Zusammenwirken mit der Bruchkraft FB der Sollbruchstelle (2) der Mittelpufferkupplung (1) die vom Wagenkasten ertragbare Kraft FWk nicht überschritten wird (F1+FB ≤ FWk).
  3. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine unerwünschte vertikal Auslenkung der Mittelpufferkupplung (1) durch mindestens einen Vertikalanschlag (7) begrenzt wird, der in Wirkverbindung mit den Energieabsorptionselementen (5), dem Kopfträger (3) oder der Rammschutzkonstrukion (6) steht.
  4. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieabsorptionselemente (5) in geeigneter nicht näher dargestellter Weise an die Form des Fahrzeugkopfes angepaßt sind.
  5. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die großflächige Abstützung der Energieabsorptionselemente (5) durch ihre Anordnung zwischen der Oberkante der Rammschutzkonstrukion (6) und der Unterkante des Kopfträgers (3) realisiert wird.
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