EP2250062A1 - Crashtaugliche bugschürze für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Crashtaugliche bugschürze für ein schienenfahrzeug

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Publication number
EP2250062A1
EP2250062A1 EP08873211A EP08873211A EP2250062A1 EP 2250062 A1 EP2250062 A1 EP 2250062A1 EP 08873211 A EP08873211 A EP 08873211A EP 08873211 A EP08873211 A EP 08873211A EP 2250062 A1 EP2250062 A1 EP 2250062A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier part
front bumper
front apron
bumper according
crash
Prior art date
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Application number
EP08873211A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2250062B1 (de
Inventor
Wilhelm Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Publication of EP2250062A1 publication Critical patent/EP2250062A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2250062B1 publication Critical patent/EP2250062B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a crashworthy front apron for a rail vehicle having a front apron flap, which is fastened by means of support to the shell of the rail vehicle.
  • Car body substructure of the rail vehicle is also referred to below as shell.
  • Vehicle head are fixed in the front area laterally each by a pivot joint.
  • the pivot joint is arranged at a side facing away from the bow end of the apron. If the Clutch block performs a lateral pivoting movement during cornering, these skirts are folded laterally outwards, so that the pivotal movement of the clutch block is left room.
  • springs provide for the swinging back of the wing, so that the outer contour of the carriage profile is closed again flush.
  • plastic is used not only for cover elements but also in the manufacture of the shell.
  • the vehicle head of a modern rail vehicle can be manufactured in its entirety as a self-supporting plastic structure.
  • the plastic is reinforced with fibers.
  • GFP glass fiber reinforced plastic
  • Metal structure - a longer repair time and is also expensive and expensive.
  • the invention proposes a front apron, in which, in the event of a crash, the front apron flap together with a part of the carrying device is simply thrown off, so that the power flow for anchoring to the body substructure is interrupted.
  • the discharge takes place so that the impact energy can cause no damage to the plastic structure of the vehicle head.
  • only a comparatively much smaller, uncritical proportion of the impact energy reaches the supporting structure of the vehicle head.
  • the ejection is effected by a slip-clutch release mechanism which is arranged between a first and a second carrier part.
  • Preferred is an arrangement in which the support device in a side facing away from the bow side of the front apron flap is arranged.
  • This arrangement corresponds, as already mentioned, the hitherto conventional arrangement of the support device with a pivoting front apron flap.
  • the advantage arises in particular from the fact that in the case of a retrofit previously used support device can be easily replaced by the inventive two-part design of the carrier together with slip clutch release mechanism. The cost of retrofitting a rail vehicle with crash-prone aprons is low.
  • first carrier part, the second carrier part together with the friction clutch and release mechanism therebetween are arranged along a vertical axis and this arrangement is suspended from the underside of the shell.
  • a construction is advantageous in which the rotation of the first carrier part is guided in the other, second carrier part, preferably by a guide pin in a corresponding receptacle.
  • the slip clutch trip mechanism may have clutch flanges where the friction forces can be calculated very well. This means that in the event of a crash by a predetermined contact pressure of the coupling flanges, possibly also by a corresponding formation of the roughness of the friction surfaces, the triggering threshold can be structurally specified so that the separation between the two support parts sure so that the plastic underbody structure of the vehicle head is not damaged. At the same time it can be ensured that at apron-free ride, in which the frictional connection should keep as stable as possible, the front apron does not loosen.
  • the contact pressure means are designed so that the contact pressure is adjustable.
  • the tripping threshold can be preset at the factory or, if necessary, readjusted during maintenance work.
  • a simple construction can be designed so that slots and bores are formed on the coupling flanges. In undisturbed normal operation are each facing a slot and a hole. Through each slot with associated hole a pressing means, for example, a screw inserted and provided at the end with a nut. In terms of design, the rotational position is thus predetermined in a simple manner in which the separation is to take place in the event of a crash.
  • the slots can simply be designed as elongated holes milled into the peripheral contour.
  • the application of the contact pressure can also be supported by a spring element, such as a coil spring or a plate spring.
  • a favorable embodiment may be characterized in that known return means, which bring the Bugschürzenklappe from a swung-out position back to an outer skin flush position, in the event of a crash to be used to generate from the collision force the torque that the desired separation process between the Carrier parts causes.
  • known return means which bring the Bugschürzenklappe from a swung-out position back to an outer skin flush position, in the event of a crash to be used to generate from the collision force the torque that the desired separation process between the Carrier parts causes.
  • Known gas springs are suitable for this purpose.
  • the return means may be a spring means which, however, in the event of a crash, viewed in the longitudinal direction, acts as a rigid body in one direction and transmits in this direction either a tensile force or a compressive force to the first carrier part.
  • Separation of the two support members can be achieved in particular when the friction surfaces are arranged obliquely to the longitudinal axis of the rail vehicle with respect to the vertical axis of the rail vehicle by an angle of about 75 °.
  • FIG. 1 shows a vehicle head of a rail vehicle of new construction in a three-dimensional representation
  • Figure 2 is a rail vehicle and a car in one
  • FIG. 3 shows a rail vehicle after a collision with a collision force introduced obliquely from the front and a laterally deformable bow area, seen in a sketch from above;
  • Figure 4 shows a front apron with a supporting device according to the prior art, shown schematically in a side and top view;
  • Figure 5a is a sketch of a front apron according to the invention without the action of a collision force in a side and top view;
  • FIG. 5b shows the front apron according to the invention according to FIG. 5a under the influence of a collision force in a side and top view;
  • FIG. 5c shows the front apron according to the invention according to FIG. 5a in the state after the collision, in which the carrier parts are separated, in a side and top view;
  • Figure 6a is a side and plan view of the coupling flange of the first support member;
  • Figure 6b is a side and plan view of the coupling flange of the second carrier part
  • Figure 6c is a side and top view of the first and second support member in an assembled
  • FIG. 7 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows the front apron according to the invention according to FIG. 7, viewed in the direction of the bug
  • Figure 9 is a perspective view of the second carrier part
  • Figure 10 is a perspective view of the first carrier part.
  • FIG. 1 shows in a three-dimensional representation a vehicle head 1 of a rail vehicle whose outer contour is covered by aprons 2, 3, 4 in the area towards the roadway.
  • plastic is used nowadays not only in the production of the cover, or in the area of the bow 7 laterally arranged, pivoting front apron door 23, but also in the production of the vehicle head 1.
  • the scenario of a collision of a rail vehicle 5 with a car 6 is outlined in FIGS. 2 and 3. Due to the force occurring in the event of a crash (arrow 21), it may not only damage the lateral Bugschürzenklappe 23, but by the force transmission of the
  • Front apron 23 on the self-supporting plastic structure of the vehicle head 1 can cause considerable damage.
  • the conventional attachment of the front apron 2 is sketched on the shell 16 of a car body underframe.
  • the collision force (acting from left on the front apron flap 23 in FIG. 4) is transmitted to the shell 16 without damping and weakening by the rigid construction of the carrier device 8.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c show, in a schematic representation, the crashworthy configuration of the front apron 2 according to the invention. It prevents inadmissible high impact load from being transmitted to the structure of the shell 16 in the event of a crash:
  • FIG. 5a shows the unloaded case.
  • the crashworthy front apron 2 consists essentially of a support device 8, which is attached from a first support member 9 to which a front apron flap 23 is attached, and a second support member 10 which is fixed to the shell 16 and the carbody substructure. Between the first support part 9 and the second support part 10, a slip clutch release mechanism 11 is arranged.
  • FIG. 5b the surface force acting on the front apron flap 23 in the event of a crash is indicated by a Arrow 21 indicated.
  • a torque acts around the axis 13.
  • the first support member 9 rotates with respect to the frame-mounted second support member 10th
  • the friction coupling flanges 30 formed on the first carrier part 9 and on the second carrier part 10 are drawn in detail in a side view and in an axial plan view, respectively.
  • the first carrier 9 has a guide pin 12
  • the second carrier 10 has a corresponding bore 29.
  • each of these coupling flanges 30 has slots 14 which extend from the outer contour into an oblong shape into the flange.
  • the two coupling flanges 30 by means of bolts and nuts 15, which are inserted respectively in a slot 14 and in a bore 27, frictionally held together. Due to the structural design of the friction surfaces 25 and 24 and the contact force generated by the screw connection 15, a defined "Abschermoment" can be adjusted.
  • FIG. 7 and in FIG. 8 a lateral front apron 2 arranged on the left in the bowing direction is shown in FIG Embodiment of the present invention can be seen in each case in a perspective view.
  • the figure 7 shows seen from the center of the car in a viewing direction opposite to the bow direction 28, the front apron invention 2 on the inside of the front apron flap 23, the lower support member 9 is fixed by screws.
  • the second support part 10 is mounted by four screws 15.
  • the second carrier part 10 is screwed to the shell 16 (not shown in Figure 7) of the vehicle head.
  • Under the support device 9,10 a cam contour 20 can be seen, which is also attached to the inside of the front apron flap 23. At this cam contour 20 presses in a cornering of the coupling block (not shown in Figure 7).
  • Figure 8 also shows a view of the inner surface of the front apron flap 23, seen here obliquely left in the direction 28 of the bow.
  • the retrieving the unfolded front apron flap 23 is effected by two gas pressure springs 18.
  • These gas springs 18 are hinged at one end to the first support member 9 and at its other end to the inner surface of the front apron flap 23.
  • the gas pressure springs 18 When the gas pressure springs 18 are in a position in which the front apron flap 23 is flush with the outer contour, the gas pressure springs 18 have reached their maximum length. When stretched, they act in a way this operating position as a rigid body.
  • the traction spring-loaded gas springs 18 in case of a collision, the surface force 21 is applied to the nose panel flap 23 which are hinged to the lower beam 9 will generate a torque about the axis 13 (shown in FIG the direction of the torque indicated by arrow 22). As soon as this torque 22 exceeds the static friction between the friction surfaces 24, 25 of the coupling flanges 30, the first carrier part 9 begins with respect to the second carrier part 10 about the axis
  • the separation mechanism is designed so that it separates the force flow so early in a collision that the plastic fiber composite remains undamaged.
  • the second carrier part 10 and, in FIG. 10, the first carrier part 9 can be seen enlarged in a perspective view.
  • the second support member 10 When assembling the second support member 10 is rotated by 180 ° placed on the first support member 9, so that the guide pin 12 engages in the corresponding recess 29 and the two friction surfaces 24 and 25 abut each other.
  • the contact force between the friction surfaces 24, 25 is, as already explained above, by means of screws and nuts 15 (FIGS. 7 and 8). causes each through one of the four holes 27 and through one of the four corresponding slots 14 are inserted therethrough.
  • two holes 27 and two slots 14 are formed in each case.
  • the slots 14 are designed as elongated holes which extend along approximately a circular arc and are open to the outer contour of the coupling flange 30.
  • the length of the slots 14, the angle of rotation is predetermined, which is required in the event of a crash to separate the two parts 9 and 10.
  • a defined "Abschermoment” can be achieved as already said by the structural design of the friction surfaces 24, 25 and by the tightening torque of the screw connection.
  • the pivot axis 19 can be seen very well, on which the front apron flap 23 is articulated.
  • FIGS. 7 and 8 show an embodiment of the invention in which the return means 18, which in the event of a crash transmit the torque to the first carrier part 9, viewed in the direction of the bow, are arranged in front of the carrier parts 9, 10. But it is also conceivable that the return means 18 seen in the bow direction 28, after the support members 9, 10 are arranged; In this case, the spring means 18 act when issued Bugschürzenklappe 23 as a tension spring.
  • the return means 18 are here such that they are not further collapsible in their position in which the front apron flap 23 is flush-mounted, ie they act here in the event of a crash not as tie rods, but as push rods.
  • a torque according to arrow 22 is generated in this variant, in the event of a crash.
  • the trigger threshold relatively short of the maximum operating load at which the front apron flap is still stable to be supported on the substructure. This minimizes the overload on the underlying structure.
  • An essential advantage of the invention results from the fact that the collision forces acting on the car substructure of a self-supporting vehicle head in the event of a crash are easy to estimate.
  • the repair and uptime of the rail vehicle can be kept low. Complex repair and high repair costs on the substructure of the rail vehicle can be avoided.
  • Another advantage is the fact that already in operation rail vehicles can be retrofitted with the front apron invention with little effort.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Transportation (AREA)
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Abstract

Crashtaugliche Bugschürze für ein Schienenfahrzeug, umfassend: eine Bugschürzenklappe (23), ein erstes Trägerteil (9), das die Bugschürzenklappe (23) trägt; ein zweites Trägerteil (10), das gestellfest am Rohbau (16) des Schienenfahrzeugs befestigt ist; einen Rutschkupplungs-Auslösemechanismus (11), der in einem Betriebsfall das erste Trägerteil (9) mit dem zweiten Trägerteil (10) durch eine reibschlüssige Verbindung verbindet, und der in einem Crashfall, bei dem eine auf die Bugschürzenklappe (23) einwirkende Kollisionskraft (21) eine Verdrehung des ersten Trägerteils (9) bezüglich des zweiten Trägerteils (10) bewirkt, die reibschlüssige Verbindung löst.

Description

Beschreibung
Crashtaugliche Bugschürze für ein Schienenfahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine crashtaugliche Bugschürze für ein Schienenfahrzeug, die eine Bugschürzenklappe aufweist, welche mittels Träger am Rohbau des Schienenfahrzeugs befestigt ist.
Stand der Technik
Für die Außenkontur von schnell fahrenden Schienenfahrzeugen heutiger Bauweise werden Verkleidungs- und Abdeckelemente aus Kunststoff verwendet, deren Form, insbesondere wenn sie im Bugbereich des Fahrzeugkopfs angeordnet sind, durch die Aerodynamik, aber auch durch das Design vorgegeben wird. An den frontseitigen Seitenwänden, insbesondere im Bereich des Bugs, sind diese Verkleidungs- und Abdeckelemente bis in die Nähe des Terrains schürzenförmig hinunter gezogen. Die Befestigung dieser, auch als Bugschürzen bezeichneten Abdeckelemente erfolgt durch eine Tragvorrichtung am
Wagenkasten-Unterbau des Schienenfahrzeugs. Der Wagenkasten- Unterbau wird im Folgenden auch kurz als Rohbau bezeichnet.
Aus der DE 44 45 182 Cl ist ein Schienenfahrzeug mit Mittelpufferkupplung bekannt, bei dem Bugschürzen am
Fahrzeugkopf im Frontbereich seitlich jeweils durch ein Schwenkgelenk befestigt sind. Das Schwenkgelenk ist an einem vom Bug abgewandten Ende der Schürze angeordnet. Wenn der Kupplungsblock bei einer Kurvenfahrt eine seitliche Schwenkbewegung ausführt, werden diese Schürzen seitlich nach außen geklappt, so dass der Schwenkbewegung des Kupplungsblocks Platz gelassen wird. Wenn der Kupplungsblock bei Geradeausfahrt wieder seine Mittenlage einnimmt, sorgen Federn für das Zurückschwenken des Flügels, so dass die Außenkontur des Wagenprofils wieder bündig abgeschlossen ist.
In zunehmendem Maße findet Kunststoff aber nicht nur für Abdeckelemente, sondern auch bei der Herstellung des Rohbaus Anwendung. Der Fahrzeugkopf eines modernen Schienenfahrzeugs kann in seiner Gesamtheit als eine selbsttragende Kunststoffstruktur hergestellt sein. Aus Festigkeitsgründen ist der Kunststoff mit Fasern verstärkt. Üblicherweise wird für den Fahrzeugkopf glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) verwendet .
Die notwendige Festigkeit eines Fahrzeugkopfs aus GFK ist entsprechend der einschlägigen Normen definiert. Der Nachteil den man sich durch die Bauweise aus GFK und die damit mögliche freie Form dieses Bauteils jedoch erkauft, ist die mitunter komplizierte Reparatur schon bei kleinen Schäden.
Die Instandsetzung eines Fahrzeugkopfs aus GFK erfordert - verglichen mit Instandsetzungsarbeiten an einer
Metallstruktur - eine längere Reparaturzeit und ist zudem aufwendig und teuer.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine crashtaugliche Bugschürze für ein Schienenfahrzeug anzugeben, die an einer selbsttragenden Kunststoffstruktur so angebracht werden kann, dass im Falle einer Kollision die Kunststoffstruktur möglichst nicht beschädigt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch eine crashtaugliche Bugschürze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung schlägt eine Bugschürze vor, bei der im Crashfall die Bugschürzenklappe samt einem Teil der Tragvorrichtung einfach abgeworfen wird, so dass der Kraftfluss zur Verankerung am Wagenkasten-Unterbau unterbrochen ist. Der Abwurf erfolgt so, dass die Stoßenergie keinen Schaden an der Kunststoffstruktur des Fahrzeugkopfes anrichten kann. Mit anderen Worten, an die tragende Struktur des Fahrzeugkopfs gelangt nur ein vergleichsweise viel geringerer, unkritischer Anteil der Stoßenergie. Bewirkt wird der Abwurf durch einen Rutschkupplungs-Auslösemechanismus, der zwischen einem ersten und einem zweiten Trägerteil angeordnet ist. Durch konstruktive Gestaltung des Rutschkupplungs-Auslösemechanismus kann der Anteil der weitergeleiteten Stoßenergie vorgegeben werden. Insbesondere dann, wenn der Fahrzeugkopf aus GFK hergestellt ist, ist dies von besonderem Vorteil, da aufwändige und teuere
Instandsetzungsarbeiten wegfallen. Es kann sein, dass nach einem Unfall die Bugschürzenklappe selbst so stark beschädigt ist, dass sie nicht mehr verwendbar ist, die Verankerung an der selbsttragenden Struktur des Fahrzeugkopfs bleibt aber schadenfrei.
Bevorzugt wird eine Anordnung, bei der die Tragvorrichtung in einer vom Bug abgewandten Seite der Bugschürzenklappe angeordnet ist. Diese Anordnung entspricht, wie eingangs bereits erwähnt, der bislang üblichen Anordnung der Tragvorrichtung bei einer schwenkbaren Bugschürzenklappe. Der Vorteil ergibt sich insbesondere daraus, dass im Falle einer Umrüstung die bislang verwendete Tragvorrichtung durch die erfindungsgemäße zweiteilige Ausführung des Trägers samt Rutschkupplungs-Auslösemechanismus einfach ersetzt werden kann. Die Kosten für eine Umrüstung eines Schienenfahrzeugs mit crashtauglichen Bugschürzen sind gering.
Konstruktiv günstig kann es sein, wenn das erste Trägerteil, das zweite Trägerteil samt dem dazwischen liegenden Rutschkupplungs- und Auslösemechanismus längs einer vertikalen Achse angeordnet sind und diese Anordnung von der Unterseite des Rohbaus herab hängend befestigt ist.
Um eine möglichst definierte Auslöseschwelle des Rutschkupplungs-Auslösemechanismus zu erreichen, ist eine Konstruktion vorteilhaft, bei der die Verdrehung des ersten Trägerteils im anderen, zweiten Trägerteil geführt ist, bevorzugt durch einen Führungszapfen in einer entsprechenden Aufnahme .
In einer einfachen Ausführung kann der Rutschkupplungs- Auslösemechanismus Kupplungsflansche aufweisen, an denen sich die Reibkräfte sehr gut berechnen lassen. Das heißt, dass für den Crashfall durch eine vorgegebene Anpressung der Kupplungsflansche, ggf. auch durch eine entsprechende Ausbildung der Rauhheit der Reibflächen, die Auslöseschwelle konstruktiv so vorgegeben werden kann, dass die Trennung zwischen den beiden Trägerteilen sicher so erfolgt, dass die Kunststoff-Unterbodenstruktur des Fahrzeugkopfs nicht beschädigt wird. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass bei unfallfreier Fahrt, bei dem die reibschlüssige Verbindung möglichst stabil halten soll, die Bugschürze sich nicht lockert.
Mit Vorteil sind die Anpressmittel so ausgeführt, dass die Anpresskraft einstellbar ist. Dadurch kann die Auslöseschwelle werksseitig vorgegeben, bzw. bei Wartungsarbeiten ggf. nachjustiert werden.
Eine einfache Konstruktion kann so gestaltet sein, dass an den Kupplungsflanschen jeweils Schlitze und Bohrungen ausgebildet sind. Im ungestörten Normalbetrieb stehen sich jeweils ein Schlitz und eine Bohrung gegenüber. Durch jeden Schlitz mit zugeordneter Bohrung ist ein Anpressmittel, beispielsweise eine Schraube durchgesteckt und am Ende mit einer Mutter versehen. Konstruktiv ist damit auf einfache Weise die Drehstellung vorgegeben, bei der im Crashfall die Trennung erfolgen soll.
Die Schlitze können einfach als Langlöcher, die in die Umfangskontur eingefräst sind, ausgeführt sein.
Das Aufbringen der Anpresskraft kann auch durch ein Federelement, beispielsweise eine Spiralfeder oder eine Tellerfeder, unterstützt bzw. bewirkt werden.
Eine günstige Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass an sich bekannte Rückführmittel, welche die Bugschürzenklappe aus einer ausgeschwenkten Stellung zurück in eine außenhautbündige Stellung holen, im Crashfall dazu verwendet werden, um aus der Kollisionskraft das Drehmoment zu erzeugen, das den gewünschten Trennvorgang zwischen den Trägerteilen bewirkt. An sich bekannte Gasdruckfedern sind hierfür geeignet.
Das Rückführmittel kann ein Federmittel sein, welches aber im Crashfall, in Längserstreckung gesehen, in einer Richtung als starrer Körper wirkt, und in dieser Richtung entweder eine Zugkraft oder eine Druckkraft auf das erste Trägerteil überträgt .
Es hat sich gezeigt, dass im Crashfall eine zuverlässige
Trennung der beiden Trägerteile insbesondere dann erreicht werden kann, wenn die Reibflächen zur Längsachse des Schienenfahrzeugs hin bezüglich der Hochachse des Schienenfahrzeugs um einen Winkel von etwa 75° schräg angeordnet sind.
Prinzipiell ist die Position und Orientierung der Reibflächen dem zu berücksichtigenden Unfallszenario anzupassen. Aus diesem Grund kann keine allgemein gültige Vorzugsvariante angegeben werden.
Um zwischen den Reibflächen der Kupplungsflansche über einen langen Betriebszeitraum möglichst gleichbleibende Reibung zu gewährleisten, kann es günstig sein, wenn der Korrosion an den Reibflächen durch eine entsprechende Beschichtung entgegengewirkt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigt:
Figur 1 einen Fahrzeugkopf eines Schienenfahrzeugs neuer Bauweise in einer räumlichen Darstellung;
Figur 2 ein Schienenfahrzeug und einen Pkw in einem
Unfallszenario vor einem Zusammenstoß, von oben gesehen;
Figur 3 ein Schienenfahrzeug nach einer Kollision mit einer schräg von vorne eingeleiteten Kollisionskraft und einem seitlich deformierbaren Bugbereich, in einer Skizze von oben gesehen ;
Figur 4 eine Bugschürze mit einer Tragvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, schematisch dargestellt in einer Seiten- und Draufsicht;
Figur 5a eine Skizze einer erfindungsgemäße Bugschürze ohne Einwirkung einer Kollisionskraft in einer Seiten- und Draufsicht;
Figur 5b die erfindungsgemäße Bugschürze gemäß Figur 5a bei Einwirkung einer Kollisionskraft in einer Seiten- und Draufsicht;
Figur 5c die erfindungsgemäße Bugschürze gemäß Figur 5a im Zustand nach der Kollision, bei dem die Trägerteile getrennt sind, in einer Seiten- und Draufsicht; Figur 6a eine Seiten- und Draufsicht des Kupplungsflansches des ersten Trägerteils;
Figur 6b eine Seiten- und Draufsicht des Kupplungsflansches des zweiten Trägerteils;
Figur 6c eine Seiten- und Draufsicht des ersten und zweiten Trägerteils in einem zusammengebauten
Zustand;
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Bugschürze in einer räumlichen Darstellung, gesehen vom Bug des Schienenfahrzeugs;
Figur 8 die erfindungsgemäße Bugschürze gemäß Figur 7, gesehen in Richtung des Bugs
Figur 9 eine räumliche Darstellung des zweiten Trägerteils;
Figur 10 eine räumliche Darstellung des ersten Trägerteils.
Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist in einer räumlichen Darstellung ein Fahrzeugkopf 1 eines Schienenfahrzeugs zu sehen, dessen Außenkontur im Bereich zur Fahrbahntrasse hin durch Schürzen 2, 3, 4 abgedeckt ist. Wie bereits eingangs erwähnt, wird heutzutage nicht nur bei der Fertigung der Abdeckelemente, bzw. der im Bereich des Bugs 7 seitlich angeordneten, schwenkbaren Bugschürzenklappe 23, sondern auch bei der Herstellung des Fahrzeugkopfs 1 Kunststoff verwendet. Das Szenario einer Kollision eines Schienenfahrzeugs 5 mit einem Pkw 6 ist in den Figuren 2 und 3 skizziert. Durch die im Crashfall auftretende Krafteinwirkung (Pfeil 21) kann es nicht nur zur Beschädigung der seitlichen Bugschürzenklappe 23 kommen, sondern durch die Kraftweiterleitung von der
Bugschürze 23 auf die selbsttragende Kunststoffstruktur es Fahrzeugkopfs 1 kann erheblicher Sachschaden entstehen.
In der Figur 4 ist die herkömmliche Befestigung der Bugschürze 2 am Rohbau 16 eines Wagenkasten-Untergestells skizziert. Im Falle einer Kollision wird die (in Figur 4 von links auf die Bugschürzenklappe 23 einwirkende) Kollisionskraft ohne Dämpfung und Schwächung durch die starre Konstruktion der Tragvorrichtung 8 auf den Rohbau 16 weitergeleitet.
Die Figuren 5a, 5b und 5c zeigen demgegenüber in einer schematischen Darstellung die crashtaugliche, erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bugschürze 2. Sie verhindert, dass im Crashfall unzulässig hohe Stoßbelastung an die Struktur des Rohbaus 16 weitergeleitet wird:
Die Figur 5a zeigt den unbelasteten Fall. Die crashtaugliche Bugschürze 2 besteht im Wesentlichen aus einer Tragvorrichtung 8, die aus einem ersten Trägerteil 9, an welchem eine Bugschürzenklappe 23 befestigt ist, und aus einem zweiten Trägerteil 10, das am Rohbau 16 beziehungsweise an der Wagenkasten-Unterkonstruktion befestigt ist. Zwischen dem ersten Trägerteil 9 und dem zweiten Trägerteil 10 ist ein Rutschkupplungs-Auslösemechanismus 11 angeordnet.
In der Figur 5b ist die im Crashfall auf die Bugschürzenklappe 23 einwirkende Flächenkraft durch einen Pfeil 21 angedeutet. Auf das erste Trägerteil 9 wirkt ein Drehmoment um die Achse 13. Wenn die Haftreibung im Rutschkupplungs-Auslösemechanismus 11 überwunden ist, verdreht sich das erste Trägerteil 9 bezüglich des gestellfest montierten zweiten Trägerteils 10.
Wie in Figur 5c skizziert, fällt im Crashfall das erste Trägerteil 9 samt Bugschürzenklappe 23 ab. Damit existiert keine Verbindung mehr zwischen der Kraftbeaufschlagung 21 an der Bugschürzenklappe 23 und dem Rohbau 16. Eine unzulässig hohe Belastung der Verankerung der Tragvorrichtung 8 im Rohbau 16 wird vermieden.
In der Darstellung der Figur 6a und Figur 6b ist jeweils in einer Seitenansicht und in einer axialen Draufsicht die am ersten Trägerteil 9 beziehungsweise am zweiten Trägerteil 10 ausgebildeten Reibkupplungsflansche 30 als Detail gezeichnet. Der erste Träger 9 weist einen Führungszapfen 12 auf, der zweite Träger 10 eine entsprechende Bohrung 29. Wie aus der jeweiligen Draufsicht leicht zu erkennen ist, weist jeder dieser Kupplungsflansche 30 Schlitze 14 auf, die sich von der Außenkontur langlochförmig in den Flansch hinein erstreckten. In einem zusammengesetzten Zustand, der in der Figur 6c gezeigt ist, sind die beiden Kupplungsflansche 30 durch Schrauben und Muttern 15, die jeweils in einem Schlitz 14 beziehungsweise in einer Bohrung 27 hindurch gesteckt sind, reibschlüssige aneinander gehalten. Durch die konstruktive Ausgestaltung der Reibflächen 25 beziehungsweise 24 und der durch die Schraubeverbindung 15 erzeugten Anpresskraft kann ein definiertes "Abschermoment" eingestellt werden.
In der Figur 7 und in der Figur 8 ist eine in Bugrichtung links angeordnete seitliche Bugschürze 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung jeweils in einer perspektivischen Ansicht zu sehen.
Die Figur 7 zeigt von der Wagenmitte her gesehen in einer Blickrichtung entgegen der Bugrichtung 28 die erfindungsgemäße Bugschürze 2. An der Innenseite der Bugschürzenklappe 23 ist durch Schrauben das untere Trägerteil 9 befestigt. Auf diesem ersten Trägerteil 9 ist das zweite Trägerteil 10 durch vier Schrauben 15 montiert. Das zweite Trägerteil 10 ist am Rohbau 16 (in Figur 7 nicht dargestellt) des Fahrzeugkopfs angeschraubt. Unter der Tragvorrichtung 9,10 ist eine Nockenkontur 20 zu sehen, die ebenfalls an der Innenseite der Bugschürzenklappe 23 befestigt ist. An diese Nockenkontur 20 drückt in einer Kurvenfahrt der Kupplungsblock (in Figur 7 nicht dargestellt) . Dadurch wird, wie eingangs erwähnt, die Bugschürzenklappe 23, die am ersten Trägerteil 9 angelenkt ist (siehe Schwenkachse 19 in Figur 8), wie ein Flügel nach außen geschwenkt und gibt den Weg für einen in Figur 7 und 8 nicht dargestellten Kupplungsblock frei.
Die Figur 8 zeigt ebenfalls einen Blick auf die Innenfläche der Bugschürzenklappe 23, hier schräg links in Richtung 28 des Bugs gesehen. Das Zurückholen der aufgeklappten Bugschürzenklappe 23 erfolgt durch zwei Gasdruckfedern 18. Diese Gasdruckfedern 18 sind mit ihrem einen Ende am ersten Trägerteil 9 und mit ihrem anderen Ende an der Innenfläche der Bugschürzenklappe 23 angelenkt. Sie bewirken mit Federdruck ein Zurückschwenken der ausgestellten Bugschürzenklappe 23. Wenn sich die Gasdruckfedern 18 in einer Stellung befinden, in der die Bugschürzenklappe 23 mit der Außenkontur bündig ist, haben die Gasdruckfedern 18 ihre maximale Länge erreicht. Auf Zug beansprucht wirken sie in dieser Betriebsstellung als starrer Körper. Das heiß, dass im Crashfall die auf Zug beanspruchten Gasdruckfedern 18 (bei einer Kollision wirkt auf die Bugschürzenklappe 23 die Flächenkraft 21), die mit dem unteren Träger 9 durch ein Gelenk befestigt sind, ein Drehmoment um die Achse 13 erzeugen (in Figur 8 ist die Richtung des Drehmoments durch Pfeil 22 angedeutet) . Sobald dieses Drehmoment 22 die Haftreibung zwischen den Reibflächen 24, 25 der Kupplungsflansche 30 überschreitet, beginnt sich das erste Trägerteil 9 bezüglich dem zweiten Trägerteil 10 um die Achse
13 zu verdrehen. Diese Drehbewegung um die Achse 13 ist durch den Führungszapfen 12 und der entsprechenden Aufnahme in Gegenstück geführt. Sobald der Träger 9 bezüglich dem gestellfest montierten Träger 10 eine durch die Länge der Schlitze 14 (siehe Figur 9 und 10) vorgegebene Drehstellung erreicht ist, in welcher die Schrauben 15 aus den Schlitzen
14 heraus gedreht sind, ist die Verbindung zwischen dem ersten Trägerteil 9 und dem zweiten Trägerteil 10 gelöst. Damit ist aber die Bugschürzenklappe 23 vom Rohbau 16 getrennt. Die crashtaugliche Bugschürze 2 fällt ab. Der Trennmechanismus ist so ausgelegt, dass er bei einem Zusammenstoß so frühzeitig den Kraftfluss trennt, dass der Kunststofffaserverbund unbeschadet bleibt.
In einer räumlichen Einzeldarstellung ist in der Figur 9 das zweite Trägerteil 10 und in der Figur 10 das erste Trägerteil 9 vergrößert in einer perspektivischen Ansicht zu sehen. Beim Zusammenbau wird das zweite Trägerteil 10 um 180° gedreht auf das erste Trägerteil 9 aufgesetzt, so dass der Führungszapfen 12 in die korrespondierende Ausnehmung 29 eingreift und die beiden Reibflächen 24 und 25 aneinander liegen. Die Anpresskraft zwischen den Reibflächen 24, 25 wird wie bereits oben erläutert durch Schrauben und Muttern 15 (Figur 7 und 8) bewirkt, die jeweils durch eine der vier Bohrungen 27 beziehungsweise durch einen der vier korrespondierenden Schlitze 14 hindurch gesteckt sind. In jedem Kupplungsflansch 30 sind jeweils zwei Bohrungen 27 und zwei Schlitzen 14 ausgebildet. Die Schlitze 14 sind als Langlöcher ausgeführt, die sich entlang etwa eines Kreisbogens erstrecken und zur Außenkontur des Kupplungsflanschs 30 geöffnet sind. Durch die Länge der Schlitzen 14 wird der Drehwinkel vorgegeben, der im Falle eines Crashs zur Trennung der beiden Teile 9 und 10 erforderlich ist. Ein definiertes "Abschermoment" lässt sich wie bereits gesagt durch die konstruktive Gestaltung der Reibflächen 24, 25 und durch das Anzugmoment der Schraubenverbindung erreichen. In Figur 10 ist die Schwenkachse 19 sehr gut zu sehen, an der die Bugschürzenklappe 23 angelenkt ist.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine Ausführung der Erfindung, bei der die Rückführmittel 18, die im Crashfall das Drehmoment auf das erste Trägerteil 9 übertragen, in Richtung des Bugs gesehen, vor den Trägerteilen 9, 10 angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar, dass die Rückführmittel 18 in Bugrichtung 28 gesehen, nach den Trägerteilen 9, 10 angeordnet sind; in diesem Fall wirken die Federmittel 18 bei ausgestellter Bugschürzenklappe 23 als Zugfeder. Um auch hier im Fall eines Crashs die Kollisionskraft 21 in ein Drehmoment gemäß dem Pfeil 22 umzusetzen, sind die Rückführmittel 18 hier so beschaffen, dass sie in ihrer Stellung, in der die Bugschürzenklappe 23 außenhautbündig abschließt, nicht weiter zusammenschiebbar sind, d.h. sie wirken hier im Crashfall nicht als Zugstangen, sondern als Schubstangen. Im Ergebnis wird auch bei dieser Variante, im Crashfall ein Drehmoment gemäß Pfeil 22 erzeugt. Verglichen mit einem Scherstift oder einer anderen Sollbruchstelle lässt sich durch den Rutschkupplungs- Auslösemechanismus 11 die Auslöseschwelle relativ knapp über der maximalen Betriebsbelastung, bei der die Bugschürzenklappe noch stabil am Unterbau gehalten werden soll, einstellen. Damit wird die Überlastung der dahinterliegenden Struktur minimiert.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass die im Crashfall auf die Wagenunterkonstruktion eines selbsttragenden Fahrzeugkopfs einwirkende Kollisionskräfte gut abschätzbar sind. Dadurch können insbesondere C-Schienen an denen üblicher Weise die Träger der Bugschürze mittels Schrauben befestigt sind, sehr gut geschützt werden. Zur Schadensbehebung kann es ausreichend sein, die beschädigte Bugschürzenklappe einfach zu tauschen. Die Reparatur- und Stehzeit des Schienenfahrzeugs kann gering gehalten werden. Eine aufwändige Instandsetzung und hohe Reparaturkosten am Unterbau des Schienenfahrzeugs können vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass bereits in Betrieb befindlichen Schienenfahrzeuge mit der erfindungsgemäßen Bugschürze mit geringem Aufwand umgerüstet werden können.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Fahrzeugkopf
2 Bugschürze, crashtauglich 3 Bugschürze
4 Bugschürze
5 Schienenfahrzeug
6 Pkw
7 Bug 8 Tragvorrichtung
9 erstes Trägerteil
10 zweites Trägerteil
11 Rutschkupplungs-Auslösemechanismus
12 Führungszapfen 13 Verdrehungsachse
14 Schlitz
15 Schraube
16 Rohbau, Wagenkasten-Unterbau
18 Gasdruckfeder
19 Gelenk, Schwenkachse
20 Nockenkontur
21 Kollisionskraft
22 Pfeil 23 Bugschürzenklappe
24 Reibfläche am zweiten Trägerteil 10
25 Reibfläche am ersten Trägerteil 9
27 Bohrung 28 Bug (-richtung)
29 Bohrung zur Aufnahme von 12
30 Kupplungsflansch

Claims

Patentansprüche
1. Crashtaugliche Bugschürze für ein Schienenfahrzeug, umfassend: -eine Bugschürzenklappe (23) ,
-ein erstes Trägerteil (9), das die Bugschürzenklappe (23) trägt;
-ein zweites Trägerteil (10), das gestellfest am Rohbau (16) des Schienenfahrzeugs befestigt ist; -einen Rutschkupplungs-Auslösemechanismus (11), der in einem Betriebsfall das erste Trägerteil (9) mit dem zweiten Trägerteil (10) durch eine reibschlüssige Verbindung verbindet, und der in einem Crashfall, bei dem eine auf die Bugschürzenklappe (23) einwirkende Kollisionskraft (21) eine Verdrehung des ersten
Trägerteils (9) bezüglich des zweiten Trägerteils (10) bewirkt, die reibschlüssige Verbindung löst.
2. Bugschürze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerteil (9), das zweite Trägerteil (10) und der Rutschkupplungs-Auslösemechanismus (11) an einem dem Bug (7) des Schienenfahrzeugs (5) entgegen gesetzten Ende der Bugschürzenklappe (23) angeordnet sind.
3. Bugschürze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerteil (9), das zweite Trägerteil (10) und der Rutschkupplungs- Auslösemechanismus (11) an einer Unterseite des Rohbaus (16) längst einer im Wesentlichen vertikalen Achse hängend angeordnet sind.
4. Bugschürze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des ersten Trägerteils (9) bezüglich des zweiten Trägerteils (10) durch einen Führungszapfen (12) und einer korrespondierenden Ausnehmung (29) geführt ist, wobei der Führungszapfen (12) oder die Ausnehmung (29) entweder am ersten Trägerteil (9) oder am zweiten Trägerteil (10) ausgebildet ist.
5. Bugschürze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rutschkupplungs-
Auslösemechanismus (11) Kupplungsflansche (30) aufweist, die im Betriebsfall einander zugewandte Reibflächen (24, 25) aufweisen, welche mittels Anpressmittel (15) aneinander angepresst sind, und welche im Crashfall voneinander getrennt werden.
6. Bugschürze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft mittels der Anpressmittel (15) einstellbar ist.
7. Bugschürze nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kupplungsflanschen (30)
Schlitze (14) und Bohrungen (27) ausgebildet sind, die sich im Betriebsfall paarweise gegenüberstehen und jeweils ein Anpressmittel (15) durch einen Schlitz (14) und eine gegenüberliegende zugeordnete Bohrung (27) hindurch gesteckt ist.
8. Bugschürze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (14) als Langlöcher ausgebildet sind, die sich kreisbogenförmig zur Umfangskontur eines Kupplungsflansches (30) erstrecken und jedes
Anpressmittel (15) eine Schrauben-Muttern-Verbindung ist .
9. Bugschürze nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressmittel (15) ein vorgespanntes Federelement umfassen.
10. Bugschürze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bugschürzenklappe (23) am ersten Trägerteil (9) angelenkt ist und in einer horizontalen Ebene schwenkbar ist, und dass Rückführmittel (18) vorgesehen sind, welche die Bugschürzenklappe (23) aus einer ausgeschwenkten
Stellung in eine Stellung, in welcher die Außenkontur des Schienenfahrzeugs bündig abschließt, zurückholen, und dass diese Rückführmittel (18) die im Crashfall auf die Bugschürzenklappe (23) einwirkende Kollisionskraft (21) auf das erste Trägerteil (9) übertragen und dadurch die Verdrehung des ersten Trägerteils (9) bezüglich des zweiten Trägerteils (10) bewirken.
11. Bugschürze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführmittel (18) ein Federnmittel ist, welches aber im Crashfall, in Längserstreckung gesehen, in einer Richtung als starrer Körper wirkt, und in dieser Richtung entweder eine Zugkraft oder eine Druckkraft auf das erste Trägerteil (9) überträgt.
12. Bugschürze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächen (24, 25) in einem montierten Zustand in einer Ebenen liegen, die bezüglich der Hochachse des Schienenfahrzeugs (5) einen Winkel von etwa
13. Bugschürze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des zweiten Trägerteils (10) am Rohbau (16) mittels Schrauben hergestellt ist, wobei die Schrauben Nutsteinen aufweisen, die in C-förmig ausgebildeten Profilschienen geführt sind, die an der Unterseite des Rohbaus (16) mittels einer Klebeverbindung befestigt sind.
14. Bugschürze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerteil (9) und das zweite Trägerteil (10) aus einem Metall hergestellt sind und die Reibflächen (24, 25) mit einer gegenüber Korrosion beständigen Schicht beschichtet sind.
15. Fahrzeugkopf eines Schienenfahrzeugs, mit crashtauglichen Bugschürzen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
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