EP2334533A1 - Vehicle front-end for mounting to the front face of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle - Google Patents

Vehicle front-end for mounting to the front face of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle

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EP2334533A1
EP2334533A1 EP09783059A EP09783059A EP2334533A1 EP 2334533 A1 EP2334533 A1 EP 2334533A1 EP 09783059 A EP09783059 A EP 09783059A EP 09783059 A EP09783059 A EP 09783059A EP 2334533 A1 EP2334533 A1 EP 2334533A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle head
energy
vehicle
structural elements
energy dissipation
Prior art date
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EP09783059A
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German (de)
French (fr)
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EP2334533B1 (en
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Andreas Heinisch
Reiner Krause
Uwe Beika
Sascha Ende
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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Priority to PL09783059T priority patent/PL2334533T3/en
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Application granted granted Critical
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    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
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    • B61C17/00Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B61C17/04Arrangement or disposition of driving cabins, footplates or engine rooms; Ventilation thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61D17/00Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/06End walls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F19/00Wheel guards; Bumpers; Obstruction removers or the like
    • B61F19/04Bumpers or like collision guards
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61GCOUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G11/00Buffers
    • B61G11/16Buffers absorbing shocks by permanent deformation of buffer element

Definitions

  • Vehicle head for attachment to the front side of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle
  • the invention relates to a vehicle head with a frame for attachment to the end face of a rail vehicle, wherein the frame is constructed entirely of structural elements, which are formed from fiber composite material.
  • a frame for a vehicle cabin of a rail vehicle wherein the frame is constructed of frame elements which define the front, bottom and roof parts as well as the lateral parts of the vehicle cabin.
  • the frame known from this prior art has a plurality of compliant regions distributed on the frame members. In the event of a crash, i. in a collision of an upgraded with the vehicle head known from this prior art rail vehicle with another rail vehicle or other obstacle as collision opponents, give the yielding regions, so that the frame can adapt to the contours of the collision opponent, which due to the collision in the frame initiated impact energy is at least partially degraded.
  • EP 0 533 582 A1 discloses a cabin for a rail vehicle, this cabin not being fastened to the end face of the rail vehicle, but mounted on a horizontal platform. Since the cabin known from this prior art is made entirely of fiber composite material for reasons of weight, it was not intended to equip the cabin itself with a shock absorber for absorbing the impact energy occurring in the event of a crash. Rather, such a shock absorber is integrated in the base frame or in the platform on which the cabin is mounted.
  • Document DE 196 49 526 A1 describes a vehicle head which is designed to be fastened to the end face of a rail vehicle, wherein the walls and the roof of the vehicle head are made of a composite material due to weight reasons and detachably connected to the undercarriage and the car body of the rail vehicle are.
  • the vehicle head known from this prior art like the car known from EP 0 533 582 B2, is designed without impact protection.
  • Shock guards are so-called crash structures, i. Components which deform in an impact of the vehicle on an obstacle at least partially in a predetermined manner.
  • the impact energy is intended to be primarily converted into deformation energy in order to reduce the accelerations and forces acting on the vehicle occupants.
  • the object of the invention is to optimize a vehicle head designed for attachment to the front side of a rail vehicle in such a way that the impact energy acting on the vehicle head in the event of a crash can be reduced as much as possible from the structure of the vehicle head to the maximum accelerations and forces to limit the vehicle structure, with an uncontrolled deformation of the construction should be effectively prevented, with the aim of ensuring a survival in the event of a crash for the driver.
  • a vehicle head is proposed to improve the crash behavior of rail vehicles according to the invention, which has a vehicle head structure, which is constructed entirely of structural elements, these structural elements are primarily formed of fiber composite material.
  • these structural elements constituting the vehicle head structure include both structural elements without energy consumption, which are referred to below as “first structural elements”, and structural elements with energy consumption, which are referred to below as “second structural elements”.
  • first structural elements include all structural elements that serve to form a substantially deformation-resistant, self-supporting vehicle head structure. This substantially rigid self-supporting structure accommodates the cab of the rail vehicle. Since the cab is thus surrounded by a deformation-resistant head structure, which is not significantly deformed even in the event of a crash, the survival space for the driver remains within the rail vehicle head.
  • the second structural elements serve functionally the structural elements with energy consumption, ie the second structural elements, to at least partially absorb or reduce the resulting in a crash due to an impact force and introduced into the vehicle head impact energy, so that the self-supporting structure of the vehicle head constructed from the first structural elements is not affected.
  • the second structural elements are preferably fastened to the self-supporting structure of the vehicle head constructed by the first structural elements.
  • the second structural elements are in such a way in the self-supporting taken into account that they form a unit together with the self-supporting structure.
  • the structural elements are formed entirely from fiber composite material, it is in particular conceivable to connect the second structural elements to the first structural elements in a materially bonded manner, for example to bond them.
  • the second structural elements can be integrated in the self-supporting vehicle head structure constructed from the first structural elements, wherein the second structural elements are detachably or non-detachably received in the first structural elements such that a unit is formed which has a dual function, namely a support function on the one hand the first structural elements are provided, and on the other hand, an energy dissipation function provided by the second structural elements.
  • the structural elements that make up the vehicle head structure are formed entirely from fiber composite material.
  • fiber composite / fiber composite sandwich structures for the individual regions of the vehicle head structure, it is conceivable to intentionally reduce the impact energy arising in a crash and introduced into the vehicle head structure, i. to consume.
  • the structural elements constituting the vehicle head structure are formed almost completely from fiber composite material, not only the weight of the vehicle head structure can be considerably reduced compared to a vehicle head structure made in metal construction.
  • the structural elements formed of fiber composite material are characterized by their specific strength, so that the substantially deformation-resistant self-supporting vehicle head structure constructed from the first structural elements does not fail even in the event of a collision, i. deforms in an uncontrolled manner, which ensures the survival of the driver in the driver's cab.
  • the second structural elements which at least partially consume the impact energy generated in a crash and introduced into the vehicle head structure, likewise consist of fiber composite material, a significantly higher weight-specific energy absorption can be achieved in comparison to conventional deformation tubes made of metal.
  • the invention provides that the second structural elements are designed according to their response in the second Structure elements initiated impact energy to reduce at least partially by non-ductile destruction of the fiber composite material of the second structural elements.
  • the self-supporting structure of the vehicle head constructed with the first structural elements is substantially rigid in terms of deformation, a survival space in the driver's cab received by the self-supporting head structure is retained even in the event of a collision of the rail vehicle (crash case).
  • the first structural elements are designed and connected to one another in such a way that the fraction of the impact energy introduced into the vehicle head in the event of a crash is transmitted to a carriage structure of the rail vehicle connected to the vehicle head. There, the impact energy can be consumed by the shock protection elements of the car structure of the rail vehicle finally.
  • the first structural elements are structurally designed so that they deform controlled and thus a further energy absorption without (uncontrolled) collapse of the vehicle head structure can take place.
  • the first structural elements have two A-pillars respectively arranged on the sides of the vehicle head structure and a roof structure which firmly connects the upper region of the two A-pillars to form the substantially deformation-resistant, self-supporting head structure. Pillars and the roof structure firmly connected thereto are designed to transmit the fraction of the impact energy introduced into the vehicle head into the car structure of the rail vehicle which is not already decoupled from the second structural elements in the event of a crash.
  • the first structural elements also have lateral struts, which are each fixedly connected to the lower region of the two A-pillars and serve to transmit impact forces into the carriage structure of the rail vehicle.
  • each arc-shaped form the A-pillars wherein further a lower Structural element is provided, which is fixedly connected to the upper end portions of the A-pillars and designed to transfer in the crash case not already degraded by the second energy absorbing part of the introduced into the A-pillar impact force in the connected to the vehicle head carriage structure of the rail vehicle. Due to the arcuate design of the A-pillars can be dispensed with side struts.
  • these structural elements consist of a hollow profile formed from fiber composite material, in which optionally a further support material, in particular a supporting foam is added to further increase the rigidity.
  • the first structural elements In order to structurally connect the two A-pillars and thus to increase the rigidity of the self-supporting frame structure formed with the first structural elements, it is preferred if the first structural elements have at least one parapet element, which for the structural connection of the two A-pillars the lower one Area of the A-pillars connects with each other. Furthermore, it is preferred if the first structural elements have a deformation-resistant end wall, which is likewise formed from fiber composite material and connected to the parapet element such that the deformation-resistant end wall together with the parapet element form an end face of the vehicle head structure, and thus the vehicle driver's seat received in the self-supporting frame structure protect against intrusions in the event of a crash.
  • a collision front wall which forms at least a portion of the coupling-side end face of the vehicle head structure, wherein the parapet element and / or the end wall constitute / represent an important component for penetration prevention. It is thus possible to effectively prevent components from penetrating into the space formed by the self-supporting frame structure in which the driver's cab is mounted in the event of a crash.
  • the end wall forming the collision front wall may be made of various fiber composite / fiber composite sandwich components, in particular with the reinforcing materials glass, aramid, dyneema and / or carbon fiber. In particular, here comes a sandwich construction using fiber reinforcements in question. Due to the structural arrangement and design of the structural component "end wall", the end wall together with the parapet element represents a crucial structural connection element for stabilizing the entire self-supporting structure of the vehicle head.
  • the solution according to the invention is characterized, inter alia, by the fact that in the self-supporting (rigid) frame structure of the rail vehicle head formed with the first structural elements, second structural elements, i. Structural elements with energy consumption, are integrated.
  • these second structural elements have at least one first energy dissipation element formed of fiber composite material, this first energy dissipation element being designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the impact force transmission and into the first Dissipate energy consumption element initiated impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the first energy dissipation element.
  • This mechanism of defibering and pulverization is characterized by its high degree of utilization in energy consumption, in which - compared to, for example, a metal-made upset or deformation tube (expansion or constriction tube) a significantly higher weight and space-specific amount of energy can be consumed.
  • first energy dissipation element For the realization of the fiber composite material formed first energy dissipation element different solutions come into question.
  • an energy dissipation element a fiber composite sandwich structure which is formed as a core material (support material) by a honeycomb structure.
  • honeycomb structure Such an ideally homogeneous honeycomb structure with constant geometry cross-section shows during the absorption of energy uniform deformation of the material with low deformation force amplitudes at the same time high utilization and compression ratio.
  • other embodiments for the first energy dissipation element are also conceivable.
  • At least one first energy dissipation element is arranged on the end face of the parapet element, so that the deformation forces occurring during energy dissipation are introduced into the parapet element.
  • the first energy dissipation element should be adapted to the vehicle contour or the available space.
  • the first energy-absorbing element has a fiber composite sandwich construction with a honeycomb structure core.
  • the core of the first energy dissipation element from a fiber composite tube bundle, wherein the tube center axes of the tube bundle extend in the vehicle longitudinal direction.
  • the second structural elements have at least one second energy dissipation element likewise formed from fiber composite material, which may structurally be identical to the at least one first energy dissipation element.
  • the at least one second energy dissipation element should, however, be arranged on the surfaces of the A-pillars facing the front side of the vehicle head.
  • a special underbody structure formed of fiber composite material is provided, which is provided with the self-supporting structure of the rail vehicle head based first structural elements is connected such that the bottom of the vehicle head is formed.
  • the underbody structure has an upper surface element formed from fiber composite material and a lower surface element also formed therefrom, also made of fiber composite material, furthermore struts or tensioning elements formed from fiber composite material are provided, which firmly connect the upper and lower surface elements.
  • further structural elements with energy consumption that is, second structural elements
  • the second structural elements have at least one third energy dissipation element formed of fiber composite material, which is received in the underbody structure of the vehicle head and designed to respond when exceeding a critical impact force and at least part of the incident in the impact energy transmission and introduced into the third energy dissipation element To reduce impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the third energy dissipation element.
  • the vehicle head has a central buffer coupling, which is articulated to the underbody structure of the vehicle head via a bearing block
  • the second structural elements further comprise at least one fourth energy dissipation element formed from fiber composite material, which in addition to the at least one third energy dissipation element in FIG the underbody structure is arranged in the impact direction behind the bearing block and is designed to respond when exceeding a critical impact force and at least part of the impact energy generated in the impact energy and introduced into the fourth energy dissipation element by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the fourth energy dissipation element dismantle.
  • the third and fourth energy-absorbing elements can be identical or at least similar in structural and functional terms.
  • the third or fourth energy dissipation element in a preferred realization of the third or fourth energy dissipation element, provision is made for the third or fourth energy dissipation element to have a guide tube formed from fiber composite material, ie for example a cylindrical energy-consuming component, and a pressure tube designed as a piston, wherein the pressure tube is connected to the guide tube cooperates in such a way that th a critical introduced into the third and fourth energy absorbing element impact force the pressure tube and the guide tube with simultaneous consumption of at least a portion of the introduced into the third and fourth energy absorbing element impact energy relative to each other to move.
  • a guide tube formed from fiber composite material, ie for example a cylindrical energy-consuming component
  • a pressure tube designed as a piston wherein the pressure tube is connected to the guide tube cooperates in such a way that th a critical introduced into the third and fourth energy absorbing element impact force the pressure tube and the guide tube with simultaneous consumption of at least a portion of the introduced into the third and fourth energy absorbing element impact energy
  • the guide tube has at least one energy-dissipating area of fiber composite material which is at least partially non-ductile and pulverized during the movement of the pressure tube designed as a piston relative to the guide tube.
  • the third or fourth energy dissipation element responds, the impact energy introduced into the energy dissipation element is utilized to shred and pulverize the energy dissipation region and thus at least partially degraded. Since the defibration and pulverization of a workpiece - compared to a conventional (metallic) plastic deformation - significantly more energy requires, the third or fourth energy dissipation element is particularly suitable for the reduction of high impact energies.
  • the term "defibration of the fiber-composite energy dissipation region” is intended to cause failure of the fiber structure of the fiber composite from which the energy dissipation region is formed. Rather, when shredding, the fiber composite of the energy dissipation region is broken down into as many small individual fractions (fragments) as possible, and ideally the entire amount is used to exploit the total energy absorption capacity of the fiber composite material of the energy dissipation element forming fiber composite material is pulverized.
  • the pressure tube is designed as a piston and at least the region of the guide tube facing the pressure tube is designed as a cylinder, wherein the pressure tube designed as a piston is connected to the guide tube such that at Actuation of the energy dissipation element of the piston (pressure tube) runs into the cylinder (guide tube) and thereby non-ductile defibred the energy consumption range formed from fiber composite material.
  • a region of the pressure tube facing the guide tube to be telescopically received by a region of the guide tube facing the pressure tube such that the end face of the region of the pressure tube facing the guide tube abuts against a stop of the energy dissipation region formed of fiber composite material.
  • the end face of the region of the pressure tube facing the guide tube should have a higher strength compared to the energy dissipation region formed from fiber composite material exhibit. In that case, it is ensured that the movement of the pressure tube occurring in response to the (third or fourth) energy dissipation element relative to the guide tube only results in destruction of the energy dissipation region, with the other components of the energy dissipation element not failing. In this way, a previously determinable event sequence when consuming energy can be realized.
  • the pressure tube is designed as a hollow body, which is open at its end face facing the guide tube. Accordingly, the fractions of the fiber composite produced during the movement of the pressure tube relative to the guide tube are Bundtechnikstoff formed energy dissipation area at least partially in the interior of the hollow body can be received.
  • This embodiment of the third and fourth energy dissipation element thus provides a completely encapsulated solution to the outside, wherein in particular ensures that when addressing the energy absorbing element no parts, such as fractions or fiber parts of the energy dissipation area, fly around, can intrude into the driver's compartment and possibly injure persons or damage other components of the vehicle head or even destroy.
  • energy consumption is realized with the preferred embodiment of the third or fourth energy dissipation element in that, when the energy dissipation element responds, the energy dissipation region formed from fiber composite material is at least partially defibrated non-ductile after a predetermined sequence of events.
  • the length of the energy dissipation region, which is non-ductile shredded in a movement of the pressure tube relative to the guide tube depends on the distance of the relative movement between the pressure tube and the guide tube.
  • an underride guard or track scraper formed from fiber composite material is also provided. It is conceivable here that this underrun protection is fastened to the underside of the underbody structure of the rail vehicle head and designed to reduce at least part of the impact energy occurring during impact energy transmission when a critical impact force introduced into the underrun protection is exceeded by controlled deformation.
  • the underrun protection is connected via guide rails with the underside of the underbody structure such that the underrun protection is displaceable relative to the underbody structure in the vehicle longitudinal direction after exceeding a introduced in the underrun protection critical impact force, further provided at least one fiber composite material formed energy dissipation element is, which is arranged and designed so that upon displacement of the underrun protection relative to the underbody structure of Faserverbundtechnik- substance of the energy absorbing element is destroyed at the same time degradation of at least a portion of the initiated in the shock transmission in the underrun shock energy non-ductile.
  • a windshield which is at least partially attached to the self-supporting structure of the vehicle head, said windshield preferably also having an energy dissipation function.
  • the windshield has an inner and an outer transparent (transparent) surface element, wherein these surface elements are arranged at a distance from each other and form a space between them.
  • This gap can be filled with a connecting element between the outer and inner surface element, for example in the form of a transparent (transparent) energy absorption foam.
  • the connecting element in an edge region of the surface elements in the intermediate space. In this case, the edge area can be filled with less transparent energy absorption foam.
  • Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of the vehicle head structure of the vehicle head according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of the vehicle head structure according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a side view of the vehicle head according to the first embodiment with a structure according to FIG. 1 and an indicated exterior design;
  • Fig. 4 is a side view of an A-pillar mounted at the bottom of the A-pillar side strut and attached to the upper portion of the A-pillar
  • Fig. 5 is a perspective view of the side strut of FIG. 4;
  • Fig. 6 is a perspective view of the in the vehicle head structure according to
  • FIG. 7 shows a perspective view of the parapet element used in the vehicle head structure according to FIG. 1 with first energy dissipation elements attached thereto;
  • Fig. 8 is a perspective view of the in the vehicle head structure according to
  • Fig. 1 used for use underbody structure in a partially sectioned view
  • FIG. 9 is a perspective view of components of the underbody structure of FIG. 8; FIG.
  • FIG. 10 is a side view of a in the underbody structure according to FIG. 8 for
  • FIG. 11 is an exploded view of the third energy dissipation element shown in FIG. 10; FIG.
  • FIG. 12 a detail of the third energy dissipation element according to FIG. 10; FIG.
  • Fig. 13 is a side view of the in the underbody structure of FIG. 8 for
  • FIG. 14 shows the fourth energy dissipation element illustrated in FIG. 13 in an exploded view
  • FIG. 15 shows an alternative embodiment for the fourth energy dissipation element
  • FIG. 16 shows a perspective view of an embodiment of the underrun protection used in the vehicle head structure according to FIG. 1;
  • FIG. 17 shows an alternative embodiment of the underrun protection;
  • FIG. 18 shows an alternative embodiment of the underride guard
  • FIG 19 shows an alternative embodiment of the vehicle head structure according to the invention.
  • FIG. 2 shows the vehicle head structure 100 according to FIG. 1 in a side view.
  • a side view of the vehicle head according to the first embodiment with a vehicle head structure 100 according to FIG. 1 or FIG. 2 and an indicated outer design 102 is shown in FIG. 3.
  • the illustrated embodiment is a vehicle head structure 100 which is designed to be fastened to the end face of a rail vehicle (not explicitly shown).
  • the vehicle head structure 100 is constructed entirely of structural elements, which are described below with reference in particular to FIGS. 4 to 18. These structural elements, from which the vehicle head structure 100 is constructed, are made entirely of fiber composite material and can be implemented in differential, integral or mixed construction. Taking into account the strength and manufacturing advantages of fiber composite / fiber composite sandwich structures with the objective of lightweight construction a largely integral construction of the rail vehicle head is provided.
  • Fiber composites are composed of reinforcing fibers embedded in polymeric matrix systems. While the matrix holds the fibers in a predetermined position, transfers stresses between the fibers and protects the fibers from external influences, the reinforcing fibers gain the supporting mechanical properties. Glass fibers, aramid fibers and carbon fibers are particularly suitable as reinforcing fibers. Since aramid fibers have only a relatively low stiffness because of their extensibility, in particular glass and carbon fibers are preferred for forming the respective energy dissipation elements of the vehicle head structure 100. Trains t. However, aramid fibers are suitable, for example, for the formation of the deformation-resistant end wall 15, which serves to protect a vehicle driver's seat 101 accommodated in the self-supporting structure of the vehicle head against intrusions in the event of a crash.
  • a specific fiber architecture or a specific layer structure is preferably realized in order to obtain properties of the structural elements adapted to the expected load case.
  • a carbon-fiber-reinforced plastic as the material for the structural elements that make up the deformation-resistant, self-supporting structure of the vehicle head 100, since such a material has very high specific strengths.
  • a vehicle head structure 100 which is designed according to the teachings of the invention, is characterized in that it is constructed entirely from structural elements formed from fiber composite material, wherein the structural elements constituting the vehicle head structure 100 on the one hand comprise structural elements without energy consumption (FIG. "First structural elements") and, on the other hand, structural elements with energy consumption (“second structural elements”).
  • the first structural elements are configured and directly connected to each other such that a substantially rigid, self-supporting head structure is formed for receiving a vehicle driver's seat 101.
  • the first structural elements which thus form the substantially deformation-resistant, self-supporting structure of the vehicle head structure 100, in particular two A-pillars 10, 10 ', each arranged laterally of the vehicle head structure 100, and one respectively the upper one
  • the first structural elements further include side struts 12, 12 'which are in each case connected to the lower region of the two A-pillars 10 , 10 ' are firmly connected and for the transmission of impact forces in the car structure of the rail vehicle (not explicitly shown) are used.
  • FIG. 4 shows a side view of an A pillar 10 which is connected to a side strut 12 and a roof structure 11, this combination of A pillar 10, side strut 12 and roof structure 11 being shown in FIG Embodiment of the vehicle head structure is used.
  • Fig. 5 the side strut 12 is shown in a perspective view.
  • the vehicle head structure 100 further includes a parapet element 14 and the aforementioned deformation-resistant end wall 15.
  • the parapet element 14, which in the embodiment of the vehicle head structure shown in FIG 100 is used is shown in a separate representation in Fig. 7.
  • Fig. 6 shows the roof structure 11, which is used in the embodiment of FIG. 1.
  • the vehicle head structure 100 also has second structural elements in addition to the first structural elements, i. Structural elements with energy consumption.
  • These second structural elements include first energy dissipation elements 20, 20 'formed on the one hand from fiber composite material.
  • first energy-absorbing element-in the illustration according to FIG. 1 and in particular according to FIG. 7 -exactly two first energy-absorbing elements 20, 20 '-are arranged on the end face of the sill element 14.
  • first energy supply elements 20, 20 'arranged on the front side of the parapet element 14 are formed from fiber composite / fiber composite sandwich material and designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the energy transfer element occurring in the impact energy transmission and into the first energy dissipation element 20, 20 'introduced impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the first energy dissipation element 20, 20' degrade.
  • the second structural elements likewise include second energy dissipation elements 21, 21 ', which are formed from fiber composite / fiber composite sandwich material and are assigned to the two A pillars 10, 10' of the supporting structure of the vehicle head 100. In the embodiment of the vehicle head structure 100 shown in FIG.
  • a second energy dissipation element 21, 21 ' is arranged on each surface of the A-pillars 10, 10' facing the front side of the vehicle head structure 100.
  • the second energy dissipation elements 21, 21' are made of fiber composite / fiber composite sandwich material and designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the resulting in the impact force transmission and in the second energy dissipation element 21, 21 'initiated impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the second energy dissipation element 21, 21' degrade.
  • the first and second energy dissipation elements 20, 20 'and 21, 21', respectively, are connected to the corresponding first structural elements, i. the parapet element 14 and the A-pillars 10, 10 ', preferably firmly bonded firmly, in particular glued.
  • the side struts 12, 12 'and the A-pillars 10, 10' consist of a hollow profile formed of fiber composite material in which the lateral struts 12, 12 'or the A-pillars are increased in rigidity 10, 10 'a support material is filled, for example in the form of a foam.
  • a support material is filled, for example in the form of a foam.
  • the parapet element 14 serves primarily for the structural connection of the two A-pillars 10, 10 'so that this parapet element 14 connects the respectively lower region of the two A-pillars 10, 10' to one another.
  • the already mentioned deformation resistance Fe end wall 15 is connected to the parapet element 14 such that an end face of the vehicle head structure 100 is formed to protect the recorded in the self-supporting structure driver's cab 101 in the event of a crash from intrusions.
  • the underbody structure 16 made of fiber composite / fiber composite
  • Sandwich material formed and connected to first structural elements of the vehicle head structure 100 such that the bottom of the cab 101 and the bottom of the vehicle head structure 100 is formed.
  • the underbody structure 16 has an upper surface element 16a formed from fiber composite / fiber composite sandwich material and a lower surface element 16b spaced therefrom and likewise formed from fiber composite material, wherein these surface elements 16a, 16b are spaced apart from each other. Further, struts 16c formed of fiber composite material are provided, which connect the upper and lower surface elements 16a, 16b firmly together.
  • the vehicle head structure 100 has a crash clutch with integrated energy dissipation elements, which essentially consists of a fourth energy dissipation element 23, a bearing block 31 and a central buffer coupling 30.
  • the fourth energy dissipation element 23 is arranged in the underbody structure 16 in the impact direction behind the bearing block 31 and serves for consumption of at least part of the irreversible impact energy introduced into the underbody structure 16 via the central buffer coupling 30.
  • the structure and the mode of operation of the third energy dissipation elements (crash buffer) used in the illustrated embodiment will be described in more detail below with reference to the illustrations in FIGS. 10 to 12.
  • the third energy dissipation element 22, 22 ' essentially consists of a guide tube 60 and a pressure tube 62.
  • the pressure tube 62 is designed as a piston and at least the pressure tube 62 facing region of the guide tube 60 as a cylinder.
  • the region of the pressure tube 62 designed as a piston facing the guide tube 60 is accommodated telescopically by the region of the guide tube 60 designed as a cylinder.
  • the guide tube 60 is integrally formed from fiber composite material. Specifically, the guide tube 60 has an energy dissipation region 61 and a guide region adjacent to the energy dissipation region.
  • an edge is provided at the transition between the energy dissipation region 61 and the guide region, which forms a stop 63 against which the pressure tube 62 formed as a piston abuts.
  • the guide tube 60 is designed as a formed of fiber composite tubular body having a paragraph inside, which forms the stop 63.
  • the pressure tube 62 formed as a piston is designed as a tubular body having an inner bevel 66 (see Fig. 12).
  • guide tube 60 shown here by way of example and the pressure tube 62 each shown with a circular ring cross-section to perform with other cross-sectional geometries, for example, with oval, rectangular, square, triangular or pentagonal cross-sectional geometries.
  • a conical ring 64 to be provided on the end face of the pressure tube 62 designed as a piston, so that this conical ring 64 abuts against the abutment 63 of the guide tube 60 (compare FIGS. 10 and 11).
  • the cone ring 64 should be fixed to the front of the pressure tube
  • the guide region of the guide tube 60 is formed in the embodiment shown in Fig. 10 and Fig. 11 as a guide tube whose inner diameter is larger than the outer diameter of the pressure tube 62 formed as a piston. In this way, the region of the pressure tube 62 facing the guide tube 60 can be received telescopically by the guide tube 60.
  • the overall tube-shaped guide tube 60 has an inner diameter within the energy dissipation region 61 which is smaller than the outer diameter of the pressure tube 62 (see also the illustration in FIG ).
  • the edge 63 provided at the transition between the guide region and the energy-dissipating region 61 thus constitutes a stop against which the pressure tube 62 designed as a piston abuts.
  • the constructive design of this transition region as a trigger point for the pressure tube 62 significantly influences the initial force peak and the force-deformation behavior of the fiber composite energy dissipation element (pressure tube 62).
  • the third energy dissipation element 22, 22 'shown by way of example in FIGS. 10 and 11 is designed so that impact forces introduced into the energy dissipation element 22, 22', and in particular into the pressure pipe 62 designed as a piston, are introduced into the end face of the pressure pipe 62 facing away from the guide pipe 60 become.
  • a scuff protection 65 it is conceivable to attach to the end face of the pressure tube 62 facing away from the guide tube 60.
  • the impact force critical for the response of the third energy dissipation element 22, 22 ' is determined by the material properties and structural design, in particular in the transition region (trigger region, stop 63). Specifically, the impact force critical to the response of the third energy dissipation element 22, 22 'is determined by the material properties and structural design of the energy dissipation region 61.
  • the fiber composite material of the inner wall of the energy dissipation region 61 is non-ductile shredded by the pressure tube 62 moving relative to the guide tube 60 in the direction of the energy dissipation region 61.
  • the end face of the pressure tube 62 should have a higher strength compared to the energy dissipation region 61.
  • the pressure tube 62 designed as a piston is designed as a hollow body open at its end face facing the guide tube 60, this hollow body having an inner bevel 66.
  • the fourth energy dissipation element 23 serves to absorb the impact forces introduced into the underbody structure 16 via the central buffer coupling 30 in the event of a crash.
  • the fourth energy dissipation element 23 is arranged in the impact direction behind the bearing block 31, via which the central buffer coupling 30 is pivotable in the horizontal and vertical directions.
  • the fourth energy dissipation element 23 has a guide tube 60, preferably a fiber composite material, a crash tube 61 and a pressure tube 62.
  • a guide tube 60 preferably a fiber composite material
  • the crash tube 61 and in FIG the pressure tube 62 is telescopically received in the opposite region.
  • a taper 64 is arranged, for example in the form of a conical ring.
  • the connecting elements of the coupling 30 tear off the bearing block 31.
  • the coupling guided in the guide tube 60 presses on a catch plate 32.
  • the catch plate 32 conducts the impact force into the catch plate
  • Pressure tube 62 which moves relative to the guide tube 60 in the direction of the crash tube 61.
  • the pressure tube 62 presses on the crash tube 61 via the taper 64.
  • the taper 64 and the pressure tube 62 slide over the crash tube 61, which non-ductile shreds and thereby at least the impact energy resulting from the impact force transmission partially absorbed.
  • the deformed or defibrated material of the crash tube 61 remains in the pressure tube 62.
  • the fourth energy dissipation element 23 is formed from a fiber composite material.
  • the taper 64 may be formed of a metal structure.
  • FIG. 15 shows an alternative embodiment of the fourth energy dissipation element 23.
  • the embodiment shown in FIG. 14 consists of a support tube 62, a taper 64, a guide tube 60 and a crash tube 61, but this time the crash tube 61 is in the middle buffer coupling 30 facing region of the guide tube 60 is provided.
  • the clutch 30 breaks away from the bearing block 31 and presses on the catch plate 32, wherein the catch plate 32 initiates the impact force in the crash tube 61, so that the crash tube 61 is pressed into the taper 64.
  • the crash tube 61 slides through the taper 64 into the pressure tube 62, which may also be part of the guide tube 60 at the same time (see Fig. 12).
  • the energy consumption takes place again by the tapering of the crash tube 60.
  • the deformed or defibrated material of the crash tube 60 remains in the pressure tube 62.
  • FIG. 16 shows, in a perspective view, an underrun protection 24 formed from fiber composite / fiber composite sandwich material which is fastened and designed on the underside of the underbody structure 16 of the vehicle head structure 100 shown in FIG. 1, when an underrun protection is exceeded 24 inserted triggered critical impact force by controlled deformation to reduce at least a portion of the impact energy generated in the impact energy transmission.
  • FIGS. 17 and 18 show alternative embodiments of underrun protection 24.
  • each of the underride guard 24 is connected to the underbody structure 16 via a rail system 17.
  • the underride protection 24 consists of fiber composite material or fiber composite sandwich materials and has a plurality of energy dissipation elements 25, 25 ', 26, 26' (two in the front and two in the rear region).
  • the energy dissipation elements 25, 25 'with different deformation force levels first absorb collision energy in the front region, then the underrun protection 24 is pushed within the rails 17 onto the second energy dissipation elements 26, 26'.
  • the underrun protection 24 is pushed along the guide rail 17 onto crash elements 25, 25 'in the event of a crash.
  • FIG. 19 parts of another embodiment of the vehicle head structure 100 are shown in a perspective view.
  • the characteristic of this embodiment can be seen in particular in the A-pillars 10, wherein in FIG. 19, for the sake of clarity, only one of the two A-pillars is shown.
  • the A-pillars 10 in the embodiment illustrated in FIG. 19 have an overall curved structure, so that the forces introduced into the A-pillars 10 can be transmitted directly into the underframe 16 without additional side strut.
  • This special variant allows a strong reversible compression of the A-pillars 10 in the event of a crash.

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Abstract

The invention relates to a vehicle front-end with a vehicle front-end structure (100) for mounting to the front face of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle, wherein the vehicle front-end structure (100) is completely made of structural elements of fibre composite material or sandwich structures of fibre composite material. The structural elements forming the vehicle front-end structure (100) comprise first structural elements (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) which are directly connected to each other and configured in such a manner that a deformation-resistant, self-supporting head structure is formed for receiving a vehicle driver's stand (101). The structural elements forming the vehicle front-end structure (100) further comprise second structural elements (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') which are connected to the first structural elements (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) and are configured in such a manner that at least a part of the impact energy (collision energy), which is generated in the event of a collision of the track-bound vehicle due to a transmission of impact forces and is introduced into the structure (100), is absorbed by at least a partial irreversible deformation or at least a partial destruction of the second structural elements (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24').

Description

„Fahrzeugkopf zur Befestigung an der Stirnseite eines spurgebundenen Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges" "Vehicle head for attachment to the front side of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle"
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugkopf mit einem Rahmen zur Befestigung an der Stirnseite eines Schienenfahrzeuges, wobei der Rahmen vollständig aus Strukturelementen aufgebaut ist, die aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind.The invention relates to a vehicle head with a frame for attachment to the end face of a rail vehicle, wherein the frame is constructed entirely of structural elements, which are formed from fiber composite material.
Aus der Druckschrift GB 2 411 630 A ist ein Rahmen für eine Fahrzeugkabine eines Schienenfahrzeuges bekannt, wobei der Rahmen aus Rahmenelementen aufgebaut ist, welche die Front-, Boden- und Dachteile sowie die seitlichen Teile der Fahrzeugkabine definieren. Der aus diesem Stand der Technik bekannte Rahmen weist eine Vielzahl von nachgiebigen Regionen auf, die auf die Rahmenelemente verteilt sind. Im Crash- fall, d.h. bei einer Kollision eines mit dem aus diesem Stand der Technik bekannten Fahrzeugkopf aufgerüsteten Schienenfahrzeuges mit einem anderen Schienenfahrzeug oder anderem Hindernis als Kollisionsgegner, geben die nachgiebigen Regionen nach, so dass sich der Rahmen an die Konturen des Kollisionsgegners anpassen kann, wodurch die aufgrund der Kollision in den Rahmen eingeleitete Stoßenergie zumindest teilweise abgebaut wird.From document GB 2 411 630 A a frame for a vehicle cabin of a rail vehicle is known, wherein the frame is constructed of frame elements which define the front, bottom and roof parts as well as the lateral parts of the vehicle cabin. The frame known from this prior art has a plurality of compliant regions distributed on the frame members. In the event of a crash, i. in a collision of an upgraded with the vehicle head known from this prior art rail vehicle with another rail vehicle or other obstacle as collision opponents, give the yielding regions, so that the frame can adapt to the contours of the collision opponent, which due to the collision in the frame initiated impact energy is at least partially degraded.
Andererseits ist aus der Druckschrift EP 0 533 582 Al ein Kabine für ein Schienenfahrzeug bekannt, wobei diese Kabine nicht an der Stirnseite des Schienenfahrzeuges befestigt, sondern auf einer horizontalen Plattform montiert wird. Da die aus diesem Stand der Technik bekannte Kabine aus Gewichtsgründen vollständig aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist, wurde davon abgesehen, die Kabine selber mit einer Stoßsicherung zur Absorption der in einem Crashfall auftretenden Stoßenergie auszurüs- ten. Vielmehr ist eine derartige Stoßsicherung in dem Untergestell bzw. in der Plattform integriert, auf welcher die Kabine montiert ist.On the other hand, EP 0 533 582 A1 discloses a cabin for a rail vehicle, this cabin not being fastened to the end face of the rail vehicle, but mounted on a horizontal platform. Since the cabin known from this prior art is made entirely of fiber composite material for reasons of weight, it was not intended to equip the cabin itself with a shock absorber for absorbing the impact energy occurring in the event of a crash. Rather, such a shock absorber is integrated in the base frame or in the platform on which the cabin is mounted.
Die Druckschrift DE 196 49 526 Al beschreibt einen Fahrzeugkopf, welcher zur Befes- tigung an der Stirnseite eines Schienenfahrzeuges ausgelegt ist, wobei die Wände und das Dach des Fahrzeugkopfes aufgrund von Gewichtsgründen aus einem Verbundmaterial bestehen und lösbar mit dem Untergestell und dem Wagenkasten des Schienenfahrzeuges verbunden sind. Der aus diesem Stand der Technik bekannte Fahrzeugkopf ist - wie auch die aus der EP 0 533 582 B2 bekannte Kabine - ohne Stoßsiche- rung ausgeführt.Document DE 196 49 526 A1 describes a vehicle head which is designed to be fastened to the end face of a rail vehicle, wherein the walls and the roof of the vehicle head are made of a composite material due to weight reasons and detachably connected to the undercarriage and the car body of the rail vehicle are. The vehicle head known from this prior art, like the car known from EP 0 533 582 B2, is designed without impact protection.
Stoßsicherungen sind sogenannte Crashstrukturen, d.h. Bauteile, welche sich bei einem Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis zumindest teilweise in vorbestimmter Weise verformen. Dabei soll die Aufprallenergie gezielt vorrangig in Verformungs- energie umgewandelt werden, um die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen und Kräfte zu reduzieren.Shock guards are so-called crash structures, i. Components which deform in an impact of the vehicle on an obstacle at least partially in a predetermined manner. Here, the impact energy is intended to be primarily converted into deformation energy in order to reduce the accelerations and forces acting on the vehicle occupants.
Aus der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, insbesondere im Stirnbereich eines Personenkraftwagens eine Stoßsicherung in Gestalt einer Knautschzone vorzusehen. Während die Kraftfahrzeugindustrie bereits seit Jahrzehnten bemüht ist, derartige Crashstrukturen zu optimieren, sind in der Schienenfahrzeugtechnik bisher die Wagenkästen (Lokomotiven und Wagons) in der Regel ohne besondere Rücksicht auf ihr Verformungsverhalten bei Kollisionen ausgelegt.From motor vehicle technology it is known to provide a shock absorber in the form of a crumple zone, in particular in the front region of a passenger car. While the motor vehicle industry has been endeavoring for decades to optimize such crash structures, in rail vehicle technology hitherto the car bodies (locomotives and wagons) have generally been designed without special consideration for their deformation behavior in collisions.
Zwar ist es bereits üblich, an der Stirnseite eines Schienenfahrzeuges als Stoßsicherung seitliche Pufferelemente oder Crashboxen anzuordnen, welche in einem Crashfall zumindest einen Teil der Aufprallenergie absorbieren bzw. verzehren. Bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten allerdings reicht die mit einer derartigen Stoßsicherung erzielbare Energieabsorption oftmals nicht aus, um den Wagenkasten wirksam vor Be- Schädigungen zu schützen. Insbesondere besteht die Gefahr, dass nach dem Ausschöpfen des Energieverzehrvermögens der seitlich angeordneten Pufferelemente o- der Crashboxen eine extreme Verformung der Fahrzeugführerstands- oder/und der Wagenkastenstruktur im Bereich der Fahrgasträume auftritt, wobei unter Umständen nicht mehr sichergestellt werden kann, dass für das Zugpersonal und die Fahrgäste ein hinreichender Überlebensraum gegeben ist. Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen zur Befestigung an der Stirnseite eines Schienenfahrzeuges ausgelegten Fahrzeugkopf dahingehend zu optimieren, dass die in einem Crashfall auf den Fahrzeugkopf einwirkende Aufprallenergie soweit wie möglich von der Struktur des Fahrzeugkopfes abgebaut werden kann, um die maximalen Beschleunigungen und Kräfte auf die Fahrzeugstruktur zu begrenzen, wobei ein unkontrolliertes Verformen der Konstruktion wirkungsvoll verhindert werden soll, mit dem Ziel, in einem Crashfall einen Überlebensraum für den Fahrzeugführer sicherzustellen.Although it is already customary to arrange on the front side of a rail vehicle as a shock protection lateral buffer elements or crash boxes, which absorb or consume at least part of the impact energy in a crash. At higher impact speeds, however, the energy absorption which can be achieved with such a shock absorber is often insufficient to protect the vehicle body against damage. In particular, there is a risk that after exhausting the energy absorption capacity of the laterally arranged buffer elements o- crash boxes extreme deformation of Fahrzeugfahrstands- and / or the car body structure occurs in the area of the passenger compartments, under certain circumstances can no longer be ensured that for train crew and the passengers are given a sufficient survival space. Accordingly, the object of the invention is to optimize a vehicle head designed for attachment to the front side of a rail vehicle in such a way that the impact energy acting on the vehicle head in the event of a crash can be reduced as much as possible from the structure of the vehicle head to the maximum accelerations and forces to limit the vehicle structure, with an uncontrolled deformation of the construction should be effectively prevented, with the aim of ensuring a survival in the event of a crash for the driver.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugkopfes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous developments of the vehicle head according to the invention are specified in the dependent claims.
Demnach wird zur Verbesserung des Crashverhaltens von Schienenfahrzeugen gemäß der Erfindung ein Fahrzeugkopf vorgeschlagen, der eine Fahrzeugkopfstruktur aufweist, welche vollständig aus Strukturelementen aufgebaut ist, wobei diese Strukturelemente vorrangig aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind. Im Einzelnen gehören zu diesen die Fahrzeugkopfstruktur aufbauenden Strukturelementen sowohl Strukturelemente ohne Energieverzehr, welche nachfolgend als „erste Strukturelemente" be- zeichnet werden, als auch Strukturelemente mit Energieverzehr, welche nachfolgend als „zweite Strukturelemente" bezeichnet werden. Zu den Strukturelementen ohne Energieverzehr, d.h. den ersten Strukturelementen, gehören alle Strukturelemente, die zur Ausbildung einer im Wesentlichen verformungssteifen, selbsttragenden Fahrzeugkopfstruktur dienen. Diese im Wesentlichen starre selbsttragende Struktur nimmt den Führerstand des Schienenfahrzeuges auf. Da somit der Führerstand von einer verformungssteifen Kopfstruktur umgeben ist, welche auch im Crashfall nicht signifikant verformt wird, bleibt innerhalb des Schienenfahrzeugkopfs der Überlebensraum für den Zugführer erhalten.Accordingly, a vehicle head is proposed to improve the crash behavior of rail vehicles according to the invention, which has a vehicle head structure, which is constructed entirely of structural elements, these structural elements are primarily formed of fiber composite material. In detail, these structural elements constituting the vehicle head structure include both structural elements without energy consumption, which are referred to below as "first structural elements", and structural elements with energy consumption, which are referred to below as "second structural elements". To the structural elements without energy consumption, i. The first structural elements include all structural elements that serve to form a substantially deformation-resistant, self-supporting vehicle head structure. This substantially rigid self-supporting structure accommodates the cab of the rail vehicle. Since the cab is thus surrounded by a deformation-resistant head structure, which is not significantly deformed even in the event of a crash, the survival space for the driver remains within the rail vehicle head.
Hingegen dienen in funktioneller Hinsicht die Strukturelemente mit Energieverzehr, d.h. die zweiten Strukturelemente, dazu, die in einem Crashfall aufgrund einer Stoßkraftübertragung anfallende und in den Fahrzeugkopf eingeleitete Stoßenergie zumindest teilweise zu absorbieren bzw. abzubauen, damit die aus den ersten Strukturelementen aufgebaute selbsttragende Struktur des Fahrzeugkopfs nicht in Mitleiden- schaft gezogen wird. Die zweiten Strukturelemente sind vorzugsweise an der von den ersten Strukturelementen aufgebauten selbstragenden Struktur des Fahrzeugkopfs befestigt. Insbesondere sind die zweiten Strukturelemente derart in der selbsttragen- den Struktur aufgenommen, dass diese zusammen mit der selbsttragenden Struktur eine Einheit bilden.On the other hand serve functionally the structural elements with energy consumption, ie the second structural elements, to at least partially absorb or reduce the resulting in a crash due to an impact force and introduced into the vehicle head impact energy, so that the self-supporting structure of the vehicle head constructed from the first structural elements is not affected. The second structural elements are preferably fastened to the self-supporting structure of the vehicle head constructed by the first structural elements. In particular, the second structural elements are in such a way in the self-supporting taken into account that they form a unit together with the self-supporting structure.
Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Strukturelemente (erste und zweite Struk- turelemente) vollständig aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind, ist es insbesondere denkbar, die zweiten Strukturelemente stoffschlüssig mit den ersten Strukturelementen zu verbinden, beispielsweise zu verkleben. Demnach können die zweiten Strukturelemente in der aus den ersten Strukturelementen aufgebauten selbsttragenden Fahrzeugkopfstruktur integriert werden, wobei die zweiten Strukturelemente derart lösbar oder unlösbar in den ersten Strukturelementen aufgenommen sind, dass eine Einheit gebildet wird, welche eine Doppelfunktion aufweist, nämlich einerseits eine Tragfunktion, die durch die ersten Strukturelemente bereitgestellt wird, und andererseits eine Energieverzehrfunktion, die durch die zweiten Strukturelemente bereitgestellt wird.Since, in the solution according to the invention, the structural elements (first and second structural elements) are formed entirely from fiber composite material, it is in particular conceivable to connect the second structural elements to the first structural elements in a materially bonded manner, for example to bond them. Accordingly, the second structural elements can be integrated in the self-supporting vehicle head structure constructed from the first structural elements, wherein the second structural elements are detachably or non-detachably received in the first structural elements such that a unit is formed which has a dual function, namely a support function on the one hand the first structural elements are provided, and on the other hand, an energy dissipation function provided by the second structural elements.
Wie bereits angedeutet, sind die Strukturelemente, welche die Fahrzeugkopfstruktur aufbauen, vollständig aus Faserverbundwerkstoff gebildet. Hierbei ist es denkbar, durch Verwendung unterschiedlicher Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich- Strukturen für die einzelnen Bereiche der Fahrzeugkopfstruktur die in einem Crashfall anfallende und in die Fahrzeugkopfstruktur eingeleitete Stoßenergie gezielt abzubau- en, d.h. zu verzehren.As already indicated, the structural elements that make up the vehicle head structure are formed entirely from fiber composite material. By using different fiber composite / fiber composite sandwich structures for the individual regions of the vehicle head structure, it is conceivable to intentionally reduce the impact energy arising in a crash and introduced into the vehicle head structure, i. to consume.
Dadurch, dass die die Fahrzeugkopfstruktur aufbauenden Strukturelemente nahezu vollständig aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind, kann - im Vergleich zu einer in Metallbauweise ausgeführten Fahrzeugkopfstruktur - nicht nur das Gewicht der Fahr- zeugkopfstruktur erheblich reduziert werden. Darüber hinaus zeichnen sich die aus Faserverbundwerkstoff ausgebildeten Strukturelemente durch ihre spezifische Festigkeit aus, so dass die aus den ersten Strukturelementen aufgebaute im Wesentlichen verformungssteife selbsttragende Fahrzeugkopfstruktur selbst im Kollisionsfall nicht versagt, d.h. sich unkontrolliert verformt, wodurch der Überlebensraum des Fahrzeug- führers im Führerstand gewährleistet bleibt.Due to the fact that the structural elements constituting the vehicle head structure are formed almost completely from fiber composite material, not only the weight of the vehicle head structure can be considerably reduced compared to a vehicle head structure made in metal construction. In addition, the structural elements formed of fiber composite material are characterized by their specific strength, so that the substantially deformation-resistant self-supporting vehicle head structure constructed from the first structural elements does not fail even in the event of a collision, i. deforms in an uncontrolled manner, which ensures the survival of the driver in the driver's cab.
Da die zweiten Strukturelemente, welche zumindest teilweise die in einem Crashfall anfallende und in die Fahrzeugkopfstruktur eingeleitete Stoßenergie verzehren, ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff bestehen, kann - im Vergleich zu herkömmlichen aus Metall gefertigten Verformungsrohren - eine wesentlich höhere gewichtsspezifische Energieabsorption erzielt werden. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweiten Strukturelemente ausgelegt sind, nach deren Ansprechen die in die zweiten Strukturelemente eingeleitete Stoßenergie zumindest teilweise durch nicht-duktile Zerstörung des Faserverbundwerkstoffes der zweiten Strukturelemente abzubauen.Since the second structural elements, which at least partially consume the impact energy generated in a crash and introduced into the vehicle head structure, likewise consist of fiber composite material, a significantly higher weight-specific energy absorption can be achieved in comparison to conventional deformation tubes made of metal. For this purpose, the invention provides that the second structural elements are designed according to their response in the second Structure elements initiated impact energy to reduce at least partially by non-ductile destruction of the fiber composite material of the second structural elements.
Da die mit den ersten Strukturelementen aufgebaute selbsttragende Struktur des Fahrzeugkopfes im Wesentlichen verformungssteif ausgebildet ist, wird auch bei einer Kollision des Schienenfahrzeuges (Crashfall) ein Überlebensraum in dem von der selbsttragenden Kopfstruktur aufgenommenen Führerstand beibehalten. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die ersten Strukturelemente derart ausgebildet und miteinander verbunden sind, dass der in einem Crashfall nicht bereits durch die zweiten Strukturelemente abgebaute Anteil der in den Fahrzeugkopf eingeleiteten Stoßenergie in eine mit dem Fahrzeugkopf verbundene Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges übertragen wird. Dort kann die Stoßenergie durch die Stoßsicherungselemente der Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges schließlich verzehrt werden.Since the self-supporting structure of the vehicle head constructed with the first structural elements is substantially rigid in terms of deformation, a survival space in the driver's cab received by the self-supporting head structure is retained even in the event of a collision of the rail vehicle (crash case). In this context, it is preferred that the first structural elements are designed and connected to one another in such a way that the fraction of the impact energy introduced into the vehicle head in the event of a crash is transmitted to a carriage structure of the rail vehicle connected to the vehicle head. There, the impact energy can be consumed by the shock protection elements of the car structure of the rail vehicle finally.
Für den Fall des Überschreitens der konstruktiv ausgelegten maximalen Energieaufnahmemenge der zweiten Strukturelemente bei höheren Kollisionsgeschwindigkeiten (bzw. Kollisionsenergien) sind die ersten Strukturelemente konstruktiv so gestaltet, dass diese kontrolliert verformen und somit eine weitere Energieaufnahme ohne (unkontrolliertes) Kollabieren der Fahrzeugkopfstruktur erfolgen kann.In the event of exceeding the constructively designed maximum energy absorption quantity of the second structural elements at higher collision speeds (or collision energies), the first structural elements are structurally designed so that they deform controlled and thus a further energy absorption without (uncontrolled) collapse of the vehicle head structure can take place.
In einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung weisen zur Ausbildung der im Wesentlichen verformungssteifen selbsttragenden Kopfstruktur die ersten Strukturelemente zwei jeweils an den Seiten der Fahrzeugkopfstruktur angeordnete A- Säulen sowie eine jeweils den oberen Bereich der beiden A-Säulen fest verbindende Dachstruktur auf, wobei die A-Säulen und die damit fest verbundene Dachstruktur ausgebildet sind, den in einem Crashfall nicht bereits von den zweiten Strukturelementen abgebauten Anteil der in den Fahrzeugkopf eingeleiteten Stoßenergie in die mit dem Fahrzeugkopf verbundene Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges zu übertragen. Hierbei ist es ferner denkbar, dass die ersten Strukturelemente auch Seiten- streben aufweisen, welche jeweils mit dem unteren Bereich der beiden A-Säulen fest verbunden sind und zur Übertragung von Stoßkräften in die Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges dienen.In a preferred embodiment of the solution according to the invention, the first structural elements have two A-pillars respectively arranged on the sides of the vehicle head structure and a roof structure which firmly connects the upper region of the two A-pillars to form the substantially deformation-resistant, self-supporting head structure. Pillars and the roof structure firmly connected thereto are designed to transmit the fraction of the impact energy introduced into the vehicle head into the car structure of the rail vehicle which is not already decoupled from the second structural elements in the event of a crash. In this case, it is also conceivable that the first structural elements also have lateral struts, which are each fixedly connected to the lower region of the two A-pillars and serve to transmit impact forces into the carriage structure of the rail vehicle.
Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor genannten Ausführungsform, bei welcher Sei- tenstreben vorgesehen sind, welche zur Stoßkraftübertragung von den beiden A- Säulen in die Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges dienen, ist es denkbar, die A- Säulen beispielsweise jeweils bogenförmig auszubilden, wobei ferner ein unteres Strukturelement vorgesehen ist, welches mit den oberen Endbereichen der A-Säulen fest verbunden und ausgelegt ist, dem im Crashfall nicht bereits durch die zweiten Energieverzehrelemente abgebauten Teil der in die A-Säulen eingeleiteten Stoßkraft in die mit dem Fahrzeugkopf verbundene Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges zu übertragen. Durch die bogenförmige Ausgestaltung der A-Säulen kann dabei auf Seitenstreben verzichtet werden.Alternatively, or in addition to the aforementioned embodiment, in which side struts are provided, which serve for the transmission of impact force from the two A-pillars in the car structure of the rail vehicle, it is conceivable, for example, each arc-shaped form the A-pillars, wherein further a lower Structural element is provided, which is fixedly connected to the upper end portions of the A-pillars and designed to transfer in the crash case not already degraded by the second energy absorbing part of the introduced into the A-pillar impact force in the connected to the vehicle head carriage structure of the rail vehicle. Due to the arcuate design of the A-pillars can be dispensed with side struts.
Da die Seitenstreben bzw. die A-Säulen im Crashfall extremen Belastungen ausgesetzt sind und insbesondere ein unkontrolliertes Verformen, d.h. Versagen dieser Struktur- elemente verhindert werden muss, ist es bevorzugt, wenn diese Strukturelemente aus einem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Hohlprofil bestehen, in welchem optional zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit vorzugsweise ein Stützstoff, insbesondere ein Stützschaum aufgenommen ist.Since the side struts and the A-pillars are exposed to extreme loads in the event of a crash and in particular an uncontrolled deformation, i. Failure of these structural elements must be prevented, it is preferred if these structural elements consist of a hollow profile formed from fiber composite material, in which optionally a further support material, in particular a supporting foam is added to further increase the rigidity.
Andererseits ist es im Hinblick auf die Dachstruktur bevorzugt, diese in Sandwich- Bauweise aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen. Selbstverständlich kommen hier aber auch andere Lösungen in Frage.On the other hand, in view of the roof structure, it is preferable to manufacture them in sandwich construction from a fiber composite material. Of course, other solutions come into question here.
Um die beiden A-Säulen miteinander strukturell zu verbinden und somit die Steifigkeit der mit den ersten Strukturelementen ausgebildeten selbsttragenden Rahmenstruktur zu erhöhen, ist es bevorzugt, wenn die ersten Strukturelemente mindestens ein Brüstungselement aufweisen, welches zur strukturellen Verbindung der beiden A-Säulen den jeweils unteren Bereich der A-Säulen miteinander verbindet. Ferner ist es bevorzugt, wenn die ersten Strukturelemente eine verformungssteife Stirnwand aufweisen, welche ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff gebildet und derart mit dem Brüstungselement verbunden ist, dass die verformungssteife Stirnwand zusammen mit dem Brüstungselement eine Stirnfläche der Fahrzeugkopfstruktur ausbilden, und somit den in der selbsttragenden Rahmenstruktur aufgenommenen Fahrzeugführerstand im Crashfall vor Intrusionen schützen. Daher wird eine Kollisions-Frontwand bereitge- stellt, welche zumindest einen Bereich der kupplungsseitigen Stirnfläche der Fahrzeugkopfstruktur bildet, wobei das Brüstungselement und/oder die Stirnwand ein wichtiges Bauteil zur Penetrationsvermeidung darstellen/darstellt. Somit kann wirksam verhindert werden, dass in einem Crashfall Bauteile in den mit der selbsttragenden Rahmenstruktur ausgebildeten Raum, in welchem der Fahrzeugführerstand aufge- nommen ist, eindringen können. Selbstverständlich sind aber auch andere Biegequerträgerstrukturen geeignet, um eine derartige Kollisions-Frontwand auszubilden. Vorzugsweise kann die die Kollisions-Frontwand ausbildende Stirnwand aus verschiedenen Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Komponenten, insbesondere mit den Verstärkungsmaterialien Glas, Aramid, Dyneema und/oder Kohlefaser gefertigt werden. Insbesondere kommt hier eine Sandwich-Bauweise unter Verwendung von Faser- Verstärkungen in Frage. Aufgrund der konstruktiven Anordnung und Gestaltung der Strukturkomponente „Stirnwand" stellt die Stirnwand zusammen mit dem Brüstungselement ein entscheidendes strukturelles Verbindungselement zur Stabilisierung der gesamten selbsttragenden Struktur des Fahrzeugkopfes dar.In order to structurally connect the two A-pillars and thus to increase the rigidity of the self-supporting frame structure formed with the first structural elements, it is preferred if the first structural elements have at least one parapet element, which for the structural connection of the two A-pillars the lower one Area of the A-pillars connects with each other. Furthermore, it is preferred if the first structural elements have a deformation-resistant end wall, which is likewise formed from fiber composite material and connected to the parapet element such that the deformation-resistant end wall together with the parapet element form an end face of the vehicle head structure, and thus the vehicle driver's seat received in the self-supporting frame structure protect against intrusions in the event of a crash. Therefore, a collision front wall is provided, which forms at least a portion of the coupling-side end face of the vehicle head structure, wherein the parapet element and / or the end wall constitute / represent an important component for penetration prevention. It is thus possible to effectively prevent components from penetrating into the space formed by the self-supporting frame structure in which the driver's cab is mounted in the event of a crash. Of course, however, other bending cross member structures are suitable to form such a collision front wall. Preferably, the end wall forming the collision front wall may be made of various fiber composite / fiber composite sandwich components, in particular with the reinforcing materials glass, aramid, dyneema and / or carbon fiber. In particular, here comes a sandwich construction using fiber reinforcements in question. Due to the structural arrangement and design of the structural component "end wall", the end wall together with the parapet element represents a crucial structural connection element for stabilizing the entire self-supporting structure of the vehicle head.
Wie bereits angedeutet, zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung unter anderem dadurch aus, dass in der mit den ersten Strukturelementen ausgebildeten selbsttragenden (starren) Rahmenstruktur des Schienenfahrzeugkopfes zweite Strukturelemente, d.h. Strukturelemente mit Energieverzehr, integriert sind. In einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Fahrzeugkopfes ist dabei vorgesehen, dass diese zweiten Strukturelemente mindestens ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes erstes Energieverzehrelement aufweisen, wobei dieses erste Energieverzehrelement ausgelegt ist, bei Überschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das erste Energieverzehrelement eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des ersten Energieverzehrelementes abzubauen. Dadurch, dass beim Energieverzehr der Faserverbundwerkstoff des Energieverzehrelementes nicht-duktil zerstört wird, erfolgt ein Energieverzehr durch Umwandlung der eingeleiteten Stoßenergie in Sprödbruchenergie, wobei zumindest ein Teil des Faserverbundwerkstoffes des Energieverzehrelementes zerfasert bzw. pulverisiert und so- mit das Energieverzehrelement zerstört wird.As already indicated, the solution according to the invention is characterized, inter alia, by the fact that in the self-supporting (rigid) frame structure of the rail vehicle head formed with the first structural elements, second structural elements, i. Structural elements with energy consumption, are integrated. In a preferred embodiment of the vehicle head according to the invention, it is provided that these second structural elements have at least one first energy dissipation element formed of fiber composite material, this first energy dissipation element being designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the impact force transmission and into the first Dissipate energy consumption element initiated impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the first energy dissipation element. Due to the fact that non-ductile energy is dissipated when the fiber composite material of the energy dissipation element is destroyed, energy is consumed by converting the initiated impact energy into brittle fracture energy, whereby at least part of the fiber composite material of the energy dissipation element is defibrated or pulverized and thus the energy dissipation element is destroyed.
Dieser Mechanismus des Zerfaserns und Pulverisierens zeichnet sich durch seinen hohen Ausnutzungsgrad beim Energieverzehr aus, wobei - im Vergleich zu beispielsweise einem in Metallbauweise ausgeführten Stauch- oder Verformungsrohr (Aufwei- tungs- oder Verengungsrohr) ein deutlich höherer gewichts- und bauraumspezifischer Energiebetrag verzehrt werden kann.This mechanism of defibering and pulverization is characterized by its high degree of utilization in energy consumption, in which - compared to, for example, a metal-made upset or deformation tube (expansion or constriction tube) a significantly higher weight and space-specific amount of energy can be consumed.
Für die Realisierung des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten ersten Energieverzehrelementes kommen unterschiedliche Lösungen in Frage. Insbesondere ist es bei- spielsweise denkbar, als Energieverzehrelement eine Faserverbund- Sandwich-Struktur zu verwenden, die als Kernmaterial (Stützstoff) durch eine Wabenstruktur gebildet wird. Eine derartige idealerweise homogene Wabenstruktur mit kon- stantem Geometriequerschnitt zeigt während der Energieabsorption eine gleichmäßige Verformung des Werkstoffs mit geringen Verformungskraftamplituden bei gleichzeitig hohem Ausnutzungs- und Stauchungsgrad. Insbesondere kann mit einem derartigen Energieverzehrelement sichergestellt werden, dass beim Ansprechen dieses die zu verzehrende Energie nach einem vorab festlegbaren Ereignisablauf abgebaut wird. Selbstverständlich sind aber auch andere Ausführungsformen für das erste Energieverzehrelement denkbar.For the realization of the fiber composite material formed first energy dissipation element different solutions come into question. In particular, it is conceivable, for example, to use as an energy dissipation element a fiber composite sandwich structure which is formed as a core material (support material) by a honeycomb structure. Such an ideally homogeneous honeycomb structure with constant geometry cross-section shows during the absorption of energy uniform deformation of the material with low deformation force amplitudes at the same time high utilization and compression ratio. In particular, it can be ensured with such an energy dissipation element that when the latter responds, the energy to be consumed is reduced after a previously determinable event sequence. Of course, other embodiments for the first energy dissipation element are also conceivable.
Vorzugsweise ist an der Stirnseite des Brüstungselementes mindestens ein erstes Energieverzehrelement angeordnet, so dass die beim Energieverzehr auftretenden Verformungskräfte in das Brüstungselement eingeleitet werden. Dabei sollte das erste Energieverzehrelement an der Fahrzeugkontur bzw. den zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst sein.Preferably, at least one first energy dissipation element is arranged on the end face of the parapet element, so that the deformation forces occurring during energy dissipation are introduced into the parapet element. In this case, the first energy dissipation element should be adapted to the vehicle contour or the available space.
Wie bereits dargelegt, ist es denkbar, dass das erste Energieverzehrelement einen Faserverbund-Sandwichaufbau mit einem Wabenstrukurkern aufweist. Alternativ hierzu ist es selbstverständlich auch möglich, den Kern des ersten Energieverzehrelements aus einem Faserverbund-Rohrbündel auszubilden, wobei die Rohrmittelachsen des Rohrbündels in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen.As already stated, it is conceivable that the first energy-absorbing element has a fiber composite sandwich construction with a honeycomb structure core. Alternatively, it is of course also possible to form the core of the first energy dissipation element from a fiber composite tube bundle, wherein the tube center axes of the tube bundle extend in the vehicle longitudinal direction.
Zusätzlich zu dem mindestens einen ersten Energieverzehrelement ist es bevorzugt, wenn die zweiten Strukturelemente mindestens ein ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff gebildetes zweites Energieverzehrelement aufweisen, welches in struktureller Hinsicht identisch zu dem mindestens einen ersten Energieverzehrelement aufgebaut sein kann. Das mindestens eine zweite Energieverzehrelement sollte allerdings an den der Stirnseite des Fahrzeugkopfes zugewandten Flächen der A-Säulen angeordnet sein.In addition to the at least one first energy dissipation element, it is preferred if the second structural elements have at least one second energy dissipation element likewise formed from fiber composite material, which may structurally be identical to the at least one first energy dissipation element. The at least one second energy dissipation element should, however, be arranged on the surfaces of the A-pillars facing the front side of the vehicle head.
Durch diese spezielle Anordnung des ersten und zweiten Energieverzehrelementes werden unterschiedliche Kollisionsszenarios berücksichtigt, wobei insbesondere mit dem mindestens einen zweiten Energieverzehrelement, welches einer A-Säule zugeordnet ist, die bei einer Kollision mit einem relativ hohen Kollisionsgegner auftretenden und in den Schienenfahrzeugkopf eingeleiteten Stoßkräfte berücksichtigt werden.By means of this special arrangement of the first and second energy dissipation elements, different collision scenarios are taken into account, taking into account in particular with the at least one second energy dissipation element associated with an A pillar, the impact forces occurring in a collision with a relatively high collision opponent and introduced into the rail vehicle head.
Um andererseits den unteren Bereich des Schienenfahrzeugkopfes zu schützen, ist bei einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung eine spezielle aus Faserverbundwerkstoff gebildete Unterbodenstruktur vorgesehen, welche mit den die selbsttragende Struktur des Schienenfahrzeugkopfes aufbauenden ersten Strukturelementen derart verbunden ist, dass der Boden des Fahrzeugkopfes gebildet wird.On the other hand, in order to protect the lower region of the rail vehicle head, in a preferred embodiment of the solution according to the invention, a special underbody structure formed of fiber composite material is provided, which is provided with the self-supporting structure of the rail vehicle head based first structural elements is connected such that the bottom of the vehicle head is formed.
Denkbar hierbei ist es, dass die Unterbodenstruktur ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes oberes Flächenelement und ein hiervon beabstandetes ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff gebildetes unteres Flächenelement aufweist, wobei ferner aus Faserverbundwerkstoff gebildete Streben bzw. Spannten vorgesehen sind, welche das obere und untere Flächenelement fest miteinander verbinden. Hierbei ist es bevorzugt, dass in dieser Unterbodenstruktur weitere Strukturelemente mit Energieverzehr (d.h. zweite Strukturelemente) integriert sind. Denkbar dabei ist es, dass die zweiten Strukturelemente mindestens ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes drittes Energieverzehrelement aufweisen, welches in der Unterbodenstruktur des Fahrzeugkopfes aufgenommen und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das dritte Energieverzehrelement eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des dritten Energieverzehrelementes abzubauen.It is conceivable here that the underbody structure has an upper surface element formed from fiber composite material and a lower surface element also formed therefrom, also made of fiber composite material, furthermore struts or tensioning elements formed from fiber composite material are provided, which firmly connect the upper and lower surface elements. In this case, it is preferred that further structural elements with energy consumption (that is, second structural elements) are integrated in this underbody structure. It is conceivable that the second structural elements have at least one third energy dissipation element formed of fiber composite material, which is received in the underbody structure of the vehicle head and designed to respond when exceeding a critical impact force and at least part of the incident in the impact energy transmission and introduced into the third energy dissipation element To reduce impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the third energy dissipation element.
Wenn vorgesehen ist, dass der Fahrzeugkopf eine Mittelpufferkupplung aufweist, die über einen Lagerbock an der Unterbodenstruktur des Fahrzeugkopfes angelenkt ist, ist es bevorzugt, dass die zweiten Strukturelemente ferner mindestens ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes viertes Energieverzehrelement aufweisen, welches zusätzlich zu dem mindestens einen dritten Energieverzehrelement in der Unterbodenstruktur in Stoßrichtung hinter dem Lagerbock angeordnet und ausgelegt ist, bei Ü- berschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das vierte Energieverzehrelement eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des vierten Energieverzehrelementes abzubauen.If it is provided that the vehicle head has a central buffer coupling, which is articulated to the underbody structure of the vehicle head via a bearing block, it is preferred that the second structural elements further comprise at least one fourth energy dissipation element formed from fiber composite material, which in addition to the at least one third energy dissipation element in FIG the underbody structure is arranged in the impact direction behind the bearing block and is designed to respond when exceeding a critical impact force and at least part of the impact energy generated in the impact energy and introduced into the fourth energy dissipation element by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the fourth energy dissipation element dismantle.
Das dritte und vierte Energieverzehrelement können in struktureller und funktioneller Hinsicht identisch oder zumindest ähnlich aufgebaut sein.The third and fourth energy-absorbing elements can be identical or at least similar in structural and functional terms.
In einer bevorzugten Realisierung des dritten bzw. vierten Energieverzehrelementes ist vorgesehen, dass das dritte bzw. vierte Energieverzehrelement ein aus Faserver- bundwerkstoff gebildetes Führungsrohr, d.h. beispielsweise ein zylinderförmiges E- nergieverzehrbauteil, sowie ein als Kolben ausgebildetes Druckrohr aufweist, wobei das Druckrohr mit dem Führungsrohr derart zusammenwirkt, dass sich bei Überschrei- ten einer kritischen in das dritte bzw. vierte Energieverzehrelement eingeleiteten Stoßkraft das Druckrohr und das Führungsrohr unter gleichzeitigem Verzehr von zumindest einem Teil der in das dritte bzw. vierte Energieverzehrelement eingeleiteten Stoßenergie relativ zueinander aufeinander zu bewegen. Der eigentliche Energiever- zehr wird dadurch realisiert, dass das Führungsrohr mindestens einen Energieverzehrbereich aus Faserverbundwerkstoff aufweist, welcher bei der Bewegung des als Kolben ausgebildeten Druckrohres relativ zu dem Führungsrohr zumindest teilweise nicht-duktil zerfasert und pulverisiert wird.In a preferred realization of the third or fourth energy dissipation element, provision is made for the third or fourth energy dissipation element to have a guide tube formed from fiber composite material, ie for example a cylindrical energy-consuming component, and a pressure tube designed as a piston, wherein the pressure tube is connected to the guide tube cooperates in such a way that th a critical introduced into the third and fourth energy absorbing element impact force the pressure tube and the guide tube with simultaneous consumption of at least a portion of the introduced into the third and fourth energy absorbing element impact energy relative to each other to move. The actual consumption of energy is realized by virtue of the fact that the guide tube has at least one energy-dissipating area of fiber composite material which is at least partially non-ductile and pulverized during the movement of the pressure tube designed as a piston relative to the guide tube.
Wie auch bei den anderen zu den zweiten Strukturelementen gehörenden Energieverzehrelementen (erstes und zweites Energieverzehrelement) wird somit zumindest ein Teil der eingeleiteten Stoßenergie dadurch abgebaut, dass der Energieverzehrbereich des Führungsrohres nicht plastisch derart verformt wird, wie es beispielsweise bei Verformungsrohren in Metallbauweise der Fall wäre, sondern zumindest teilweise in Einzelteile zerlegt wird. Mit anderen Worten, bei Ansprechen des dritten bzw. vierten Energieverzehrelementes wird die in das Energieverzehrelement eingeleitete Stoßenergie zum Zerfasern und Pulverisieren des Energieverzehrbereiches genutzt und somit zumindest teilweise abgebaut. Da das Zerfasern und Pulverisieren eines Werkstückes - im Vergleich zu einem üblichen (metallischen) plastischen Verformen - we- sentlich mehr Energie erfordert, eignet sich das dritte bzw. vierte Energieverzehrelement insbesondere auch zum Abbau von hohen Stoßenergien.As with the other energy-absorbing elements belonging to the second structural elements (first and second energy-absorbing element), at least part of the initiated impact energy is thus reduced by not plastically deforming the energy-dissipating region of the guide tube, as would be the case, for example, with metal-forming deformation tubes. but at least partially disassembled into parts. In other words, when the third or fourth energy dissipation element responds, the impact energy introduced into the energy dissipation element is utilized to shred and pulverize the energy dissipation region and thus at least partially degraded. Since the defibration and pulverization of a workpiece - compared to a conventional (metallic) plastic deformation - significantly more energy requires, the third or fourth energy dissipation element is particularly suitable for the reduction of high impact energies.
Andererseits zeichnet sich ein aus Faserverbundwerkstoff ausgebildetes Energieverzehrelement mit seinem hohen gewichtsspezifischen Energieabsorptionsvermögen - im Vergleich zu herkömmlichen aus Metall ausgebildeten Energieverzehrelementen (beispielsweise Verformungsrohren) - durch seine Leichtbauweise aus, so dass das Gesamtgewicht des Fahrzeugkopfes erheblich reduziert werden kann.On the other hand, a trained from fiber composite energy absorbing element with its high weight-specific energy absorption capacity - in comparison to conventional metal formed energy absorbing elements (for example, deformation tubes) - characterized by its lightweight construction, so that the total weight of the vehicle head can be significantly reduced.
Unter dem hierin verwendeten Ausdruck „Zerfasern des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbereiches" ist ein (gewollt herbeigeführtes) Versagen der Faserstruktur des Faserverbundwerkstoffes zu verstehen, aus welchem der Energieverzehrbereich gebildet ist. Ein Zerfasern des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbereiches ist insbesondere nicht mit dem Auftreten lediglich eines (Spröd-)Bruches im Energieverzehrbereich zu vergleichen. Vielmehr wird beim Zerfa- sern der Faserverbundwerkstoff des Energieverzehrbereiches in möglichst viele kleine Einzelbruchteile (Fragmente) zerlegt, wobei idealerweise für das Ausschöpfen des gesamten Energieabsorptionsvermögens des Faserverbundmaterials die gesamte Menge des das Energieverzehrelement ausbildenden Faserverbundwerkstoffes pulverisiert wird.As used herein, the term "defibration of the fiber-composite energy dissipation region" is intended to cause failure of the fiber structure of the fiber composite from which the energy dissipation region is formed. Rather, when shredding, the fiber composite of the energy dissipation region is broken down into as many small individual fractions (fragments) as possible, and ideally the entire amount is used to exploit the total energy absorption capacity of the fiber composite material of the energy dissipation element forming fiber composite material is pulverized.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des dritten bzw. vierten Energieverzehrelemen- tes ist - wie bereits angedeutet - das Druckrohr als Kolben und zumindest der dem Druckrohr zugewandte Bereich des Führungsrohres als Zylinder ausgebildet, wobei das als Kolben ausgeführte Druckrohr mit dem Führungsrohr derart verbunden ist, dass bei Ansprechen des Energieverzehrelementes der Kolben (Druckrohr) in den Zylinder (Führungsrohr) hineinläuft und dabei den aus Faserverbundwerkstoff ausgebil- deten Energieverzehrbereich nicht-duktil zerfasert.In the preferred embodiment of the third or fourth energy-dissipating element, as already indicated, the pressure tube is designed as a piston and at least the region of the guide tube facing the pressure tube is designed as a cylinder, wherein the pressure tube designed as a piston is connected to the guide tube such that at Actuation of the energy dissipation element of the piston (pressure tube) runs into the cylinder (guide tube) and thereby non-ductile defibred the energy consumption range formed from fiber composite material.
Im Einzelnen ist es denkbar, dass ein dem Führungsrohr zugewandter Bereich des Druckrohres von einem dem Druckrohr zugewandten Bereich des Führungsrohres derart teleskopartig aufgenommen ist, dass die Stirnseite des dem Führungsrohr zuge- wandten Bereiches des Druckrohres an einen Anschlag des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbereiches anstößt. Durch diesen teleskopartigen Aufbau ist sichergestellt, dass die bei Ansprechen des Energieverzehrelementes auftretende Relativbewegung zwischen dem Druckrohr und dem Führungsrohr geführt ist und die Funktionalität und das Verformungsverhalten auch unter Querkräften sichergestellt wird.In detail, it is conceivable for a region of the pressure tube facing the guide tube to be telescopically received by a region of the guide tube facing the pressure tube such that the end face of the region of the pressure tube facing the guide tube abuts against a stop of the energy dissipation region formed of fiber composite material. By means of this telescopic construction, it is ensured that the relative movement occurring between the pressure tube and the guide tube when the energy dissipation element is triggered, and that the functionality and the deformation behavior are ensured even under transverse forces.
Um zu erreichen, dass beim Ansprechen des dritten bzw. vierten Energieverzehrelementes die Stoßenergie nur durch den aus Faserverbundwerkstoff ausgebildeten E- nergieverzehrbereich abgebaut wird, sollte die Stirnseite des dem Führungsrohr zu- gewandten Bereiches des Druckrohres eine im Vergleich zu dem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbereich höhere Festigkeit aufweisen. Dann nämlich ist sichergestellt, dass die beim Ansprechen des (dritten bzw. vierten) Energieverzehrelementes auftretende Bewegung des Druckrohres relativ zu dem Führungsrohr nur eine Zerstörung des Energieverzehrbereiches zur Folge hat, wobei die anderen Komponenten des Energieverzehrelementes nicht versagen. Auf diese Weise lässt sich ein vorab festlegbarer Ereignisablauf beim Energieverzehr realisieren.In order to achieve that, when the third or fourth energy dissipation element responds, the impact energy is only dissipated by the energy consumption region formed from fiber composite material, the end face of the region of the pressure tube facing the guide tube should have a higher strength compared to the energy dissipation region formed from fiber composite material exhibit. In that case, it is ensured that the movement of the pressure tube occurring in response to the (third or fourth) energy dissipation element relative to the guide tube only results in destruction of the energy dissipation region, with the other components of the energy dissipation element not failing. In this way, a previously determinable event sequence when consuming energy can be realized.
In einer bevorzugten Ausführungsform des dritten bzw. vierten Energieverzehrelementes ist das Druckrohr als Hohlkörper ausgebildet, welcher an seiner dem Füh- rungsrohr zugewandten Stirnseite offen ist. Demnach sind die bei der Bewegung des Druckrohres relativ zu dem Führungsrohr entstehenden Bruchteile des aus Faserver- bundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbereiches zumindest teilweise im Inneren des Hohlkörpers aufnehmbar.In a preferred embodiment of the third or fourth energy dissipation element, the pressure tube is designed as a hollow body, which is open at its end face facing the guide tube. Accordingly, the fractions of the fiber composite produced during the movement of the pressure tube relative to the guide tube are Bundwerkstoff formed energy dissipation area at least partially in the interior of the hollow body can be received.
Diese Ausführungsform des dritten bzw. vierten Energieverzehrelementes liefert somit eine nach außen hin vollständig gekapselte Lösung, wobei insbesondere sichergestellt ist, dass beim Ansprechen des Energieverzehrelementes keine Teile, wie etwa Bruchteile oder Faserteile des Energieverzehrbereiches, umherfliegen, in den Fahrzeugführerraum intrudieren können und möglicherweise Personen verletzen oder andere Bauteile des Fahrzeugkopfes beschädigen oder gar zerstören.This embodiment of the third and fourth energy dissipation element thus provides a completely encapsulated solution to the outside, wherein in particular ensures that when addressing the energy absorbing element no parts, such as fractions or fiber parts of the energy dissipation area, fly around, can intrude into the driver's compartment and possibly injure persons or damage other components of the vehicle head or even destroy.
Wie bereits angedeutet, wird mit der bevorzugten Ausführungsform des dritten bzw. vierten Energieverzehrelementes ein Energieverzehr dadurch realisiert, dass beim Ansprechen des Energieverzehrelementes der aus Faserverbundwerkstoff gebildete E- nergieverzehrbereich nach einem vorab festgelegten Ereignisablauf zumindest teilwei- se nicht-duktil zerfasert wird. Dabei hängt vorzugsweise die Länge des Energieverzehrbereiches, welche bei einer Bewegung des Druckrohres relativ zu dem Führungsrohr nicht-duktil zerfasert wird, von der Wegstrecke der Relativbewegung zwischen dem Druckrohr und dem Führungsrohr ab.As already indicated, energy consumption is realized with the preferred embodiment of the third or fourth energy dissipation element in that, when the energy dissipation element responds, the energy dissipation region formed from fiber composite material is at least partially defibrated non-ductile after a predetermined sequence of events. Preferably, the length of the energy dissipation region, which is non-ductile shredded in a movement of the pressure tube relative to the guide tube, depends on the distance of the relative movement between the pressure tube and the guide tube.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugkopfes ist ferner ein aus Faserverbundwerkstoff gebildeter Unterfahrschutz bzw. Bahnräumer vorgesehen. Denkbar hierbei ist es, dass dieser Unterfahrschutz an der Unterseite der Unterbodenstruktur des Schienenfahrzeugkopfes befestigt und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer in den Unterfahrschutz eingeleiteten kritischen Stoßkraft durch kon- trollierte Verformung zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden Stoßenergie abzubauen.In a preferred development of the rail vehicle head according to the invention, an underride guard or track scraper formed from fiber composite material is also provided. It is conceivable here that this underrun protection is fastened to the underside of the underbody structure of the rail vehicle head and designed to reduce at least part of the impact energy occurring during impact energy transmission when a critical impact force introduced into the underrun protection is exceeded by controlled deformation.
Alternativ hierzu ist es denkbar, dass der Unterfahrschutz über Führungsschienen mit der Unterseite der Unterbodenstruktur derart verbunden ist, dass der Unterfahrschutz nach Überschreiten einer in den Unterfahrschutz eingeleiteten kritischen Stoßkraft relativ zu der Unterbodenstruktur in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar ist, wobei ferner mindestens ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes Energieverzehrelement vorgesehen ist, welches derart angeordnet und ausgelegt ist, dass bei einer Verschiebung des Unterfahrschutzes relativ zu der Unterbodenstruktur der Faserverbundwerk- Stoff des Energieverzehrelementes unter gleichzeitigem Abbau von zumindest einem Teil der bei der Stoßkraftübertragung in den Unterfahrschutz eingeleiteten Stoßenergie nicht-duktil zerstört wird. Zum Bereitstellen eines kollisionssicheren Schienenfahrzeugkopfes ist es ferner bevorzugt, eine Frontscheibe vorzusehen, die zumindest teilweise an der selbsttragenden Struktur des Fahrzeugkopfes befestigt ist, wobei diese Frontscheibe vorzugsweise ebenfalls eine Energieverzehrfunktion aufweist. Denkbar hierbei ist es, dass die Frontscheibe ein inneres und ein äußeres durchsichtiges (transparentes) Flächenelement aufweist, wobei diese Flächenelemente beabstandet voneinander angeordnet sind und zwischen ihnen einen Zwischenraum ausbilden. Dieser Zwischenraum kann mit einem Verbindungselement zwischen dem äußeren und inneren Flächenelement, beispiels- weise in Form von einem durchsichtigen (transparenten) Energieabsorptionsschaum aufgefüllt werden. Ebenso ist es denkbar, das Verbindungselement in einem Randbereich der Flächenelemente im Zwischenraum vorzusehen. In diesem Fall kann der Randbereich mit weniger durchsichtigem Energieabsorptionsschaum aufgefüllt werden.Alternatively, it is conceivable that the underrun protection is connected via guide rails with the underside of the underbody structure such that the underrun protection is displaceable relative to the underbody structure in the vehicle longitudinal direction after exceeding a introduced in the underrun protection critical impact force, further provided at least one fiber composite material formed energy dissipation element is, which is arranged and designed so that upon displacement of the underrun protection relative to the underbody structure of Faserverbundwerk- substance of the energy absorbing element is destroyed at the same time degradation of at least a portion of the initiated in the shock transmission in the underrun shock energy non-ductile. For providing a collision-proof rail vehicle head, it is further preferred to provide a windshield which is at least partially attached to the self-supporting structure of the vehicle head, said windshield preferably also having an energy dissipation function. It is conceivable here that the windshield has an inner and an outer transparent (transparent) surface element, wherein these surface elements are arranged at a distance from each other and form a space between them. This gap can be filled with a connecting element between the outer and inner surface element, for example in the form of a transparent (transparent) energy absorption foam. It is also conceivable to provide the connecting element in an edge region of the surface elements in the intermediate space. In this case, the edge area can be filled with less transparent energy absorption foam.
Denkbar ist natürlich auch für diese Art der Frontscheiben-Energieabsorption, die Konstruktion mehrschichtig auszuführen, d. h. mehrere im definierten Abstand mit Verbindungselementen übereinander befestigte Flächenelemente anzuordnen.It is conceivable, of course, for this type of windshield energy absorption to perform the construction of multi-layered, d. H. to arrange a plurality of surface elements fastened at a defined distance with connecting elements one above the other.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugkopfes beschrieben.Hereinafter, exemplary embodiments of the rail vehicle head according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen :Show it :
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine erste Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur des erfindungsgemäßen Fahrzeugkopfes;Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of the vehicle head structure of the vehicle head according to the invention;
Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Fahrzeugkopfstruktur gemäß Fig. 1;FIG. 2 shows a side view of the vehicle head structure according to FIG. 1; FIG.
Fig. 3 eine Seitenansicht auf den Fahrzeugkopf gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Struktur gemäß Fig. 1 und einem angedeuteten Außendesign;3 shows a side view of the vehicle head according to the first embodiment with a structure according to FIG. 1 and an indicated exterior design;
Fig. 4 eine Seitenansicht auf eine A-Säule mit am unteren Bereich der A-Säule befestigter Seitenstrebe und am oberen Bereich der A-Säule befestigterFig. 4 is a side view of an A-pillar mounted at the bottom of the A-pillar side strut and attached to the upper portion of the A-pillar
Dachstruktur; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht auf die Seitenstrebe gemäß Fig. 4;Roof structure; Fig. 5 is a perspective view of the side strut of FIG. 4;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht auf die bei der Fahrzeugkopfstruktur gemäßFig. 6 is a perspective view of the in the vehicle head structure according to
Fig. 1 zum Einsatz kommende Dachstruktur;Fig. 1 coming to use roof structure;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht auf das bei der Fahrzeugkopfstruktur gemäß Fig. 1 zum Einsatz kommende Brüstungselement mit daran befestigten ersten Energieverzehrelementen;7 shows a perspective view of the parapet element used in the vehicle head structure according to FIG. 1 with first energy dissipation elements attached thereto;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht auf die bei der Fahrzeugkopfstruktur gemäßFig. 8 is a perspective view of the in the vehicle head structure according to
Fig. 1 zum Einsatz kommende Unterbodenstruktur in einer teilgeschnitten Ansicht;Fig. 1 used for use underbody structure in a partially sectioned view;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht auf Komponenten der Unterbodenstruktur gemäß Fig. 8;FIG. 9 is a perspective view of components of the underbody structure of FIG. 8; FIG.
Fig. 10 eine Seitenansicht auf ein in der Unterbodenstruktur gemäß Fig. 8 zum10 is a side view of a in the underbody structure according to FIG. 8 for
Einsatz kommendes drittes Energieverzehrelement in einer Schnittansicht;Insert next third energy-absorbing element in a sectional view;
Fig. 11 das in Fig. 10 gezeigte dritte Energieverzehrelement in einer Explosionsdarstellung;FIG. 11 is an exploded view of the third energy dissipation element shown in FIG. 10; FIG.
Fig. 12 einen Ausschnitt aus dem dritten Energieverzehrelement gemäß Fig. 10;FIG. 12 a detail of the third energy dissipation element according to FIG. 10; FIG.
Fig. 13 eine Seitenansicht auf das in der Unterbodenstruktur gemäß Fig. 8 zumFig. 13 is a side view of the in the underbody structure of FIG. 8 for
Einsatz kommende vierte Energieverzehrelement in einer teilgeschnittenen Ansicht;Insert forth fourth energy dissipation element in a partially sectioned view;
Fig. 14 das in Fig. 13 dargestellte vierte Energieverzehrelement in einer Explosionsdarstellung;FIG. 14 shows the fourth energy dissipation element illustrated in FIG. 13 in an exploded view; FIG.
Fig. 15 eine alternative Ausführungsform für das vierte Energieverzehrelement;FIG. 15 shows an alternative embodiment for the fourth energy dissipation element; FIG.
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht auf eine Ausführungsform des bei der Fahrzeugkopfstruktur gemäß Fig. 1 zum Einsatz kommenden Unterfahrschutzes; Fig. 17 eine alternative Ausführungsform des Unterfahrschutzes;FIG. 16 shows a perspective view of an embodiment of the underrun protection used in the vehicle head structure according to FIG. 1; FIG. 17 shows an alternative embodiment of the underrun protection;
Fig. 18 eine alternative Ausführungsform des Unterfahrschutzes; undFIG. 18 shows an alternative embodiment of the underride guard; FIG. and
Fig. 19 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugkopfstruktur.19 shows an alternative embodiment of the vehicle head structure according to the invention.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine erste Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 beschrieben, die bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugkopf einsetzbar ist.Hereinafter, a first embodiment of the vehicle head structure 100 will be described with reference to the drawings, which is used in the vehicle head according to the invention.
Im Einzelnen ist in Fig. 1 die erste Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Fig. 2 zeigt die Fahrzeugkopfstruktur 100 ge- maß Fig. 1 in einer Seitenansicht. Eine Seitenansicht auf den Fahrzeugkopf gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Fahrzeugkopfstruktur 100 gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 und einem angedeuteten Außendesign 102 ist in Fig. 3 gezeigt.In detail, the first embodiment of the vehicle head structure 100 is shown in a perspective view in FIG. 1. FIG. 2 shows the vehicle head structure 100 according to FIG. 1 in a side view. A side view of the vehicle head according to the first embodiment with a vehicle head structure 100 according to FIG. 1 or FIG. 2 and an indicated outer design 102 is shown in FIG. 3.
Demnach handelt es sich bei der dargestellten Ausführungsform um eine Fahrzeug- kopfstruktur 100, welche ausgelegt ist, an der Stirnseite eines (nicht explizit dargestellten) Schienenfahrzeuges befestigt zu werden. Die Fahrzeugkopfstruktur 100 ist vollständig aus Strukturelementen aufgebaut, die nachfolgend unter Bezugnahme insbesondere der Figuren 4 bis 18 beschrieben werden. Diese Strukturelemente, aus welchen die Fahrzeugkopfstruktur 100 aufgebaut ist, sind durchweg aus Faserver- bundwerkstoff gebildet und können in Differential-, Integral- oder Mischbauweise ausgeführt werden. Unter Berücksichtigung der Festigkeits- und Fertigungsvorteile der Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Strukturen mit Zielstellung des Leichtbaus wird eine weitestgehend integrale Bauweise des Schienenfahrzeugkopfes vorgesehen.Accordingly, the illustrated embodiment is a vehicle head structure 100 which is designed to be fastened to the end face of a rail vehicle (not explicitly shown). The vehicle head structure 100 is constructed entirely of structural elements, which are described below with reference in particular to FIGS. 4 to 18. These structural elements, from which the vehicle head structure 100 is constructed, are made entirely of fiber composite material and can be implemented in differential, integral or mixed construction. Taking into account the strength and manufacturing advantages of fiber composite / fiber composite sandwich structures with the objective of lightweight construction a largely integral construction of the rail vehicle head is provided.
Faserverbundwerkstoffe sind aus in polymere Matrixsysteme eingebetteten Verstärkungsfasern aufgebaut. Während die Matrix die Fasern in einer vorbestimmten Position hält, Spannungen zwischen den Fasern überträgt und die Fasern vor äußeren Einflüssen schützt, kommt den Verstärkungsfasern die tragenden mechanischen Eigenschaften zu. Als Verstärkungsfasern sind insbesondere Glas-, Aramid- und Kohlen- stofffasern geeignet. Da Aramidfasern aufgrund ihrer Dehnbarkeit nur eine relativ niedrige Steifigkeit aufweisen, sind zur Ausbildung der jeweiligen Energieverzehrelemente der Fahrzeugkopfstruktur 100 insbesondere Glas- und Kohlenstofffasern bevor- zugt. Allerdings eignen sich Aramidfasern beispielsweise bei der Ausbildung der verformungssteifen Stirnwand 15, welche dazu dient, einen in der selbsttragenden Struktur des Fahrzeugkopfes aufgenommenen Fahrzeugführerstand 101 im Crashfall vor Intrusionen zu schützen.Fiber composites are composed of reinforcing fibers embedded in polymeric matrix systems. While the matrix holds the fibers in a predetermined position, transfers stresses between the fibers and protects the fibers from external influences, the reinforcing fibers gain the supporting mechanical properties. Glass fibers, aramid fibers and carbon fibers are particularly suitable as reinforcing fibers. Since aramid fibers have only a relatively low stiffness because of their extensibility, in particular glass and carbon fibers are preferred for forming the respective energy dissipation elements of the vehicle head structure 100. Trains t. However, aramid fibers are suitable, for example, for the formation of the deformation-resistant end wall 15, which serves to protect a vehicle driver's seat 101 accommodated in the self-supporting structure of the vehicle head against intrusions in the event of a crash.
Zur Konstruktion der jeweiligen Strukturelemente der Fahrzeugkopfstruktur 100 wird in bevorzugter Weise eine bestimmte Faserarchitektur bzw. ein bestimmter Lagenaufbau realisiert, um an den zu erwartenden Lastfall angepasste Eigenschaften der Strukturelemente zu erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt, als Material für die Strukturelemente, welche die verformungssteife, selbsttragende Struktur des Fahrzeugkopfes 100 aufbauen, einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff einzusetzen, da ein derartiger Werkstoff sehr hohe spezifische Festigkeiten aufweist. Durch die materielle Festlegung des Lagen- und Sandwichaufbaus einschließlich des Materix- systems und des Fertigungsverfahrens werden nicht nur die Lasten in Stoßkraftrich- tung, die weitgehend der Fahrzeuglängsrichtung entspricht, aufgenommen, sondern auch alle im Betrieb und im Kollisionsfall räumlich angreifenden weiteren Lasten, d.h. Querkräfte und Momente.In order to construct the respective structural elements of the vehicle head structure 100, a specific fiber architecture or a specific layer structure is preferably realized in order to obtain properties of the structural elements adapted to the expected load case. In particular, it is preferable to use a carbon-fiber-reinforced plastic as the material for the structural elements that make up the deformation-resistant, self-supporting structure of the vehicle head 100, since such a material has very high specific strengths. By materially determining the layer and sandwich structure, including the material system and the manufacturing process, not only the loads in the direction of impact force, which largely correspond to the vehicle longitudinal direction, are recorded, but also all other loads acting spatially during operation and in the event of a collision, i. Lateral forces and moments.
Wie bereits eingangs angedeutet, zeichnet sich eine Fahrzeugkopfstruktur 100, wel- che nach den erfindungsgemäßen Lehren ausgebildet ist, dadurch aus, dass diese vollständig aus Strukturelementen aufgebaut ist, die aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind, wobei die die Fahrzeugkopfstruktur 100 aufbauenden Strukturelemente einerseits Strukturelemente ohne Energieverzehr („erste Strukturelemente") und andererseits Strukturelemente mit Energieverzehr („zweite Strukturelemente") aufwei- sen. Die ersten Strukturelemente sind derart ausgebildet und direkt miteinander verbunden, dass zur Aufnahme eines Fahrzeugführerstandes 101 eine im Wesentlichen verformungssteife, selbsttragende Kopfstruktur ausgebildet wird.As already indicated at the outset, a vehicle head structure 100, which is designed according to the teachings of the invention, is characterized in that it is constructed entirely from structural elements formed from fiber composite material, wherein the structural elements constituting the vehicle head structure 100 on the one hand comprise structural elements without energy consumption (FIG. "First structural elements") and, on the other hand, structural elements with energy consumption ("second structural elements"). The first structural elements are configured and directly connected to each other such that a substantially rigid, self-supporting head structure is formed for receiving a vehicle driver's seat 101.
Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 gehören zu den ersten Strukturelementen, welche also die im Wesentlichen verformungssteife, selbsttragende Struktur der Fahrzeugkopfstruktur 100 ausbilden, insbesondere zwei jeweils seitlich der Fahrzeugkopfstruktur 100 angeordneten A-Säulen 10, 10' sowie eine jeweils den oberen Bereich der beiden A-Säulen 10, 10' fest verbindende Dachstruktur 11. Bei der Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 beispielsweise gemäß Fig. 1 gehören zu den ersten Strukturelementen ferner Seitenstreben 12, 12', welche jeweils mit dem unteren Bereich der beiden A-Säulen 10, 10' fest verbunden sind und zur Übertragung von Stoßkräften in die Wagenstruktur des Schienenfahrzeuges (nicht explizit dargestellt) dienen.In the embodiment of the vehicle head structure 100 illustrated in the drawings, the first structural elements, which thus form the substantially deformation-resistant, self-supporting structure of the vehicle head structure 100, in particular two A-pillars 10, 10 ', each arranged laterally of the vehicle head structure 100, and one respectively the upper one In the embodiment of the vehicle head structure 100, for example, according to FIG. 1, the first structural elements further include side struts 12, 12 'which are in each case connected to the lower region of the two A-pillars 10 , 10 ' are firmly connected and for the transmission of impact forces in the car structure of the rail vehicle (not explicitly shown) are used.
In Fig. 4 ist eine Seitenansicht auf eine A-Säule 10 dargestellt, welche mit einer Sei- tenstrebe 12 und einer Dachstruktur 11 verbunden ist, wobei diese Kombination aus A-Säule 10, Seitenstrebe 12 und Dachstruktur 11 bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur zum Einsatz kommt.FIG. 4 shows a side view of an A pillar 10 which is connected to a side strut 12 and a roof structure 11, this combination of A pillar 10, side strut 12 and roof structure 11 being shown in FIG Embodiment of the vehicle head structure is used.
In Fig. 5 ist die Seitenstrebe 12 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.In Fig. 5, the side strut 12 is shown in a perspective view.
Zusätzlich zu den ersten Strukturelementen, welche die verformungssteife, selbsttragende Fahrzeugkopfstruktur 100 aufbauen, gehört bei der dargestellten Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 ferner ein Brüstungselement 14 sowie die bereits erwähnte verformungssteife Stirnwand 15. Das Brüstungselement 14, welches bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 zum Einsatz kommt, ist in einer separaten Darstellung in Fig. 7 gezeigt.In addition to the first structural elements which construct the deformation-resistant, self-supporting vehicle head structure 100, in the illustrated embodiment, the vehicle head structure 100 further includes a parapet element 14 and the aforementioned deformation-resistant end wall 15. The parapet element 14, which in the embodiment of the vehicle head structure shown in FIG 100 is used is shown in a separate representation in Fig. 7.
Fig. 6 zeigt die Dachstruktur 11, welche bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendet wird.Fig. 6 shows the roof structure 11, which is used in the embodiment of FIG. 1.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugkopfstruktur 100 weist - wie bereits angedeutet - neben den ersten Strukturelementen auch noch zweite Strukturelemente auf, d.h. Strukturelemente mit Energieverzehr. Zu diesen zweiten Strukturelementen gehören einerseits aus Faserverbundwerkstoff gebildete erste Energieverzehrelemente 20, 20'. Da- bei ist vorgesehen, dass an der Stirnseite des Brüstungselementes 14 mindestens ein erstes Energieverzehrelement - in der Darstellung gemäß Fig. 1 und insbesondere gemäß Fig. 7 genau zwei erste Energieverzehrelemente 20, 20' - angeordnet sind.As already indicated, the vehicle head structure 100 according to the invention also has second structural elements in addition to the first structural elements, i. Structural elements with energy consumption. These second structural elements include first energy dissipation elements 20, 20 'formed on the one hand from fiber composite material. In this case, it is provided that at least one first energy-absorbing element-in the illustration according to FIG. 1 and in particular according to FIG. 7-exactly two first energy-absorbing elements 20, 20 '-are arranged on the end face of the sill element 14.
Diese an der Stirnseite des Brüstungselementes 14 angeordneten ersten Energiever- zehrelemente 20, 20' sind aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildet und ausgelegt, bei Überschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das erste Energieverzehrelement 20, 20' eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des ersten Energieverzehrelements 20, 20' abzubauen. Andererseits gehören zu den zweiten Strukturelementen ebenfalls aus Faserverbund- /Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildete zweite Energieverzehrelemente 21, 21', die den beiden A-Säulen 10, 10' der tragenden Struktur des Fahrzeugkopfs 100 zugeordnet sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Fahrzeugkopfstruktur 100 ist an jeder der Stirnseite der Fahrzeugkopfstruktur 100 zugewandten Fläche der A-Säulen 10, 10', jeweils ein zweites Energieverzehrelement 21, 21' angeordnet. Wie auch die ersten Energieverzehrelemente 20, 20' sind die zweiten Energieverzehrelemente 21, 21' aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildet und ausgelegt, bei Überschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest ei- nen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das zweite Energieverzehrelement 21, 21' eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des zweiten Energieverzehrelements 21, 21' abzubauen.These first energy supply elements 20, 20 'arranged on the front side of the parapet element 14 are formed from fiber composite / fiber composite sandwich material and designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the energy transfer element occurring in the impact energy transmission and into the first energy dissipation element 20, 20 'introduced impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the first energy dissipation element 20, 20' degrade. On the other hand, the second structural elements likewise include second energy dissipation elements 21, 21 ', which are formed from fiber composite / fiber composite sandwich material and are assigned to the two A pillars 10, 10' of the supporting structure of the vehicle head 100. In the embodiment of the vehicle head structure 100 shown in FIG. 1, a second energy dissipation element 21, 21 'is arranged on each surface of the A-pillars 10, 10' facing the front side of the vehicle head structure 100. Like the first energy dissipation elements 20, 20 ', the second energy dissipation elements 21, 21' are made of fiber composite / fiber composite sandwich material and designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the resulting in the impact force transmission and in the second energy dissipation element 21, 21 'initiated impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the second energy dissipation element 21, 21' degrade.
Die ersten und zweiten Energieverzehrelemente 20, 20' bzw. 21, 21' sind mit den entsprechenden ersten Strukturelementen, d.h. dem Brüstungselement 14 und den A- Säulen 10, 10', vorzugsweise stoffschlüssig fest verbunden, insbesondere verklebt.The first and second energy dissipation elements 20, 20 'and 21, 21', respectively, are connected to the corresponding first structural elements, i. the parapet element 14 and the A-pillars 10, 10 ', preferably firmly bonded firmly, in particular glued.
Die A-Säulen 10, 10' und die damit fest verbundene Dachstruktur 11 bilden zusammen mit den Seitenstreben 12, 12' und dem Brüstungselement 14 eine selbsttragende verformungssteife Kopfstruktur, welche sowohl betriebsfest als auch kollisionssicher ausgelegt ist, den im Crashfall nicht bereits von den zweiten Strukturelementen abgebauten Anteil der in den Fahrzeugkopfstruktur 100 eingeleiteten Stoßenergie durch die verformungssteife Fahrzeugkopfstruktur 100 kontrolliert abzubauen, um die auf den Führerstand und die mit dem Fahrzeugkopf verbundene Wagenkastenstruktur des Schienenfahrzeuges wirkenden Beschleunigungen und Kräfte zu begrenzen.The A-pillars 10, 10 'and the roof structure 11 firmly connected together with the side struts 12, 12' and the parapet element 14 a self-supporting deformation-resistant head structure, which is designed both solid and collision safe, not already in the event of a crash of the second Structural elements degraded fraction of the initiated in the vehicle head structure 100 impact energy by the deformation-resistant vehicle head structure 100 controlled to reduce in order to limit the acceleration acting on the cab and the vehicle head structure of the rail vehicle accelerations and forces.
In einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung bestehen die Seitenstreben 12, 12' und die A-Säulen 10, 10' aus einem aus Faserverbundwerkstoff ge- bildeten Hohlprofil, in welchem zur Erhöhung der Steifigkeit der Seitenstreben 12, 12' bzw. der A-Säulen 10, 10' ein Stützmaterial beispielsweise in Form eines Schaums eingefüllt ist. Andererseits empfiehlt es sich, die Dachstruktur 11 in Sandwich- Bauweise aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen.In a preferred embodiment of the solution according to the invention, the side struts 12, 12 'and the A-pillars 10, 10' consist of a hollow profile formed of fiber composite material in which the lateral struts 12, 12 'or the A-pillars are increased in rigidity 10, 10 'a support material is filled, for example in the form of a foam. On the other hand, it is recommended to produce the roof structure 11 in sandwich construction of a fiber composite material.
Das Brüstungselement 14 dient in erster Linie zur strukturellen Verbindung der beiden A-Säulen 10, 10' so dass dieses Brüstungselement 14 den jeweils unteren Bereich der beiden A-Säulen 10, 10' miteinander verbindet. Die bereits erwähnte verformungsstei- fe Stirnwand 15 ist derart mit dem Brüstungselement 14 verbunden, dass eine Stirnfläche der Fahrzeugkopfstruktur 100 ausgebildet wird, um den in der selbsttragenden Struktur aufgenommenen Fahrzeugführerstand 101 im Crashfall vor Intrusionen zu schützen.The parapet element 14 serves primarily for the structural connection of the two A-pillars 10, 10 'so that this parapet element 14 connects the respectively lower region of the two A-pillars 10, 10' to one another. The already mentioned deformation resistance Fe end wall 15 is connected to the parapet element 14 such that an end face of the vehicle head structure 100 is formed to protect the recorded in the self-supporting structure driver's cab 101 in the event of a crash from intrusions.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9 die Unterbodenstruktur 16 beschrieben, welche bei der in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugkopfstruktur 100 vorgesehen ist.Hereinafter, with reference to FIGS. 8 and 9, the underbody structure 16 described in the vehicle head structure 100 shown in FIG. 1 will be described.
Im Einzelnen ist die Unterbodenstruktur 16 aus Faserverbund-/Faserverbund-In detail, the underbody structure 16 made of fiber composite / fiber composite
Sandwich-Werkstoff ausgebildet und mit ersten Strukturelementen der Fahrzeugkopfstruktur 100 derart verbunden, dass der Boden des Führerstandes 101 bzw. der Boden der Fahrzeugkopfstruktur 100 gebildet wird.Sandwich material formed and connected to first structural elements of the vehicle head structure 100 such that the bottom of the cab 101 and the bottom of the vehicle head structure 100 is formed.
Wie es insbesondere der Darstellung in Fig. 8 entnommen werden kann, weist die Unterbodenstruktur 16 ein aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildetes oberes Flächenelement 16a und ein hiervon beabstandetes, ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff gebildetes unteres Flächenelement 16b auf, wobei diese Flächenelemente 16a, 16b voneinander beabstandet sind. Ferner sind aus Faserver- bundwerkstoff gebildete Streben 16c vorgesehen, welche das obere und untere Flächenelement 16a, 16b fest miteinander verbinden.As can be seen in particular from the illustration in FIG. 8, the underbody structure 16 has an upper surface element 16a formed from fiber composite / fiber composite sandwich material and a lower surface element 16b spaced therefrom and likewise formed from fiber composite material, wherein these surface elements 16a, 16b are spaced apart from each other. Further, struts 16c formed of fiber composite material are provided, which connect the upper and lower surface elements 16a, 16b firmly together.
In der Unterbodenstruktur 16 sind bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugkopfstruktur 100 zwei dritte Energieverzehrelemente 22, 22' aufgenommen, wobei diese dritten Energieverzehrelemente 22, 22' jeweils einen Crashpuffer darstellen.In the underbody structure 16, two third energy dissipation elements 22, 22 'are accommodated in the illustrated embodiment of the vehicle head structure 100 according to the invention, these third energy dissipation elements 22, 22' each representing a crash buffer.
Andererseits weist die Fahrzeugkopfstruktur 100 gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine Crashkupplung mit integrierten Energieverzehrelementen auf, welche im Wesentlichen aus einem vierten Energieverzehrelement 23, einem Lagerbock 31 sowie einer Mittelpufferkupplung 30 besteht. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist das vierte Energieverzehrelement 23 in der Unterbodenstruktur 16 in Stoßrichtung hinter dem Lagerbock 31 angeordnet und dient zum Verzehr von zumindest einem Teil der über die Mittelpufferkupplung 30 in die Unterbodenstruktur 16 eingeleiteten irrever- siblen Stoßenergie. Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Figuren 10 bis 12 der Aufbau und die Funktionsweise der bei der dargestellten Ausführungsform zum Einsatz kommenden dritten Energieverzehrelemente (Crashpuffer) näher beschrieben.On the other hand, according to the embodiment illustrated in FIG. 1, the vehicle head structure 100 has a crash clutch with integrated energy dissipation elements, which essentially consists of a fourth energy dissipation element 23, a bearing block 31 and a central buffer coupling 30. As shown in FIG. 9, the fourth energy dissipation element 23 is arranged in the underbody structure 16 in the impact direction behind the bearing block 31 and serves for consumption of at least part of the irreversible impact energy introduced into the underbody structure 16 via the central buffer coupling 30. The structure and the mode of operation of the third energy dissipation elements (crash buffer) used in the illustrated embodiment will be described in more detail below with reference to the illustrations in FIGS. 10 to 12.
Der Darstellung in den Figuren 10 und 11 kann entnommen werden, dass das dritte Energieverzehrelement 22, 22' im Wesentlichen aus einem Führungsrohr 60 und einem Druckrohr 62 besteht. Im Einzelnen ist das Druckrohr 62 als Kolben und zumindest der dem Druckrohr 62 zugewandte Bereich des Führungsrohres 60 als Zylinder ausgebildet. Der dem Führungsrohr 60 zugewandte Bereich des als Kolben ausgebil- deten Druckrohres 62 ist teleskopartig von dem als Zylinder ausgebildeten Bereich des Führungsrohres 60 aufgenommen.The illustration in FIGS. 10 and 11 reveals that the third energy dissipation element 22, 22 'essentially consists of a guide tube 60 and a pressure tube 62. In detail, the pressure tube 62 is designed as a piston and at least the pressure tube 62 facing region of the guide tube 60 as a cylinder. The region of the pressure tube 62 designed as a piston facing the guide tube 60 is accommodated telescopically by the region of the guide tube 60 designed as a cylinder.
Das Führungsrohr 60 ist einstückig aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Im Einzelnen weist das Führungsrohr 60 einen Energieverzehrbereich 61 sowie einen an den Energieverzehrbereich angrenzenden Führungsbereich auf.The guide tube 60 is integrally formed from fiber composite material. Specifically, the guide tube 60 has an energy dissipation region 61 and a guide region adjacent to the energy dissipation region.
Wie es insbesondere der Darstellung in Fig. 12 entnommen werden kann, ist am Übergang zwischen dem Energieverzehrbereich 61 und dem Führungsbereich eine Kante vorgesehen, welche einen Anschlag 63 ausbildet, an den das als Kolben ausge- bildete Druckrohr 62 anstößt. Im Einzelnen ist somit der Führungsrohr 60 als ein aus Faserverbundwerkstoff ausgebildeter rohrförmiger Körper ausgeführt, der im Inneren einen Absatz aufweist, welcher den Anschlag 63 ausbildet. Andererseits ist das als Kolben ausgebildete Druckrohr 62 als ein rohrförmiger Körper ausgeführt, der eine Innenfase 66 aufweist (vgl. Fig. 12). Selbstverständlich ist es ebenso denkbar, das hier exemplarisch dargestellte Führungsrohr 60 und das Druckrohr 62, jeweils mit einem Kreisringquerschnitt gezeigt, mit anderen Querschnittsgeometrien, beispielsweise mit ovalen, rechteckigen, quadratischen, drei- oder fünfeckigen Querschnittsgeometrien auszuführen.As can be seen, in particular, from the illustration in FIG. 12, an edge is provided at the transition between the energy dissipation region 61 and the guide region, which forms a stop 63 against which the pressure tube 62 formed as a piston abuts. Specifically, thus, the guide tube 60 is designed as a formed of fiber composite tubular body having a paragraph inside, which forms the stop 63. On the other hand, the pressure tube 62 formed as a piston is designed as a tubular body having an inner bevel 66 (see Fig. 12). Of course, it is also conceivable that the guide tube 60 shown here by way of example and the pressure tube 62, each shown with a circular ring cross-section to perform with other cross-sectional geometries, for example, with oval, rectangular, square, triangular or pentagonal cross-sectional geometries.
Wie es der Darstellung in Fig. 12 entnommen werden kann, ist es grundsätzlich denkbar, dass die Stirnseite des dem Führungsrohr 60 zugewandten Bereiches des als Kolben ausgebildeten Druckrohres 62 an den Anschlag 63 des EnergieverzehrbereichesAs can be seen from the illustration in FIG. 12, it is basically conceivable that the end face of the region of the pressure tube 62, which is oriented toward the guide tube 60, against the abutment 63 of the energy dissipation region
61 direkt anstößt. Alternativ hierzu ist es allerdings auch denkbar, dass an der Stirnseite des als Kolben ausgebildeten Druckrohres 62 ein Kegelring 64 vorgesehen ist, so dass dieser Kegelring 64 an den Anschlag 63 des Führungsrohres 60 anstößt (vgl. Fig. 10 und Fig. 11). Der Kegelring 64 sollte dabei fest mit der Stirnseite des Druckrohres61 directly abuts. Alternatively, however, it is also conceivable for a conical ring 64 to be provided on the end face of the pressure tube 62 designed as a piston, so that this conical ring 64 abuts against the abutment 63 of the guide tube 60 (compare FIGS. 10 and 11). The cone ring 64 should be fixed to the front of the pressure tube
62 verbunden sein. Der Führungsbereich des Führungsrohres 60 ist bei der in Fig. 10 und Fig. 11 dargestellten Ausführungsform als Führungsrohr ausgebildet, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des als Kolben ausgebildeten Druckrohres 62 ist. Auf diese Weise kann der dem Führungsrohr 60 zugewandte Bereich des Druckrohres 62 teleskopartig von dem Führungsrohr 60 aufgenommen werden.62 connected. The guide region of the guide tube 60 is formed in the embodiment shown in Fig. 10 and Fig. 11 as a guide tube whose inner diameter is larger than the outer diameter of the pressure tube 62 formed as a piston. In this way, the region of the pressure tube 62 facing the guide tube 60 can be received telescopically by the guide tube 60.
Wie es insbesondere der Darstellung in Fig. 10 entnommen werden kann, weist das insgesamt rohrförmig ausgebildete Führungsrohr 60 innerhalb des Energieverzehrbe- reiches 61 einen Innendurchmesser auf, welcher kleiner als der Außendurchmesser des Druckrohres 62 ist (vgl. hierzu auch die Darstellung in Fig. 12). Die beim Übergang zwischen dem Führungsbereich und dem Energieverzehrbereich 61 vorgesehene Kante 63 stellt somit einen Anschlag dar, an den das als Kolben ausgebildete Druckrohr 62 anstößt. Die konstruktive Gestaltung dieses Übergangsbereichs als Trigger- stelle für das Druckrohr 62 beeinflusst maßgeblich die Anfangskraftspitze und das Kraft-Verformungs-Verhalten des Faserverbund-Energieverzehrelements (Druckrohr 62).As can be seen, in particular, from the illustration in FIG. 10, the overall tube-shaped guide tube 60 has an inner diameter within the energy dissipation region 61 which is smaller than the outer diameter of the pressure tube 62 (see also the illustration in FIG ). The edge 63 provided at the transition between the guide region and the energy-dissipating region 61 thus constitutes a stop against which the pressure tube 62 designed as a piston abuts. The constructive design of this transition region as a trigger point for the pressure tube 62 significantly influences the initial force peak and the force-deformation behavior of the fiber composite energy dissipation element (pressure tube 62).
Das in den Figuren 10 und 11 exemplarisch dargestellte dritte Energieverzehrelement 22, 22' ist dahingehend ausgelegt, dass in das Energieverzehrelement 22, 22', und insbesondere in das als Kolben ausgebildete Druckrohr 62 eingeleitete Stoßkräfte in die dem Führungsrohr 60 abgewandte Stirnseite des Druckrohres 62 eingeleitet werden. Hierzu ist es denkbar, an der dem Führungsrohr 60 abgewandten Stirnseite des Druckrohres 62 einen Aufkletterschutz 65 anzubringen.The third energy dissipation element 22, 22 'shown by way of example in FIGS. 10 and 11 is designed so that impact forces introduced into the energy dissipation element 22, 22', and in particular into the pressure pipe 62 designed as a piston, are introduced into the end face of the pressure pipe 62 facing away from the guide pipe 60 become. For this purpose, it is conceivable to attach a scuff protection 65 to the end face of the pressure tube 62 facing away from the guide tube 60.
Die für das Ansprechen des dritten Energieverzehrelementes 22, 22' kritische Stoßkraft wird durch die Materialeigenschaften und konstruktive Gesaltung, insbesondere im Übergangsbereich (Triggerbereich, Anschlag 63) festgelegt. Im Einzelnen wird die für das Ansprechen des dritten Energieverzehrelementes 22, 22' kritische Stoßkraft durch die Materialeigenschaften und konstruktive Gestaltung des Energieverzehrbereiches 61 bestimmt. Beim Ansprechen des dritten Energieverzehrelementes 22, 22' wird das Faserverbundmaterial der Innenwand des Energieverzehrbereiches 61 von dem sich relativ zu dem Führungsrohr 60 in Richtung des Energieverzehrbereiches 61 bewegenden Druckrohr 62 nicht-duktil zerfasert.The impact force critical for the response of the third energy dissipation element 22, 22 'is determined by the material properties and structural design, in particular in the transition region (trigger region, stop 63). Specifically, the impact force critical to the response of the third energy dissipation element 22, 22 'is determined by the material properties and structural design of the energy dissipation region 61. When the third energy dissipation element 22, 22 'responds, the fiber composite material of the inner wall of the energy dissipation region 61 is non-ductile shredded by the pressure tube 62 moving relative to the guide tube 60 in the direction of the energy dissipation region 61.
Wesentlich ist dabei, dass von dem sich in Richtung Energieverzehrbereich 61 bewegenden Druckrohr 62 nur das Material des Energieverzehrbereiches 61 nicht-duktil zerfasert wird, welches die Innenwand des Energieverzehrbereiches 61 bildet. Beim Energieverzehr schiebt sich somit das Druckrohr 62 weiter in das Führungsrohr 60 hinein und schabt dabei den Innenbereich des Energieverzehrbereiches 61 aus. Bei diesem Abschaben wird Material des Energieverzehrbereiches 61 zerfasert, wobei die Außenwand des Energieverzehrbereiches 61 jedoch nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Die verbleibende Außenwand des Energieverzehrbereiches 61 dient als Führungsfläche zum Führen der Bewegung des Druckrohres 62 gegenüber dem Führungsrohr 60.It is essential that only the material of the energy dissipation region 61 is non-ductile from the pressure pipe 62 moving in the direction of the energy dissipation region 61 is shredded, which forms the inner wall of the energy dissipation region 61. When energy is consumed, therefore, the pressure tube 62 pushes further into the guide tube 60, scraping out the inner region of the energy dissipation region 61. In this scraping, material of the energy dissipation region 61 is defibered, but the outer wall of the energy dissipation region 61 is not affected. The remaining outer wall of the energy dissipation region 61 serves as a guide surface for guiding the movement of the pressure tube 62 relative to the guide tube 60.
Damit beim Ansprechen des dritten Energieverzehrelementes 22, 22' nur das Faserverbundmaterial des Energieverzehrbereiches 61, und nicht beispielsweise das Material des Druckrohres 62 zerfasert wird, sollte die Stirnseite des Druckrohres 62 eine im Vergleich zu dem Energieverzehrbereich 61 höhere Festigkeit aufweisen.So that when addressing the third energy dissipation element 22, 22 'only the fiber composite material of the energy dissipation region 61, and not, for example, the material of the pressure tube 62 is fiberized, the end face of the pressure tube 62 should have a higher strength compared to the energy dissipation region 61.
Wie es insbesondere der Darstellung in Fig. 12 entnommen werden kann, ist das als Kolben ausgeführte Druckrohr 62 als ein an seiner dem Führungsrohr 60 zugewandten Stirnseite offener Hohlkörper ausgebildet, wobei dieser Hohlkörper eine Innenfase 66 aufweist. Die bei der Bewegung des Druckrohres 62 relativ zu dem Führungsrohr 60 entstehenden Bruchteile des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbe- reiches 61 werden dabei im Inneren des Hohlkörpers aufgenommen. Dies hat den Vorteil, dass bei dem Zerfasern des Energieverzehrbereiches 61 keine Bruchteile des Faserverbundwerkstoffes nach außen gelangen können.As can be seen in particular from the illustration in FIG. 12, the pressure tube 62 designed as a piston is designed as a hollow body open at its end face facing the guide tube 60, this hollow body having an inner bevel 66. The resulting during the movement of the pressure tube 62 relative to the guide tube 60 fractions of the energy-dissipating portion 61 formed of fiber composite material are thereby received in the interior of the hollow body. This has the advantage that when fraying the energy dissipation region 61 no fractions of the fiber composite material can escape to the outside.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Figuren 13 bis 15 mögliche Ausführungsformen für das vierte Energieverzehrelement 23 beschrieben, welches in der Unterbodenstruktur 16 der Fahrzeugkopfstruktur 100 vorgesehen ist.In the following, with reference to the illustrations in FIGS. 13 to 15, possible embodiments for the fourth energy dissipation element 23, which is provided in the underbody structure 16 of the vehicle head structure 100, will be described.
Im Einzelnen dient das vierte Energieverzehrelement 23 zur Absorption der über die Mittelpufferkupplung 30 in die Unterbodenstruktur 16 eingeleiteten Stoßkräfte im Crashfall. Hierzu ist das vierte Energieverzehrelement 23 in Stoßrichtung hinter dem Lagerbock 31 angeordnet, über den die Mittelpufferkupplung 30 in horizontaler und vertikaler Richtung schwenkbar ist.In detail, the fourth energy dissipation element 23 serves to absorb the impact forces introduced into the underbody structure 16 via the central buffer coupling 30 in the event of a crash. For this purpose, the fourth energy dissipation element 23 is arranged in the impact direction behind the bearing block 31, via which the central buffer coupling 30 is pivotable in the horizontal and vertical directions.
Das vierte Energieverzehrelement 23 weist ein vorzugsweise aus Faserverbundwerk- Stoff ausgebildetes Führungsrohr 60, ein Crashrohr 61 sowie ein Druckrohr 62 auf. Im Einzelnen sind bei der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform in dem der Mittelpufferkupplung 30 zugewandten Bereich des Führungsrohres 60 das Crashrohr 61 und in dem gegenüberliegenden Bereich das Druckrohr 62 teleskopartig aufgenommen. Zwischen dem Crashrohr 61 und dem Druckrohr 62 ist eine Verjüngung 64 beispielsweise in Gestalt eines Kegelringes angeordnet. Im Crashfall reißen die Verbindungselemente der Kupplung 30 von dem Lagerbock 31 ab. Die im Führungsrohr 60 geführte Kupp- lung drückt auf einen Fangteller 32. Der Fangteller 32 leitet die Stoßkraft in dasThe fourth energy dissipation element 23 has a guide tube 60, preferably a fiber composite material, a crash tube 61 and a pressure tube 62. Specifically, in the embodiment shown in FIG. 13, in the region of the guide tube 60 facing the central buffer coupling 30, the crash tube 61 and in FIG the pressure tube 62 is telescopically received in the opposite region. Between the crash tube 61 and the pressure tube 62, a taper 64 is arranged, for example in the form of a conical ring. In the event of a crash, the connecting elements of the coupling 30 tear off the bearing block 31. The coupling guided in the guide tube 60 presses on a catch plate 32. The catch plate 32 conducts the impact force into the catch plate
Druckrohr 62 ein, welches sich relativ zu dem Führungsrohr 60 in Richtung des Crashrohres 61 bewegt. Dabei drückt das Druckrohr 62 über die Verjüngung 64 auf das Crashrohr 61. Beim Erreichen der dafür ausgelegten Verformungskraft stülpen sich die Verjüngung 64 und das Druckrohr 62 über das Crashrohr 61, welches nicht-duktil zer- fasert und dabei die bei der Stoßkraftübertragung anfallende Stoßenergie zumindest teilweise absorbiert. Das umgeformte bzw. zerfaserte Material des Crashrohrs 61 verbleibt dabei im Druckrohr 62.Pressure tube 62, which moves relative to the guide tube 60 in the direction of the crash tube 61. In this case, the pressure tube 62 presses on the crash tube 61 via the taper 64. Upon reaching the deformation force designed for this purpose, the taper 64 and the pressure tube 62 slide over the crash tube 61, which non-ductile shreds and thereby at least the impact energy resulting from the impact force transmission partially absorbed. The deformed or defibrated material of the crash tube 61 remains in the pressure tube 62.
Wie auch bei dem unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Figuren 10 und 11 zuvor beschriebenen dritten Energieverzehrelement 22, 22' ist es bevorzugt, wenn sämtliche Bauteile des vierten Energieverzehrelementes 23 aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sind. Gegebenfalls kann jedoch die Verjüngung 64 aus einer Metallstruktur ausgebildet sein.As with the third energy dissipation element 22, 22 'described above with reference to the illustrations in FIGS. 10 and 11, it is preferred if all components of the fourth energy dissipation element 23 are formed from a fiber composite material. Optionally, however, the taper 64 may be formed of a metal structure.
In Fig. 15 ist eine alternative Ausführungsform zu dem vierten Energieverzehrelement 23 dargestellt. Wie auch das Energieverzehrelement 23 gemäß den Figuren 13 und 14 besteht die in Fig. 14 dargestellte Ausführungsform aus einem Stütz- bzw. Druckrohr 62, einer Verjüngung 64, einem Führungsrohr 60 und einem Crashrohr 61, wobei allerdings diesmal das Crashrohr 61 in dem der Mittelpufferkupplung 30 zugewandten Bereich des Führungsrohres 60 vorgesehen ist. Im Crashfall reißt die Kupplung 30 von dem Lagerbock 31 ab und drückt auf den Fangteller 32, wobei der Fangteller 32 die Stoßkraft in das Crashrohr 61 einleitet, so dass das Crashrohr 61 in die Verjüngung 64 gedrückt wird. Beim Erreichen des Verformungskraftniveaus schiebt sich das Crashrohr 61 durch die Verjüngung 64 in das Druckrohr 62, welches auch gleichzeitig ein Teil des Führungsrohres 60 sein kann (vgl. Fig. 12). Der Energieverzehr findet wieder durch das Verjüngen des Crashrohres 60 statt. Das umgeformte bzw. zerfaserte Material des Crashrohres 60 verbleibt im Druckrohr 62.FIG. 15 shows an alternative embodiment of the fourth energy dissipation element 23. Like the energy dissipation element 23 according to FIGS. 13 and 14, the embodiment shown in FIG. 14 consists of a support tube 62, a taper 64, a guide tube 60 and a crash tube 61, but this time the crash tube 61 is in the middle buffer coupling 30 facing region of the guide tube 60 is provided. In the event of a crash, the clutch 30 breaks away from the bearing block 31 and presses on the catch plate 32, wherein the catch plate 32 initiates the impact force in the crash tube 61, so that the crash tube 61 is pressed into the taper 64. Upon reaching the deformation force level, the crash tube 61 slides through the taper 64 into the pressure tube 62, which may also be part of the guide tube 60 at the same time (see Fig. 12). The energy consumption takes place again by the tapering of the crash tube 60. The deformed or defibrated material of the crash tube 60 remains in the pressure tube 62.
In Fig. 16 ist in einer perspektivischen Ansicht ein aus Faserverbund/-Faserverbund- Sandwich-Werkstoff gebildeter Unterfahrschutz 24 dargestellt, welcher an der Unterseite der Unterbodenstruktur 16 der in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugkopfstruktur 100 befestigt und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer in den Unterfahrschutz 24 einge- leiteten kritischen Stoßkraft durch kontrollierte Verformung zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden Stoßenergie abzubauen.FIG. 16 shows, in a perspective view, an underrun protection 24 formed from fiber composite / fiber composite sandwich material which is fastened and designed on the underside of the underbody structure 16 of the vehicle head structure 100 shown in FIG. 1, when an underrun protection is exceeded 24 inserted triggered critical impact force by controlled deformation to reduce at least a portion of the impact energy generated in the impact energy transmission.
In den Figuren 17 und 18 sind alternative Ausführungsformen des Unterfahrschutzes 24 dargestellt.FIGS. 17 and 18 show alternative embodiments of underrun protection 24.
Im Einzelnen ist bei diesen Ausführungsformen jeweils der Unterfahrschutz 24 über ein Schienensystem 17 mit der Unterbodenstruktur 16 verbunden. Bei der in Fig. 17 dargestellten Ausführungsform besteht der Unterfahrschutz 24 aus Faserverbund- Werkstoff bzw. Faserverbund-Sandwich-Materialien und weist mehrere Energieverzehrelemente 25, 25', 26, 26' (zwei im vorderen und zwei im hinteren Bereich) auf. Die Energieverzehrelemente 25, 25' mit verschiedenen Verformungskraftniveaus absorbieren zuerst im vorderen Bereich Kollisionsenergie, danach wird der Unterfahrschutz 24 innerhalb der Schienen 17 auf die zweiten Energieverzehrelemente 26, 26' geschoben.Specifically, in these embodiments, each of the underride guard 24 is connected to the underbody structure 16 via a rail system 17. In the embodiment illustrated in FIG. 17, the underride protection 24 consists of fiber composite material or fiber composite sandwich materials and has a plurality of energy dissipation elements 25, 25 ', 26, 26' (two in the front and two in the rear region). The energy dissipation elements 25, 25 'with different deformation force levels first absorb collision energy in the front region, then the underrun protection 24 is pushed within the rails 17 onto the second energy dissipation elements 26, 26'.
Bei der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform des Unterfahrschutzes 24 wird im Crashfall der Unterfahrschutz 24 entlang der Führungsschiene 17 auf Crashelemente 25, 25' geschoben.In the embodiment of the underrun protection 24 shown in FIG. 18, the underrun protection 24 is pushed along the guide rail 17 onto crash elements 25, 25 'in the event of a crash.
In Fig. 19 sind Teile einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeug köpf Struktur 100 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Das Charakteristische dieser Ausführungsform ist insbesondere in den A-Säulen 10 zu sehen, wobei in Fig. 19 der Übersichtlichkeit halber nur eine der beiden A-Säulen gezeigt ist. Die A-Säulen 10 bei der in Fig. 19 dargestellten Ausführungsform weisen eine insgesamt gebogene Struktur auf, so dass die in die A-Säulen 10 eingeleiteten Kräfte direkt in das Untergestell 16 ohne zusätzliche Seitenstrebe übertragen werden können. Diese spezielle Variante lässt ein starkes reversibles Einfedern der A-Säulen 10 im Crashfall zu. Im hufeisenförmigen Untergestell 16 sind die Crashpuffer 22, 22' integriert, wobei der Kupplungsanschluss über ein integrales Stützrohr 23 erfolgt.In Fig. 19 parts of another embodiment of the vehicle head structure 100 are shown in a perspective view. The characteristic of this embodiment can be seen in particular in the A-pillars 10, wherein in FIG. 19, for the sake of clarity, only one of the two A-pillars is shown. The A-pillars 10 in the embodiment illustrated in FIG. 19 have an overall curved structure, so that the forces introduced into the A-pillars 10 can be transmitted directly into the underframe 16 without additional side strut. This special variant allows a strong reversible compression of the A-pillars 10 in the event of a crash. The horseshoe-shaped underframe 16, the crash buffer 22, 22 'are integrated, wherein the coupling connection via an integral support tube 23 takes place.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen beispielhaft dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale. BezugszeichenlisteThe invention is not limited to the embodiments exemplified in the drawings, but results from a synopsis of all features disclosed herein. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10, 10' A-Säule10, 10 'A-pillar
11 Dachstruktur (Dach B3) 12, 12' Seitenstrebe (Seitenstrebe Bl)11 Roof Structure (Roof B3) 12, 12 'Side Brace (Side Brace Bl)
14 Brüstungselement (Brüstung B4)14 Parapet element (parapet B4)
15 Stirnwand (Stirnwand B5)15 bulkhead (bulkhead B5)
16 Unterbodenstruktur (untere Struktur B6)16 Underbody structure (lower structure B6)
16a oberes Flächenelement der Unterbodenstruktur 16b unteres Flächenelement der Unterbodenstruktur16a upper surface element of the underbody structure 16b lower surface element of the underbody structure
16c Streben der Unterbodenstruktur16c struts of the underbody structure
17 Führungsschiene des Unterfahrschutzes bzw. Bahnräumers17 Guide rail of underrun protection or track cleaner
20, 20' erstes Energieverzehrelement (Energieverzehrelement BIO)20, 20 'first energy-absorbing element (energy-absorbing element BIO)
21, 21' zweites Energieverzehrelement (Energieverzehrelement B9) 22, 22' drittes Energieverzehrelement (Crashpuffer B7)21, 21 'second energy dissipation element (energy dissipation element B9) 22, 22' third energy dissipation element (crash buffer B7)
23 viertes Energieverzehrelement (Crashkupplung B8)23 fourth energy-absorbing element (crash clutch B8)
24 Bahnräumer (Bahnräumer BI l)24 track-clearers (track-clearers BI l)
25, 25' fünftes Energieverzehrelement (gehört zum Bahnräumer)25, 25 'fifth energy-absorbing element (belongs to the railway cleaner)
26, 26' sechstes Energieverzehrelement (gehört zum Bahnräumer) 30 Mittelpufferkupplung26, 26 'sixth energy-absorbing element (belongs to the Bahnräumer) 30 central buffer coupling
31 Lagerbock31 bearing block
32 Fangteller32 catch dishes
60 Führungsrohr60 guide tube
61 Energieverzehrbereich/Crashrohr 62 Stützrohr61 Energy Consumption Area / Crash Tube 62 Supporting Tube
63 Kante/Anschlag63 edge / stop
64 Verjüngung/Kegelring64 taper / cone ring
65 Aufkletterschutz65 climbing protection
66 Innenfase 100 Fahrzeug köpf/ Fahrzeug köpf Struktur66 inner bevel 100 vehicle head / vehicle head structure
101 Fahrzeugführerstand101 driver's cab
102 Verkleidung 102 cladding

Claims

„Fahrzeugkopf zur Befestigung an der Stirnseite eines spurgebundenen Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeuges"Patentansprüche "Vehicle head for attachment to the front of a track-bound vehicle, in particular rail vehicle" claims
1. Fahrzeugkopf mit einer Fahrzeugkopfstruktur (100) zur Befestigung an der Stirnseite eines spurgebundenen Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, wobei die Fahrzeugkopfstruktur (100) vollständig aus Strukturelementen aufgebaut ist, die aus Faserverbund- bzw. Faserverbund-Sandwich- Werkstoff gebildet sind, wobei die die Fahrzeugkopfstruktur (100) aufbauendenA vehicle head having a vehicle head structure (100) for attachment to the face of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle, wherein the vehicle head structure (100) is constructed entirely of structural elements formed of fiber composite sandwich material, wherein the constructing the vehicle head structure (100)
Strukturelemente erste Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) aufweisen, die derart ausgebildet und direkt miteinander verbunden sind, dass zur Aufnahme eines Fahrzeugführerstandes (101) eine im Wesentlichen verformungssteife, selbsttragende Kopfstruktur ausgebildet wird, und wobei die die Fahrzeugkopfstruktur (100) aufbauenden Strukturelemente zweite Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') aufweisen, die derart mit den ersten Strukturelementen (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) verbunden und ausgelegt sind, dass zumindest ein Teil der in einem Kollisionsfall des spurgebundenen Fahrzeugs aufgrund einer Stoßkraftübertragung anfallenden und in die Struktur (100) eingeleiteten Stoßenergie durch zumindest teilweise irreversibleStructural elements first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16), which are formed and directly connected to each other, that for receiving a vehicle driver's stand (101) a substantially deformation-resistant, self-supporting head structure is formed and wherein the structural elements constituting the vehicle head structure (100) have second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') which are connected to the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12 ', 14, 15, 16) are connected and designed so that at least part of the impact energy generated in a collision case of the tracked vehicle due to an impact force transmission and introduced into the structure (100) by at least partially irreversible
Verformung oder zumindest teilweise Zerstörung der zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') abgebaut wird.Deformation or at least partial destruction of the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') is degraded.
2. Fahrzeugkopf nach Anspruch 1, wobei die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) derart ausgebildet und miteinander verbunden sind, dass der in einem Crashfall nicht bereits durch die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') abgebaute Teil der in den Fahrzeugkopf eingeleiteten Stoßenergie in eine mit dem Fahrzeugkopf verbundene Wagenkastenstruktur des Schienenfahrzeuges zumindest teilweise übertragbar ist.2. Vehicle head according to claim 1, wherein the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) are formed and interconnected in such a way that, in the event of a crash, the second structural elements (20 , 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24 ') degraded part of the introduced into the vehicle head impact energy in a vehicle head connected to the car body structure of the rail vehicle is at least partially transferable.
3. Fahrzeugkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') ausgelegt sind, bei Überschreiten einer vorab festlegbaren kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest teilweise die bei der Stoßkraftübertragung anfallende und in die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') eingeleitete Stoßenergie in destruktiver Weise in Sprödbruchenergie irreversibel umzuwandeln und somit abzubauen.3. Vehicle head according to claim 1 or 2, wherein the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') are designed to respond when exceeding a pre-definable critical impact force and at least partially to irreversibly convert the impact energy generated in the impact force transmission and introduced into the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') into brittle-fracturing energy in a destructive manner and thus reduce it.
4. Fahrzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugkopfstruktur (100) vorzugsweise lösbar mit einer in Fahrt- richtung zeigenden Schnittstelle des Schienenfahrzeuges verbindbar ist.4. Vehicle head according to one of the preceding claims, wherein the vehicle head structure (100) is preferably releasably connectable with an pointing in the direction of travel interface of the rail vehicle.
5. Fahrzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ausbildung der im Wesentlichen verformungssteifen selbsttragenden Rahmenstruktur die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) zwei jeweils seitlich der Fahrzeugkopfstruktur (100) angeordnete A-Säulen (10,5. Vehicle head according to one of the preceding claims, wherein for forming the substantially rigid self-supporting frame structure, the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) two laterally of the vehicle head structure (100) arranged A Columns (10,
10') sowie eine jeweils den oberen Bereich der beiden A-Säulen (10, 10') fest verbindende Dachstruktur (11) aufweisen, wobei die A-Säulen (10, 10') und die damit fest verbundene Dachstruktur (11) ausgebildet sind, den im Crashfall nicht bereits von den zweiten Strukturelementen (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') abgebauten Teil der in den Fahrzeugkopf eingeleiteten Stoßenergie in eine mit der Fahrzeugkopfstruktur (100) verbundene Wagenkastenstruktur des Schienenfahrzeuges zu übertragen.10 ') and a respectively the upper region of the two A-pillars (10, 10') fixedly connecting roof structure (11), wherein the A-pillars (10, 10 ') and the roof structure (11) firmly connected thereto are formed in that, in the event of a crash, the part of the impact energy introduced into the vehicle head, not already separated from the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24'), is connected to the vehicle head structure (100) Car body structure of the rail vehicle to transmit.
6. Fahrzeugkopf nach Anspruch 5, wobei die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) ferner Seitenstreben (12, 12') aufweisen, welche jeweils mit dem unteren Bereich der beiden A-Säulen (10, 10') fest verbunden sind und zur Übertragung des im Crashfall nicht bereits durch die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') abgebauten Teils der Stoßenergie in die Wagenkastenstruktur des Schienenfahrzeuges dienen. 6. The vehicle head according to claim 5, wherein the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) further comprise side struts (12, 12 ') which are in each case connected to the lower region of the two Columns (10, 10 ') are fixedly connected and for the transmission of the crash in the case of the second structural elements (20, 20', 21, 21 ', 22, 22', 23, 24, 24 ') degraded part of the impact energy in serve the car body structure of the rail vehicle.
7. Fahrzeugkopf nach Anspruch 5 oder 6, wobei die A-Säulen (10, 10') jeweils bogenförmig ausgebildet sind, und wobei die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) ferner eine Unterbodenstruktur (16) aufweisen, welches mit den oberen Endbereichen der A- Säulen (10, 10') fest verbunden und ausgelegt ist, den im Crashfall nicht bereits durch die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') abgebauten Teil der in die A-Säulen (10, 10') eingeleiteten Stoßenergie in die mit dem Fahrzeugkopf verbundene Wagenkastenstruktur des Schienenfahrzeuges zu übertragen.7. A vehicle head according to claim 5 or 6, wherein the A-pillars (10, 10 ') are each arc-shaped, and wherein the first structural elements (10, 10', 11, 12, 12 ', 14, 15, 16) further an underbody structure (16) which is fixedly connected to the upper end regions of the A-pillars (10, 10 ') and which, in the event of a crash, is not already blocked by the second structural elements (20, 20', 21, 21 ', 22, 22 ', 23, 24, 24') degraded part of the impact energy introduced into the A-pillars (10, 10 ') into the car body structure of the rail vehicle connected to the vehicle head.
8. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Seitenstreben (12, 12') und/oder die A-Säulen (10, 10') aus einem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Hohlprofil bestehen, in welchem zur Erhöhung der Steifigkeit der Seitenstreben (12, 12') bzw. der A-Säulen (10, 10') vorzugsweise ein Stützstoff, insbesondere Stützschaum aufgenommen ist.8. The vehicle head according to one of claims 5 to 7, wherein the side struts (12, 12 ') and / or the A-pillars (10, 10') consist of a hollow profile formed from fiber composite, in which in order to increase the rigidity of the side struts ( 12, 12 ') and the A-pillars (10, 10') is preferably a support material, in particular support foam added.
9. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Dachstruktur (11) in Sandwichbauweise aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.9. Vehicle head according to one of claims 5 to 8, wherein the roof structure (11) is made in sandwich construction of a fiber composite material.
10. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) ein Brüstungselement (14) aufweisen, welches zur strukturellen Verbindung der beiden A-Säulen (10, 10') den jeweils unteren Bereich der beiden A-Säulen (10, 10') miteinander verbindet.10. Vehicle head according to one of claims 5 to 9, wherein the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) have a parapet element (14), which for the structural connection of the two A-pillars (10, 10 ') connects the respective lower region of the two A-pillars (10, 10') with each other.
11. Fahrzeugkopf nach Anspruch 10, wobei die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) ferner eine verformungssteife Stirnwand (15) aufweisen, welche derart mit dem Brüstungselement (14) verbunden ist, dass eine Stirnfläche des Rahmens (100) ausgebildet wird, um den in der selbsttragenden Rahmenstruktur aufgenommenen Fahrzeugführerstand (101) im Crashfall vor Intrusionen zu schützen.11. The vehicle head according to claim 10, wherein the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) furthermore have a deformation-resistant end wall (15) which is thus connected to the sill element (14). in that an end face of the frame (100) is formed in order to protect the vehicle driver's seat (101) received in the self-supporting frame structure from intrusions in the event of a crash.
12. Fahrzeugkopf nach Anspruch 11, wobei die Stirnwand (14) aus verschiedenen Faserverbundkomponenten, insbesondere GFK, Aramid, Dyneema und/oder CFK, gefertigt ist. 12. Vehicle head according to claim 11, wherein the end wall (14) made of different fiber composite components, in particular fiberglass, aramid, Dyneema and / or CFK, is made.
13. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') mindestens ein aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildetes erstes Energieverzehrelement (20, 20') aufweisen, wobei das mindestens eine erste Energieverzehrelement (20, 20') ausgelegt ist, bei Überschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das erste Energieverzehrelement (20, 20') eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des ersten Energieverzehrelementes (20, 20') abzubau- en, und wobei an der Stirnseite des Brüstungselementes (14) das mindestens eine erste Energieverzehrelement (20, 20') angeordnet ist.13. Vehicle head according to one of claims 10 to 12, wherein the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') at least one fiber composite / fiber composite sandwich material formed The first energy dissipation element (20, 20 '), wherein the at least one first energy dissipation element (20, 20') is designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the resulting in the impact energy transmission and in the first energy dissipation element (20, 20 '). ) introduced by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the first energy dissipation element (20, 20 '), and wherein on the front side of the parapet element (14) the at least one first energy dissipation element (20, 20') is arranged ,
14. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') min- destens ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes zweites Energieverzehrelement (21, 21') aufweisen, wobei das mindestens eine zweite Energieverzehrelement (21, 21') ausgelegt ist, bei Überschreiten einer kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das zweite Energieverzehrelement (21, 21') eingeleiteten Stoß- energie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des zweiten Energieverzehrelementes (21, 21') abzubauen, und wobei an jeder der Stirnseite des Fahrzeugkopfes zugewandten Flächen der A-Säulen (10, 10') jeweils mindestens ein zweites Energieverzehrelement (21, 21') angeordnet ist.14. Vehicle head according to one of claims 5 to 13, wherein the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') at least one formed from fiber composite material second energy dissipation element (21, 21 '), wherein the at least one second energy dissipation element (21, 21') is designed to respond when a critical impact force is exceeded and at least part of the impact energy generated during the impact energy transmission and introduced into the second energy dissipation element (21, 21 ') by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the second energy dissipation element (21, 21 '), and wherein on each of the front side of the vehicle head facing surfaces of the A-pillars (10, 10') respectively at least one second energy dissipation element (21, 21 ') is arranged.
15. Fahrzeugkopf nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Energieverzehrelemente (20, 20'; 21, 21') mit den ersten Strukturelementen (10, 10', 14) vorzugsweise stoffschlüssig fest verbunden, insbesondere verklebt sind.15. Vehicle head according to claim 13 or 14, wherein the energy dissipation elements (20, 20 ', 21, 21') with the first structural elements (10, 10 ', 14) are preferably firmly bonded, in particular adhesively bonded.
16. Fahrzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff ausgebildete Unterbodenstruktur (16) vorgesehen ist, welche mit zumindest einem Teil der ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) derart ver- bunden ist, dass der Boden des Fahrzeugführerstandes (101) gebildet wird. 16. Vehicle head according to one of the preceding claims, wherein further formed from fiber composite / fiber composite sandwich material underbody structure (16) is provided, which with at least a portion of the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) is connected such that the bottom of the vehicle driver's seat (101) is formed.
17. Fahrzeugkopf nach Anspruch 16, wobei die Unterbodenstruktur (16) ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes oberes Flächenelement (16a) und ein hiervon beabstandetes, aus Faserverbundwerkstoff gebildetes unteres Flächenelement (16b) sowie aus Faserver- bundwerkstoff gebildete Streben (16c) aufweist, welche das obere und untere17. The vehicle head according to claim 16, wherein the underbody structure (16) comprises an upper surface element (16a) formed from fiber composite material and a lower surface element (16b) formed therefrom and made of fiber composite material, as well as struts (16c) formed from fiber composite material and lower
Flächenelement (16a, 16b) fest miteinander verbinden.Firmly connect surface element (16a, 16b) to one another.
18. Fahrzeugkopf nach Anspruch 16 oder 17, wobei die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') min- destens ein drittes Energieverzehrelement (22, 22') aufweisen, welches in der18. Vehicle head according to claim 16 or 17, wherein the second structural elements (20, 20 ', 21, 21', 22, 22 ', 23, 24, 24') have at least one third energy dissipation element (22, 22 '), which in the
Unterbodenstruktur (16) aufgenommen und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer vorab festlegbaren kritischen Stoßkraft anzusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das dritte Energieverzehrelement (22, 22') eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des dritten Energieverzehrelementes (22, 22') abzubauen.Underbody structure (16) is received and designed to respond when exceeding a pre-definable critical impact force and at least a portion of the impact energy transferred and introduced into the third energy dissipation element (22, 22 ') impact energy by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the third energy dissipation element (22, 22 ').
19. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei ferner eine Mittelpufferkupplung (30) vorgesehen ist, welche über ein Lagerbock (31) an der Unterbodenstruktur (16) angelenkt ist, und wobei die zweiten Strukturelemente (20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24') mindestens ein viertes Energieverzehrelement (23) aufweisen, welches in der Unterbodenstruktur (16) in Stoßrichtung hinter dem Lagerbock (31) angeordnet und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer vorab festlegbaren kritischen Stoßkraft an- zusprechen und zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden und in das vierte Energieverzehrelement (23) eingeleiteten Stoßenergie durch nicht-duktile Zerstörung von zumindest einem Teil der Faserstruktur des vierten Energieverzehrelementes (23) abzubauen.19. The vehicle head according to one of claims 16 to 18, further comprising a central buffer coupling (30) which is articulated to the underbody structure (16) via a bearing block (31), and wherein the second structural elements (20, 20 ', 21, 21 ', 22, 22', 23, 24, 24 ') have at least a fourth energy dissipation element (23), which is arranged and designed in the underbody structure (16) in the impact direction behind the bearing block (31), when a pre-defined critical is exceeded To add impact force and at least reduce part of the impact energy incurred in the impact energy transmission and in the fourth energy dissipation element (23) by non-ductile destruction of at least part of the fiber structure of the fourth energy dissipation element (23).
20. Fahrzeugkopf nach Anspruch 18 oder 19, wobei das dritte und/oder vierte Energieverzehrelement (22, 22'; 23) jeweils ein aus Faserverbundwerkstoff gebildetes Führungsrohr (60) und ein als Kolben oder Stempel ausgebildetes Druckrohr (62) aufweisen/aufweist, wobei das Druckrohr (62) mit dem Führungsrohr (60) derart zusammenwirkt, dass sich bei Überschreiten einer kritischen, in das Energieverzehrelement (22, 22'; 23) eingeleiteten Stoßkraft das Druckrohr (62) und das Führungsrohr (60) relativ zueinander unter gleichzeitigem Verzehr von zumindest einem Teil der in das Energieverzehrelement (22, 22'; 23) eingeleiteten Stoßenergie aufeinander zu bewegen, wobei der Führungsrohr (60) mindestens einen Energieverzehrbereich (61) aus Faserverbundwerkstoff aufweist, welcher bei der Bewegung des Druckrohres (62) relativ zu dem Führungsrohr (60) zumindest teilweise nicht- duktil zerfasert wird.20. Vehicle head according to claim 18 or 19, wherein the third and / or fourth energy dissipation element (22, 22 '; 23) each comprise a fiber composite material formed guide tube (60) and designed as a piston or punch pressure tube (62) /, wherein the pressure tube (62) cooperates with the guide tube (60) in such a way that the pressure tube (62) and the guide tube (60) move relative to one another with simultaneous consumption when a critical force introduced into the energy dissipation element (22, 22 '; from at least part of that into the The guide tube (60) has at least one energy dissipation region (61) made of fiber composite, which at least partially not in the movement of the pressure tube (62) relative to the guide tube (60) - is ductile shredded.
21. Fahrzeugkopf nach Anspruch 20, wobei das Druckrohr (62) als ein an seiner dem Führungsrohr (60) zugewandten Stirnseite offener Hohlkörper ausgebildet ist derart, dass die bei der Bewe- gung des Druckrohres (62) relativ zu dem Führungsrohr (60) entstehenden21. The vehicle head according to claim 20, wherein the pressure tube (62) is formed as an open at its the guide tube (60) end face hollow body such that during movement of the pressure tube (62) relative to the guide tube (60) resulting
Bruchteile des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Energieverzehrbereiches (61) zumindest teilweise im Inneren des Druckrohres (62) aufnehmbar sind.Fractions of the energy dissipation region (61) formed from fiber composite material are at least partially in the interior of the pressure tube (62) are receivable.
22. Fahrzeugkopf nach Anspruch 20 oder 21, wobei die bei einer Bewegung des Druckrohres (62) relativ zu dem Führungsrohr (60) nicht-duktil zerfaserte Länge des Energieverzehrbereiches (61) von der Wegstrecke der Relativbewegung zwischen dem Druckrohr (62) und dem Führungsrohr (60) abhängt.22. A vehicle head according to claim 20 or 21, wherein the in a movement of the pressure tube (62) relative to the guide tube (60) non-ductile shredded length of the energy dissipation region (61) of the distance of the relative movement between the pressure tube (62) and the guide tube (60) depends.
23. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der dem Führungsrohr (60) zugewandte Bereich des als Kolben oder Stempel ausgebildeten Druckrohres (62) von dem Führungsrohr (60) teleskopartig aufgenommen ist derart, dass die Stirnseite des dem Führungsrohr (60) zugewandten Bereiches des Druckrohres (62) an einen Anschlag (63) des Ener- gieverzehrbereiches (61) anstößt.23. Vehicle head according to one of claims 20 to 22, wherein the said guide tube (60) facing portion of the pressure piston designed as a piston or punch (62) of the guide tube (60) is telescopically received such that the end face of the guide tube (60) facing region of the pressure tube (62) to a stop (63) of the energy consumption region (61) abuts.
24. Fahrzeugkopf nach Anspruch 23, wobei zumindest die Stirnseite des Druckrohres (62) eine im Vergleich zu dem Energieverzehrbereich (61) höhere Festigkeit aufweist.24. The vehicle head according to claim 23, wherein at least the end face of the pressure tube (62) has a higher strength compared to the energy dissipation region (61).
25. Fahrzeugkopf nach Anspruch 23 oder 24, wobei an der Stirnseite des Druckrohres (62) ein Kegelring (64) vorgesehen ist, der an den Anschlag (63) des Energieverzehrbereiches (61) anstößt.25. Vehicle head according to claim 23 or 24, wherein on the end face of the pressure tube (62) a conical ring (64) is provided, which abuts against the stop (63) of the energy dissipation region (61).
26. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei der Führungsrohr (60) einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Druckrohres (62) ist, so dass der dem Führungsrohr (60) zugewandte Bereich des Druckrohres (62) teleskopartig von dem Führungsrohr (60) aufnehmbar ist.26. Vehicle head according to one of claims 23 to 25, wherein the guide tube (60) has an inner diameter which is greater than the outer diameter of the pressure tube (62), so that the guide tube (60) facing the pressure tube (62) is telescopically received by the guide tube (60).
27. Fahrzeugkopf nach Anspruch 26, wobei das Führungsrohr (60) und der Energieverzehrbereich (61) einstückig aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind.27. Vehicle head according to claim 26, wherein the guide tube (60) and the energy dissipation region (61) are integrally formed from fiber composite material.
28. Fahrzeugkopf nach Anspruch 26, wobei der aus Faserverbundwerkstoff gebildete Energieverzehrbereich (61) im Inneren des Führungsrohres (60) derart angeordnet ist, dass die Stirnseite des28. The vehicle head according to claim 26, wherein the energy-dissipating region (61) formed from fiber composite material is arranged in the interior of the guide tube (60) such that the end face of the
Druckrohres (62) an eine dem Druckrohr (62) zugewandte Stirnseite des Energieverzehrbereiches (61) anstößt.Pressure tube (62) to a pressure tube (62) facing the end of the energy dissipation region (61) abuts.
29. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei mindestens eine Führungsfläche vorgesehen ist zum Führen der Bewegung des Druckrohres (62) relativ zu dem Führungsrohr (60).29. Vehicle head according to one of claims 18 to 28, wherein at least one guide surface is provided for guiding the movement of the pressure tube (62) relative to the guide tube (60).
30. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 29, wobei das Führungsrohr (60) vollständig aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist.30. Vehicle head according to one of claims 18 to 29, wherein the guide tube (60) is formed entirely of fiber composite material.
31. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 30, wobei das Druckrohr (62) vorzugsweise vollständig aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist.31. Vehicle head according to one of claims 18 to 30, wherein the pressure tube (62) is preferably formed entirely of fiber composite material.
32. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 31, wobei das Ansprechverhalten des Energieverzehrelementes (22, 22'; 23) und/oder der Betrag der mit dem Energieverzehrelement (22, 22'; 23) insgesamt verzehrbaren Stoßenergie durch geeignete Wahl der Wandstärke und/oder Festigkeit des Energieverzehrbereiches sowie die konstruktive Gestaltung des Anschlags (63) vorab einstellbar ist.32. A vehicle head according to any one of claims 18 to 31, wherein the response of the energy dissipation element (22, 22 ', 23) and / or the amount of energy consumption consumable element (22, 22', 23) consumable total impact energy by a suitable choice of wall thickness and / or strength of the energy dissipation area and the structural design of the stop (63) is adjustable in advance.
33. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 32, wobei ein aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildeter Un- terfahrschutz bzw. Bahnräumer (24) vorgesehen ist, welcher an der Unterseite der Unterbodenstruktur (16) befestigt und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer in den Unterfahrschutz bzw. Bahnräumer (24) eingeleiteten kritischen Stoß- kraft durch kontrollierte Verformung zumindest einen Teil der bei der Stoßkraftübertragung anfallenden Stoßenergie abzubauen.33. The vehicle head according to one of claims 16 to 32, wherein an underrun protection or track scraper (24) formed from fiber composite / fiber composite sandwich material is provided, which is fastened and designed on the underside of the underbody structure (16) Exceeding a critical impact force introduced into the underride guard or track scraper (24) By virtue of controlled deformation, it is possible to reduce at least a portion of the impact energy generated during impact force transmission.
34. Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 32, wobei ein aus Faserverbund-/Faserverbund-Sandwich-Werkstoff gebildeter Unterfahrschutz bzw. Bahnräumer (24) vorgesehen ist, welcher über mindestens eine Führungsschiene (17) mit der Unterseite der Unterbodenstruktur (16) derart verbunden ist, dass der Unterfahrschutz bzw. Bahnräumer (24) nach Überschreiten einer in den Unterfahrschutz bzw. Bahnräumer (24) eingeleiteten kri- tischen Stoßkraft relativ zu der Unterbodenstruktur (16) in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar ist, wobei ferner aus Faserverbundwerkstoff gebildete Energieverzehrelemente (25, 25', 26) vorgesehen sind, die derart angeordnet und ausgelegt sind, dass bei einer Verschiebung des Unterfahrschutzes bzw. Bahnräumers (24) relativ zu der Unterbodenstruktur (16) der Faserverbundwerkstoff der Energieverzehrelemente (25, 25', 26) unter gleichzeitigem Abbau von zumindest einem Teil der bei der Stoßkraftübertragung in den Unterfahrschutz bzw. Bahnräumer (24) eingeleiteten Stoßenergie nicht-duktil zerstört wird.34. Vehicle head according to one of claims 16 to 32, wherein a formed of fiber composite / fiber composite sandwich material underrun protection or Bahnräumer (24) is provided, which via at least one guide rail (17) with the underside of the underbody structure (16) connected to the underbody protection or track scraper (24) is displaceable in the vehicle longitudinal direction relative to the underbody structure (16) when a critical impact force introduced into the underrun protection or track scraper (24) is exceeded, energy consumption elements (25, 25 ', 26) are provided, which are arranged and designed such that upon displacement of the underrun protection or Bahnräumers (24) relative to the underbody structure (16) of the fiber composite material of the energy absorbing elements (25, 25', 26) with simultaneous degradation of at least a part of the impact force transmission in the underrun protection or Bahnräumer (24) initiated impact energy is non-ductile destroyed.
35. Fahrzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Strukturelemente (10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16) vorzugsweise stoffschlüssig miteinander fest verbunden, insbesondere verklebt sind.35. Vehicle head according to one of the preceding claims, wherein the first structural elements (10, 10 ', 11, 12, 12', 14, 15, 16) are preferably firmly bonded together, in particular glued together.
36. Fahrzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Frontscheibe vorgesehen ist, die zumindest teilweise an der selbst- tragenden Struktur des Fahrzeugkopfes (100) befestigt ist, wobei die Frontscheibe mindestens ein inneres und mindestens ein äußeres durchsichtiges Flächenelement aufweist, die beabstandet voneinander unter Ausbildung eines Zwischenraumes angeordnet sind, wobei sich in dem Zwischenraum ein durchsichtiges Energieverzehrelement, insbesondere ein durchsichtiger Energieab- sorptionsschaum befindet und/oder wobei sich in einem Randbereich des mindestens einen äußeren und des mindestens einen inneren Flächenelementes in dem Zwischenraum ein weniger durchsichtiges Energieverzehrelement, insbesondere ein Energieabsorptionsschaum befindet.36. Vehicle head according to one of the preceding claims, wherein a windshield is provided which is at least partially attached to the self-supporting structure of the vehicle head (100), wherein the windscreen has at least one inner and at least one outer transparent surface element spaced from each other below Forming an intermediate space are arranged, wherein in the intermediate space a transparent energy absorbing element, in particular a transparent energy sorption foam is and / or wherein in an edge region of the at least one outer and at least one inner surface element in the space a less transparent energy absorbing element, in particular a Energy absorption foam is located.
37. Fahrzeugkopf nach Anspruch 36, wobei das mindestens eine äußere durchsichtige Flächenelement und/oder das mindestens eine innere durchsichtige Flächenelement eine Vielzahl von durchsichtigen Flächenelementen aufweist, die beabstandet voneinander unter Ausbildung einer Vielzahl von Zwischenräumen angeordnet sind, wobei sich in der Vielzahl von Zwischenräumen zumindest in einem Randbereich jeweils ein Verbindungselement, insbesondere ein durchsichtiger Energieabsorptionsschaum befindet.37. Vehicle head according to claim 36, wherein the at least one outer transparent surface element and / or the at least one inner transparent surface element has a multiplicity of transparent surface elements which spaced from each other to form a plurality of intermediate spaces are arranged, wherein in each case a connecting element, in particular a transparent energy absorption foam is in the plurality of spaces at least in an edge region.
38. Verwendung eines Fahrzeugkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 37 bei einem spurgeführten Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug.38. Use of a vehicle head according to one of claims 1 to 37 in a track-guided vehicle, in particular rail vehicle.
39. Spurgeführtes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, welches einen an seiner Stirnseite befestigten Fahrzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 37 aufweist. 39. Track-guided vehicle, in particular rail vehicle, which has a vehicle head fastened on its front side according to one of claims 1 to 37.
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