EP2694348B1 - Schienenfahrzeug mit verformungszone - Google Patents

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EP2694348B1
EP2694348B1 EP12718608.8A EP12718608A EP2694348B1 EP 2694348 B1 EP2694348 B1 EP 2694348B1 EP 12718608 A EP12718608 A EP 12718608A EP 2694348 B1 EP2694348 B1 EP 2694348B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
deformation
cross member
rail vehicle
force
transmission element
Prior art date
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Active
Application number
EP12718608.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2694348A1 (de
Inventor
Philipp HEINZL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Publication of EP2694348A1 publication Critical patent/EP2694348A1/de
Application granted granted Critical
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B61D15/06—Buffer cars; Arrangements or construction of railway vehicles for protecting them in case of collisions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/06—End walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL 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
    • B61F1/00—Underframes
    • B61F1/08—Details
    • B61F1/10—End constructions

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a deformation zone.
  • a rail vehicle having the features defined in the preamble of claim 1 is known from DE-A-197 57 917 known.
  • the aim of these improvement measures is to absorb the impact energy such that defined deformable crumple zones convert this energy into deformation energy, thereby reducing the burden on the people in the vehicle and that the survival spaces in the vehicle are not deformed too much, in order to reduce the probability of injury to the vehicle To reduce people in the vehicle.
  • large areas of the rail vehicle structure can be designed so that they can absorb the deformation energy targeted or special crash modules are placed on the front and rear structure of the rail vehicle.
  • the latter is advantageous because repair after a collision is facilitated by the easy accessibility of these crash modules.
  • rail vehicles can be easily dimensioned for specific coupling or end cross member pressures.
  • crash modules for receiving the deformation energy.
  • a combination of the requirements for a high static clutch or end cross member pressure and a crash behavior, which allows a low load for the passengers, is not yet satisfactorily solved for structurally integrated deformation zones.
  • the static design and test loads must not lead to any plastic deformation of the components, in particular the crash elements, on the other hand, a planned plastic deformation behavior of the crash elements is to ensure at a slightly above the static design loads lying force level. This is only very inadequately possible with the solutions according to the prior art.
  • the invention is therefore based on the object to provide a rail vehicle with deformation zone, which on the one hand can withstand very high axial compressive forces, on the other hand should have a good deformation behavior in case of accidents.
  • the basic idea of the invention lies in the fact that the at least one deformation element is arranged such that the plastic deformation of the at least one deformation element, which is decisive for energy dissipation, does not occur until the force transmission element collapses, that the at least one force transmission element is constructed of plates arranged in an X shape, and that the section line of the x-shaped plates of the power transmission element is arranged transversely to the vehicle longitudinal direction.
  • the advantage can be achieved to realize a rail vehicle which is able to safely withstand certain longitudinal forces (clutch pressure, buffer pressure, end cross member pressure), on the other hand has an energy dissipating deformation behavior, which reduces the forces acting on the passengers forces in a collision.
  • the force transmission element according to the invention is to be designed so that it has sufficient strength in the vehicle longitudinal direction to transmit all operating and testing forces safely between the end cross member and another cross member can.
  • the essential Property of this power transmission element is that it is dimensioned so that once the failure load is exceeded, this force transmission element collapses so that it no longer provides significant resistance to further deformation. This behavior can be achieved, for example, by the fact that strength-giving components buckle in case of failure, since a much lower force is required for a buckling deformation than for a compression or tension deformation.
  • the power transmission element after its failure in the subsequent energy dissipation only extremely low part. This energy dissipation can therefore take place in the deformation elements provided for this purpose.
  • the power transmission element is designed by an X-shaped arrangement of plates, wherein the force introduction takes place via respective opposite sides of this X-shaped plate assembly.
  • the line of intersection of the plates is arranged transversely to the direction of force, since such a secure buckling of the plates takes place.
  • the arrangement of the cutting line in the direction of force would lead to a component whose force-displacement diagram has a very high level of force during plastic deformation over the entire deformation path and can not be used as a force transmission element for the subject invention.
  • An embodiment of the power transmission element provides to carry out the individual plates, which form the substantially X-shaped force transmission element, each having a different thickness.
  • the advantage can be achieved to be able to set the failure load and the direction of the buckling of the plates very accurately.
  • Such Arrangement can be well designed with computer assisted simulation in terms of its strength (failure load) as well as its plastic deformation behavior.
  • a deformation zone according to the invention can be provided on all common types of rail vehicle, the use is particularly possible both at vertical ends of the car and at the ends of the car with an oblique or rounded front.
  • the arrangement of Deformation elements also above the end cross member advantageous because at this point usually sufficient space for deformation elements is present.
  • deformation element As a deformation element all common deformation elements can be used, especially those of an aluminum honeycomb construction. Likewise, deformation elements made of a metal foam can be used.
  • the present invention is particularly well suited for rail vehicles which are to be approved in the USA, since the relevant standards provide the introduction of beaulibils member on the end cross member or the Wagenendpatented and thus can not be provided at the end of the car deformation elements, as these are not the test forces can resist.
  • Fig.1 shows by way of example and schematically a rail vehicle with deformation zone according to the prior art in a plan view. It is shown a vehicle end of a rail vehicle having at its end an end cross member EQT. At this end cross member EQT attack the longitudinal forces, this end cross member EQT is dimensioned accordingly and optionally equipped with fasteners for receiving buffers, couplings, etc .. In the direction of the carriage center, a further cross member QT is arranged, in which the longitudinal forces absorbed by the end cross member EQT are conducted. This cross member QT is typically provided between the longitudinal members arranged longitudinally in the vehicle longitudinal direction and forwards the transmitted from the end cross member EQT longitudinal forces to the base.
  • the cross member QT is part of a reinforced end of the car, as is common in rail vehicles.
  • a deformation zone VZ is provided between the end cross member EQT and the cross member QT .
  • deformation elements VE are arranged and connected to both the cross member QT and with the end cross member EQT.
  • deformation elements VE intended. These deformation elements have a deformation behavior (force-displacement diagram) as in Figure 5 As shown, they are designed to dissipate the kinetic energy in an impact. According to this prior art embodiment, the deformation elements must transmit all operating and testing forces acting on the end cross member and are to be interpreted accordingly.
  • Fig.2 shows by way of example and schematically a rail vehicle with deformation zone according to the prior art in a side view.
  • Figure 3 shows by way of example and schematically a rail vehicle with deformation zone in a plan view with a force transmission element. It is the principle of a deformation zone according to the invention shown, wherein the rail vehicle as in the in Fig.1 shown example of the prior art is constructed. However, the deformation zone VZ according to the invention is designed entirely differently than in a vehicle according to the prior art.
  • the deformation zone comprises a force transmission element KUE, which is arranged between an end cross member EQT and a cross member QT and which is designed so that it transmits all operating and testing forces safely between the end cross member EQT and another cross member QT.
  • This power transmission element KUE has a force-displacement diagram under load as in Figure 6 shown on.
  • the deformation zone VZ deformation elements VE which are arranged between an end cross member EQT and a cross member QT and which under load a force-displacement diagram as in Figure 5 have shown, so are suitable for energy dissipation in the plastic deformation case.
  • the essential characteristic of these deformation elements VE is that they do not participate in the transmission of static loads.
  • the deformation elements VE are arranged so that they are acted upon only after the failure of the power transmission element KUE with forces. This is achieved in particular by the fact that the deformation elements VE are attached only on one side.
  • the deformation elements VE are attached to the cross member QT, to the end cross member EQT there is a spatial distance with intact power transmission element KUE.
  • FIG. 3 illustrated embodiment shows a power transmission element KUE and two deformation elements VE, other arrangements or numbers of power transmission elements KUE and deformation elements VE are also possible.
  • Figure 4 shows by way of example and schematically a rail vehicle with deformation zone in side view with a force transmission element. It is the embodiment of Figure 3 shown in side view, wherein the deformation elements VE are not shown for simplicity.
  • a power transmission element KUE connects an end cross member EQT with a cross member QT.
  • This power transmission element KUE has a force - distance relationship as it is in Figure 6 is shown. In order to achieve such a force - distance relationship, it is particularly advantageous to build the force transmission element KUE from x-shaped plates and the cutting line to arrange the x-shaped plates of the power transmission element KUE transverse to the vehicle longitudinal direction.
  • Figure 5 shows by way of example and schematically a force - displacement diagram of a deformation element. It is an idealized force - displacement diagram of a typical deformation element VE during plastic deformation.
  • the horizontal axis represents the deformation path x
  • the vertical axis represents the force F acting on the deformation element VE.
  • the course of the force F shows a strongly rising section and a horizontal section following further deformation.
  • the area of this horizontal section, in which a further deformation x occurs at constant force F, represents the area essential for the energy dissipation. If the constructive predetermined maximum deformation is used up, the deformation element VE thus completely compressed, a very steep increase in force occurs and Deformation element VE no longer has an energy-dissipating effect.
  • Figure 6 shows by way of example and schematically an idealized force - displacement diagram of a force transmission element. It is a force - displacement diagram of a typical force transmission element KUE in case of plastic deformation or instability.
  • the horizontal axis represents the deformation path x, the vertical axis represents the force F acting on the force transmission element KUE.
  • force - displacement diagram of a deformation element VE shows the force-displacement curve of a force transmission element KUE after a steep increase in force at the beginning of deformation up to a maximum value of the force F no subsequent horizontal Force curve.
  • Figure 7 shows by way of example and schematically a deformation zone of a rail vehicle according to the prior art. It is a practical embodiment shown, which shows the components of a deformation zone VZ, namely an end cross member EQT, a cross member QT and arranged between these carriers deformation elements VE in an oblique view. This embodiment corresponds to the in Fig.1 strongly abstracted principle shown.
  • Figure 8 shows by way of example and schematically a front of a rail vehicle with a deformation zone according to the invention. It is a practical embodiment of a rail vehicle shown with a deformation zone VZ.
  • the rail vehicle is shown cut in the longitudinal direction.
  • An end cross member EQT forms the front of the rail vehicle and is connected by means of a power transmission element KUE with a cross member QT.
  • the crossmember QT forms with other components (Vertical columns, diagonal columns) a reinforced end of the car, as required, for example, to protect the driver.
  • the deformation elements VE are arranged above the force transmission element KUE or the end cross member EQT.
  • the deformation elements VE are arranged so that they are deformed in a collision between components of the reinforced end of the car and a baffle plate between the half-height front pillars.
  • Figure 9 shows by way of example and schematically a tail of a rail vehicle with deformation zone. It is shown a practical embodiment of a rail vehicle with a deformation zone VZ cut longitudinally. The embodiment shown represents a tail with a through hole. It is, in contrast to the in Figure 8 shown vehicle front, the deformation elements VE arranged in a plane with the end cross member EQT or the cross member QT to allow a smooth passage in another rail vehicle. The deformation elements VE are arranged so that they are deformed in a collision only after the collapse of the power transmission element KUE between the end cross member EQT and the cross member QT.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer Verformungszone. Ein Schienenfahrzeug mit dem im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmalen ist aus der DE-A-197 57 917 bekannt.
    • Stand der Technik
  • Zur Zulassung von Schienenfahrzeugen ist es erforderlich, bestimmte und im Allgemeinen für verschiedene Länder unterschiedliche Normen zu erfüllen. Diese Normen fordern unter anderem den Nachweis, dass das Schienenfahrzeug einer bestimmten Längskraft (Kupplungsdruck, Pufferdruck, Druck auf Endquerträger) beschädigungsfrei widerstehen kann. Die für Europa gültige Norm UIC-566 fordert beispielsweise einen nachzuweisenden Kupplungsdruck von 2000kN, die für die USA gültige Norm fordert 3558kN (800kip).
  • In neuerer Zeit wurde auch die passive Sicherheit von Passagierschienenfahrzeugen zu einem Ziel technischer Verbesserungsmaßnahmen. Das Ziel dieser Verbesserungsmaßnahmen ist es, die Aufprallenergie so aufzunehmen, dass definiert verformbare Knautschzonen diese Energie in Verformungsenergie wandeln und dabei die Belastungen für die Personen im Fahrzeug reduziert werden sowie, dass die Überlebensräume im Fahrzeug nicht zu stark verformt werden, um die Verletzungswahrscheinlichkeit für die Personen im Fahrzeug zu reduzieren.
  • Zu diesem Zweck können einerseits großflächige Bereiche der Schienenfahrzeugstruktur so gestaltet werden, dass sie die Verformungsenergie gezielt aufnehmen können oder es werden spezielle Crashmodule auf die Front- und Heckstruktur des Schienenfahrzeugs aufgesetzt. Letzteres ist vorteilhaft, da eine Reparatur nach einem Zusammenstoß durch die leichte Zugänglichkeit dieser Crashmodule vereinfacht wird.
  • Gemäß dem Stand der Technik können Schienenfahrzeuge leicht auf bestimmte Kupplungs- bzw. Endquerträgerdrücke dimensioniert werden. Ebenso gelingt es, geeignete Crashmodule zur Aufnahme der Verformungsenergie vorzusehen. Eine Kombination der Forderungen nach einem hohen statischen Kupplungs- bzw. Endquerträgerdruck und nach einem Crashverhalten, welches eine niedrige Belastung für die Fahrgäste erlaubt, ist für strukturell integrierte Verformungszonen noch nicht zufriedenstellend gelöst. Einerseits dürfen die statischen Auslegungs- und Prüflasten zu keiner plastischen Verformung der Bauteile, insbesondere der Crashelemente führen, andererseits ist ein planmäßiges plastisches Verformungsverhalten der Crashelemente bei einem unwesentlich über den statischen Auslegungslasten liegenden Kraftniveau sicherzustellen. Dies ist mit den Lösungen gemäß dem Stand der Technik nur sehr unzureichend möglich.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone anzugeben, welches einerseits sehr hohen axialen Druckkräften widerstehen kann, andererseits ein gutes Verformungsverhalten bei Unfällen aufweisen soll.
  • Die Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass das mindestens eine Verformungselement so angeordnet ist, dass die zur Energiedissipation maßgebliche plastische Verformung des mindestens einen Verformungselements erst mit dem Kollabieren des Kraftübertragungselements eintritt, dass das mindestens eine Kraftübertragungselement aus x-förmig angeordneten Platten aufgebaut ist, und dass die Schnittlinie der x-förmig angeordneten Platten des Kraftübertragungselements quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist.
  • Dadurch ist der Vorteil erzielbar, ein Schienenfahrzeug realisieren zu können, welches bestimmten Längskräften (Kupplungsdruck, Pufferdruck, Endquerträgerdruck) sicher zu widerstehen vermag, andererseits ein energiedissipierendes Verformungsverhalten aufweist, welches die auf die Passagiere wirkenden Kräfte bei einem Zusammenstoß vermindert.
  • Das erfindungsgemäße Kraftübertragungselement ist so auszulegen, dass es eine hinreichende Festigkeit in Fahrzeuglängsrichtung aufweist, um alle Betriebs- und Prüfkräfte sicher zwischen dem Endquerträger und einem weiteren Querträger übermitteln zu können. Die wesentliche Eigenschaft dieses Kraftübertragungselements ist, dass es so dimensioniert ist, dass, sobald die Versagenslast überschritten ist, dieses Kraftübertragungselement so kollabiert, dass es der weiteren Verformung keinen wesentlichen Widerstand mehr entgegenstellt. Dieses Verhalten kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass festigkeitsgebende Bauteile im Versagensfall ausknicken, da für eine Knickverformung eine wesentlich niedrigere Kraft erforderlich ist als für eine Druck- oder Zugverformung. Dadurch nimmt das Kraftübertragungselement nach seinem Versagen an der darauffolgenden Energiedissipation nur mehr äußerst gering teil. Diese Energiedissipation kann daher in den dafür vorgesehenen Verformungselementen erfolgen.
  • Das Kraftübertragungselement ist durch eine X-förmige Anordnung von Platten gestaltet, wobei die Krafteinbringung über jeweils gegenüberliegende Seiten dieser X-förmigen Plattenanordnung erfolgt. Die Schnittlinie der Platten ist quer zur Kraftrichtung angeordnet, da solcherart ein sicheres Ausknicken der Platten erfolgt. Die Anordnung der Schnittlinie in Kraftrichtung würde hingegen zu einem Bauteil führen, dessen Kraft - Weg Diagramm bei plastischer Verformung über den gesamten Verformungsweg ein sehr hohes Kraftniveau aufweist und für gegenständliche Erfindung nicht als Kraftübertragungselement eingesetzt werden kann.
  • Eine Ausführungsform des Kraftübertragungselements sieht vor, die einzelnen Platten, welche das im Wesentlichen X-förmige Kraftübertragungselement bilden, mit jeweils unterschiedlicher Dicke auszuführen. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, die Versagenslast und die Richtung des Ausknickens der Platten sehr genau einstellen zu können. Eine solche Anordnung kann mit computerunterstützer Simulation in Bezug auf ihre Festigkeit (Versagenslast) sowie ihres plastisches Verformungsverhalten gut ausgelegt werden.
  • Weiters ist es empfehlenswert, eine Platte dieser X-förmigen Anordnung einstückig und mit einer größeren Dicke auszuführen als die beiden anderen Platten. Dadurch kann die Versagenslast genauer eingestellt werden.
  • Weiters ist es vorteilhaft, diese X-förmige Anordnung von Platten aus mehreren, insbesondere aus drei Platten zusammenzusetzen. Solcherart können die Versagenslast und das Knickverhalten besonders genau eingestellt werden.
  • Es ist empfehlenswert, die Platten an der Schnittlinie der Platten zu verbinden, wobei eine Schweißverbindung besonders vorteilhaft ist.
  • Mit der hier dargestellten Erfindung gelingt es, die Festigkeitsauslegung eines Schienenfahrzeugs für statische Lasten und die Crashtauglichkeitsauslegung für Unfalllasten (mit großen plastischen Verformungen) praktisch und im Wesentlichen getrennt voneinander vornehmen zu können, da insbesondere die Verformungselemente von der Übertragung statischer Lasten befreit und ausschließlich in Hinsicht auf die Verformung bei einem Zusammenstoß hin optimiert werden können.
  • Eine erfindungsgemäße Verformungszone kann an allen gebräuchlichen Schienenfahrzeugtypen vorgesehen werden, wobei der Einsatz insbesondere sowohl an senkrechten Wagenenden als auch an Wagenenden mit schräger oder abgerundeter Front möglich ist. In zweiterem Fall ist die Anordnung der Verformungselemente auch oberhalb des Endquerträgers vorteilhaft, da an dieser Stelle meist ausreichend Bauraum für Verformungselemente vorhanden ist. An senkrechten Wagenenden, beispielsweise bei Wagen mit einer Durchgangsöffnung, sind die Verformungselemente in der Ebene des Endquerträgers, bzw. des Querträgers, d.h. zwischen diesen Trägern anzuordnen.
  • Als Verformungselement können alle gebräuchlichen Verformungselemente eingesetzt werden, insbesondere auch solche aus einer Aluminiumwabenkonstruktion. Ebenso sind Verformungselemente aus einem Metallschaum einsetzbar.
  • Gegenständliche Erfindung ist besonders gut für Schienenfahrzeuge geeignet, welche in den USA zugelassen werden sollen, da die relevanten Normen das Einbringen der Prüflängskräfte über die Endquerträger bzw. die Wagenendstruktur vorsehen und somit keine an das Wagenende aufgesetzten Verformungselemente vorgesehen werden können, da diese den Prüfkräften nicht widerstehen können.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen beispielhaft:
    • Fig.1 Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik - Aufsicht.
    • Fig.2 Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik - Seitenansicht.
    • Fig.3 Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone, Kraftübertragungselement.
    • Fig.4 Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone, Kraftübertragungselement, Seitenansicht.
    • Fig.5 Kraft - Weg Diagramm eines Verformungselements.
    • Fig.6 Kraft - Weg Diagramm eines Kraftübertragungselements.
    • Fig.7 Eine Verformungszone eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.
    • Fig.8 Front eines Schienenfahrzeugs mit Verformungszone.
    • Fig.9 Heck eines Schienenfahrzeugs mit Verformungszone.
    Ausführung der Erfindung
  • Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik in einer Aufsicht. Es ist ein Fahrzeugende eines Schienenfahrzeugs dargestellt, welches an seinem Ende einen Endquerträger EQT aufweist. An diesen Endquerträger EQT greifen die Längskräfte an, dazu ist dieser Endquerträger EQT entsprechend dimensioniert und gegebenenfalls mit Befestigungsmitteln zur Aufnahme von Puffern, Kupplungen, etc ausgestattet. In Richtung der Wagenmitte ist ein weiterer Querträger QT angeordnet, in welchen die von dem Endquerträger EQT aufgenommenen Längskräfte geleitet werden. Dieser Querträger QT ist typischerweise zwischen den in Fahrzeuglängsrichtung außen angeordneten Längsträgern vorgesehen und leitet die von dem Endquerträger EQT übermittelten Längskräfte an das Untergestell weiter. Der Querträger QT ist ein Bestandteil eines verstärkten Wagenendes, wie es bei Schienenfahrzeugen gebräuchlich ist. Zwischen dem Endquerträger EQT und dem Querträger QT ist eine Verformungszone VZ vorgesehen. In dieser Verformungszone VZ sind Verformungselemente VE angeordnet und sowohl mit dem Querträger QT als auch mit dem Endquerträger EQT verbunden. In dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Verformungselemente VE vorgesehen. Diese Verformungselemente weisen ein Verformungsverhalten (Kraft-Weg Diagramm) wie in Fig.5 gezeigt auf, sie sind also zur Dissipation der kinetischen Energie bei einem Aufprall vorgesehen. Gemäß dieser, dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsform müssen die Verformungselemente alle Betriebs- und Prüfkräfte, welche auf den Endquerträger wirken, übertragen und sind dementsprechend auszulegen.
  • Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik in einer Seitenansicht.
  • Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone in einer Aufsicht mit einem Kraftübertragungselement. Es ist das Prinzip einer erfindungsgemäßen Verformungszone dargestellt, wobei das Schienenfahrzeug wie in dem in Fig.1 gezeigten Beispiel zum Stand der Technik aufgebaut ist. Die erfindungsgemäße Verformungszone VZ ist jedoch gänzlich anders gestaltet als bei einem Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik. Die Verformungszone umfasst ein Kraftübertragungselement KUE, welches zwischen einem Endquerträger EQT und einem Querträger QT angeordnet ist und welches so gestaltet ist, dass es alle Betriebs- und Prüfkräfte sicher zwischen dem Endquerträger EQT und einem weiteren Querträger QT übermittelt. Dieses Kraftübertragungselement KUE weist bei Belastung ein Kraft-Weg Diagramm wie in Fig.6 dargestellt auf. Weiters umfasst die Verformungszone VZ Verformungselemente VE, welche zwischen einem Endquerträger EQT und einem Querträger QT angeordnet sind und welche bei Belastung ein Kraft-Weg Diagramm wie in Fig.5 dargestellt aufweisen, sich also zur Energiedissipation im plastischen Verformungsfall eignen. Die wesentliche Eigenschaft dieser Verformungselemente VE ist, dass sie an der Übertragung statischer Lasten nicht teilnehmen. Dazu sind die Verformungselemente VE so angeordnet, dass sie erst nach dem Versagen des Kraftübertragungselements KUE mit Kräften beaufschlagt werden. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass die Verformungselemente VE nur einseitig befestigt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verformungselemente VE an dem Querträger QT befestigt, zu dem Endquerträger EQT besteht bei intaktem Kraftübertragungselement KUE ein räumlicher Abstand.
  • Das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Kraftübertragungselement KUE und zwei Verformungselemente VE, andere Anordnungen bzw. Anzahlen von Kraftübertragungselementen KUE und Verformungselementen VE sind jedoch auch möglich.
  • Insbesondere ist es prinzipiell ebenfalls möglich, einzelne Verformungselemente VE durch beidseitiges Anbringen an den Endquerträger EQT und den Querträger QT auch an der Übertragung von Längskräften zu beteiligen.
  • Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone in Seitenansicht mit einem Kraftübertragungselement. Es ist das Ausführungsbeispiel aus Fig.3 in Seitenansicht dargestellt, wobei die Verformungselemente VE zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Ein Kraftübertragungselement KUE verbindet einen Endquerträger EQT mit einem Querträger QT. Dieses Kraftübertragungselement KUE weist einen Kraft - Weg Zusammenhang auf, wie er in Fig.6 dargestellt ist. Zur Erzielung eines solchen Kraft - Weg Zusammenhangs ist es besonders vorteilhaft das Kraftübertragungselement KUE aus x-förmig angeordneten Platten aufzubauen und die Schnittlinie der x-förmig angeordneten Platten des Kraftübertragungselements KUE quer zur Fahrzeuglängsrichtung anzuordnen.
  • Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch ein Kraft - Weg Diagramm eines Verformungselements. Es ist ein idealisiertes Kraft - Weg Diagramm eines typischen Verformungselements VE bei plastischer Verformung dargestellt. Die waagrechte Achse stellt den Verformungsweg x dar, die senkrechte Achse stellt die auf das Verformungselement VE wirkende Kraft F dar. Der Verlauf der Kraft F zeigt einen stark ansteigenden Abschnitt und einen bei weiterer Verformung anschließenden waagrechten Abschnitt auf. Der Bereich dieses waagrechten Abschnitts, bei welchem eine weitere Verformung x bei konstanter Kraft F auftritt, stellt den für die Energiedissipation wesentlichen Bereich dar. Ist der konstruktiv vorgegebene maximale Verformungsweg aufgebraucht, das Verformungselement VE also komplett gestaucht, tritt ein sehr steiler Kraftanstieg auf und das Verformungselement VE weist keine energiedissipierende Wirkung mehr auf.
  • Fig.6 zeigt beispielhaft und schematisch ein idealisiertes Kraft - Weg Diagramm eines Kraftübertragungselements. Es ist ein Kraft - Weg Diagramm eines typischen Kraftübertragungselements KUE bei plastischer Verformung bzw. Instabilität dargestellt. Die waagrechte Achse stellt den Verformungsweg x dar, die senkrechte Achse stellt die auf das Kraftübertragungselement KUE wirkende Kraft F dar. Im Gegensatz zu dem in Fig.5 gezeigten Kraft - Weg Diagramm eines Verformungselements VE zeigt der Kraft-Weg Verlauf eines Kraftübertragungselements KUE nach einem steilen Kraftanstieg bei beginnender Verformung bis zu einem maximalen Wert der Kraft F keinen anschließenden waagrechten Kraftverlauf. Die wesentliche Eigenschaft eines Kraftübertragungselements KUE, einerseits eine bestimmte maximale Kraft sicher übertragen zu können, aber bei einem Überschreiten dieser maximalen Kraft (ggf. um einen bestimmten Sicherheitsfaktor erhöht) zu kollabieren und der weiteren Verformung keinen wesentlichen Widerstand mehr entgegenzusetzen ist in Fig.6 dargestellt. Nach dem Überschreiten einer bestimmten maximalen Kraft F erfolgt die weitere Verformung bei einem wesentlich niedrigeren, im Verhältnis zur maximalen Kraft F praktisch vernachlässigbaren Kraftniveau. Erst wenn der konstruktiv vorgegebene maximale Verformungsweg aufgebraucht ist, das Kraftübertragungselement KUE also komplett gestaucht ist, tritt ein sehr steiler Kraftanstieg auf.
  • Fig.7 zeigt beispielhaft und schematisch eine Verformungszone eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Es ist ein praktisches Ausführungsbeispiel dargestellt, welches die Bauteile einer Verformungszone VZ, namentlich einen Endquerträger EQT, einen Querträger QT und zwischen diesen Trägern angeordnete Verformungselemente VE in einer Schrägansicht zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem in Fig.1 stark abstrahiert gezeigten Prinzip.
  • Fig.8 zeigt beispielhaft und schematisch eine Front eines Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Verformungszone. Es ist ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Schienenfahrzeugs mit einer Verformungszone VZ dargestellt. Das Schienenfahrzeug ist in Längsrichtung geschnitten dargestellt. Ein Endquerträger EQT bildet die Front des Schienenfahrzeugs und ist mittels eines Kraftübertragungselements KUE mit einem Querträger QT verbunden. Der Querträger QT bildet mit weiteren Bauteilen (Vertikalsäulen, Schrägsäulen) ein verstärktes Wagenende, wie es beispielsweise zum Schutz des Fahrpersonals erforderlich ist. In dem gezeigten Beispiel einer Fahrzeugfront sind die Verformungselemente VE über dem Kraftübertragungselement KUE bzw. dem Endquerträger EQT angeordnet. Die Verformungselemente VE sind so angeordnet, dass sie bei einem Zusammenstoß zwischen Bauteilen des verstärkten Wagenendes und einer Prallplatte zwischen den halbhohen Frontsäulen verformt werden.
  • Fig.9 zeigt beispielhaft und schematisch ein Heck eines Schienenfahrzeugs mit Verformungszone. Es ist ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Schienenfahrzeugs mit einer Verformungszone VZ in Längsrichtung geschnitten dargestellt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt ein Heck mit einer Durchgangsöffnung dar. Dabei ist es, im Gegensatz zu der in Fig.8 dargestellten Fahrzeugfront erforderlich, die Verformungselemente VE in einer Ebene mit dem Endquerträger EQT bzw. dem Querträger QT anzuordnen, um einen ebenen Durchgang in ein weiteres Schienenfahrzeug zu ermöglichen. Die Verformungselemente VE sind so angeordnet, dass sie bei einem Zusammenstoß erst nach dem Kollabieren des Kraftübertragungselements KUE zwischen dem Endquerträger EQT und dem Querträger QT verformt werden.
    • Liste der Bezeichnungen
    • VZ
    Verformungszone
    QT
    Querträger
    EQT
    Endquerträger
    VE
    Verformungselement
    KUE
    Kraftübertragungselement
    F
    Kraft
    x
    Verformungsweg

Claims (3)

  1. Schienenfahrzeug mit Verformungszone, umfassend wenigstens einen an einem stirnseitigen Ende vorgesehenen Endquerträger (EQT) und mindestens einen weiteren Querträger (QT), einer zwischen dem Endquerträger (EQT) und dem Querträger (QT) vorgesehenen Verformungszone (VZ), und mindestens ein Verformungselement (VE), wobei der Endquerträger (EQT) mittels mindestens einem Kraftübertragungselement (KUE) mit dem Querträger (QT) verbunden ist, welches Längsdruckkräfte bis zu einem bestimmten Wert unter elastischer Verformung überträgt und bei Überschreiten dieses bestimmten Werts kollabiert, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verformungselement (VE) so angeordnet ist, dass die zur Energiedissipation maßgebliche plastische Verformung des mindestens einen Verformungselements (VE) erst mit dem Kollabieren des Kraftübertragungselements (KUE) eintritt und dass das mindestens eine Kraftübertragungselement (KUE) aus x-förmig angeordneten Platten aufgebaut ist und dass die Schnittlinie der x-förmig angeordneten Platten des Kraftübertragungselements (KUE) quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist.
  2. Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verformungselement (VE) zwischen dem Endquerträger (EQT) und dem Querträger (QT) angeordnet ist.
  3. Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verformungselement (VE) zwischen Bauteilen eines verstärkten Wagenendes und der Fahrzeugfront angeordnet ist.
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