EP3771610B1 - Hülsenpuffer mit mechanischem widerstrand bei teleskopierbewegung - Google Patents

Hülsenpuffer mit mechanischem widerstrand bei teleskopierbewegung Download PDF

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EP3771610B1
EP3771610B1 EP19188900.5A EP19188900A EP3771610B1 EP 3771610 B1 EP3771610 B1 EP 3771610B1 EP 19188900 A EP19188900 A EP 19188900A EP 3771610 B1 EP3771610 B1 EP 3771610B1
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EP
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sleeve
elongate portions
buffer
elongate
guide parts
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Falk Schneider
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G11/00—Buffers
    • B61G11/16—Buffers absorbing shocks by permanent deformation of buffer element

Definitions

  • the invention relates to a sleeve buffer for movable or fixed support structures according to the preamble of claim 1.
  • a so-called absorber buffer in which a sleeve is provided in a recess in a fastening plate for fastening to the support structure.
  • cutting tools are provided which are attached to the fastening plate and act on the sleeve.
  • the prior art discloses the FR 2 789 358 A1 Sleeve buffers, which also have consumable elements and tools that machine them, for the purpose of dissipating energy when the normal operational forces are exceeded. These consumable elements and the tools that machine them if necessary are each arranged recessed in an immersion opening in the support structure, on which the sleeve buffer is mounted on the outside.
  • the FR 2 775 240 A1 discloses sleeve buffers, with guide and deformation structures that deform when the normal operational forces are exceeded, as well as penetration openings in the relevant support structures, into which the sleeve buffer can immerse in accordance with the length of the guide and deformation structures reduced by the deformation to compensate for the length.
  • the EP 1 740 435 A0 also discloses sleeve buffers, with structures that deform or break at predetermined breaking points when the normal operational forces are exceeded.
  • the object of the invention is to be able to provide a sleeve buffer that can be used as universally as possible for support structures of different types and with different requirements and still offers a high level of safety.
  • the task is, based on a sleeve buffer of the type mentioned, solved by the characterizing features of claim 1.
  • the invention relates to a sleeve buffer for movable or fixed support structures, in particular rail vehicles.
  • a fixed support structure is, for example, a buffer block that represents the end of a track and is intended to prevent a rail vehicle from rolling beyond this area and possibly derailing.
  • Movable support structures are usually rail vehicles such as locomotives, freight cars, passenger cars or the like.
  • the sleeve buffer according to the invention is telescopic and comprises a first and a second guide part in the form of a sleeve and a plunger, and optionally also several guide parts.
  • the sleeve and plunger have different diameters so that they can be pushed into one another in the event of an impact, i.e. they are telescopic.
  • the sleeve can be fixed in place on a support structure.
  • the relative displacement between sleeve and plunger during the telescoping movement occurs accordingly in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the corresponding sleeve buffers are often referred to as side buffers due to their arrangement on the (vehicle) support structure.
  • a structure forming a mechanical resistance is provided in order to brake the telescoping movement during the telescoping movement of the guide parts and/or the elongated sections.
  • Such mechanical resistance to energy dissipation offers several advantages.
  • the mechanical resistance is used in a telescoping sleeve buffer, in such a way that the telescoping movement is also inhibited.
  • diving into the support structure can be avoided.
  • a mechanical resistance can be chosen so that it allows scalability, so that use on different rail vehicles or support structures of different sizes can be made possible.
  • a mechanical resistance can be provided which hinders telescoping movement between the first and second guide parts when the triggering force is exceeded.
  • the telescoping movement of the elongated sections of a guide part can also be braked once the triggering force has been reached.
  • cutting tools can be considered as structures forming mechanical resistance.
  • these tools When the triggering force is exceeded, these tools are brought into contact with a structure of the sleeve buffer, so that the structure of the sleeve buffer is damaged as a result of the impact effect. If the energy during the impact is sufficient, the cutting tool is pushed forward and its machining process consumes part of the energy.
  • This embodiment has in particular the The advantage is that very good scalability is possible.
  • the area over which the tool engages in the structure during machining can be selected.
  • the penetration depth can also be varied.
  • a plastically deformable barrier in particular a web or a bolt, which is arranged as an obstacle in the path of the guide part or elongated section to be deformed during the telescopic movement can also be considered as mechanical resistance.
  • the mechanical resistance may correlate with the thickness of the component to be deformed or with regard to the material selection for the barrier.
  • the bolt can also be made of a special material to adjust the resistance. Consequently, a certain scalability is enabled.
  • the scaling can also be adjusted by providing multiple bolts to increase resistance.
  • the structure forming a mechanical resistance can be arranged so that during telescoping movements of the elongated sections, the cutting tool or tools perform machining perform/carry out one of the elongated sections.
  • the elongated sections are generally only moved relative to one another when the triggering force is exceeded, in that the elongated sections are connected to one another via predetermined breaking connections, which only break when the triggering force is reached. The machining can then take place.
  • the cutting tool can also be arranged on one of the guide parts in such a way that it processes the other guide part when the triggering force is exceeded.
  • the tool is arranged on the ram and processes the sleeve.
  • This embodiment of the invention can have the advantage over the variant in which an elongated section is machined that no section is affected in its structure, which is constantly in the flow of force for support. For example, if the plunger is divided into several elongated sections, these can support each other until a certain force is reached.
  • a spring that is in the flow of force is often supported on one of the elongated sections. If the structure of an elongated section is impaired by machining, the flow of force can be impaired if the structure breaks, for example.
  • the structure forming a mechanical resistance can also be arranged in such a way that it engages with a guide part or one of the elongated sections, ie there is a mechanical coupling between the parts, which only leads to a plastic deformation when the triggering force is exceeded. It is also conceivable that the structure forming mechanical resistance is mounted in such a way that a certain freedom of movement is still possible (support with play is provided) and energy consumption can only take place from a certain trigger force or with a certain deflection / telescoping movement. This can advantageously support the fact that a certain degree of elasticity must be provided; As part of the normal buffer stroke, no machining takes place and the tool can move freely in the storage. The tool only engages with a structure once the triggering force has been reached.
  • the inner or outer casing of a guide part or elongated section When telescoping, it may be possible, for example, for the inner or outer casing of a guide part or elongated section to be machined. Machining the inner casing generally has the advantage that no chips fly away due to the high speed and may pose a danger to people in the area or damage objects in the area.
  • the sleeve buffer according to the invention comprises at least two guide parts, a plunger and a sleeve. So that they can be telescoped into one another, the inside diameter of one of the guide parts is larger than the outside diameter of the other guide part. In particular, the inside diameter of the sleeve is larger than the outside diameter of the plunger, so that it can be inserted into the sleeve.
  • the internal guide part with a smaller diameter can also be constructed from elongated sections arranged one behind the other.
  • the outer guide part consists of elongated parts arranged one behind the other sections. If the triggering force is now exceeded, various scenarios are conceivable.
  • the selected geometries can be dimensioned such that in the course of the displacement movement of the plunger, the predetermined breaking connections are torn off first. Following this, for example, deformations of other structures such as a deformation of the sleeve, a bolt, a deformation by a tool or the like can be provided for additional energy consumption.
  • individual elongated sections are pushed telescopically into one another, they preferably have a cylindrical shape, which is also advantageous for absorbing transverse forces and has a comparatively high bending moment.
  • Telescopically movable elongated sections which are connected via predetermined breaking connections, can be viewed as a one-piece component or guide part.
  • the inside diameter of the space into which the section is pushed is, from a certain point, smaller than the outside diameter of the section to be moved.
  • Deformation is also necessary here during the telescopic movement in order to completely push the components into one another. This results in energy consumption.
  • such an embodiment can be manufactured comparatively simply by strengthening the wall or simply making it thicker.
  • a comparatively high energy consumption is made possible.
  • one of the elongated sections is provided with recesses or slots so that controlled deformation can take place more easily and in a more targeted manner.
  • the force transmission member is always in the flow of force during the telescopic movement, even if the triggering force is exceeded.
  • the force transmission member which can be designed in particular as a spring, can always absorb and store a certain amount of energy (elastic pushing together of the buffer during normal buffer stroke). In a (partially) inelastic collision, energy is consumed, for example as a result of deformation or as thermal energy.
  • the force transmission member ensures a certain level of support between the buffer plate, to which a force is transmitted during an impact, and the support structure.
  • a mechanical coupling in the longitudinal direction between elongated sections or a coupling to one of the guide parts can continue to exist even after the predetermined breaking connections have been torn off.
  • the elongated sections can slide past each other, but the guide points are in mechanical contact with one another in such a way that there is increased friction, which results in further energy consumption.
  • the sections can, for example, have projections that come into contact with the inner walls.
  • the cutting tool can be designed as a ring which includes at least one cutting edge, the ring in particular being not connected insert is stored or floating.
  • the ring can therefore be manufactured as a separate component and it is not necessary to integrate the cutting tools in one of the sections or one of the guide parts.
  • the guide part can be designed in such a way that after the triggering force has been exceeded, it is shortened by controlled deformation under a high, essentially constant force. This means that energy consumption can take place in a comparatively controlled form. In principle, the course of events in the event of a collision is difficult to predict; Nevertheless, the framework conditions can be created in order to at least achieve energy consumption that is as consistent as possible.
  • Figure 1 shows a sleeve buffer 1 with a plunger 2 and a sleeve 3, the plunger 2 being mounted as the first guide part in the sleeve 3 as the second guide part.
  • the plunger 2 is partially accommodated in the sleeve 3, with both guide parts 2, 3 overlapping over a certain coverage length 4.
  • This overlap 4 means, among other things, that any transverse forces that may occur in the event of an impact can be absorbed.
  • the sleeve 3 in turn is firmly connected to the support structure 5.
  • the plunger 2 ends with a ring 6, which is provided with cutting tools 7.
  • the tools 7 are arranged on the circumference of the ring 6.
  • the floating ring is in contact with an elongated section 8 in which a spring 9 is mounted.
  • This spring 9 is permanently in the flow of force: If a force acts on the buffer plate 10 as a result of a shock, the plunger 2 connected to the buffer plate 10 presses on the ring 6 and in turn transmits a force to the section 8 and thus also to the spring 9 , which in turn is supported on the support structure 5. As long as the tools 7 do not reach the bolts 11 when the sleeve buffer 1 is compressed, which does not occur in the area of the normal buffer stroke, the shock can be absorbed essentially elastically via the spring 9 alone. After the force is lifted, the plunger 2 is pushed away from the support structure 5 again and reaches its original position.
  • the sleeve 3 is provided with a recess 12 in the area of the tools 7, so that the tools 7 are mounted with play in this area and can be moved in the direction of the longitudinal axis without machining.
  • the sleeve 3 is in the area 3a are also thicker, so that the tools 7 cut into the material of the sleeve 3 in the area 3a after the bolt 11 has been separated or shielded. From this point onwards, the intended energy consumption takes place.
  • the section 8 is provided with projections 13 so that these can guide the section in the areas 3a since they rest on the inner wall.
  • the ring 6 can also be designed in such a way that a certain force is sufficient to cause the section 8 to break through the ring 6. This measure also results in further energy consumption.
  • the plunger 2 is designed in the area 2a so that its inner diameter tapers. If section 8 hits this area, it experiences further mechanical resistance, which contributes to energy dissipation.
  • the sleeve buffers 21, 31 according to Figures 2 , 3 are equipped with predetermined breaking connections S.
  • a sleeve buffer 31 is sketched, which differs from the variant according to Figure 2 the extension sleeve 38 is processed as an elongated section and thus, in addition to a breakage of the predetermined breaking connections S when the triggering force is exceeded, leads to energy consumption.
  • the tools 37 are also attached to the plunger 32, but on its inner surface so that they can hit the extension sleeve 38.
  • the sleeve 33 which is firmly connected to the support structure 35, is not machined.
  • the spring 39 is practically permanently in the flow of force when the sleeve buffer 31 is subjected to a force via the buffer plate T.

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  • Vibration Dampers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hülsenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist aus der WO 16 / 139 596 A1 ein sog. Absorberpuffer bekannt, bei dem eine Hülse in einer Aussparung einer Befestigungsplatte zur Befestigung an der Tragstruktur vorgesehen ist. Um bei einem Zusammenstoß einen Energieverzehr zu ermöglichen, bei dem der Puffer geopfert wird, um einen Teil des Stoßes abzufangen und Schädigungen am Schienenfahrzeug reduzieren zu können, sind spanende Werkzeuge vorgesehen, die an der Befestigungsplatte angebracht sind und auf die Hülse einwirken.
  • Im Stand der Technik offenbart die FR 2 789 358 A1 Hülsenpuffer, die ebenfalls Verbrauchselemente und diese spanend bearbeitende Werkzeuge aufweisen, zum Zwecke des Energieverzehrs bei Überschreitung der betriebsüblichen Krafteinwirkungen. Diese Verbrauchselemente und die sie im Bedarfsfall spanend bearbeitenden Werkzeuge sind jeweils in einer Durchtauchöffnung in der Tragstruktur versenkt angeordnet, an welcher der Hülsenpuffer außenseitig montiert ist.
  • Die FR 2 775 240 A1 offenbart Hülsenpuffer, mit sich bei Überschreitung der betriebsüblichen Krafteinwirkungen verformenden Führungs-und Verformungsstrukturen, sowie jeweils Durchtauchöffnungen in den betreffenden Tragstrukturen, in welche der Hülsenpuffer entsprechend der durch die Verformung reduzierten Länge der Führungs-und Verformungsstrukturen zum Längenausgleich eintauchen kann.
  • Die EP 1 740 435 A0 offenbart ebenfalls Hülsenpuffer, mit sich bei Überschreitung der betriebsüblichen Krafteinwirkungen verformenden oder an Sollbruchstellen brechenden Strukturen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hülsenpuffer bereitstellen zu können, der möglichst universell für Tragstrukturen unterschiedlicher Art und mit unterschiedlichen Anforderungen eingesetzt werden kann und dennoch ein hohes Maß an Sicherheit bietet.
  • Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Hülsenpuffer der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Die Erfindung betrifft einen Hülsenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen, insbesondere Schienenfahrzeuge. Bei einer festen Tragstruktur handelt es sich beispielsweise um einen Pufferblock, der den Abschluss eines Gleises darstellt und verhindern soll, dass ein Schienenfahrzeug über diesen Bereich hinaus rollt und gegebenenfalls entgleist. Bei beweglichen Tragstrukturen handelt es sich in der Regel um Schienenfahrzeuge wie Lokomotiven, Güterwagen, Reisezugwagen oder dergleichen. Der erfindungsgemäße Hülsenpuffer ist in sich teleskopierbar und umfasst ein erstes und ein zweites Führungsteil in Form einer Hülse und eines Stößels, gegebenenfalls auch mehrere Führungsteile. Hülse und Stößel besitzen unterschiedliche Durchmesser, sodass diese bei einer Stoßeinwirkung ineinandergeschoben werden können, also teleskopierbar sind. Die Hülse ist ortsfest an einer Tragstruktur befestigbar. Die relative Verschiebung zwischen Hülse und Stößel bei der Teleskopierbewegung erfolgt entsprechend in Fahrzeuglängsrichtung. Die entsprechenden Hülsenpuffer werden aufgrund ihrer Anordnung an der (Fahrzeug-)Tragstruktur oftmals auch als Seitenpuffer bezeichnet.
  • Der Hülsenpuffer erfüllt unter anderem in zweifacher Hinsicht jeweils eine Funktion:
    • Werden zum Beispiel Schienenfahrzeuge, z.B. Wagen, aneinandergekoppelt, so stoßen diese bei sehr geringer Geschwindigkeit im Normalbetrieb zusammen. Die Schienenfahrzeuge besitzen aber in der Regel eine große Masse, sodass ein starker Impuls dabei übertragen wird. Damit es nicht zu Beschädigungen der Schienenfahrzeuge kommt, besitzen die entsprechenden Fahrzeuge in der Regel Hülsenpuffer, welche den Stoß entsprechend abfangen können, ohne dass Strukturen beschädigt bzw. in Mitleidenschaft gezogen werden. Entsprechende Hülsenpuffer ermöglichen sehen hierfür meist ein elastisches Kraftübertragungsglied (z.B. eine Feder) vor, welche die Kraft beim Stoß aufnimmt, gestaucht wird und sich wieder ausdehnen und den Puffer in den ursprünglichen Zustand zurückversetzen kann. Die Einwirkung auf den Hülsenpuffer in diesem Kraftbereich ist also reversibel. Darüber hinaus kann zum Beispiel auch ein Schienenfahrzeug gegen eine feste Tragstruktur wie einen Pufferblock geparkt werden, sodass auch hier bei geringer Geschwindigkeitskrafteinwirkung die entsprechenden Hülsenpuffer miteinander in Berührung kommen.
    • Insbesondere bei ungewollten Zusammenstößen, bei denen sehr hohe Kraftwirkungen auftreten, ermöglicht der Hülsenpuffer aber außerdem, dass zumindest ein Teil der beim Stoß auftretenden Energie aufgebraucht wird und somit nicht mehr die Tragstruktur schädigen kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann zu diesem Zweck eines der Führungsteile in längliche Abschnitte unterteilt sein, die wiederum über Sollbruchverbindungen untereinander verbunden sind, die bei Überschreiten einer bestimmten Kraft beim Zusammenstoß, der sog. Auslösekraft, brechen. Im elastischen Bereich ist also eine Teleskopbewegung zwischen den Führungsteilen Stößel und Hülse zerstörungsfrei möglich, während oberhalb der Auslösekraft die Sollbruchverbindungen zwischen den Abschnitten eines der Führungsteil aufgebrochen werden. Dies ist mit einem Energieverzehr verbunden. Erfindungsgemäß wird nunmehr, ob für einen Hülsenpuffer mit oder ohne Sollbruchverbindungen in der internen Struktur, einen zusätzliches mechanisches System zum Energieverzehr bei Überschreiten der Auslösekraft vorgeschlagen.
  • Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine einen mechanischen Widerstand bildende Struktur vorgesehen ist, um bei der Teleskopierbewegung der Führungsteile und/oder der länglichen Abschnitte die Teleskopierbewegung zu bremsen. Ein derartiger mechanischer Widerstand zum Energieverzehr bietet mehrere Vorteile. Zum einen wird der mechanische Widerstand im vorliegenden erfindungsgemäßen Fall bei einem teleskopierbaren Hülsenpuffer eingesetzt, und zwar in der Weise, dass auch die Teleskopierbewegung gehemmt wird. Im Unterschied zum Stand der Technik kann ein Durchtauchen in die Tragstruktur vermieden werden. Zum anderen kann ein mechanischer Widerstand so gewählt werden, dass er eine Skalierbarkeit erlaubt, sodass der Einsatz bei unterschiedlichen Schienenfahrzeugen oder Tragstrukturen unterschiedlicher Größe ermöglicht werden kann.
  • Grundsätzlich sind verschiedene Varianten denkbar, welche der Teleskopierbewegungen durch den mechanischen Widerstand gehemmt werden soll. Erstens kann ein mechanischer Widerstand vorgesehen sein, der Teleskopierbewegung zwischen erstem und zweitem Führungsteil bei Überschreiten der Auslösekraft behindert. Zweitens kann aber auch die Teleskopierbewegung der länglichen Abschnitte eines Führungsteils ab Erreichen der Auslösekraft gebremst werden.
  • Als einen mechanischen Widerstand bildende Strukturen kommen erfindungsgemäß spanende Werkzeuge in Betracht. Diese Werkzeuge werden bei Überschreiten der Auslösekraft in Kontakt mit einer Struktur des Hülsenpuffers gebracht, sodass die Struktur des Hülsenpuffers infolge der Stoßwirkung beschädigt wird. Wenn die Energie beim Stoß ausreicht, wird das spanende Werkzeug vorangetrieben und dessen Bearbeitungsvorgang verzehrt einen Teil der Energie. Diese Ausführungsform besitzt insbesondere den Vorteil, dass eine sehr gute Skalierbarkeit ermöglicht wird. Um den mechanischen Widerstand genau anzupassen, kann der Bereich ausgewählt werden, über den das Werkzeug bei der spanenden Bearbeitung in die Struktur eingreift. Auch die Eindringtiefe kann variiert werden. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die Anzahl der spanenden Werkzeuge zu wählen und somit eine lineare Skalierbarkeit bereitstellen zu können. Aus diesem Grund kann ein derartiger Hülsenpuffer gemäß diese Ausführungsform so gewählt werden, dass er für unterschiedliche Tragstrukturen, insbesondere für Schienenfahrzeuge unterschiedlicher Größe, verwendet und angepasst werden kann.
  • Als mechanischer Widerstand kommt auch eine plastisch verformbare Barriere, insbesondere ein Steg oder ein Bolzen in Betracht, der bei der Teleskopbewegung als Hindernis im Weg des zu verformenden Führungsteils bzw. länglichen Abschnitts angeordnet ist. Auch bei dieser Variante ist grundsätzlich eine Skalierbarkeit möglich; zum Beispiel kann der mechanische Widerstand mit der Dicke des zu verformenden Bauteils oder hinsichtlich der Materialauswahl für die Barriere korrelieren. Denkbar ist zum Beispiel, einen Bolzen zur plastischen Verformung bei einer Ausführungsvariante der Erfindung vorzusehen, sodass dieser bei der Teleskopbewegung verformt oder gegebenenfalls auch abgeschert werden kann. Der Bolzen kann auch aus einem speziellen Material gefertigt sein, um den Widerstand anzupassen. Folglich wird eine gewisse Skalierbarkeit ermöglicht. Die Skalierung kann auch angepasst werden, indem mehrere Bolzen zur Verfügung gestellt werden, um den Widerstand zu erhöhen.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur so angeordnet sein, dass bei Teleskopierbewegungen der länglichen Abschnitte das spanende Werkzeug oder die spanenden Werkzeuge eine Bearbeitung eines der länglichen Abschnitte durchführt / durchführen. Die länglichen Abschnitte werden untereinander in der Regel erst dann relativ zueinander verschoben, wenn die Auslösekraft überschritten ist, indem die länglichen Abschnitte untereinander über Sollbruchverbindungen verbunden sind, die erst bei Erreichen der Auslösekraft brechen. Anschließen erfolgt sodann die spanabhebende Bearbeitung eingreifen kann.
  • Das spanende Werkzeug kann aber auch an einem der Führungsteile so angeordnet sein, dass es das andere Führungsteil bearbeitet, wenn die Auslösekraft überschritten wird. Zum Beispiel ist das Werkzeug am Stößel angeordnet und bearbeitet die Hülse. Diese Ausführungsform der Erfindung kann gegenüber der Variante, bei der ein länglicher Abschnitt spanend bearbeitet wird, den Vorteil besitzen, dass kein Abschnitt in seiner Struktur beeinträchtigt wird, der zur Abstützung ständig im Kraftfluss steht. Ist z.B. der Stößel in mehrere längliche Abschnitte unterteilt, so können diese sich bis zum Erreichen einer bestimmten Kraft gegenseitig abstützen. Zudem ist oftmals eine Feder, die im Kraftfluss steht, an einem der länglichen Abschnitte abgestützt. Wird folglich die Struktur eines länglichen Abschnitts durch spanende Bearbeitung beeinträchtigt, so kann der Kraftfluss beeinträchtigt werden, wenn die Struktur z.B. bricht.
  • Die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur kann aber auch so angeordnet sein, dass sie mit einem Führungsteil bzw. einem der länglichen Abschnitte in Eingriff steht, d.h. es besteht eine mechanische Kopplung zwischen den Teilen, die bei Überschreiten der Auslösekraft erst zu einer plastischen Verformung führt. Denkbar ist auch, dass die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur so gelagert ist, dass eine gewisse Bewegungsfreiheit noch ermöglicht wird (eine Lagerung mit Spiel vorgesehen ist) und erst ab einer bestimmten Auslösekraft bzw. bei einer bestimmten Auslenkung / Teleskopierbewegung ein Energieverzehr stattfinden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise unterstützt werden, dass ein gewisses Maß an Elastizität vorgesehen sein muss; im Rahmen des normalen Pufferhubs erfolgt sodann keine spanabhebende Bearbeitung und das Werkzeug kann sich in der Lagerung frei bewegen. Erst ab Erreichen der Auslösekraft steht das Werkzeug im Eingriff mit einer Struktur.
  • Bei Teleskopierbewegung kann es sich zum Beispiel anbieten, dass der Innen- oder Außenmantel eines Führungsteils bzw. länglichen Abschnitts spanabhebend bearbeitet wird. Die Bearbeitung des Innenmantels besitzt generell aber den Vorteil, dass keine Späne infolge der hohen Geschwindigkeit wegfliegen und gegebenenfalls eine Gefahr für Personen in der Umgebung darstellen oder auch Gegenstände in der Umgebung beschädigen können.
  • Im Allgemeinen ermöglicht die Anordnung der Werkzeuge entlang des eine gute Skalierbarkeit bereitgestellt werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Hülsenpuffer umfasst wenigstens zwei Führungsteile, einen Stößel und eine Hülse. Damit diese ineinander teleskopierbar sind, ist der Innendurchmesser eines der Führungsteile größer als der Außendurchmesser des anderen Führungsteils. Insbesondere ist der Innendurchmesser der Hülse größer als der Außendurchmesser des Stößels, sodass dieser in die Hülse eingeschoben werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann ebenfalls das innenliegende Führungsteil mit kleinerem Durchmesser aus hintereinander angeordneten länglichen Abschnitten aufgebaut sein. Freilich ist auch denkbar, dass das äußere Führungsteil entsprechend aus hintereinander angeordneten länglichen Abschnitten besteht. Wird nunmehr die Auslösekraft überschritten, so sind verschiedene Szenarien denkbar. Insbesondere können die gewählten Geometrien so bemessen sein, dass im Laufe der Verschiebebewegung des Stößels zuerst die Sollbruchverbindungen abreißen. Im Anschluss daran können zum zusätzlichen Energieverzehr beispielsweise Deformationen anderer Strukturen wie eine Deformation der Hülse, eines Bolzens, eine Deformation durch ein Werkzeug oder dergleichen vorgesehen sein.
  • Werden einzelne längliche Abschnitte teleskopartig ineinander geschoben, weisen diese vorzugsweise eine zylindrische Gestalt auf, die sich auch zur Aufnahme von Querkräften vorteilhaft eignet und ein vergleichsweise hohes Biegemoment besitzt.
  • Teleskopartig verschiebbare längliche Abschnitte, die über eine Sollbruchverbindungen zusammenhängen, können als einteiliges Bauteil bzw. Führungsteil angesehen werden.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden beim Teleskopieren längliche Abschnitte so ineinander geschoben, dass die Teleskopbewegung gehemmt wird. Dazu ist der Innendurchmesser des Raumes, in den der Abschnitt geschoben wird, ab einem gewissen Punkt kleiner als der Außendurchmesser des zu verschiebenden Abschnitts. Eine Deformation ist also auch hier während der Teleskopbewegung notwendig, um die Bauteile vollständig ineinander zu schieben. Dies hat einen Energieverzehr zur Folge. In vorteilhafter Weise kann eine solche Ausführungsform vergleichsweise einfach hergestellt werden, indem nämlich die Wandung verstärkt bzw. einfach dicker ausgebildet wird. Zudem wird ein vergleichsweise hoher Energieverzehr ermöglicht. Denkbar ist auch, dass einer der länglichen Abschnitte mit Ausnehmungen oder Schlitzen versehen wird, sodass leichter und gezielter eine kontrollierte Deformation stattfinden kann.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung steht das Kraftübertragungsglied während des Teleskopbewegung, auch bei Überschreiten der Auslösekraft, immer im Kraftfluss. In vorteilhafter Weise kann dadurch das Kraftübertragungsglied, das insbesondere als Feder ausgebildet sein kann, stets einen gewissen Betrag der Energie aufnehmen und speichern (elastisches Zusammenschieben des Puffers bei normalem Pufferhub). Bei einem (teilweise) inelastischen Stoß wird Energie verbraucht, etwa infolge einer Deformation bzw. als Wärmeenergie. Zudem sorgt das Kraftübertragungsglied für eine gewisse Abstützung zwischen dem Pufferteller, auf den eine Kraft beim Stoß übertragen wird, und der Tragstruktur.
  • Bricht eine Sollbruchverbindung zwischen länglichen Abschnitten auf, so sind diese zunächst mechanisch an diesen Stellen entkoppelt. In vorteilhafter Weise kann somit bei einer Ausführungsvariante auch nach dem Abreißen der Sollbruchverbindungen eine mechanische Kopplung in Längsrichtung zwischen länglichen Abschnitten oder eine Kopplung zu einem der Führungsteile fortbestehen. Beispielsweise können die länglichen Abschnitte aneinander vorbei gleiten, wobei jedoch die Führungsstellen mechanisch so miteinander in Kontakt stehen, dass eine erhöhte Reibung besteht hierdurch wird ein weiterer Energieverzehr erreicht. Die Abschnitte können z.B. Auskragungen aufweisen, die mit den Innenwänden in Kontakt treten.
  • Um eine möglichst kompakte Bauweise zu erhalten, die zudem auch noch eine gewisse Symmetrieeigenschaft aufweist, die sich auch zum Abstützen von Querkräften als vorteilhaft erweisen kann, kann das spanende Werkzeug als Ring ausgebildet sein, der wenigstens eine Schneide umfasst, wobei der Ring insbesondere als nicht verbundene Einlage aus bzw. schwimmend gelagert ist.
  • Der Ring kann somit als separates Bauteil hergestellt werden und es ist nicht notwendig, die spanenden Werkzeuge in einem der Abschnitte bzw. einem der Führungsteile zu integrieren.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann also das Führungsteil so ausgebildet sein, dass es sich nach Überschreiten der Auslösekraft durch kontrollierte Deformation unter einer hohen, im Wesentlichen gleich bleibenden Kraft verkürzt. Hierdurch kann der Energieverzehr in vergleichsweise kontrollierter Form erfolgen. Grundsätzlich ist der Ablauf bei einer Kollision bei einem Unfall schwierig zu prognostizieren; dennoch können so die Rahmenbedingungen geschaffen werden, um zumindest einen möglichst gleichbleibenden Energieverzehr erreichen.
    • Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
    • Figur 1:
    einen Hülsenpuffer gemäß der Erfindung mit einem Werkzeug-Ring,
    Figur 2:
    einen weiteren Hülsenpuffer gem. der Erfindung mit einer Sollbruchverbindung und einem die Hülse bearbeitenden Werkzeug, sowie
    Figur 3:
    eine zusätzliche Variante eines Hülsenpuffers gem. der Erfindung mit einer Sollbruchverbindung und einem die länglichen Abschnitte bearbeitenden Werkzeug.
  • Figur 1 zeigt einen Hülsenpuffer 1 mit einem Stößel 2 und eine Hülse 3, wobei der Stößel 2 als erstes Führungsteil in der Hülse 3 als zweites Führungsteil gelagert ist. Der Stößel 2 ist teilweise in der Hülse 3 aufgenommen, wobei beide Führungsteile 2, 3 über eine gewisse Überdeckungslänge 4 überlappen. Diese Überlappung 4 bewirkt u.a., dass gegebenenfalls bei einem Stoß auftretende Querkräfte aufgenommen werden können. Die Hülse 3 wiederum ist fest mit der Tragstruktur 5 verbunden. Zur Tragstruktur 5 hin schließt der Stößel 2 mit einem Ring 6 ab, der mit spanenden Werkzeugen 7 versehen ist. Die Werkzeuge 7 sind am Umfang des Ringes 6 angeordnet. Der schwimmend gelagerte Ring steht in Kontakt mit einem länglichen Abschnitt 8, in dem eine Feder 9 gelagert ist.
  • Diese Feder 9 steht permanent im Kraftfluss: Wirkt auf den Pufferteller 10 eine Kraft infolge eines Stoßes ein, so drückt der mit dem Pufferteller 10 verbundene Stößel 2 auf den Ring 6 und überträgt wiederum eine Kraft auf den Abschnitt 8 und somit ebenfalls auf die Feder 9, welche sich wiederum an der Tragstruktur 5 abstützt. Solange beim Zusammendrücken des Hülsenpuffers 1 die Werkzeuge 7 nicht die Bolzen 11 erreichen, was im Bereich des normalen Pufferhubs nicht stattfindet, kann der Stoß im Wesentlichen elastisch allein über die Feder 9 aufgenommen werden. Nach Aufhebung der Kraft wird der Stößel 2 wieder von der Tragstruktur 5 weg gedrückt und erreicht seine ursprüngliche Position. Die Hülse 3 ist im Bereich der Werkzeuge 7 mit einer Ausnehmung 12 versehen, sodass die Werkzeuge 7 in diesem Bereich mit Spiel gelagert sind und ohne spanende Bearbeitung in Richtung der Längsachse verschoben werden können.
  • Erst dann, wenn die Auslösekraft überschritten ist, treffen die spanenden Werkzeuge 7 auf den Bolzen 11 und können diesen bearbeiten bzw. gegebenenfalls auch abscheren. Die Hülse 3 ist im Bereich 3a ebenfalls jeweils dicker ausgebildet, sodass die Werkzeuge 7 nach Abtrennung oder Abschirmung des Bolzens 11 in das Material der Hülse 3 im Bereich 3a einschneiden. Somit erfolgt ab diesem Zeitpunkt die beabsichtigte Energieverzehr.
  • Der Abschnitt 8 ist mit Auskragungen 13 versehen, sodass diese den Abschnitt in den Bereichen 3a führen können, da sie an der Innenwandung anliegen. Bei weiterer Deformation kann der Ring 6 zudem so ausgebildet sein, dass eine bestimmte Krafteinwirkung genügt, um den Abschnitt 8 durch den Ring 6 durchbrechen zu lassen. Auch diese Maßnahme sorgt für einen weiteren Energieverzehr. Schließlich ist der Stößel 2 im Bereich 2a so ausgebildet, dass sich sein Innendurchmesser verjüngt. Trifft der Abschnitt 8 auf diesem Bereich, so erfährt ereinen weiteren mechanischen Widerstand der einen Beitrag zum Energieverzehr leistet.
  • Die Hülsenpuffer 21, 31 gem. den Figuren 2,3 sind mit Sollbruchverbindungen S ausgestattet.
  • Nach Figur 2 sind die Werkzeuge 27 unmittelbar am Stößel 22 angebracht, um die Hülse 23 bei Überschreiten der Auslösekraft zu spanend zu bearbeiten und einen Energieverbrauch zu bewirken. In der Hülse 23 ist eine Ausnehmung 23a vorgesehen, in welcher das Werkzeug 27 (mit Spiel) gelagert ist. Denn der Stößel 22 ist über die Verlängerungshülse 28, mit der er über die Sollbruchverbindung S verbunden ist, mechanisch gekoppelt. Die Verlängerungshülse 28 wiederum stützt sich über die Feder 29 an der Tragstruktur 25 ab. Die Feder 29 steht also ständig im Kraftfluss und kann Energie aufnehmen und gegebenenfalls auch dämpfen. Bei Überschreiten der Auslösekraft können folglich zwei Mechanismen zum Energieverzehr genutzt werden:
    • Zum einen können Sollbruchverbindungen S aufbrechen.
    • Zum anderen kann die Hülse 23 durch Werkzeuge 27 spanabhebend bearbeitet werden.
  • In Figur 3 ist ein Hülsenpuffer 31 skizziert, der im Unterschied zur Variante nach Figur 2 die Verlängerungshülse 38 als länglichen Abschnitt bearbeitet und so, neben einem Bruch der Sollbruchverbindugen S beim Überschreiten der Auslösekraft, zu einem Energieverbrauch führt. Die Werkzeuge 37 sind ebenfalls am Stößel 32 angebracht, jedoch an dessen Innenmantelfläche, sodass sie auf die Verlängerungshülse 38 treffen können. Die Hülse 33, die fest mit der Tragstruktur 35 verbunden ist, wird nicht spanabhebend bearbeitet. Die Feder 39 steht praktisch dauerhaft im Kraftfluss, wenn der Hülsenpuffer 31 über den Pufferteller T mit einer Kraft beaufschlagt wird.
  • Allen Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ist gemeinsam, dass eine einen mechanischen Widerstand bildende Struktur vorgesehen ist, um bei einer der Teleskopierbewegungen der Führungsteile und/oder der länglichen Abschnitte die Teleskopierbewegung zu bremsen, wobei der vorgeschlagene Hülsenpuffer universell für Tragstrukturen unterschiedlicher Art und mit unterschiedlichen Anforderungen eingesetzt werden kann und dennoch ein hohes Maß an Sicherheit bietet.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Hülsenpuffer
    2
    Stößel
    2a
    verengter Bereich
    3
    Hülse
    3a
    verdickter Bereich
    4
    Überlappungsbereich
    5
    Tragstruktur
    6
    Werkzeugring
    7
    Werkzeug
    8
    Verlängerungshülse / länglicher Abschnitt
    9
    Feder
    10
    Pufferteller
    11
    Bolzen
    12
    Ausnehmung
    13
    Auskragung
    21
    Hülsenpuffer
    22
    Stößel
    23
    Hülse
    23a
    Ausnehmung
    25
    Tragstruktur
    27
    Werkzeug
    28
    Verlängerungshülse
    29
    Feder
    31
    Hülsenpuffer
    32
    Stößel
    33
    Hülse
    35
    Tragstruktur
    37
    Werkzeug
    38
    Verlängerungshülse
    39
    Feder
    S
    Sollbruchverbindung
    T
    Pufferteller

Claims (13)

  1. Hülsenpuffer (1, 21, 31) für bewegliche oder feste Tragstrukturen (5, 25, 35), insbesondere von Schienenfahrzeugen,
    - mit einem ersten und zweiten Führungsteil in Form einer Hülse (3, 23, 33) und eines Stößels (2, 22, 32),
    - wobei die Hülse (3, 23, 33) ortsfest an der Tragstruktur (5, 25, 35) befestigbar ist und der Stößel (2, 22, 32) relativ zur Hülse (3, 23, 33) in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar ist und bei seiner Verschiebebewegung von der Hülse (3, 23, 33) aufgenommen wird,
    - wobei erstes und zweites Führungsteil (2, 22, 32, 3, 23, 33) so ausgebildet sind, dass sie teleskopartig ineinander verschiebar sind, und
    - mit einem Kraftübertragungsglied (9, 29, 39) zum nachgiebigen Koppeln des Stößels (2, 22, 32) mit der Tragstruktur (5, 25, 35),
    - wobei insbesondere mindestens eines der beiden Führungsteile (2, 22, 32, 3, 23, 33) aus wenigstens zwei hintereinander angeordneten länglichen Abschnitten (2, 22, 32, 8, 28, 38) besteht, die im Bereich ihrer angrenzenden Stirnseiten durch jeweils eine oder mehrere Sollbruchverbindung(en) (S) untereinander verbunden sind und unterschiedliche Querschnittsabmessungen aufweisen, derart, dass bei Überschreitung einer bestimmten Stoßkraft (Auslösekraft) auf den Hülsenpuffer (1, 21, 31) die Sollbruchverbindung(en) (S) abreißt bzw. abreißen und sich die länglichen Abschnitte (2, 22, 32, 8, 28, 38) teleskopartig ineinander schieben,
    - wobei eine einen mechanischen Widerstand bildende Struktur (2a, 6, 7, 11, 27, 37) vorgesehen ist, um bei einer der Teleskopierbewegungen der Führungsteile (2, 22, 32, 3, 23, 33) und/oder der länglichen Abschnitte (2, 22, 32, 8, 28, 38) die Teleskopierbewegung zu bremsen,
    - dadurch gekennzeichnet, dass ein spanendes Werkzeug (7) an einem den Stößel (2) zur Tragstruktur (5) hin abschließenden Ring (6) angeordnet ist, um bei Überschreiten der Auslösekraft einen an der Hülse (3) angeordneten Bolzen (11) zu bearbeiten bzw. ggf. auch abzuscheren, wobei die Hülse (3) in einem in Scherrichtung dem Bolzen (11) zur Tragstruktur (5) hin nachfolgenden Bereich (3a) jeweils dicker ausgebildet ist, sodass das Werkzeug (7) nach Abtrennung oder Abscherung des Bolzens (11) in das Material der Hülse (3) im Bereich (3a) einschneidet, um ab diesem Zeitpunkt Energie zu verzehren, oder,
    - dass ein spanendes Werkzeug (37) an der Innenmantelfläche des Stößels (32) angeordnet ist, um, beim Überschreiten der Auslösekraft, eine Verlängerungshülse (38), die als länglicher Abschnitt mittels Sollbruchverbindungen (S) ebenfalls an der Innenmantelfläche des Stößels (32) mit diesem verbunden ist und von diesem weg zur Tragstruktur (35) hinweist, neben einem Bruch der Sollbruchverbindungen (S) spanend zu bearbeiten, und so einen Energieverbrauch zu bewirken.
  2. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach Anspruch 1, durch gekennzeichnet, dass die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur:
    - wenigstens das spanende Werkzeug (6, 7, 27, 37) und/oder
    - wenigstens ein plastisch verformbares Hindernisteil, insbesondere einen Steg, der bei der teleskopartigen Verschiebung als Hindernis im Weg eines der Führungsteile (2, 22, 32) bzw. länglichen Abschnitte (8, 28, 38) angeordnet ist, und/oder
    - wenigstens einen Bolzen (11) zur plastischen Verformung eines der Führungsteile, der bei der teleskopartigen Verschiebung als Hindernis im Weg eines der Führungsteile (2, 22, 32) bzw. länglichen Abschnitte (8, 28, 38) angeordnet ist, umfasst.
  3. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur (6, 7, 27, 37) so angeordnet ist, dass bei der Teleskopierbewegung der länglichen Abschnitte und/oder der Führungsteile das spanende Werkzeug (7, 27, 37) und/oder das wenigstens eine spanende Werkzeug (7, 27, 37) eine spanende Bearbeitung eines der länglichen Abschnitte (38) und/oder eines der Führungsteile (3a, 11, 23) durchführt.
  4. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der hintereinander angeordneten länglichen Abschnitte (2, 22, 32, 8, 28, 38) und/oder der Führungsteile (2, 22, 32, 3, 23, 33) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
  5. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur (6, 7, 27, 37) so angeordnet ist, dass sie mit einem der länglichen Abschnitte und/oder mit einem der Führungsteile (3, 23) in Eingriff steht und/oder mit Spiel gelagert ist.
  6. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass das spanende Werkzeug und/oder wenigstens eines der spanenden Werkzeuge (7, 27, 37) so angeordnet ist, dass es bei der spanenden Bearbeitung von einem der Führungsteile (3, 23, 33) und/oder einem der länglichen Abschnitte nach außen hin verdeckt wird, insbesondere den Innenmantel eines der länglichen Abschnitte bei der Teleskopbewegung spanend bearbeitet, um das Wegfliegen von Spänen nach außen zu reduzieren.
  7. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass
    - das innenliegende Führungsteil aus den hintereinander angeordneten länglichen Abschnitten (2, 8, 22, 28, 32, 38) besteht und/oder
    - das außenliegende Führungsteil aus den hintereinander angeordneten länglichen Abschnitten besteht und/oder
    - eine solche Bemessung der Führungsteile vorgesehen ist, dass das Abreißen der Sollbruchverbindung (S) im Laufe der Verschiebebewegung des Stößels (2, 22, 32) zuerst eintritt und erst kurz danach der Beginn einer Deformation des anderen Führungsteils erfolgt, und/oder
    - die teleskopartig verschiebbaren länglichen Abschnitte zylindrische, rohrförmige Gestalt aufweisen und/oder
    - die Sollbruchverbindung (S) zusammen mit einem oder mehreren der teleskopartig verschiebbaren länglichen Abschnitte (22, 28, 32, 38) ein einstückiges Bauteil bildet.
  8. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass ein erster länglicher Abschnitt (2a) von zwei der teleskopartig ineinander schiebbaren länglichen Abschnitte an der dem anderen, zweiten länglichen Abschnitt (8)zugewandten Seite einen größeren Innendurchmesser aufweist, sodass der zweite längliche Abschnitt dort im ersten gelagert ist, wobei der Innendurchmesser des ersten länglichen Abschnitts (2a) zu der dem zweiten länglichen Abschnitt (8) abgewandten Seite hin abnimmt, sodass die Teleskopbewegung des sich in den ersten länglichen Abschnitt schiebenden zweiten länglichen Abschnitts einen mechanischen Widerstand erfährt.
  9. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass
    - das Kraftübertragungsglied, das insbesondere als Feder (9, 29, 39) ausgebildet ist, so angeordnet ist, dass es bei Überschreitung der Auslösekraft auf den Hülsenpuffer (1, 21, 31) während der Teleskopbewegung der länglichen Abschnitte (2, 8, 22, 28, 32, 38) immer im Kraftfluss steht und/oder
    - die länglichen Abschnitte so ausgebildet sind, dass bei Abreißen der Sollbruchverbindung(en) (S) eine mechanische Kopplung in Längsrichtung zwischen den länglichen Abschnitten fortbesteht.
  10. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass das spanende Werkzeug (7) als Ring (6) ausgebildet ist, der wenigstens eine Schneide umfasst, wobei der Ring insbesondere als nicht verbundene Einlage ausgebildet und/oder schwimmend gelagert ist.
  11. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass die einen mechanischen Widerstand bildende Struktur an einem der Führungsteile (22, 32), insbesondere an einem der länglichen Abschnitte angebracht ist.
  12. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass eines der Führungsteile (2, 22, 32, 3, 23, 33) so ausgebildet ist, dass es sich nach Überschreiten der Auslösekraft durch kontrollierte Deformation unter einem hohen, im Wesentlichen gleich bleibenden Kraftniveau verkürzt.
  13. Hülsenpuffer (1, 21, 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass das spanende Werkzeug (27) am Stößel (22) angeordnet ist, um bei Überschreiten der Auslösekraft die Hülse (3) spanend zu bearbeiten, um einen Energieverbrauch zu bewirken.
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