EP3956193A1 - Energieverzehreinrichtung - Google Patents

Abstract

Energieverzehreinrichtung (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Prallplatte (3), welche zur Aufnahme und Weiterleitung auftreffender Kollisionskräfte ausgebildet ist, eine Rückplatte (4), welche zur Befestigung der Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur (2) ausgebildet ist und mindestens zwei zwischen der Prallplatte (3) und der Rückplatte (4) angeordnete Knickplatten (5), wobei die Knickplatten (5) mit einer Vorverformung in Richtung einer gewünschten Verformungsrichtung versehen sind, wobei die Knickplatten (5) untereinander mit einem Zug-Druckmittel (6) verbunden sind.

Description

Beschreibung

Energieverzehreinrichtung .

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Energieverzehreinrichtung für ein Schienenfahrzeug .

Stand der Technik

Schienenfahrzeuge, insbesondere Passagierschienenfahrzeuge werden zur Verbesserung in Hinsicht auf die passive

Sicherheit bei Zusammenstößen mit definierten Knautschzonen ausgestattet, in welchen kinetische Energie in Verformungs und/oder Wärmeenergie umgewandelt wird. Dadurch können die Belastungen für die Personen im Fahrzeug reduziert werden. Zu diesem Zweck können einerseits großflächige Bereiche der Schienenfahrzeugstruktur im Stirnbereich 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. Diese Crashmodule werden auch

Energieverzehreinrichtungen, Verformungsmodule,

Verformungselemente, Knautschelemente oder

Energieaufnahmeelemente genannt. Für eine korrekte Funktion, d.h. eine möglichst vollständige Erschöpfung der

Energieaufnahmekapazität einer Energieverzehreinrichtung ist die Richtung der einwirkenden Verformungskraft entscheidend. Tritt diese nicht in der vorgesehenen Richtung ein, beispielsweise schräg oder nicht am vorgesehenen Kraftangriffspunkt, so tendieren besonders an das Ende des Fahrzeugs angebrachte Crashmodule dazu, sich nur einseitig zu deformieren. Dieses hat zur Folge, dass sich das freie Ende des betreffenden Crashmoduls, das üblicherweise mit einem Aufkletterschutz versehen ist, schräg stellt, signifikante Querkräfte erzeugt werden, die Energieabsorptionsfähigkeit des Crashmoduls nicht mehr voll erschöpft werden kann und überdies die Crashgegner in Gefahr laufen, wegen der nunmehr schrägen Kontaktstellen aneinander abzugleiten.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Energieverzehreinrichtung zu schaffen, welche auch bei einer Parallelverschiebung der einwirkenden Kollisionskraft, beispielsweise bei seitlichem Versatz zweier

aufeinandertreffender Schienenfahrzeuge, nicht nur einseitig verformt, sondern die Deformation über ihren gesamten Umfang gleichmäßig verteilt einleitet und so im weiteren Verlauf ihre Energieverzehrkapazität ausschöpfen kann.

Die Aufgabe wird durch eine Energieverzehreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird eine

Energieverzehreinrichtung für ein Schienenfahrzeug aufgebaut, welche eine Prallplatte, welche zur Aufnahme und

Weiterleitung auftreffender Kollisionskräfte ausgebildet ist, eine Rückplatte, welche zur Befestigung der

Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur

ausgebildet ist und mindestens zwei zwischen der Prallplatte und der Rückplatte angeordnete Knickplatten umfasst, wobei die Knickplatten mit einer Vorverformung in Richtung einer gewünschten Verformungsrichtung versehen sind, und wobei die Knickplatten untereinander mit einem Zug-Druckmittel

verbunden sind.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, bei einem Auftreffen einer Verformungskraft auf die Energieverzehreinrichtung außerhalb einer vorgesehenen Kraftrichtung ein teilweises, insb.

einseitiges kollabieren der Energieverzehreinrichtung zu vermeiden. Tritt eine einseitige Verformung auf, so überträgt das Zug-Druckmittel Verformung der einen Knickplatte auf die jeweils andere Knickplatte und verformt diese so, dass die Prallplatte in Bezug auf die Rückplatte parallel verschoben wird .

Eine erfindungsgemäße Energieverzehreinrichtung umfasst eine Rückplatte, welche zur Befestigung der

Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur

ausgebildet ist. Diese Befestigung kann vorzugsweise lösbar mittels Schraubverbindungen gestaltet sein. Für bestimmte Einsatzzwecke ist auch eine unlösbare Verbindung vorteilhaft. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft, wenn die

Energieverzehreinrichtung so dimensioniert ist, dass ihr Auslösen ohnedies zu weiteren Schäden an der Fahrzeugstruktur führt und eine Reparatur des Fahrzeugs nicht mehr

wirtschaftlich sinnvoll ist.

Eine Prallplatte zur Aufnahme von Kollisionskräften, welche durch einen Kollisionsgegner eingebracht werden, ist von der Rückplatte parallel beabstandet vorgesehen. Diese Prallplatte ist so massiv auszuführen, dass sie während des

Kollisionsgeschehens auch bei massiven Kollisionsgegnern, wie beispielsweise bei den in den USA gebräuchlichen Lokomotivstirnseiten, in der Lage bleibt, die eingeleiteten Kräfte möglichst homogen und flächig auf die dahinter

liegende Energieverzehreinrichtung zu übertragen. Die

Prallplatte kann dabei entweder einstückig als Stahlgußteil oder als Schweißkonstruktion aus Stahlplatten mit inneren wabenförmigen Verstärkungen ausgeführt werden.

Zwischen der Prallplatte und der Rückplatte sind mindestens zwei Knickplatten angeordnet und mit der Prall- bzw.

Rückplatte verbunden. Diese Knickplatten sind als

plattenförmige Bauteile ausgeführt und in Einbaulage der Energieverzehreinrichtung vertikal ausgerichtet. Sie sind mit einer Vorverformung ausgestattet, sodass sie beim Einwirken einer über die Prallplatte eingeleiteten Verformungskraft sich in vorbestimmter Weise verformen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Knickplatten als Platten mit einer einzelnen Biegestelle auszuführen, sodass die Knickplatten einen V- förmigen Verlauf aufweisen. Solcherart ist die

Verformungsrichtung der Knickplatten eindeutig vorgegeben. Es ist wesentlich, dass die Vorverformungen der Knickplatten in dieselbe Richtung weisen, da nur so sichergestellt ist, dass die Verformung einer Knickplatte auch an die weiteren

Knickplatten übertragen werden kann und eine Verformung dieser weiteren Knickplatten eingeleitet wird.

Die Knickplatten sind untereinander mittels eines Zug- Druckmittels verbunden. Ein Zug- Druckmittel überträgt sowohl Zug- als auch Druckkräfte, ohne sich selbst dabei

berücksichtigenswert zu verformen. Dazu können beispielsweise ausreichend dicke stangenförmige Bauteile eingesetzt werden, welche auch unter Druckbelastung nicht ausknicken.

Insbesondere ist es vorteilhaft, als Zug- Druckmittel ein plattenförmiges Bauteil einzusetzen, eine Synchronisationsplatte. Diese Synchronisationsplatte

erstreckt sich zwischen den Knickplatte und ist mit den

Knickplatten fest verbunden. Die Synchronisationsplatte ist dabei parallel zu der Rückplatte und der Prallplatte

orientiert. Besonders vorteilhaft ist es, die

Verbindungsstellen der Synchronisationsplatte mit den

Knickplatten an der Position der größten Vorverformung der Knickplatten vorzusehen, da solcherart die größtmögliche Verformung der weiteren Knickplatten erzielbar ist.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, mindestens eine schubsteife Verbindungsplatte (Stützplatte) zwischen der Rückplatte und der Prallplatte vorzusehen, welche eine Parallelverschiebung der Prallplatte gegen die Rückplatte verhindert. Diese Stützplatte ist als

plattenförmiges Bauteil auszuführen und mit der Prall- und der Rückplatte jeweils fest zu verbinden. Die Anordnung das Stützplatte kann dabei an der oberen oder der unteren

Begrenzung der Energieverzehreinrichtung erfolgen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, zwei Stützplatten, jeweils eine oben und unten anzuordnen, sodass mit zusätzlichen seitlichen Abdeckungen eine vollständige Umhüllung der Energieverzehreinrichtung erzielt werden kann. Solcherart ist die Energieverzehreinrichtung vor

Verschmutzung oder Korrosion bessert geschützt.

Die erfindungsgemäße Energieverzehreinrichtung bildet eine im Wesentlichen hohle, quaderförmige Baugruppe, sodass es in weiterer Fortbildung der Erfindung zweckmäßig ist, diesen Hohlraum mit weiteren Energieverzehrelementen zumindest teilweise zu füllen. Dadurch kann die

Energieaufnahmekapazität der Energieverzehreinrichtung weiter gesteigert werden. Eine bevorzugte Aus führungs form der Erfindung sieht vor, Energieverzehrelemente zwischen der Rückplatte und der

Prallplatte anzuordnen und diese durch Ausnehmungen in dem Zug-Druckmittel (Synchronisationsplatte) zu führen. Die

Energieverzehrelemente können dabei entweder mit der Prall oder der Rückplatte verbunden sein und die Ausnehmungen ins der Synchronisationsplatte müssen eine ausreichende

kollisionsfreie Bewegbarkeit der Synchronisationsplatte sichersteilen .

In weiterer Fortbildung der Erfindung können an dem Zug- Druckmittel (Synchronisationsplatte) selbst weiter

Energieverzehrelemente angeordnet werden. Dabei wird an der Synchronisationsplatte ein vorderes und ein hinteres

Energieverzehrelement befestigt. Das vordere

Energieverzehrelement erstreckt sich zwischen der

Synchronisationsplatte und der Prallplatte, berührt diese jedoch nicht, sondern weist einen bestimmten Abstand zu der Prallplatte auf. Das hintere Energieverzehrelement erstreckt sich zwischen der Synchronisationsplatte und der Rückplatte, berührt diese jedoch nicht, sondern weist einen bestimmten Abstand zu der Rückplatte auf. Solcherart ist die

Beweglichkeit der Synchronisationsplatte zu Beginn des

Verformungsvorgangs nicht eingeschränkt, sie kann somit die Verformung einer Knickplatte an die weiteren Knickplatten übermitteln und bei weiterem Fortschreiten der Verformung werden die Abstände zwischen dem hinteren und vorderen

Energieverzehrelementen und der Rück- bzw. Prallplatte überwunden und die hinteren und vorderen

Energieverzehrelemente geraten in Wirkung. Ab diesem

Zeitpunkt des Verformungsgeschehens wird die

Synchronisationsplatte in ihrer Beweglichkeit zwar behindert, jedoch ist die Verschiebbarkeit der Synchronisationsplatte nun auch nicht mehr in vollem Umfang erforderlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l Energieverzehreinrichtung.

Fig.2 Energieverzehreinrichtung während Verformung.

Fig.3 Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen. Fig.4 Energieverzehreinrichtung Schrägansicht.

Fig.5 Energieverzehreinrichtung ohne Prallplatte.

Fig.6 Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen.

Ausführung der Erfindung

Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieverzehreinrichtung. Es ist eine

Energieverzehreinrichtung 1 in Einbaulage in einer Ansicht von oben dargestellt. Die Energieverzehreinrichtung 1 ist dabei mit einer Rückplatte 4 an einer Fahrzeugstruktur 2 eines Schienenfahrzeugs montiert. Die

Energieverzehreinrichtung 1 umfasst neben der Rückplatte 4 eine Prallplatte 3, welche an der einem Kollisionsgegner zugewandten Seite angeordnet ist. Zwischen der Rückplatte 4 und der Prallplatte 3 sind in gezeigtem Ausführungsbeispiel zwei Knickplatten 5 angeordnet und jeweils mit der Rückplatte 4 und der Prallplatte 3 verschweißt. Die Knickplatten 5 weisen eine Vorverformung in Form einer Biegung auf, wobei die Biegungen beider Knickplatten 5 in dieselbe Richtung weisen. Die Knickplatten 5 sind mittels eines Zug- Druckmittels 6 verbunden. In gezeigtem Ausführungsbeispiels ist das Zug-Druckmittel 6 als plattenförmiges Bauteil

(Synchronisationsplatte) ausgebildet und mit den Knickplatten 5 an der Stelle der größten Verformung verschweißt.

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieverzehreinrichtung während der Verformung. Es ist die Energieverzehreinrichtung 1 unter Einwirkung eines

Kollisionsgegners 7 dargestellt. Der Kollisionsgegner 7 greift dabei außermittig an der Prallplatte 3 an, würde demnach bei konventionellen Energieverzehreinrichtungen zu einem einseitigen Kollabieren dieser Einrichtung führen. Es ist eine teilweise fortgeschrittene Verformung dargestellt, bei welcher ein Teil der Energieverzehreinrichtung bereits erschöpft ist. Das Zug-Druckmittel 6 bewirkt dabei ein symmetrisches Verformen der beiden Knickplatten 5 und somit eine parallele Verschiebung der Prallplatte 3 in Bezug auf die Rückplatte 4. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte

Energieverzehreinrichtung 1 weist nur die Knickplatten 5 als energieverzehrende Bauteile auf, bei welchen die

Kollisionsenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird. Weitere energieverzehrende Bauteile sind zur Vereinfachung dieser Prinzipdarstellung nicht enthalten.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen. Es ist eine Energieverzehreinrichtung 1, welche im Wesentlichen jener aus den Fig. 1 und 2 entspricht, zusätzlich jedoch mit einem vorderen Energieverzehrelement 8 und einem hinteren Energieverzehrelement 9 ausgestattet ist. Dabei sind die Energieverzehrelemente 8, 9 an dem Zug-Druckmittel 6 angeordnet. Ein vorderes Energieverzehrelement 8 erstreckt sich in Richtung der Innenseite der Prallplatte 3, es besteht ein Freiraum zwischen dem vorderen Energieverzehrelement 8 und dieser Innenseite der Prallplatte 3. Das hintere

Energieverzehrelement 9 weist ebenso einen Abstand zu der Rückplatte 4 auf. Somit ist bei einer Kollision die freie Beweglichkeit des Zug-Druckmittels 6 gewährleistet bis die Verformung soweit fortgeschritten ist, dass die genannten Abstände aufgebraucht sind.

Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieverzehreinrichtung in einer Schrägansicht. Es ist eine Energieverzehreinrichtung 1 dargestellt, welche ähnlich wie jene aus den Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, zusätzlich jedoch eine Stützplatte 11 umfasst. Die Prallplatte 3 ist in

gezeigtem Ausführungsbeispiel mit einer horizontalen

Zahnstruktur als Aufkletterschutz ausgestattet. Ein Zug- Druckmittel 6 ist durch die benachbarten Bauteile verdeckt und nicht sichtbar. Eine Stützplatte 11 ist an der unteren Berandung der Energieverzehreinrichtung 1 angeordnet und verbindet die Prallplatte 3 mit der Rückplatte 4.

Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieverzehreinrichtung ohne Prallplatte. Es ist die

Energieverzehreinrichtung 1 aus Fig. 4 bei abgenommener

Prallplatte 3 dargestellt. Dabei ist das Zug-Druckmittel 6, welches als plattenförmiges Bauteil (Synchronisationsplatte) ausgebildet ist, sichtbar. Das Zug-Druckmittel 6 erstreckt sich vertikal nur über einen Teil der Gesamthöhe der

Energieverzehreinrichtung 1, es verbleiben jeweils oben und unten freie Bereiche in welchen Energieverzehrelemente anordenbar sind. Ebenso ist eine weitere Stützplatte 11 an der oberen Berandung der Energieverzehreinrichtung 1 möglich, wodurch der stabilisierende Effekt der Stützplatte 11 verstärkt würde.

Fig . 6 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieverzehreinrichtung mit Energieverzehrelementen. Es ist eine Schrägansicht auf eine Energieverzehreinrichtung 1 mit abgenommener Prallplatte 3 dargestellt. An der Rückplatte 4 sind vier Energieverzehrelemente 10 angeordnet. Diese

Energieverzehrelemente 10 erstrecken sich bis knapp vor die Rückseite der Prallplatte 3. Weiters ist die

Energieverzehreinrichtung 1 mit vorderen 8 und hinteren 9 Energieverzehrelementen ausgestattet, welche an dem als Synchronisationsplatte ausgebildeten Zug-Druckmittel 6 befestigt sind und jeweils einen Abstand zu der Rückplatte 4 bzw. der Prallplatte 3 aufweisen.

Li ste der Bezeichnungen

1 Energieverzehreinrichtung

2 Fahrzeugstruktur

3 Prallplatte

4 Rückplatte

5 Knickplatte

6 Zug-Druckmittel

7 Kollisionsgegner

8 Vorderes Energieverzehrelement

9 Hinteres Energieverzehrelement

10 Energieverzehrelement

11 Stützplatte

Claims

Patentansprüche

1. Energieverzehreinrichtung (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Prallplatte (3) , welche zur Aufnahme und Weiterleitung auftreffender Kollisionskräfte ausgebildet ist, eine Rückplatte (4), welche zur

Befestigung der Energieverzehreinrichtung an einer Fahrzeugstruktur (2) ausgebildet ist, und mindestens zwei zwischen der Prallplatte (3) und der Rückplatte (4) angeordnete Knickplatten (5),

dadurch gekennzeichnet, dass

die Knickplatten (5) mit einer Vorverformung in

Richtung einer gewünschten Verformungsrichtung versehen sind, wobei die Knickplatten (5) untereinander mit einem Zug-Druckmittel (6) verbunden sind.

2. Energieverzehreinrichtung (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Knickplatten (5) in Einbaulage der

Energieverzehreinrichtung (1) vertikal angeordnet sind und die gewünschten Verformungsrichtungen der

Knickplatten (5) in dieselbe Richtung weisen.

3. Energieverzehreinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

als Zug-Druckmittel (6) eine Synchronisationsplatte vorgesehen ist.

4. Energieverzehreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens ein Energieverzehrelement (10) zwischen der Rückplatte (4) und der Prallplatte (3) angeordnet ist, welches durch eine Ausnehmung in dem Zug-Druckmittel (6) geführt ist.

5. Energieverzehreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

an dem Zug-Druckmittel (6) ein vorderes

Energieverzehrelement (8) befestigt ist, welches sich zwischen dem Zug-Druckmittel (6) und der Prallplatte (3) erstreckt, welches einen bestimmten Abstand zu der Prallplatte (3) aufweist, und dass

an dem Zug-Druckmittel (6) ein hinteres

Energieverzehrelement (9) befestigt ist, welches sich zwischen dem Zug-Druckmittel (6) und der Rückplatte (4) erstreckt, welches einen bestimmten Abstand zu der Rückplatte (4) aufweist.

6. Energieverzehreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine Stützplatte (11) zwischen der

Rückplatte (4) und der Prallplatte (3) vorgesehen ist, welche mit der Prall (3) - und der Rückplatte (4) jeweils fest verbunden ist.