PT2238011E - Componente estrutural de topo destinado a constituir a extremidade frontal de um veículo, o qual compreende pelo menos um elemento de absorção de energia - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "COMPONENTE ESTRUTURAL DE TOPO DESTINADO A CONSTITUIR A EXTREMIDADE FRONTAL DE UM VEÍCULO, O QUAL COMPREENDE PELO MENOS UM ELEMENTO DE ABSORÇÃO DE ENERGIA" A invenção refere-se a um componente estrutural de topo destinado a ser aplicado na parte frontal de um veiculo com uma estrutura de suporte, o qual apresenta meios de união para a fixação mecânica ao veiculo e com pelo menos um elemento de absorção de energia destinado à dissipação da energia cinética, no caso de um embate num obstáculo, o qual é construído de tal modo que a energia cinética é continuamente dissipada por meio de deformação progressiva, em que pelo menos um elemento de absorção de energia faz parte da estrutura de suporte.

Um tal componente estrutural de topo é já conhecido da EP 0 802 100 AI. O componente estrutural de topo aí descrito está munido de meios de união para a montagem num veículo ferroviário e apresenta um pára-choques transversal a uma possível direção de deslocação e que se alonga na horizontal, o qual não é deformável. Estão ainda previstos elementos de absorção de energia sob a forma de chapas onduladas, que se encontram instalados na zona posterior do componente estrutural de topo. A EP 1 394 009 B2 descreve um veículo ferroviário, no qual estão previstos componentes estruturais de topo em cada um dos seus dois lados frontais. Os elementos estruturais de topo rigidamente montados apresentam elementos de absorção de energia, instalados na sua zona de pavimento. 2 A ΕΡ 1 223 095 descreve uma estrutura de suporte para um componente estrutural de topo de um veículo ferroviário, no qual se encontram inseridos elementos de absorção de energia.

Outros componentes estruturais de topo tornaram-se conhecidos através da ΕΡ 1 215 098 A bem como da WO 2006/042348 A.

Da DE 102 54 440 AI é conhecido um componente estrutural de topo para montagem na carroçaria de um veículo ferroviário, o qual constitui o lado frontal de topo do veículo, onde se encontra o posto do condutor do referido veículo ferroviário. A fim de cumprir com as exigências das normas existentes para o caso de uma colisão contra um obstáculo, está instalado no componente estrutural frontal, por baixo do espaço destinado aos passageiros, um tampão de colisão telescópico separado. O tampão de colisão telescópico separado apresenta uma fase reversível, na qual um tampão de colisão, sob pressão de uma mola do tampão de colisão, pode ser feito deslizar no interior de um tubo de receção. Ao verificar-se a presença de forças de embate mais elevadas dá-se uma deformação irreversível do tubo de receção e com isso uma absorção da energia. Por meio dessa deformação do tubo de receção é continuada a dissipação da energia cinética, de maneira que o tubo de receção é referido como fase irreversível do tampão de colisão ou como elemento de absorção de energia. No entanto, um elemento de absorção de energia separado é dispendioso em termos de custos e de ocupação de espaço. A partir da DE 10 2004 028 964 AI tornou-se conhecido um veículo, cuja estrutura da carroçaria pode ser deformada em 3 zonas de deformação determinadas. Para isso as zonas de deformação são colocadas de tal modo que, após a deformação, continue a haver espaço suficiente para as pessoas dentro do veiculo. As zonas de deformação servem por isso para a segurança de cada um dos passageiros do veiculo.

Um componente estrutural de topo, separado e por isso auto-suportado, encontra-se descrito na DE 195 28 035 AI. O componente estrutural de topo ai descrito está montado num veiculo automotor, que se desloca sobre carris ou, por outras palavras, numa locomotiva. O componente estrutural de topo separado não apresenta, no entanto, qualquer elemento de absorção de energia. A DE 198 09 489 AI e a DE 196 35 221 Cl descrevem, cada uma delas, dispositivos separados de proteção contra embates, aplicáveis a veículos ferroviários, os quais constituem tampões de colisão, que podem ser fixados a veículos ferroviários. É objeto da invenção disponibilizar um componente estrutural de topo separado, que pode ser montado de acordo com a técnica referida, que é económico em termos de custos e com o qual as exigências normais de segurança são preenchidas e em que simultaneamente é disponibilizado um espaço de armazenagem para a receção de outros componentes do veículo. A invenção atinge esse objeto por um pára-choques da estrutura de suporte, que se projeta numa direção transversal, no lado contrário ao dos meios de união, fazer parte de um elemento de absorção de energia e o elemento de 4 absorção de energia apresentar um suporte transversal deformável mais rígido do que o para-choques, que além disso se encontra instalado afastado para o interior em relação aos meios de união e se estende na direção transversal, para o que, entre o para-choques e o suporte transversal se encontra colocado um material deformável pelo embate.

De acordo com a invenção é disponibilizado um componente estrutural de topo separado, o qual, conforme é já conhecido do estado da técnica, se pode unir, por exemplo à carroçaria de um veículo ferroviário, de uma forma e de uma maneira simples, através dos meios de união. Depois da montagem na carroçaria do veículo, o componente estrutural de topo constitui o lado frontal e portanto a cabeça ou, por outras palavras, o lado da frente do veículo. Para, no caso de um embate contra um obstáculo que, por exemplo, se encontre sobre a via, dissipar a energia cinética e transformá-la em energia de deformação da forma desejada, o componente estrutural de topo de acordo com a invenção proporciona elementos de absorção de energia, que fazem parte da estrutura de suporte do componente estrutural de topo. Por outras palavras, os elementos de absorção de energia estão, portanto, integrados na estrutura de suporte do componente estrutural de topo. Elementos de absorção de energia, que ocupam espaço no interior do componente estrutural de topo são, com isso, substituídos na sua ação pela conformação da estrutura de suporte, o que tem como resultado um ganho de espaço. Evidentemente que é possível, no quadro da invenção, munir o componente estrutural de topo com elementos de absorção de energia e tampões suplementares. A sua exequibilidade para a dissipação da energia cinética é portanto suportada pela invenção. Os 5 elementos de absorção de energia da estrutura de suporte são conformados de tal maneira, que nos casos de vulgares embates a energia cinética é, em geral, completamente absorvida pelos elementos de absorção de energia integrados e eventualmente pelos tampões montados no componente estrutural de topo e que eventualmente apresentam zonas de deformação. No quadro da invenção o componente estrutural de topo pode por isso, após um embate, ser substituido, de uma forma e de uma maneira fácil, sendo trocado por outro componente estrutural de topo, de modo que as consequências de um acidente sejam limitadas e possam ser rapidamente resolvidas. Além disso o componente estrutural de topo de acordo com a invenção oferece um maior espaço interno devido à ausência de elementos de absorção de energia separados. Finalmente, a integração dos elementos de absorção de energia na estrutura de suporte é mais económica do que a utilização de elementos separados de absorção de energia.

De acordo com a invenção, um para-choques da estrutura de suporte, o qual se estende na direção transversal, no lado contrário ao dos elementos de união da estrutura de suporte, faz parte de um elemento de absorção de energia. Por direção transversal entende-se, neste caso, uma direção transversal ao sentido da marcha do veículo, em que cada um dos para-choques e também o suporte transversal colocado a seguir, se prolongam cada um deles num plano, que corre essencialmente em paralelo com o sentido da via. Para-choques são já conhecidos como tal no campo da técnica ferroviária e são dispostos imediatamente no lado frontal do veículo em relação ao componente estrutural de topo. Encontram-se por isso, no caso de um embate, virados imediatamente para o obstáculo. De acordo com um outro 6 desenvolvimento vantajoso da invenção a atuação dos elementos de absorção de energia estabelece por conseguinte a imediata adaptação ao obstáculo. 0 elemento de absorção de energia apresenta ainda um suporte transversal dificilmente deformável em relação ao para-choques, o qual está instalado afastado em relação aos meios de união do para-choques e se projeta na direção transversal, encontrando-se colocado, entre o pára-choques e o suporte transversal, um material deformável pelo embate. De acordo com este desenvolvimento vantajoso, no caso de um embate, o para-choques é imediatamente movimentado na direção dos meios de união e com isso na direção do suporte transversal. Dá-se assim uma deformação progressiva do material deformável, até que a sua capacidade de deformação se esgote. Através do suporte transversal, que em comparação com o para-choques relativamente ao material deformável, é mecanicamente mais rigido, a desejada deformação da estrutura de suporte é limitada em relação ao elemento de absorção de energia do seu lado frontal. Só com grandes forças de embate, devidas a uma elevada velocidade do veiculo, se chega à deformação do suporte transversal.

De acordo com um outro desenvolvimento preferido o material deformável apresenta pontos de iniciação. Tais pontos de iniciação, que também podem ser denominados de pontos de deformação forçada, são secções ou zonas do material deformável, as quais são conformadas de tal maneira que a deformação do material deformável se inicia nessas zonas ou, por outras palavras, começa nesses pontos. Para pontos de iniciação são usadas, por exemplo, zonas ou secções de 7 mais reduzida rigidez mecânica ou que estreitam na direção do sentido do choque.

Favoravelmente os suportes transversais e os para-choques estão ligados uns aos outros por meio de suportes longitudinais, colocados de ambos os lados dos suportes transversais e dos para-choques, em que os suportes longitudinais apresentam pontos de menor rigidez, destinados ao enfraquecimento mecânico da rigidez do material. É favorável que as extremidades livres de cada uma das secções arqueadas estejam ligadas rigidamente ao para-choques. No caso de um embate constituem-se, devido ao enfraquecimento do material, pontos de iniciação, nos quais se inicia o processo de deformação. Por meio dos pontos de menor rigidez é por isso possibilitada a desejada deformação.

Favoravelmente os suportes longitudinais salientam-se em relação ao suporte transversal, numa direção contrária à dos meios de união. De acordo com mais esse desenvolvimento vantajoso o suporte longitudinal entra primeiro em contacto com o obstáculo no caso de uma colisão, com o que se chega a uma deformação desejada do suporte longitudinal e com ela da totalidade do elemento de absorção de energia. Além disso a absorção continua da energia cinética com a deformação progressiva é melhorada por meio destas medidas de construção.

Vantajosamente o material deformável é constituído por pelo menos um elemento de absorção de energia com uma estrutura ondulada. Através da estrutura ondulada aumenta a quantidade de energia cinética que pode ser dissipada através do elemento de absorção de energia. A estrutura 8 ondulada contribui fundamentalmente, devido ao seu formato ou conformação, para uma absorção da energia comparativamente mais elevada do que a de uma chapa lisa. Para além disso, verifica-se que, por meio da estrutura ondulada, a massa do material deformável é mais elevada, com manutenção da mesma ocupação de espaço. Por meio da conformação geométrica ondulada e da massa mais elevada, a deformação do material pode dissipar mais energia cinética do que por exemplo, através de um material deformável liso, sem zonas salientes.

De acordo com um outro desenvolvimento a isso referido, a estrutura ondulada apresenta secções onduladas sobrelevadas, que se estendem em ângulo reto relativamente ao respetivo suporte transversal. Através do referido direcionamento das secções onduladas, a energia dissipada pela deformação é ainda mais aumentada.

Vantajosamente as secções onduladas são de construção afunilada na direção do lado virado para o para-choques. Para isso é aqui favorável que os lados ou extremidades de construção afunilada das secções onduladas estejam diretamente ligados ao para-choques. Por meio do afunilamento, o material deformável, é "iniciado" com a constituição dos chamados pontos de menor rigidez. Os pontos de menor rigidez constituem pontos de deformação forçada, nos quais a deformação do elemento de absorção de energia se inicia devido à conformação do material.

De acordo com uma forma de realização preferida as secções onduladas constituem troncos de pirâmide, em que a altura dos troncos de pirâmide se reduz na direção da sua extremidade virada para o para-choques. 9

De acordo com uma forma de realização da invenção diferente daquela, o material deformável é realizado por meio de pelo menos uma chapa deformável, que se localiza entre o para-choques e o suporte transversal. De acordo com uma forma de realização preferida estão previstas duas chapas deformáveis paralelas entre o suporte transversal e o para-choques. A ou as chapas deformáveis são, por exemplo, de conformação lisa. 0 elemento de absorção de energia faz vantajosamente parte de uma secção do pavimento da estrutura de suporte.

De acordo com uma forma de realização diferente daquela, o elemento de absorção de energia alonga-se por baixo das aberturas das janelas da estrutura de suporte, que estão previstas para a receção de uma chapa transparente frontal. De acordo com ambas as referidas formas de realização do elemento de absorção de energia, o elemento de absorção de energia estende-se essencialmente em paralelo à via e transversalmente à direção de deslocação.

De acordo com uma forma de realização preferida, cada um dos elementos de absorção de energia faz parte da estrutura de suporte.

Outras formas favoráveis e vantajosas de realização da invenção constituem o objeto da descrição que se segue, de exemplos de formas de realização da invenção, com referência às figuras dos desenhos, onde referências iguais correspondem às mesmas peças ativas e em que 10 A Figura 1 apresenta uma vista em perspetiva de um exemplo de forma de realização do componente estrutural de topo de acordo com a invenção, A Figura 2 um exemplo de forma de realização de um elemento intermédio de absorção de energia do componente estrutural de topo de acordo com a figura 1, numa representação ampliada e A Figura 3 um exemplo de forma de realização de um elemento inferior de absorção de energia de acordo com a invenção, de um componente estrutural de topo conforme a figura 1. A figura 1 mostra um exemplo de forma de realização do componente estrutural de topo 1 de acordo com a invenção, numa representação em perspetiva. O componente estrutural de topo 1 é, no caso representado na figura 1, realizado apenas por meio de uma estrutura de suporte 2. Outras partes constituintes do componente estrutural de topo, como sejam projetores, instalações de ventilação de ar condicionado, mesa de comandos, assento do condutor e semelhantes, não se encontram representados figurativamente por motivos de facilidade de visualização. Apenas para fornecer uma ideia integral é aí indicado que a estrutura de suporte 2 apresenta cavidades para projetores 3 destinadas à receção de projetores, cavidades para chapas de vidro frontais 4 para a receção de chapas de vidro frontais, uma cavidade superior 5 para a receção de um projetor superior, bem como espaços de armazenamento 6 para a colocação de instalações de ventilação de ar condicionado e semelhantes. 11 A estrutura de suporte 2 proporciona ainda, através de duas paredes laterais 7, uma cobertura de teto 8 e uma parede de pavimento 9, bem como, através de uma estrutura de mesa de comando 10, a colocação para uma mesa de comando, não representada na figura. Para a montagem da estrutura de suporte 2 na carroçaria de um vagão de um veiculo ferroviário estão previstos meios de união 11 esquematicamente representados, com os quais se efetua, no exemplo de forma de realização representado, uma união de flanges simples, a qual pode ser unida de forma amovivel às flanges da carroçaria do vagão. Para a união servem, por exemplo, cavilhas roscadas com contra-porca. As cavilhas roscadas com contra-porca são fáceis de inserir e velam por uma elevada retenção mecânica. A estrutura de suporte 2 é, vantajosamente, construida em aço.

No lado contrário ao dos meios de união 11, portanto no lado frontal da estrutura de suporte 2 ou do componente estrutural de topo 1, está previsto um para-choques inferior 12, o qual se estende horizontalmente numa direção transversal, portanto em ângulo reto em relação a uma direção de deslocação do veiculo e essencialmente paralela a uma via. Por baixo das cavidades para as chapas transparentes frontais 4 estende-se um suporte transversal intermédio 14 coberto por uma chapa 13. Colocado numa posição afastada em relação aos meios de união 11 pode ainda ver-se, na figura 1, um outro suporte transversal 15. Este estende-se também horizontalmente na direção transversal, portanto paralelo ao para-choques 14. Os para-choques 12 e 14, bem como o suporte transversal 15 são, 12 cada um deles, parte constituinte de um elemento de absorção de energia. A figura 2 mostra, em mais pormenor, um dos elementos de absorção de energia 16 da estrutura de suporte 2. 0 referido elemento de absorção de energia 16 estende-se por baixo das cavidades de receção das chapas de vidro frontais 4 mostradas na figura 1 e constitui a estrutura da mesa de comando 10. São peças constituintes do elemento de absorção de energia 16, o para-choques 14, que se estende na direção transversal, o suporte transversal 15, que se estende paralelamente àquele e dois suportes longitudinais 17 e 18, os quais unem mecanicamente o suporte transversal 15 ao para-choques 14. Neste caso os suportes longitudinais 17, 18 apresentam uma secção arqueada 19, que é curvada de tal modo que as duas extremidades livres dos suportes longitudinais 17, 18 ficam viradas uma para a outra. Com isso as extremidades livres dos suportes longitudinais 17 e 18 são mecanicamente unidas ao para-choques 14, para o que o para-choques 14 está colocado afastado em relação aos meios de união, de modo a que os suportes laterais 17 e 18 se salientem em relação ao para-choques 14, pelas suas secções 20, na direção da deslocação.

Para o enfraquecimento mecânico das secções arqueadas 19, cada uma delas apresenta um ponto de menor rigidez 21 sob a forma de simples cavidades. Por causa dessas cavidades 21 a rigidez mecânica dos suportes laterais 17, 18 é reduzida nas secções arqueadas 19, de modo que, no caso de uma colisão, elas se deformem preferencialmente para dentro nessas zonas. Entre o para-choques 14 e o suporte transversal 15 encontra-se colocado um material deformável 13 22 constituído sob a forma de duas chapas deformáveis lisas paralelas.

Num embate as secções 20 entram em contacto com o obstáculo. Dão-se imediatamente, primeiro uma deformação virada para dentro dos suportes laterais 17 e 18 nas suas secções arqueadas 19 e depois disso uma deslocação do para-choques 14 para cima do suporte transversal 15, com deformação das chapas de deformação 22. Para tal o suporte transversal 15 apresenta uma rigidez mecânica aumentada em relação à do para-choques 14 e das chapas deformáveis 22, de modo que aquele, no caso de um embate, constitua uma espécie de contraforte para o processo de deformação. Tal leva a uma absorção constante da energia e com isso a uma dissipação da energia cinética do veículo. Principalmente com forças de embate muito intensas em consequência de velocidades muito elevadas, chega-se também a uma deformação irreversível da forma estável do suporte transversal 15. A figura 3 mostra um outro elemento de absorção de energia 23, o qual constitui a secção de pavimento 9 da estrutura de suporte 2 construído de acordo com a figura 1. 0 elemento de absorção de energia 23 é constituído pelo para-choques 12, bem como por um suporte transversal 24, que corre paralelamente ao para-choques 12, em que, entre o para-choques 12 e o suporte transversal 24 se encontra colocado um material deformável, aqui uma chapa de aço deformável 25. 0 suporte transversal 24 e o para-choques 12 estão unidos um ao outro por meio de suportes laterais 17 e 18, que estão virados um para o outro através de secções arqueadas opostas 19. Por outro lado, para a construção mecânica de pontos de menor rigidez, as secções arqueadas 14 19 apresentam cavidades 21. Na chapa deformável 25 está ainda prevista uma abertura de ventilação 26, para a expulsão de ar das instalações de ventilação de ar condicionado não representadas na figura.

Na figura 3 pode também reconhecer-se que a chapa deformável 25 constitui uma estrutura ondulada, com secções onduladas 27. As secções onduladas 27 constituem troncos de pirâmide e estreitam na direção da sua extremidade virada para o para-choques 12. Assim diminui a altura dos troncos de pirâmide na direção do para-choques 12. Desta maneira é simplificada a capacidade de deformação das extremidades dos troncos de pirâmide voltadas para o para-choques 12. Os troncos de pirâmide são assim tornados menos rígidos e constituem pontos de iniciação devido ao referido estreitamento. No lado contrário ao do para-choques 12 da secção ondulada 27, está, pelo contrário, prevista uma nervura de reforço 28, a qual une mecanicamente umas às outras as secções onduladas 27. A nervura de reforço 28 serve apenas finalidades de compactação. Por meio da configuração descrita da chapa deformável 25 é possibilitada uma absorção de energia maior e mais constante no caso de um embate. Na sequência de um acidente o componente estrutural de topo pode ser completamente substituído através da retirada das cavilhas roscadas. As deformações no resto do veículo são evitadas por meio dos elementos de absorção de energia.

Lisboa, 19 de Julho de 2012

Claims (12)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Componente estrutural de topo (1) para aplicação ao lado frontal de um veículo, com uma estrutura de suporte (2), a qual apresenta meios de união (11) para fixação mecânica amovível ao veículo e com pelo menos um elemento de absorção de energia (16, 23) para dissipar a energia cinética no caso de um embate contra um obstáculo, o qual é construído de tal forma que a energia cinética é continuamente absorvida por meio de deformação contínua, em que pelo menos um elemento de absorção de energia (16, 23) faz parte da estrutura de suporte (2) , caracterizado por um para-choques (12, 14) da estrutura de suporte (2), que se estende numa direção transversal, no lado da estrutura de suporte (2) oposto ao dos meios de união (11), fazer parte de um elemento de absorção de energia (16, 23) e o elemento de absorção de energia (16, 23) apresentar um suporte transversal (15, 24) que é mais dificilmente deformável em comparação com o para-choques (12, 14), que está colocado afastado do para- choques (12, 14), virado para os meios de união (11) e se projeta na direção transversal, em que entre o para-choques (12, 14) e o suporte transversal (15, 24) se encontra colocado um material deformável por embate (22, 25) .

2. Componente estrutural de topo (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no material deformável serem constituídos pontos de menor rigidez.

3. Componente estrutural de topo (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o suporte 2 transversal (15, 24) e o para-choques (12, 14) estarem unidos entre si, por suportes longitudinais (17, 18) que se estendem de ambos os lados do suporte transversal e do para-choques, em que os suportes longitudinais (17, 18) apresentam pelo menos um ponto de menor rigidez, para quebrar a resistência do material.

4. Componente estrutural de topo (1) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os suportes longitudinais (17, 18) sobressaírem em relação ao para-choques (12, 14) numa direção contrária à dos meios de união (11) .

5. Componente estrutural de topo (1) de acordo com uma das anteriores reivindicações 1 a 4, caracterizado por o material deformável (25) de pelo menos um elemento de absorção de energia (23) constituir uma estrutura ondulada.

6. Componente estrutural de topo (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a estrutura ondulada apresentar secções onduladas elevadas (27) , que se estendem em ângulo reto relativamente ao para-choques .

7. Componente estrutural de topo (1) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por as secções onduladas (27) estreitarem na direção do seu lado virado para o para-choques, com constituição de pontos de menor rigidez. 3

8. Componente estrutural de topo (1) de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por as secções onduladas (27) constituírem troncos de pirâmide, em que a altura do tronco de pirâmide diminui na direção da sua extremidade virada para o para-choques (12).

9. Componente estrutural de topo (1) de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o material deformável ser realizado por meio de pelo menos uma chapa deformável (22) colocada entre o para-choques e o suporte transversal.

10. Componente estrutural de topo (1) de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um elemento de absorção de energia (23) ser parte de uma secção de pavimento (9) da estrutura de suporte (2).

11. Componente estrutural de topo (1) de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um elemento de absorção de energia (16) se alongar por baixo de cavidades de janela (4) da estrutura de suporte (2), as quais estão previstas para receber uma chapa frontal transparente.

12. Componente estrutural de topo (1) de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por cada um dos elementos de absorção de energia (16, 23) fazer parte da estrutura de suporte (2). Lisboa