TWI297645B - - Google Patents

Description

1297645 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之標的物係車輛用，尤指軌道車輛用之改良碰撞元 件，其具汉置於一蓋板間之輪廓件，其呈管形箱形式，尤具 多邊形截面，藉由塑性變形吸收受長向擠壓時之衝擊能量，該 碰撞元件另具一平行輪廓件長方向設置之導引元件，其固定於 車輛較遠惑蓋板上，並透過一通口，可於距車輛較近之蓋板内 移動。

此類纖元件，英文為emmple elements，树作Crash_ Elemente (crash elements)。於車輛設計中（軌道車輛設計、 汽車設計等）以預定方式吸收車輛碰撞時之能量。於車輛碰撞 區，這些S件均為已知。本發明特別針對軌道車輛，但亦適用 於汽車（例如轎車）或類似車輛。 【先前技術】 基於經濟及安全技術考量，於軌道車輛長向末端範圍通常 設有碰撞區。-方膽生意外事故討藉其防止或減少車輛之 =古另-方研提高車_乘客之安全。崎耗最常發生 思外事故之部位為車輛前、後末端_，因大部分音外事故係 雨輛列車追㈣外树，或與另-交畔與者或障礙物正面相 撞（衫由多個賴聯結之列車’發生意外事故時亦可造成 -車箱爬升至另一車廂上）。 …於今日技術下，為保護軌道車輛，遂於車輛前、後端裝設 管形之_元件’當其受到足夠之作用力_會相互擠壓且擅 曲。以此方法，—部分作用於車輛上之動能量使得碰撞元件變 形。由於動低’作躲軌道車輛切餘負荷亦降低，使乘 6 1297645 客區得到保護。 此處應用種類中一種碰撞元件，軸向受擠壓輪廓件之持續 塑性摺曲特性，係用來吸收相撞時之能量。此類之碰撞元件描 述於例如W0 01/606 A1及美國專利案US4,492,291中，其中， 藉額外之造型特徵，例如小孔或摺角，於受壓縮時引導出預計 之皺摺過程。

# 為達到碰撞程序之最佳化，可將碰撞元件之截面設計成多 細胞式’也就是由多個元件組成。一般而言上述措施之目的係 充分利用材料，盡可能地吸收能量，在給予之設計空間條件下 提南擠壓力，或藉由小波浪形式之輪廓件陡面之曲折，以達到 均勻之擠壓力。 依據歐洲專利EP 1 398 224 A1，由一空心件及一内部件組 成一碰撞箱（Crash Box)，内部件可移動地設於空心件内，其 具與外部空心件内表面接觸之支臂，藉以降低擠壓力，其中， 支臂末端用延伸至空心件内表面、具彈性之材料製成，例如硬 發泡材料。支臂用來加強碰撞箱之強度，於軸向擠壓過程中亦 會產生塑性變形。為設計出具多種負荷等級之碰撞箱，或為產 生曲摺’内部件可設計為比外部碰撞輪廓件短。 其他針對軸向受擠壓碰撞箱之最佳化可能性包括例如以發 泡材料（pu-泡沫、鋁_泡沫或類似材料）將輪廓件完全或部分 充填，或使用多細胞式輪廓件。 、若截面尺寸小且沒有或只有不足夠之侧向導引（例如未與 車，結構整合，而是設置於車輛末端自由突出之碰撞元件）， 泫等7L件對偏心之負荷作用非常敏感，可導致侧向偏移，戋、 輪廓件全面折彎，使能量之吸收大幅降低。此外，蓋板之轉= 易造成跨騎”或碰撞雙方側向之偏移。 7 1297645 使用侧向標準緩衝器時，於緩衝器支架上為吸收過大之緩 衝器衝力’經常於緩衝器元件後面额外裝設變形體，藉由塑性 變形消耗能量。依使用緩衝器之長度而定，該類構造可使變形 元件完全導·筒、-套箱或類似之元件内以活塞形式加 以導引。如此’雜猶触切骑發生橫向雜之情形。 於德國專利案顧7 43 253 111中插述一空心氣缸形式之變 形件，其域衝器支架之-部份，具—底板及—衝擊板，其導 崖？丨至-導引套筒心導引套筒可防止衝擊板侧向偏移，但無法 W 防止變形件折彎或衝擊板之轉動。 於德國專利案DE 12 79 709 B中描述一緩衝器，其具有裝 2其後之變_，該變_具多個與長㈣行之管件，該緩衝 脸具有—額外導引活塞式之緩衝器長向導引件，其固定於緩 — 衝器侧、（前侧）之尾端，並導引於變形體後之導引管内。該變 •- 碰树-套箱内被導引。長向導引件之導引活塞裝置並非無 接觸地支承於導引管内，以便於偏心碰撞時能與套仙之導引、 件共同作用’將出現於緩衝器上之轉矩導引出來。此方法僅適 g 用於變形體置於一外殼（套箱）内之情形。 於德國專利案DE 297 22 844 m中描述一類似概念，即一 具有對心裝置及變形管之衝擊變形裝置。變形管内有一張力元 …件，藉此可影響預力及變形管之鬆脫力。於擠壓過程中，可藉 ‘此張力元件降低或阻止衝擊板之轉動。該發明中同樣須藉由^ 外之設計以防止衝擊板橫向移動之導引，因而亦需要一套箱、 一導引套筒，或類似元件。 n ^無前置標準緩衝器之自由伸出碰撞元件，與距車輛較遠之 衝擊板直接相接，如同其用於具中間緩衝聯結器之軌道車輛， 或與跨騎保護裝置一起使用；該等衝擊板常設計成具肋之反般 8 1297645 升板。變形元件通常直接設置於反爬升板後，因而只能於套箱 内有限地導引，因為無法完全利用變形元件可能擠壓之長度。 二rL、在已知之解決方法中，為確保此類自由伸出碰撞輪廓件預 设向擠壓於受偏心力時亦正常運作，遂有額外之設計甩以 ^又也'向力及’。另外有_伸縮管設計，其具精確相互校 :、相互導引之管。不^’_般而言，此二設計降低可利用之 消耗能量擠壓行程；另外，此二設計非常複雜。

於軸向滑動導引中（例如伸縮管設計），若負荷為偏心， —般而言即會於支撐點上出現極大的局部夾緊力，其一方面需 =堅n點設計，另—方面會於衝擊方向產生極大之滑動 摩擦力，此_摩擦力鱗輛之碰雜性可能導致不良影響。 、其他解決方法係使用大面積之碰撞職，但唯有足 =時才有可能；或碰撞元件係特別之幾何設計，例如錐形設 2於碰撞輪廓_設計橫向餐板，_穩定皺折過程。但 後者只適於碰撞雙方間偏移不大時，且對接 益 ;_阻止作用(因而仍有可能之跨_^ 【發明内容】 本任務以—種碰撞元件為出發點，該碰撞元件具冒私 -蓋板間《管形箱式輪廓件（尤具多達形截面），及且」 於碰撞輪廓件之料元件，其與·輪廓件之前蓋 碰撞對方）固定連接，並可透過後蓋板（即 。 之通口移動。本任務以下述方法加以解決:通口形狀= 9

1297645 使導引元件於長方向無接觸地移動，且可使導引元件朝著長方 向做侧向傾斜。導引元件最好設於碰撞輪廓件内。 藉由本發明之解決辨法，以簡單方式避免輪廓件或整個碰 撞元件意外的產生侧向偏離（尤其是彎折）。藉於碰撞輪廓件 内加入導引元件，即不需改變碰撞輪廓件之尺寸。另外，有了 導引元件，亦不會降低輪廓件之最大擠壓長度。 要強調的是，上述對導引元件及通口之描述係指不變形狀 態下元件間之相對位置關係，實際上需假設（或預估）碰撞過 程中，尤其是偏心碰撞時，導引元件與蓋板於通口内有（滑 動）接觸。 為使導引元件移動時不影響輪廓件之擠壓行為，建議二元 件之截面形狀應完全貼合，則輪廓件形成折皺時即不受導引元 件之阻礙。此點尤其可以下述方法達成：於導引元件截面中切 除一輪廓件進行塑性變形之預定範圍。 同樣，導引元件最好對準通口。尤其於碰撞輪廓件未變形 時，導引元件可不與其接觸而穿過通口或伸入其中。 將導引元件設計成十字輪廓件，使負荷可於二橫方向偏 移。導引機制之功效亦可以其他截面形式之導引輪廓（圓柱 形，長方形輪廓，正方形輪廓，Η形輪廓等）達成。 本發明特別適用於車輛，尤指軌道車輛，其具至少一依本 發明設置於車輛末端碰撞區範圍内之碰撞元件。 若軌道車輛具至少二不同強度（或不同碰撞力等級）之碰 才i元件則更有利’而此二碰撞元件最好於車輛橫方向相互間

1297645 【圖式簡單說明】 以下藉一附有圖式之實施例更進一步說明本發明，本發明 不受此實施例之限制，各圖之内容如下： 圖一依實施例之碰撞元件； 圖二 碰撞元件各組件之分解圖； 圖三二相同碰撞元件以固定偏移高度相撞時之擠壓變化 圖； 圖四二相同但無導引元件之碰撞元件以固定偏移高度相 撞時之擠壓變化圖; 圖五於軌道車輛上安裝碰撞元件； 圖六 獨五中範獨V之俯視圖; 圖七至圖九二具相同碰撞元件之車輛發生碰撞，其碰撞 元件具相同偏移高度時，圖六中沿A-A線之各階 段擠壓變形剖面圖， 圖十至圖十三二具相同配置之碰撞元件之車輛發生碰揸， 其碰撞元件具相同偏移高度時，圖六中沿A-A線 之各階段擠壓變形剖面圖，其中，二相撞車輛之 正面各設置二不同強度之碰撞元件。 【實施方式】 本實施例係關於地下鐵路車輛之碰撞元件。本具體例中， 車插聯結器須能承受大至15 km/h速度差之衝擊。此外，可更 換之元件應當吸收衝擊能量，本發明之碰撞元件即用於此目 的。如圖四及圖五所示，該等元件設置於車輛WG末端之碰撞 區（所顯示者可代表二此類車輛WG碰撞之情形），且設置於 車廂之下底盤上。 1297645 圖一中之碰撞元件KE具一輪廓件CR(碰撞輪廓件或 Crash- Profll)及位於末端之二蓋板AC、Ap，藉該二蓋板傳入 或支撐負荷。如圖二分解圖所示，基本上碰撞輪廊件议為四 方形，此外具多細胞式截面，於其内部沿著四個角有四方形之 細胞結構’因而中央留有十字形之自由區域ZF。本實施例之碰 才里輪廊件尺寸為280 X 280 X 467 mm，壁厚3 9 mm。

一般而言，碰撞輪廓件係具多邊形截面之管形箱形式（有 時為組合而成）。除了正方或四方科’六邊或八角之基本形 式亦很重要。實施例中碰撞元件KE之所有零件均為銘製，亦 可採用其他材料，尤其是鋼。 蓋板AP作為底板，甩以固定（例如藉由螺牙）碰撞元件於 車體上，蓋板大小例如為400X400 mm，厚為35 mm。另一距 車輛較遠之纽AC崎献綺板（antidimbef _)，其 為例如邊長3Gamm之正方形。反料裝置早為已知，其功能 係防止相撞之-車輛偏離至另一車輛之上。為此，反攸升板ac 二有2〇 mm高之肋狀凸條，板AC之總厚度（包含肋狀凸 知）為40 mm 〇 依據本發明，為傳_輸人“貞荷而造成之橫向力及彎 於碰撞元件KE中，碰撞輪廓件⑶内設計一額外輪廊件 、’其與前板AC例如藉由焊接連接固定。該额外輪廓件fh =發明中作&導引元件，並於所示之實施例中，較真正的碰 =廓件CR長，且穿出通口 DL進入連接結構中。該連接結構 盖板AP及車輛支承件（車箱底盤）組成。 、施加之負荷偏移中心時，除了正向力（碰撞元件KE之長 向）外尚須傳遞檢向力。一般而言塑性化之碰撞輪廊件⑶ 、通傳遞&向力。若無獅措施可齡有賴元件侧向偏離或 12 1297645 完全彎折之危險。與前板AC固定連接之導引輪廓件fh與第二 碰撞元件共同防止整個設計偏離，因為導引輪廓件立即靠在通 口之一邊上。因偏移而產生之橫向力便可主要由導引輪廓件承 受。與碰捿輪廓件之長向力相比，一般而言可忽略藉此單倒靠 邊而產生之滑動摩擦力，使得碰撞元件KE不受施加負荷偏心 之影響，繼續主要於軸向受擠壓，因而得以確保碰撞輪廓件CR 之主要功能。

藉由通口設有很大的間隙，連接構件處（尤其是板Ap)之 導引輪廓件FH不會有歪斜或卡死之情形。如此，受同心負荷 時，支承結構及導引輪廓件不會有接觸，並於擠壓過程中，導 引輪廓件不受阻礙(且不費力）向後穿出，而不影響碰撞輪廊 件CR之破壞程序。受偏心負荷時，導引輪廓件FH能被推移， 而無歪斜或是卡死之情形，然而藉由與底板Ap之接觸而防止碰 撞輪廓件CR受擠壓時發生侧向偏移。 、〒施例中導”輪廓件FH為壁厚35 mm之實體，以確保有 良好穩足性’且導引輪廓件FH亦可確實地焊接於前板从上。 在材料及製造成本有限之情形下，導引輪廓件之十字形狀，於 :橫方向（水平及垂幻產生穩定之導？丨功能，尤其於與此處 {用《中央自由空間同樣為十字形截面之碰撞輪廊件共同作用 =其他適當之截面可為圓形’正方形或長方形及扭轉之十字 ^夠，她咖十子形’即X—形）。若一方向使用一個導引件已 遗面^可使用平面輪廊、H~輪廓或類似之輪廓。選用適當之 碰撞麵引元件之導獅卜），應注意不影響 偏移圖發明之作用方式，此碰撞有較大之 万向偏私里為100mm(碰撞輪廓件之高度為 1297645 成問題。軌道車輛之補輪雜通f有足夠高度（為導引輪廊 件之空間）’碰撞元件後方通#也有滑射間，所提出之解決 方法得以有效實現。 以上所描述之實施例係假設二連接板Ap (或與之固定之車 廂）於擠壓方向之橫方向上無相對運動，也就是說，碰撞過程 中偏移量維持不變。假設碰撞時車輛之相對運動不可忽略，最 好有如下方描述之限制相對運動或傳遞因其產生橫向力之額外

措施。垂直偏移或二車輛於垂直方向有相對運動，此假設不會 構成一般性之限制。 圖六顯示二車輛之末端範圍，此處係指二軌道車輛，其各 具二根據本發明之碰撞元件。元件符號KE1、KE2標示二車輛 中第一車輛之碰撞元件，元件符號ΚΕΓ、KE2^^示第二車輛之 碰撞元件。第一車輛二碰撞元件KE1、KE2於車輛橫方向相互 間隔。第二車輛之碰撞元件ΚΕΓ、KE2'也是如此。若碰撞元 件KEl、KE2、ΚΕΓ、KE2'設計相同（即強度相同），於二此 類車輛减撞時，如圖六至圖八所示，車廂之垂直運動不受碰撞 元件KE1、KE2、ΚΕΓ、KE：27艮制，直到導引件卡住為止。若 導引件無法承受此極高之卡緊力或所產生之轉矩，即可能出現 導引元件損壞，甚至有喪失導引機制之危險。如爾七至圖九所 示，碰撞元件KE1、ΚΕΓ、KE2、KE2'之碰撞力為ΚΕ1=ΚΕ2 = ΚΕΓ=ΚΕ2，。 為完美地限制二相碰撞車輛在垂直方向之相對運動，依本 發明之車輛，於車輛正面設有二根據本發明之碰撞元件ΚΕ1、 ΚΕ2及ΚΕΓ、ΚΕ2、其強度皆不同。如圖十至圖十三所示，碰 撞元件 ΚΕ1、ΚΕΓ、ΚΕ2、ΚΕ24碰撞力為 ΚΕ1=ΚΕ1'， KE2 = KE2r，而且 KE1CKE2，ΚΕΓ<ΚΕ2’。 15

1297645 從行駛方向看，第一或第二車輛左邊之碰撞元件KE2、 KE2'，其強度可高於各車輛右邊之碰撞元件ΚΕ^ ΚΕΓ。 強度較高之碰撞元件ΚΕ2、ΚΕ2,可例如在承受750kN力時 發生擠壓，而較弱之碰撞元件KE1、KE1，之擠壓力可例如為 500kN。二相同構造車輛，例如二軌道車輛驅動車相撞時，第一 車輛較強之碰撞元件KE2碰上第二軌道車輛較弱之碰撞元件 ΚΕΓ，且較強之碰撞元件KE2'碰上較弱之碰撞元件KE卜藉 使用具不同碰撞力之碰撞元件KE1、KE2、ΚΕΓ、KE2,，相碰 撞之碰撞元件KE1、KE2、KE1'、KE2'受力及軸向擠壓並非同 時而是依序發生。此時，強度較大、尚未折皺之碰撞元件 KE2、KE2:於垂直方向負責導引強度較弱、變形之碰撞元件 KE1、於強度較弱之碰撞元件！^1、^^厂内之垂直力同 樣由此導引機制傳遞，直到強度較弱之碰撞元件KEh ΚΕΓ完 全被擠壓後，強度較大之减撞元件ΚΕ2、ΚΕ2,才開始受擠壓。 此時，先前完全被擠壓之碰撞元件ΚΕ1、ΚΕ1「才提供垂直方向 之導引。 強度較高之碰撞元件ΚΕ2、ΚΕ21 方止與其接觸之肋板AC 之轉動。藉由壓制轉動，強度較弱之碰撞元件ΚΕ1、ΚΕ1'亦不 會轉動。因而二車廂之垂直運動能相互聯結，得以適當地傳遞 產生的垂直力。由垂直運動造成之垂直力因而得到最佳支承， 並能有效防止二車廂發生爬升之情形。 以此簡單之額外措施，於車輛碰撞區安裝不同強度之碰撞 元件ΚΕ1、ΚΕ2、ΚΕ1'、ΚΕ2’，可大幅改善具導引機制之非一 體碰撞元件之車輛减撞情形。 16 1297645 此解決方法可避免軌道車輛碰撞時之偏心問題及限制二車 輛間之相對運動，並以極簡單構造，符合可能之碰撞要求，亦 滿足軌道車輛修理時之方便性。

17 1297645

【主要元件符號說明】 KE 碰撞元件 AC 前蓋板 AP 後蓋板 CR 輪廓件（碰撞輪廓件） DL 通口 FH 導引元件 WG 車輛 ZF 輪廓件中心之自由區域 C 長軸 KE1，KE2 第一車輛之碰撞元件 KEl\ KE2r 第二車輛之碰撞元件

18

Claims (1)

1297645 第 〇94129〇35 號專利案申請專利範圍修正本1-一 十、申請專利範圍： 1· 一種車輛用、尤指軌道車輛用之碰撞元件，其具一設置於二 蓋板(AC、AP)間之輪廓件（CR)，其呈管形箱形式，尤其 具多邊形截面，藉由塑性變形吸收受長向擠壓時之衝擊能 量，該碰撞元件另具一平行於輪廓件（CR)長方向設置之導 引元件（FH)，其固定於車輛較遠之蓋板（AC)上，並透過 一通口 (DC) ’可於距車輛較近之蓋板（处）内務動，其特 彳政為’距車輛較近之蓋板（ AP)上之通口（DL)形狀可使 導引元件（FH)於長方向無接觸地移動，且可使導引元 件朝著長方向做侧向傾斜。 2·根據申請專利範圍第1項所述之碰撞元件，其特徵為，導引 元件（FH)設於輪廓件(CR)内。 3·根據申請專利範園第1項所述之碰撞元件，其特徵為，導引 件折曲時不會受到導引元件之阻擋^ ^ 4·根據申請專利範圍第1項所述之碰撞元件，其特徵為，導引 元件(FH)對準通口^ ^ 5·根據申請專利範圍第4項所述之禮撞元件，其特徵為，導引 元件（FH)無接觸地穿出通口（DL)。 6·根據申請專利細第！項所述之碰撞元件，其特徵為，導引 元件（FH)為十字形截面。 7. -鱗輛，尤指軌道雜，其減少—減前种請專利範 園任-項_之樣餅，_觀賴置於輪 碰 撞區。 19

1297645 8. 根據申請專利範圍第7項所述之車輛，尤指軌道車輛，其特 徵為，其至少具二不同強度之碰撞元件（KE1、KE2)。 9. 根據申請專利範圍第8項所述之車輛，尤指軌道車輛，其特 徵為，該二碰撞元件（KE卜KE2)於車輛橫方向相互間隔。 20