KNAUTSCHELEMENT
Die Erfindung betrifft ein Knautschelement eines Schienenfahrzeuges, welches im Bereich zumindest einer fahrzeugendseitig gelegenen Knautschzone angeordnet ist, und zumindest einen rohrförmigen Hohlraum aufweist.
Aus wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gründen sind bei einem Schienenfahrzeug im Bereich der längsseitig gelegenen Enden üblicherweise Knautschzonen vorgesehen. Zum einen können dadurch bei einem Unfall Beschädigungen des Fahrzeuges vermieden oder verringert werden, zum anderen lässt sich dadurch die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöhen. Die am häufigsten unmittelbar an Unfällen beteiligten Teile eines Schienenfahrzeuges sind der vordere und der hintere Wagenendbereich, da die meisten Unfälle Auffahrunfälle - im Fall eines Zugverbandes, der aus mehreren gekoppelten Waggons besteht, kann es bei einem Unfall zu einem Auffahren einzelnen Waggons untereinander kommen - bzw. frontale Zusammenstöße mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Hindernissen sind.
Zum Schutz eines Schienenfahrzeuges sind daher gemäß dem Stand der Technik in die vordere und zumeist auch in die hintere Fahrzeugfront röhrenförmige Knautschelemente integriert, die bei einer genügend starken Krafteinwirkung zusammengestaucht und gefaltet werden können. Durch diese Maßnahme wird ein Teil der kinetischen Energie, die auf das Fahrzeug wirkt, für die Deformation des Knautschelementes aufgewendet. Durch diese Reduktion der kinetischen Energie verringert sich auch die Belastung, die auf das restliche Schienenfahrzeug wirkt.
Aufgrund des großen Eigengewichtes und der damit verbundenen hohen kinetischen Energie des Schienenfahrzeuges können bei Unfällen, dennoch sehr hohe Kraftspitzen auftreten. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die auftretende Belastung in ein Knautschelement mit geringer Auslösekraft über eine möglichst große Fläche einzuleiten und über diese zu verteilen.
Herkömmlicherweise wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass man von einander getrennt eingebaute Knautschelemente, die als einfache rohrformige Hohlkörper mit einem zumeist annähernd quadratischen Querschnitt ausgeführt sind, parallel nebeneinander in die Fahrzeugfront integriert, wobei die Längsseiten der Knautschelemente parallel zur Fahrtrichtung angeordnet sind. Üblicherweise werden diese Knautschelemente in den Kopfbereichen des Fahrzeuguntergestells angebracht und mit einem Querbalken, der als Stoßstange fungiert, miteinander verbunden. Von der zu erreichenden Knautschcharakteristik des gesamten
Fahrzeuges hängt es ab, wie viele Knautschelemente Verwendung finden und ob diese an nur einem Wagenende oder an beiden eingebaut werden.
Die US 5 630 605 und die US 5 715 917 beschreiben eine Methode zum Abbau der bei einem Zusammenstoß frei werdenden Energie mittels eines Stoßübertragungselementes, welches in einem Rahmen in Fahrtrichtung bewegbar geführt ist, und einer stoßabsorbierenden Waben- förmigen Struktur, die durch das Stoßübertragungselement komprimierbar ist.
Die FR 2 140 937 beschreibt einen vorderen Endbereich eines Schienenfahrzeuges, der zu beiden Seiten eines Gehäuses einer automatischen Kupplung ein wellenförmiges Blech angeordnet ist. Dieses Blech ist sowohl mit dem Kupplungsgehäuse als auch mit Längs- und Querträgern des Schienenfahrzeuges verschweißt und bildet einen Teil der Fahrzeugstruktur, weshalb ein Austauschen dieses Bleches im Fall einer Deformation mit großem Arbeits- und Kostenaufwand verbunden ist.
Die EP 0 612 647 AI offenbart einen Eisenbahnwagen mit einem Deformationselement, welches aus einem wellenförmigen Blech gebildet ist und ebenfalls einen Teil der Fahrzeugstruktur bildet, sodass ein Austauschen des Bleches auch hier mit einem großen Arbeitsaufwand verbunden ist.
Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist weiters, dass bauartbedingt trotz allem unerwünscht hohe Kraftspitzen auftreten können bevor es zu einer Faltung der Knautschelemente kommt. Durch diese mitunter sehr hohen Kraftspitzen kann ein großer Teil der auftretenden Belastungen auf die Fahrgastzelle übertragen werden. Um bei einem Unfall Beschädigungen des Schienenfahrzeuges bzw. Verletzungen von Fahrzeuginsassen zu vermeiden, muss daher die übrige Fahrzeugstruktur entsprechend stärker und schwerer ausgeführt werden, was zu Lasten der Nutzlast geht. Weiters sind die relativ hohen Kosten bei der Herstellung herkömmlicher Knautschelemente von Nachteil. Auch ist das Austauschen beschädigter Knautschelemente mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfach und kostengünstig herzustellendes Knautschelement mit geringer Auslösekraft; zu schaffen, bei dem eine großflächige Krafteinleitung möglich ist und welches darüber hinaus einfach auszutauschen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Knautschelement in dem Schienenfahrzeug austauschbar befestigt und aus zwei Blechen gebildet ist, von denen zumindest eines als Profilblech ausgeführt ist, welche an einander zugekehrten und aneinander anliegenden Stegen, unter Bildung parallel zueinander verlaufender hohler Kästen, miteinander verbunden sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Knaul schelement werden durch die aufeinanderliegenden Bleche röhrenförmige Hohlräume gebildet, die bei einsm Unfall komprimiert werden können, wobei sich beschädigte Knautschelemente gegen neue austauschen lassen.
Es ist ein Verdienst der Erfindung, ein Knautschelement zu schaffen mit dem es möglich ist, eine größere Breite der Fahrzeugfront kontinuierlich abzudecken und zu schützen. Diese Maßnahme trägt wesentlich dazu bei, dass bei einem Unfall die Krafteinleitung in ein erfindungsgemäßes Knautschelement über eine größere Fläche als bei den bekannten Knautschelementen erfolgt, wodurch sich die auftretende Kraftspitze wesentlich verringern lässt. Ein weiterer großer Vorteil gegenüber den bekannten Knautschvorrichtungen besteht in der einfachen und kostengünstigen Herstellung.
Um eine Halterung für das Knautschelement zu schaffen, die eine leichte Austauschbarkeit garantiert, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform darin, dass die Bleche in einem Rahmen gehalten sind.
Eine in der Praxis bewährte Verbindung der beiden Bleche sieht vor, dass die zwei aufeinanderliegenden Bleche an ihren Berührungsflächen miteinander punktuell verschweißt sind.
Kosten- und herstellungsbedingt wird dem punktuellen Verschweißen gegenüber anderen möglichen Verbindungsmethoden, wie z. B. Verschweißen der beiden Bleche mit einer Kehlnaht über ihre gesamte Länge oder Verschrauben, der Vorzug gegeben.
Um möglichst gute Knautscheigenschaften zu erhalten, weisen die hohlen Kästen einen sechseckigen Querschnitt auf.
Um einen möglichst großen Bereich der Fahrzeugbreite zu schützen und eine großflächige Krafteinleitung in das Knautschelement zu ermöglichen, verlaufen die Bleche im wesentlichen über die gesamte Breite des Schienenfahrzeuges.
Eine günstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Rahmen zwei Seitenteile und einen Vorderteil aufweist, wobei der Vorderteil einen kastenförmigen Querbalken besitzt, der im wesentlichen über die gesamte Fahrzeugbreite verläuft, wobei an der dem Schienenfahrzeug abgewandten Seite des Querbalkens Verrippungen vorgesehen sind, um bei einem Zusammenstoß mit einem zweiten Schienenfahrzeug zu verhindern, dass der Querbalken eines Schienenfahrzeuges über den anderen gleitet und ungeschützte Fahrzeugbereiche beschädigt.
Eine vorteilhafte Variante die gesickten Bleche in dem Rahmen zu befestigen besteht darin, dass die gesickten Bleche mit dem Rahmen verschweißt sind.
Das Montieren und Entfernen des Knautschelementes wird dadurch erleichtert, dass die Seitenteile des Rahmens über Führungsschienen in Langträger des Schienenfahrzeuges einschiebbar sind.
Eine Ausführungsform mit einem hohen praktischen Nutzen, besteht darin, dass die Seitenteile des Rahmens mithilfe von Klemmverbindungen mit den Langträgern des Schienenfahrzeuges lösbar verbunden sind.
Eine günstige Variante sieht vor, dass die Klemmverbindung vier gegeneinander verschiebbare Keile aufweist.
Vorteilhafterweise sind zwei Keile starr mit einer Platte verbunden.
Weiters ist bei dieser Ausführungsform ein Keil mit Stangen starr verbunden, die je ein Gewinde aufweisen.
Um die Klemmverbindung zu fixieren, ist es vorgesehen, dass ein Keil mit Muttern über die Gewinde an den Stangen befestigbar ist.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigen
• Fig. 1 Abschnitte eines Schienenfahrzeugoberteils mit einer erfindungsgemäßen
Knautschvorrichtung in perspektivischer Ansicht;
• Fig. 2 eine Ansicht des erfmdungsgemäßen Knautschelement aus der Richtung II in
Fig.l;
• Fig. 3 eine Ansicht einer Variante des erfindungsgemäßen Knautschelementes aus der
Richtung II in Fig. 1 ;
• Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;
• Fig. 5 den Bereich V aus Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 weist der Oberteil eines erfindungsgemäßen Knautschelementes 1 ein Profilblech 2b', mit periodisch über die Oberfläche angebrachten Profilen auf. Die Unterseite des Knautschelementes 1 wird durch ein gleichartiges Profilblech 2a' gebildet, das aus darstellen -
sehen Gründen jedoch nicht gezeigt ist. Die beiden gleichartigen Profilbleche 2a', 2b' liegen zueinander spiegelverkehrt aufeinander, wobei die Berührungsflächen der beiden Profilbleche 2a', 2b' in der Spiegelebene liegen. Durch diese Anordnung werden wie weiter unten genauer beschrieben hohle Kästen 4a mit einem sechseckigen Querschnitt gebildet. Dieser Sachverhalt geht besonders deutlich Fig. 2 hervor. Die einander zugekehrten und aneinander anliegenden Stege 3 a, 3b sind miteinander verbunden, vorzugsweise punktuell verschweißt.
Die beiden Profilbleche 2a', 2b' sind mit einem Rahmen 5 verbunden, vorzugsweise verschweißt, der zwei Seitenteile 5a, 5b und einen Vorderteil 6 aufweist. Der Vorderteil 6 besteht aus einem Querbalken 6', der als geschweißter Kasten ausgeführt ist. An seiner dem Schienenfahrzeug abgewandten Seite weist der Querträger normal zur längsseitigen Wagenmittelebene verlaufende Verrippungen 7 auf. Durch die Verrippungen 7 an dem als Stoßstange dienenden Vorderteil 6 wird bei einem Zusammenstoß zweier Schienenfahrzeuge verhindert, dass der Vorderteil 6 des Rahmens 5 eines Schienenfahrzeuges den Vorderteil des anderen Schienenfahrzeuges „überklettert" und ungeschützte Bereiche der Fahrzeugfront beschädigt.
Für die hier dargestellte Ausführungsform werden als Materialien für die Profilbleche 2a', 2b' Nirosta-Stahl und für den Rahmen 5 ein niedrig legierter Stahl bevorzugt. Die Verwendung anderer Materialien für die Profilbleche 2a', 2b' und den Rahmen 5, wie z.B. Aluminium, ist aber durchaus denkbar.
Die Seitenteile 5a, 5b des Rahmens 5 können in Langträger 8a, 8b des Schienenfahrzeuges über Führungsschienen eingeschoben werden und dort mittels lösbarer Klemmverbindungen 9 fixiert werden. Bei Beschädigungen des Knautschelementes 1 werden die Klemmverbindungen 9, die weiter unten im Detail beschrieben sind, gelöst und das Knautschelement 1 samt Rahmen 5 als Ganzes ausgetauscht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Profilbleche 2a', 2b' im Querschnitt als gleichschenklige Trapeze ausgeformt, deren längere parallele Seite a offen ist, wobei die beiden Profilbleche 2a', 2b' so übereinanderliegen, dass hohle Kästen 4a mit dem Querschnitt eines regelmäßigen Sechseckes gebildet werden. Die Seitenlänge s, c eines dieser regelmäßigen Sechsecke liegt im Bereich zwischen 40 und 100 mm. Fast jede symmetrische, Querschnittsform der hohlen Kästen, die ein Polygon bildet - Kreis, 3-Eck, 4-Eck, 6-Eck ... - eignet sich prinzipiell für ein erfindungsgemäßes Knautschelement. Wählt man einen viereckigen bzw. quadratischen Querschnitt, so kann anstelle des zweiten Profϊlblechs auch ein glattes Blech angeordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Herstellungsbedingt wird jedoch eine Variante mit einem sechseckigen Querschnitt der hohlen Kästen bevorzugt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 sind ein Profilblech 2a und ein glattes Blech 2b so übereinander angeordnet, dass hohle Kästen 4b mit einer im wesentlichen quadratischen Querschnittsfläche gebildet werden. Ein Vorteil dieser Variante besteht in der einfachen und kostengünstigen Herstellung.
Das erfindungsgemäße Knautschelement nach Fig. 4 weist ein erstes Profilblech 2a' auf, auf welches ein gleichartiges, zweites Profilblech 2b', welches hier aus darstellerischen Gründen nicht gezeigt ist, spiegelverkehrt aufgesetzt ist, wobei die Profilbleche 2a', 2b' an ihren Stegen (3a, 3b) punktuell im Abstand 1 von ungefähr 20 mm miteinander verschweißt sind. Die Schweißpunkte sind in der Abbildung als Kreuze dargestellt. Prinzipiell sind auch andere Verbindungsarten zwischen den Profilblechen 2a', 2b' möglich, z. B. eine durchgehende Schweißnaht oder Verschrauben.
Die in Fig. 5 dargestellte Klemmverbindung 9 weist zwei an endseitigen Gewinden 12a, 12b zweier Stangen 13a, 13b festziehbare Muttern 11a, 11b, sowie vier paarweise gegeneinander verschiebbare Schraubkeile 10a, 10b, 10c, lOd auf. Die beiden Stangen 13a, 13b sind längsverschiebbar in Führungen 14 gelagert, die seitlich auf einer Platte 15 angeordnet sind. Aus Gründen der Gewichtsersparnis weist die Platte 15 kreisförmige Ausnehmungen 16 auf. Die Klemmverbindungen 9 werden in die Seitenteile 5a, 5b des Rahmens 4 und in die Längsträger 8a, 8b eingeschoben. Durch Anziehen der beiden Muttern 1 1a, 11b werden die Keile 10a, 10b, 10c, lOd jeweils paarweise übereinander geschoben, wodurch sich der entsprechende Seitenteil 5a, 5b des Rahmens 4 in dem jeweiligen Längsträger 8a, 8b des Schienenfahrzeuges fixieren lässt.