WO2013056950A1

WO2013056950A1 - Energieabsorptionseinrichtung

Info

Publication number: WO2013056950A1
Application number: PCT/EP2012/068917
Authority: WO
Inventors: Richard Graf; Philipp HEINZL
Original assignee: Siemens Ag Österreich
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6), wobei eine wenigstens teilweise mit energieverzehrenden Material (2) gefüllte Halterung (1) im Wesentlichen in der Achse der Mittelpufferkupplung (6) in Richtung der Wagenmitte so angeordnet ist, dass die im Verlauf eines Zusammenstoßes abgetrennte Mittelpufferkupplung (6) in das energieverzehrende Material (2) der Halterung (1) geschoben wird.

Description

Beschreibung

Energieabsorptionseinrichtung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Energieabsorptionseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit Mittelpufferkupplung.

Stand der Technik

Bei Passagierschienenfahrzeugen ist es gebräuchlich, die kinetische Energie eines Aufpralls im Zuge eines

Unfallgeschehens in energieverzehrende Einrichtungen zu lenken. Diese energieverzehrenden (energiedissipierenden, bzw. absorbierenden) Einrichtungen wandeln die kinetische Energie in Verformungs- und/oder Wärmeenergie) um. Dadurch wirken auf die Passagiere geringere Kräfte und die

Verletzungsgefahr wird solcherart verringert. Es wird

zwischen reversiblen energieverzehrenden Einrichtungen, z.B. elastische Bauteile, hydroelastische Einrichtungen etc. und irreversiblen Einrichtungen, z.B. Verformungselementen unterschieden. Bei Kraftfahrzeugen (z.B. PKW) werden diese Verformungselemente als Teil der tragenden Karosserie

ausgeführt und bilden die sogenannte Knautschzone. Bei

Schienenfahrzeugen werden diese Verformungselemente

zusätzlich oft als getrennte, an die Fahrzeugstruktur

aufgesetzte energiedissipierende Crashelemente ausgeführt. Eine häufig angewandte Ausführungsform dieser Crashelemente setzt Metallschäume zur Energiedissipation ein, wie

beispielhaft in DE4441777A1 beschrieben. In EP 1 097 853 A2 ist die Verwendung von Metallschaum für ein

Energieverzehrelement für Nahverkehrsbahnen mit Metallschaum offenbart. Bei der Verbesserung der Crashtauglichkeit von mit Mittelpufferkupplung ausgestatteten Schienenfahrzeugen

(typischerweise Nahverkehrsfahrzeuge) tritt unter anderem das Problem auf, dass bei einem Frontalzusammenstoß zweier

Fahrzeuge der erste Kontakt über die Kupplungen erfolgt.

Üblicherweise enthalten diese Kupplungen stoßdämpfende und/oder federnde Elemente, die, unter Verkürzung in

Längsrichtung, zumindest einen Teil der Aufprallenergie aufnehmen. Dabei ist häufig vorgesehen, dass die Kupplung bei einem Zusammenstoß, welcher zu energiereich ist um über die stoßdämpfenden und/oder federnden Elemente abgefedert zu werden über eine Soll-Abscherstelle vom Wagenkasten

abgetrennt wird und am weiteren Verformungsverlauf nicht mehr teilnimmt .

Dabei kann nach dem Abtrennen der Kupplung ein Leerweg des Fahrzeugs bis zum Auftreffen der Wagenkästen aufeinander auftreten, im Verlauf dessen keine Energie abgebaut wird. Dies kann durch energieverzehrende Einrichtungen verhindert werden, in welche die abgetrennte Kupplung geschoben wird und in welchem eine energieverzehrende Verformung stattfindet. Diese energieverzehrenden Einrichtungen beruhen auf dem

Prinzip des Aufweitens eines Rohres. Dabei ist eine

Befestigung einer solchen Einrichtung an der Mantelfläche dieses Rohres nicht möglich, da solcherart die Funktion behindert werden würde. Ebenso ist in der Umgebung dieser Einrichtung entsprechender Bauraum zur Aufnahme der

Durchmesservergrößerung vorzuhalten, was den Einbau

zusätzlich aufwendiger gestaltet. Ein weiterer Nachteil dieser Einrichtung ist, dass sie auf jeden Kupplungstyp hin jeweils einzeln konstruiert werden muß.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Energieabsorptionseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit Mittelpufferkupplung anzugeben, welche ihre Abmaße während und nach dem Energieabsorptionsvorgang gegenüber den

Ausgangsmaßen unverändert belässt und deren

Energieaufnahmevermögen in einem weiten Bereich vorgebbar ist .

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

Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird eine

Energieabsorptionseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit Mittelpufferkupplung aufgebaut, wobei eine wenigstens teilweise mit energieverzehrendem Material gefüllte Halterung im Wesentlichen in der Achse der Mittelpufferkupplung in Richtung der Wagenmitte so angeordnet ist, dass die im

Verlauf eines Zusammenstoßes abgetrennte Mittelpufferkupplung in das energieverzehrende Material der Halterung geschoben wird .

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, unmittelbar nach dem

Abtrennen der Kupplung von deren Befestigung aber noch vor dem Auftreffen der Wagenkästen der beiden kollidierenden

Schienenfahrzeuge aufeinander eine Absorption eines Teils der Aufprallenergie gewährleisten zu können. Insbesondere können die durch das frühzeitige Abtrennen der Kupplung bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten hervorgerufenen Effekte kompensiert werden. Das frühzeitige Abtrennen der Kupplung bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten erfolgt aufgrund der bei

geschwindigkeitsabhängigen Abscherelementen in der

Kupplungsanbindung früher erreichten Auslöse-bzw.

Abscherkraft . Dieses frühzeitige Auslösen bewirkt einen Leerweg des Fahrzeugs in dessen Verlauf keine

Energiedissipation erfolgt, was durch gegenständliche

Erfindung kompensiert werden kann . Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenständlicher Erfindung ist die Formkonstanz der Halterung während und nach der Verformung des energieverzehrenden Materials. Die

Außenabmessungen der Halterung werden durch die Verformung des energieverzehrenden Materials nicht verändert, die

Energieabsorption erfolgt ausschließlich in dem

energieverzehrenden Material. Im Gegensatz dazu erfolgt bei den gebräuchlichen Aufweitrohren eben eine Veränderung der Außenabmessungen, sodass diese Aufweitrohre deutlich

aufwendiger an einem Wagenkasten zu befestigen sind. In der Regel ist ein gebräuchliches Aufweitrohr ausschließlich einseitig, gemeinsam mit der Kupplung an dem Wagenkasten befestigt. Eine Energieabsorptionseinrichtung gemäß

gegenständlicher Erfindung kann dahingegen jedoch auf beliebige Weise mit dem Wagenkasten verbunden werden.

Insbesondere kann die Halterung mit dem Wagenkasten

verschweißt werden, es sind jedoch auch Schraubverbindungen mit dem Wagenkasten möglich.

Ein besonderer Vorteil gegenständlicher Erfindung ist es, dass die Halterung der Energieabsorbtionseinrichtung an jedem beliebigen Punkt ihrer Mantelfläche mit Teilen des

Wagenkastens verbunden, insb. auch verschweißt werden kann. Die erfindungsgemäße Energieabsorptionseinrichtung ist eine Funktionseinheit, welche an geeigneter Position hinter dem wagenseitigen Ende einer Mittelpufferkupplung zu befestigen ist, wobei keinerlei Rücksicht auf funktionsbezogene

AbmaßVeränderungen genommen werden muß, der Bauraum im

Untergestell eines Schienenfahrzeugs kann solcherart optimal ausgenutzt werden. Es ist empfehlenswert, das energieverzehrende Material mit einer Ausnehmung zu versehen, mittels welcher die in das energieverzehrende Material eindringende Mittelpufferkupplung axial geführt wird. Solcherart ist ein schräges Einfahren und eventuelles Durchbrechen der Mittelpufferkupplung durch die Halterung nicht möglich, bzw. ist die Wahrscheinlichkeit dafür wesentlich verringert. Zur weiteren Verbesserung der Verformungseigenschaften der Energieabsorptionseinrichtung ist ein Zentrierbecher

vorzusehen, welcher im Ruhezustand an dem energieverzehrenden Material so angeordnet ist, dass er das eindringende Ende der Mittelpufferkupplung umfasst und dieses durch das

energieverzehrende Material führt.

Dies ist insbesondere vorteilhaft, da durch diesen

Zentrierbecher jede (mit einer Abtrennung ausgestattete) Mittelpufferkupplung zur Verwendung mit gegenständlicher Energieabsorptionseinrichtung geeignet ist.

Es können somit bestehende Fahrzeugkonstruktionen einfach mit einer Energieabsorptionseinrichtung ausgestattet werden ohne die Mittelpufferkupplung dabei ebenfalls neu konstruieren zu müssen . Als energieverzehrendes Material ist insbesondere

Metallschaum geeignet, da Metallschaum bei jeweils

gleichbleibenden Abmessungen mit einem weiten Bereich an Energieaufnahmekapazitäten herstellbar ist und solcherart besonders gut auf die zu erwartende Verformungsenergie eines bestimmten Fahrzeugstyps einstellbar ist.

Eine erfindungsgemäße Energieabsorptionseinrichtung ist besonders vorteilhaft als Energieabsorptionsrohr aufzubauen. Dabei ist die Halterung rohrförmig aufgebaut und mit

energieverzehrendem Material gefüllt, bzw. ausgekleidet.

Diese Bauform ist besonders einfach und kostengünstig

herstellbar

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l Eine Energieabsorptionseinrichtung in Ruhestellung. Fig.2 Eine Energieabsorptionseinrichtung - Verformungsvorgang.

Fig.3 Eine Energieabsorptionseinrichtung mit Zentrierbecher - Ruhestellung .

Fig.4 Eine Energieabsorptionseinrichtung mit Zentrierbecher - Verformungsvorgang .

Fig.5 Ein Schienenfahrzeug mit einer

Energieabsorptionseinrichtung .

Ausführung der Erfindung

Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieabsorptionseinrichtung in Ruhestellung. Eine

Energieabsorptionseinrichtung 8 umfasst eine Halterung energieverzehrendes Material 2. Die Halterung 1 ist rohrförmig ausgeführt, das energieverzehrende Material 2 ist im inneren der Halterung 1 angeordnet und weist eine

Ausnehmung 3 auf. Die Ausnehmung 3 ist in gegenständlichem Ausführungsbeispiel zylindrisch geformt, das

energieverzehrende Material ist also ebenfalls rohrförmig geformt und kleidet die innere Mantelfläche der Halterung 1 aus. Zur Befestigung des energieverzehrenden Materials 2 an der Halterung 1 sind gegebenenfalls Befestigungsmittel vorzusehen, sodass bei Gebrauch der

Energieabsorptionseinrichtung 8 das energieverzehrende

Material 2 nicht aus der Halterung 1 geschoben wird. Solche Befestigungsmittel sind zur Vereinfachung in Fig.l nicht dargestellt. Ein Stempel 4 befindet sich außerhalb der

Energieabsorptionseinrichtung 8 und ist im Wesentlichen in der Achse der Energieabsorptionseinrichtung 8 angeordnet. Dieser Stempel 4 bewegt sich bei Gebrauch der

Energieabsorptionseinrichtung 8 in Pfeilrichtung auf die Energieabsorptionseinrichtung 8 zu und dringt in diese ein. Fig .2 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieabsorptionseinrichtung bei einem Verformungsvorgang. Es ist die Energieabsorptionseinrichtung 8 aus Fig.l bei Gebrauch dargestellt. Der Stempel 4 ist in das

energieverzehrende Material 2 eingedrungen. Das

energieverzehrende Material 2 weist in dieser Stellung einen Bereich 2a auf, in welchem sich das energieverzehrende

Material 2 noch in dem Ausgangszustand befindet und einen Bereich 2b in welchem sich das energieverzehrende Material 2 in gepresstem Zustand befindet da dieser Bereich 2b bereits zur Energieabsoption herangezogen wurde. In Abhängigkeit von der Energie des Aufpralls dringt der Stempel 4 weiter, bzw. weniger weit in das energieverzehrende Material 2 ein. Die Ausnehmung 3 führt den Stempel 4 und dient dazu, die Energieaufnahmefähigkeit der Energieabsorptionseinrichtung 8 über einen weiten Bereich abstimmen zu können. Der Stempel 4 kann in praktischen Ausführungen der Erfindung das

wagenseitige Ende einer kontrolliert abtrennenden

Mittelpufferkupplung sein.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieabsorptionseinrichtung mit Zentrierbecher in

Ruhestellung. Es ist die Energieabsorptionseinrichtung 8 aus Fig.l dargestellt, wobei zwischen dem Stempel 4 und dem energieverzehrenden Material 2 ein Zentrierbecher 5

angeordnet ist. Dieser Zentrierbecher 5 übermittelt von dem Stempel 4 in Pfeilrichtung auf ihn ausgeübte Kraft auf das energieverzehrende Material 2 und dient einer verbesserten Führung des Stempels 4 in dem energieverzehrenden Material 2. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine kontrolliert abtrennenden Mittelpufferkupplung nicht für den Einsatz mit einer erfindungsgemäßen Energieverzehreinrichtung 8 optimiert wurde und somit das den Stempel 4 bildende wagenseitige Ende so geformt ist, dass ein geeignetes Verformen des

energieverzehrenden Materials 2 nicht gewährleistet ist. Der Stempel 4 gleicht diese mechanischen Inkompatibilitäten aus, dazu ist der Stempel 4 auf die konkreten Einsatzumgebungen hin auszulegen. Als Stempel 4 können beispielsweise Biege- bzw. Prägegeformte Metallbleche oder Gußteile eingesetzt werden .

Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energieabsorptionseinrichtung mit Zentrierbecher bei einem Verformungsvorgang. Es ist das Ausführungsbeispiel aus Fig.3 während des Verformungsvorgangs, ähnlich wie in Fig.2, dargestellt . Fig .5 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit einer Energieabsorptionseinrichtung. Ein Schienenfahrzeug 9 weist eine Kupplungsplatte 7 auf, an welcher eine

Mittelpufferkupplung 6 befestigt ist. Diese

Mittelpufferkupplung 6 ist mit einer Abtrenneinrichtung ausgestattet, welche bei bestimmten Drucklasten auf die

Mittelpufferkupplung 6 diese abtrennt (EFG-Element mit

Abscherfunktion) . Im Laufe des weiteren Unfallgeschehens wird die Mittelpufferkupplung 6 durch eine Ausnehmung in der Kupplungsplatte 7 in Richtung der Wagenmitte geschoben und trifft auf eine Energieabsorptionseinrichtung 8 auf. In gezeigtem Ausführungsbeispiel ist die

Energieabsorptionseinrichtung 8 wie in Fig.3 dargestellt mit einem Zentrierbecher 5 ausgestattet.

Liste der Bezeichnungen

Halterung

Energieverzehrendes Material

a Energieverzehrendes Material - Ausgangs zustandb Energieverzehrendes Material - Gepresst

Ausnehmung

Stempel

Zentrierbecher

Mittelpufferkupplung

Kupplungsplatte

Energieabsorptionseinrichtung

Schienenfahrzeug

Claims

Patentansprüche

1. Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein

Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens teilweise mit energieverzehrenden Material (2) gefüllte Halterung (1) im Wesentlichen in der Achse der

Mittelpufferkupplung (6) in Richtung der Wagenmitte so angeordnet ist, dass die im Verlauf eines

Zusammenstoßes abgetrennte Mittelpufferkupplung (6) in das energieverzehrende Material (2) der Halterung (1) geschoben wird.

2. Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein

Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem fahrzeugseitigen Ende der Mittelpufferkupplung (6) und dem energieverzehrenden Material (2) ein Zentrierbecher (5) angeordnet ist.

3. Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein

Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Halterung (1) bei vollständigem Verzehr der

Energieaufnahmekapazität des energieverzehrenden

Materials (2) dieselben Außenabmessungen wie vor dem Energieverzehr aufweist.

4. 1. Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein

Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das energieverzehrenden Materials (2) eine Ausnehmung (3) aufweist .

5. Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein

Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das energieverzehrende Material (2) ein

Metallschaum ist.

6. Energieabsorptionseinrichtung (8) für ein

Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) zur Herstellung einer

Schweißverbindung mit einem Bauteil des Untergestells des Schienenfahrzeugs (9) ausgebildet ist.

7. Schienenfahrzeug (9) mit Mittelpufferkupplung (6), umfassend eine Energieabsorptionseinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.