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Die
Erfindung betrifft ein Kopfbauteil zum Anbringen an der Stirnseite
eines Fahrzeugs mit einer Tragstruktur, die Anschlussmittel zur
mechanischen Befestigung an dem Fahrzeug aufweist, und mit wenigstens
einem Energieverzehrelement zum Abbau von kinetischer Energie im
Falle eines Aufpralls auf ein Hindernis, das so ausgebildet ist,
dass die kinetische Energie bei fortschreitender Verformung kontinuierlich
abgebaut wird.
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Ein
solches Kopfteil ist aus der
DE 102 54 440 A1 bereits bekannt geworden.
Das dort offenbarte Kopfbauteil ist zur Montage an den Wagenkasten eines
Schienenfahrzeugs vorgesehen und bildet den stirnseitigen Fahrzeugkopf
des Schienenfahrzeugs aus, in dem sich der Führerstand
befindet. Um den jeweils vorliegenden Normerfordernissen im Falle
einer Kollision mit einem Hindernis gerecht zu werden, ist in dem
Kopfbauteil unterhalb des Fahrgastraumes ein teleskopartiger separater
Stoßaufnehmer angeordnet. Der separate Stoßaufnehmer
weist eine reversible Stufe auf, bei der ein Puffer unter Spannung einer
Pufferfeder in ein Aufnahmerohr hinein verschbiebbar ist. Erst bei
größeren Aufprallkräften kommt es zum
irreversiblen Verformen des Aufnahmerohrs und somit zum Energieverzehr.
Durch die Verformung des Aufnahmerohrs wird der Abbau der kinetischen
Energie fortgesetzt, so dass das Aufnahmerohr auch als irreversible
Stufe des Stoßaufnehmers oder als Energieverzehrelement
bezeichnet ist. Ein separates Energieverzehrelement ist jedoch kostenintensiv
und raumgreifend.
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Aus
der
DE 10 2004
028 964 A1 ist ein Fahrzeug bekannt geworden, dessen Wagenkastenstruktur
im Bereich von Deformations zonen gezielt verformt werden kann. Dabei
sind die Deformationszonen so angeordnet, dass nach der Deformation
ausreichend Platz für die Person im Fahrzeug verbleibt. Die
Deformationszonen dienen somit der Sicherheit des jeweiligen Fahrzeugsführers.
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Ein
separates und damit selbsttragendes Kopfbauteil ist in der
DE 195 28 035 A1 beschrieben. Das
dort offenbarte Kopfbauteil wird an einen schienengeführten
Triebwagen oder mit anderen Worten an eine Lokomotive montiert.
Das separate Kopfbauteil weist jedoch keine Energieverzehrelemente
auf.
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Die
DE 198 09 489 A1 und
die
DE 196 35 221
C1 beschreiben jeweils separat an Schienenfahrzeuge anbringbare
Aufprallschutzvorrichtungen für Schienenfahrzeuge, die
am Schienenfahrzeug befestigbare Kollisionspuffer ausbilden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein separat montierbares Kopfbauteil der eingangs
genannten Art bereitzustellen, das kostengünstig ist und
den üblichen Sicherheitserfordernissen gerecht wird, wobei gleichzeitig
ein zusätzlicher Stauraum zur Aufnahme von weiteren Fahrzeugkomponenten
bereitgestellt ist.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass wenigstens ein
Energieverzehrelement Teil der Tragstruktur ist.
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Erfindungsgemäß ist
ein separates Kopfbauteil bereitgestellt, das wie bereits aus dem
Stand der Technik bekannt, auf einfache Art und Weise über
die Anschlussmittel beispielsweise mit dem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs
verbindbar ist. Nach der Montage an den Wagenkasten bildet das Kopfbauteil
die Stirnseite und damit den Kopf oder mit anderen Worten die Frontseite
des Fahrzeuges aus. Um bei einem Aufprall auf ein Hindernis, das
sich beispielsweise auf dem Fahrweg befindet, die kinetische Energie
des Fahrzeugs gezielt abzubauen und in Verformungsenergie umzuwandeln,
verfügt das erfindungsgemäße Kopfbauteil über
Energieverzehrelemente, die Teil der Tragstruktur des Kopfbauteils sind.
Die Energieverzehrelemente sind somit mit anderen Worten in die
Tragstruktur des Kopfbauteils integriert. Raumgreifende separate
Energieverzehrelemente im Innern des Kopfbauteils sind somit durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung der Tragstruktur
in ihrer Wirkung ersetzt mit einem Raumgewinn im Gefolge. Selbstverständlich
ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Kopfbauteil
mit zusätzlichen Energieverzehrelementen und Puffern auszurüsten. Deren
Fähigkeit zum Abbau kinetischer Energie wird dann durch
die Erfindung unterstützt. Die Energieverzehrelemente der
Tragstruktur sind so ausgestaltet, dass bei den üblichen
Aufprallunfällen die kinetische Energie in der Regel von
den integrierten Energieverzehrelementen und gegebenenfalls von
an dem Kopfbauteil montierten und gegebenenfalls Deformationsbereiche
aufweisenden Puffern vollständig aufgenommen wird. Im Rahmen
der Erfindung kann das Kopfbauteil daher nach dem Aufprall auf einfache
Art und Weise durch ein neues Kopfbauteil ersetzt werden, so dass
die Folgen eines Unfalls begrenzt sind und schnell behoben werden
können. Darüber hinaus stellt das erfindungsgemäße
Kopfbauteil einen großen Innenraum aufgrund der fehlenden
separaten Energieverzehrelemente bereit. Schließlich ist
die Integration der Energieverzehrelemente in die Tragstruktur kostengünstiger
als die Verwendung separater Energieverzehrelemente.
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Vorteilhafterweise
ist ein Rammträger der Tragstruktur, der sich an der von
den Anschlussmitteln abgewandten Seite der Tragstruktur in einer Querrichtung
erstreckt, Teil eines Energieverzehrelementes. Mit Querrichtung
ist in diesem Fall eine Richtung rechtwinklig zur Fahrtrichtung
des Fahrzeugs gemeint, wobei sich jeder Rammträger und
auch die hier nach folgend eingeführten Querträger
sich jeweils in einer Ebene erstrecken, die im Wesentlichen parallel
zum Fahrweg verläuft. Rammträger sind als solche
im Bereich der Bahntechnik bereits bekannt und verlaufen unmittelbar
an der Stirnseite des Fahrzeugs beziehungsweise Kopfbauteils. Sie
sind bei einem Aufprall somit dem jeweiligen Hindernis unmittelbar
zugewandt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung setzt die Wirkung der Energieverzehrelemente daher
unmittelbar mit Erfassen des Hindernisses ein.
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Gemäß einer
diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung
weist das Energieverzehrelement, einen im Vergleich zum Rammträger
schwer deformierbaren Querträger auf, der von dem Rammträger zu
den Anschlussmitteln hin versetzt angeordnet ist und sich in Querrichtung
erstreckt, wobei sich zwischen dem Rammträger und dem Querträger
ein durch den Aufprall verformbares Material angeordnet ist. Gemäß dieser
vorteilhaften Weiterentwicklung wird im Falle eines Aufpralls zunächst
der Rammträger auf die Anschlussmittel und somit auf den
Querträger zu bewegt. Dabei setzt eine fortschreitende Verformung
des verformbaren Materials ein, bis dessen Verformbarkeit erschöpft
ist. Durch den im Vergleich zum Rammträger beziehungsweise
dem verformbaren Material mechanisch festeren Querträger wird
die Verformung der Tragstruktur beziehungsweise des Energieverzehrelementes
gezielt auf dessen Stirnseite begrenzt. Erst bei größeren
Aufprallkräften in Folge höherer Geschwindigkeiten
des Fahrzeugs kommt es zum Verformen des Querträgers.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterentwicklung weist das verformbare Material Triggerstellen auf.
Solche Triggerstellen, die auch als Sollverformstellen bezeichnet
werden können, sind Abschnitte oder Bereiche des verformbaren
Materials, die so ausgestaltet sind, dass eine Deformation des verformbaren
Ma terials in diesen Bereichen oder mit anderen Worten an diesen
Stellen beginnt. Beispiele für Triggerstellen sind Bereiche
mit gegenüber den angrenzenden Bereichen herabgesetzter
mechanischer Festigkeit oder sich entgegen der Stoßrichtung verjungende
Bereiche oder Abschnitte.
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Zweckmäßigerweise
sind Querträger und Rammträger über sich
beidseitig von Quer- und Rammträger erstreckende Längsträger
miteinander verbunden, wobei die Längsträger Schwachstellen zur
mechanischen Schwächung der Materialfestigkeit aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist das freie Ende jedes Bogenabschnittes
fest mit dem Rammträger verbunden. Im Falle eines Aufpralls
werden aufgrund der Schwächung des Materials Triggerstellen
gebildet, an denen der Deformationsprozess beginnt. Durch die Schwachstellen
wird daher eine gezielte Deformation ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise überragen
die Längsträger den Rammträger in einer
von den Anschlussmitteln abgewandten Richtung. Gemäß dieser
vorteilhaften Weiterentwicklung gerät somit der Längsträger
im Falle eines Aufprallunfalls zuerst in Kontakt mit dem Hindernis,
wobei es zu einer gezielten Verformung des Längsträgers
und somit des gesamten Energieverzehrelementes kommt. Darüber
hinaus wird der gleichmäßige Abbau der kinetischen
Energie bei fortschreitender Verformung durch diese bauliche Maßnahme
verbessert.
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Vorteilhafterweise
bildet das verformbare Material wenigstens eines Energieverzehrelementes eine
Wellenstruktur aus. Durch die Wellenstruktur erhöht sich
das Maß an kinetischer Energie, das durch das Energieverzehrelement
abgebaut werden kann. Die Wellenstruktur sorgt grundsätzlich
schon auf Grund ihrer Gestalt oder Form für einen im Vergleich zu
ebenen Blechen erhöhten Energieverzehr. Hinzu tritt, dass
durch die Wellenstruktur die Masse des verformbaren Materials bei
gleich bleibender Raumbeanspruchung erhöht wird. Durch
der wellenartige geometrische Ausgestaltung und die erhöhte
Masse kann bei der Verformung des Materials mehr kinetische Energie
abgebaut werden als durch ein beispielsweise flaches verformbares
Material ohne aufragende Bereiche.
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Gemäß einer
diesbezüglichen Weiterentwicklung weist die Wellenstruktur
sich rechtwinklig zum zugeordneten Rammträger erstreckende
erhabene Wellenabschnitte auf. Durch die besagte Ausrichtung der
Wellenabschnitte wird die bei der Verformung abgebaute Energie noch
weiter erhöht.
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Zweckmäßigerweise
sind die Wellenabschnitte an ihrer dem Rammträger zugewandten
Seite verjüngt ausgebildet. Dabei ist es weiterhin zweckmäßig,
wenn die verjüngt ausgebildeten Seiten oder Enden der Wellenabschnitte
direkt mit dem Rammträger verbunden sind. Durch die Verjüngung
ist das verformbare Material unter Ausbildung von so genannten Triggerstellen „getriggert".
Die Triggerstellen bilden Sollverformstellen aus, an denen allein
aufgrund der Materialausgestaltung das Verformen des Energieverzehrelementes
beginnt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung bilden die Wellenabschnitte Pyramidenstümpfe
aus, wobei die Höhe der Pyramidenstümpfe an ihren
dem Rammträger zugewandten Ende abnimmt.
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Gemäß einer
diesbezüglich abweichenden Ausgestaltung der Erfindung
ist das verformbare Material durch wenigstens ein sich zwischen
Rammträger und Querträger erstreckendes Verformblech
realisiert. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
sind zwei parallele Verformbleche zwischen Querträger und Rammträger
vorgesehen. Das oder die Verformbleche sind beispielsweise eben
ausgestaltet.
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Zweckmäßigerweise
ist das Energieverzehrelement Teil eines Bodenabschnittes der Tragstruktur.
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Gemäß einer
hiervon abweichenden Ausgestaltung erstreckt sich das Energieverzehrelement unterhalb
von Fensterausnehmungen der Tragstruktur, die zur Aufnahme einer
transparenten Frontscheibe vorgesehen sind. Gemäß der
beiden genannten Ausgestaltungen des Energieverzehrelements erstreckt
sich das Energieverzehrelement im Wesentlichen parallel zum Fahrweg
und quer zur Fahrtrichtung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist jedes Energieverzehrelement Teil der
Tragstruktur.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung
sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche
Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Kopfbauteils,
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2 ein
Ausführungsbeispiel eines mittleren Energieverzehrelementes
des Kopfbauteils gemäß 1 in einer
vergrößerten Darstellung und
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3 ein
Ausführungsbeispiel eines unteren Energieverzehrelementes
eines erfindungsgemäßen Kopfbauteils gemäß 1 zeigen.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kopfbauteils 1 in einer perspektivischen Darstellung. Das
Kopfbauteil 1 ist in dem in 1 gezeigten
Fall nur durch eine Tragstruktur 2 realisiert. Weitere
Komponenten des Kopfbauteils, wie Scheinwerfer, raumlufttechnische
Anlagen, Führertisch, Fahrzeugführersitz und dergleichen,
wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit figürlich
nicht dargestellt. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf
hingewiesen, dass die Tragstruktur 2 Scheinwerferausnehmungen 3 zur
Unterbringung von Scheinwerfern, Frontscheibenausnehmungen 4 zur
Aufnahme von Frontscheiben eine obere Scheinwerferaufnahme 5 zur
Aufnahme eines oberen Scheinwerfers sowie Stauräume 6 zur
Unterbringung von raumlufttechnischen Anlagen und dergleichen aufweisen.
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Die
Tragstruktur 2 verfügt ferner über zwei Seitenwände 7,
eine Dachabdeckung 8 und eine Bodenwandung 9 sowie über
eine Führertischstruktur 10 zur Anbringung eines
figürlich nicht dargestellten Führertisches. Zur
Montage der Tragstruktur 2 an einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs
sind schematisch dargestellte Anschlussmittel 11 vorgesehen,
bei denen es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
um einfache Flanschverbindungen handelt, die lösbar mit
Flanschen des Wagenkastens verbunden werden können. Zur
Verbindung dienen beispielsweise Schließringbolzen. Schließringbolzen sind
einfach anbringbar und sorgen für einen hohen mechanischen
Halt.
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Die
Tragstruktur 2 ist zweckmäßigerweise aus
Stahl gefertigt.
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An
der von den Anschlussmitteln 11 abgewandten Seite, also
an der Stirnseite der Tragstruktur 2 oder des Kopfbauteils 1,
ist ein unterer Rammträger 12 vorgesehen, der
sich in einer Querrichtung, also rechtwinklig zu einer Fahrtrichtung
des Fahrzeugs und im Wesentlichen parallel zu einem Fahrweg, also horizontal,
erstreckt. Unterhalb der Frontscheibenausnehmungen 4 erstreckt
sich ein mittlerer durch ein Blech 13 verdeckter mittlerer
Querträger 14. Zu den Anschlussmitteln 11 hin
versetzt angeordnet ist in 1 noch ein
Querträger 15 erkennbar. Dieser erstreckt sich
ebenfalls horizontal in Querrichtung, also parallel zum Rammträger 14.
Die Rammträger 12 und 14 sowie der Querträger 15 sind
jeweils Bestandteil eines Energieverzehrelementes.
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2 zeigt
eines der Energieverzehrelemente 16 der Tragstruktur 2 genauer.
Das besagte Energieverzehrelement 16 erstreckt sich unterhalb der
in 1 gezeigten Frontscheibenausnehmungen 4 und
bildet die Führertischstruktur 10 aus. Bestandteile
des Energieverzehrelementes 16 sind der sich in Querrichtung
erstreckende Rammträger 14, der sich parallel
dazu erstreckende Querträger 15 und zwei Längsträger 17 und 18,
welche den Querträger 15 mit dem Rammträger 14 mechanisch
verbinden. Dabei weist der Längsträger 17, 18 einen
Bogenabschnitt 19 auf, der so gekrümmt ist, dass
die beiden freien Enden der Längsträger 17, 18 einander
zugewandt sind. Dabei sind die freien Enden der Längsträger 17 und 18 mit
dem Rammträger 14 mechanisch verbunden, wobei
der Rammträger 14 zu den Anschlussmitteln hin
versetzt angeordnet ist, so dass die Seitenträger 17 und 18 den
Rammträger 14 an ihren Abschnitten 20 in
Fahrtrichtung überragen.
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Zur
mechanischen Schwächung der Bogenabschnitte 19 weisen
diese jeweils eine Schwachstelle 21 in Form von einfachen
Ausnehmungen auf. Aufgrund dieser Ausnehmungen 21 ist die
mechanische Festigkeit der Seitenträger 17, 18 in
dem Bogenabschnitt 19 herabgesetzt, so dass sich diese
bevorzugt bei einem Aufprall in diesen Bereichen nach innen verformen.
Zwischen dem Rammträger 14 und dem Querträger 15 ist
ein ver formbares Material 22 in Form von zwei parallel
zueinander verlaufenden ebenen Verformblechen ausgebildet.
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Bei
einem Aufprall geraten die Abschnitte 20 in Kontakt mit
dem Hindernis. Es kommt zunächst zu einer nach innen gewandten
Verformung der Seitenträger 17 und 18 an
ihren Bogenabschnitten 19 und erst dann zu einem Wandern
des Rammträgers 14 auf den Querträger 15 zu
unter Verformung der Verformbleche 22. Dabei weist der
Querträger 15 eine im Vergleich zum Rammträger 14 und
den Verformblechen 22 erhöhte mechanische Festigkeit
auf, so dass dieser beim Aufprall eine Art Widerlager für
den Verformprozess ausbildet. Es kommt zu einem konstanten Energieverzehr
und somit zu einem kontrollierten Abbau der kinetischen Energie
des Fahrzeugs. Erst bei zu hohen Aufprallkräften in Folge
sehr hoher Geschwindigkeiten kommt es auch zum irreversiblen Verformen
des formstabilen Querträgers 15.
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3 zeigt
ein weiteres Energieverzehrelement 23, das den Bodenabschnitt 9 der
Tragstruktur 2 gemäß 1 ausbildet.
Das Energieverzehrelement 23 besteht aus dem Rammträger 12 sowie
aus einem parallel zu dem Rammträger 12 verlaufenden Querträger 24,
wobei zwischen dem Rammträger 12 und dem Querträger 24 ein
verformbares Material, hier ein Verformblech 25 aus Stahl,
angeordnet ist. Der Querträger 24 und der Rammträger 12 sind über Seitenträger 17 und 18 miteinander
verbunden, die unter Ausbildung von Bogenabschnitten 19 aufeinander
zu gekrümmt sind. Zur mechanischen Ausbildung von Schwachstellen
weisen die Bogenabschnitte 19 wiederum eine Ausnehmung 21 auf.
In dem Verformblech 25 ist weiterhin eine Entlüftungsöffnung 26 zum Ausblasen
von Luft durch die figürlich nicht dargestellten raumlufttechnischen
Anlagen vorgesehen.
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In 3 ist
weiterhin erkennbar, dass das Verformblech 25 eine Wellenstruktur
mit Wellenabschnitten 27 ausbildet. Die Wellenabschnitte 27 bilden
Pyramidenstümpfe aus und sind an ihrem zum Rammträger 12 hinweisenden
Ende verjüngt. Dabei nimmt die Höhe der Pyramidenstümpfe
in Richtung des Rammträgers 12 ab. Auf diese Weise
wird die Verformbarkeit der auf den Rammträger 12 zuweisenden
Enden der Pyramidenstümpfe vereinfacht. Die Pyramidenstümpfe
sind daher getriggert und bilden mittels der besagten Verjüngung
Triggerstellen aus. An der vom Rammträger 12 abgewandten
Seite der Wellenabschnitte 27 ist hingegen eine Verstärkungsrippe 28 vorgesehen,
welche die Wellenabschnitte 27 mechanisch miteinander verbindet.
Die Verstärkungsrippe 28 dient lediglich Dichtzwecken. Durch
die beschriebene Konfiguration des Verformbleches 25 ist
ein hoher und konstanter Energieverzehr bei einem Aufprall ermöglicht.
Nach einem Unfall kann das deformierte Kopfbauteil durch Aufsprengen
von Schließbolzens komplett ausgetauscht werden. Deformationen
am übrigen Fahrzeug sind durch die Energieverzehrelemente
vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10254440
A1 [0002]
- - DE 102004028964 A1 [0003]
- - DE 19528035 A1 [0004]
- - DE 19809489 A1 [0005]
- - DE 19635221 C1 [0005]