EP0831005A2

EP0831005A2 - Untergestellvorbau und Deformationselement an Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: EP0831005A2
Application number: EP97250196A
Authority: EP
Inventors: Marc Erdmann; Karsten Dipl.-Ing. Heidgen; Steffen Dipl.-Ing. Scharf
Original assignee: Deutsche Waggonbau AG
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: PL184369B1; ATE506240T1; PL321505A1; SK122197A3; EP0831005A3; DE19654993A1; DE19638739A1; SK283988B6; EP0831005B1; DE19638739C2

Abstract

Untergestellvorbau und Deformationselement an Fahrzeugen in der Art, daß der Untergestellvorbau mit einer Deformationszone und mit einem für derartige Deformationszonen leicht austauschbarem Bauteil ausgebildet ist, wobei durch die Kombination günstiger Eigenschaften die Nachteile bekannter Lösungen überwunden werden. Bei Erschöpfung des Hubes einer Kupplung (10), dem Versagen eines Abrisselementes (11) und dem Zurückweichen der Kupplung (10) in einen Kupplungsschacht (12) die Lasteinleitung über zwei seitlich an dem Untergestell (4) angeordnete Deformationselemente (1) erfolgt, wobei die Deformationselemente (1) mit einer Montageplatte (18) an dem Untergestell (4) befestigt sind. Das Deformationselement (1) ist als geschlossener kompakter metallischer Mantel (2) mit einem nachträglich eingebrachten und mit in definierter Stoßrichtung wirkenden energieabsorbierenden Material als Kern (3) ausgefüllt und ist als vorrangig arbeitsaufnehmendes Deformationselement (1) ausgebildet und ist mit dem tragfähigen Untergestell (4) verbunden. Die Erfindung wird vorteilhaft bei Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen angewendet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Stirnseite in einem Untergestell eines Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeug sowie auf ein Deformationselement, das beispielsweise an dem Untergestellvorbau angebaut werden kann.

Es ist bekannt, daß Betreiber von Schienenfahrzeugen neben der Vervollkommnung der hohen aktiven Systemsicherheit in zunehmendem Maß eine Verbesserung der passiven Fahrzeugsicherheit fordern.
Eine Möglichkeit sicherheitsorientierter Strukturauslegung ist die Schaffung von Deformationszonen. Diese werden vorzugsweise außerhalb der eigentlichen Tragstruktur angeordnet, um eine kostengünstige Instandsetzung zu ermöglichen und Fahrzeug und Insassen vor den Auswirkungen unfallbedingter Stöße zu schützen. Einrichtung, die diesen Erfordernissen entsprechen, sind als Stauchrohre, die bei Überlastung gefaltet werden, als Aufweitungsrohre mit wandernden plastischen Gelenken sowie als Absorberpatronen mit Aluminiumwaben bekannt.

In der EP 0621416 A1 wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die beim doppelstöckigen TGV der SNCF verwirklicht ist und auf einer konsequenten Einteilung des Fahrzeugkastens in kontrolliert deformierbare Bereiche und demgegenüber widerstandsfähige Sicherheitsbereiche beruht. Die kontrollierte Deformation wird durch ein in verschiedenen Varianten ausgebildetes Hohlprofil erreicht.

Das Energieabsorptionsvermögen des Profils läßt sich mit dem von Stahlkästen vergleichen, wobei Energieabsorption und Deformationsstabilität durch einen gegenüber einem bloßen Hohlkasten besonderen Querschnitt verbessert werden.
Zur Bewertung derartiger energieabsorbierender Bauteile werden verschiedene Effektivitätskenngrößen nach folgendem Schema verwendet:

Darin bedeuten:

F: Stauchkraft
F _peak: Spitzenwert der Stauchkraft
F _avg: Mittelwert der Stauchkraft
A.E.: Cruch Force Efficiency = Ausnutzungsgrad
E = FdS: Verformungsarbeit
E_{max theor}: theoretische (ideale) Verformungsarbeit
S: Stauchweg
S _max: maximaler Stauchweg
S.E.: Stroke Efficiency = Stauchungsgrad
l_s: Schlauchlänge
l_o: Ausgangs länge

Gewünscht sind folgende Eigenschaften:

hoher Ausnutzungsgrad A.E.

hoher Stauchungsgrad S.E.

Widerstandsvermögen gegen vertikale Belastungen (Tragvermögen, Deformationsstabilität und Aufkletterschutz);

geringer Raumbedarf (Einbauraum);

geringe Masse;

minimale Kosten /Fertigungsaufwand/ Unterhaltungsawand.

Insbesondere Wabenstrukturen zeichnen sich durch nahezu ideale Ausnutzungsparameter (A.E.,S.E.) sowie geringe Masse aus, können aber selbst keine tragenden Funktionen wahrnehmen. Aluminiumwaben werden deshalb in Verbindung mit einer teleskopartigen Führung als Absorberpatronen angeboten. Profile, wie beispielsweise Hohlkästen, können konventionelle Lasten aufnehmen, weisen aber im allgemeinen schlechtere Ausnutzungsgrade bzw. ein ungünstiges Verhältnis zwischen Arbeitshub und Baulänge (Stauchungsgrad) auf. Das Masse-Leistungs-Verhältnis ist oft unbefriedigend.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Untergestellvorbau mit einer Deformationszone sowie ein für derartige Deformationszonen leicht austauschbares Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei durch die Kombination günstiger Eigenschaften die Nachteile bekannter Lösungen überwunden werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Vorteile der Erfindung gegenüber den bekannten Einrichtungen sind günstige Ausnutzungs- und Stauchungsgrade sowie ein günstiges Masse-Leistungs-Verhältnis. Die Einrichtung kann einfach aus DIN-Halbzeugen mit geringen Kosten hergestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 bis Fig.3:: verschiedene Mantelformvarianten,
Fig. 4 bis Fig.6:: verschiedene Querschnittsvarianten,
Fig. 7:: die Draufsicht auf das Kopfende eines Untergestells,
Fig. 8:: eine Seitenansicht des Deformationselements mit Trigger und Stegen,
Fig. 9:: einen Schnitt durch das Deformationselement mit Kern und Zwischenlagen,
Fig.10:: einen Schnitt durch das Deformationselement mit Montageplatte.

Gemäß Fig. 1 bis 3 können Kerne 3 mit unterschiedlichen bekannten Mantelformen umhüllt sein. Die Querschnitte der Kerne 3 können ebenfalls unterschiedlich in bekannter Weise ausgebildet sein (Fig. 4 bis 6). Der Mantel 2 kann aus unterschiedlichen Teilen bestehen, die in bekannter Weise verbunden sind. Bei der Anordnung nach Fig. 7 soll nach der Erschöpfung des Hubes einer Kupplung 10, dem Versagen von Abrißelementen 11 und dem Zurückweichen der Kupplung 10 in einen Kupplungsschacht 12 die Lastenleitung über zwei seitlich an einem Untergestell 4 in Pufferposition angeordnete Deformationselemente 1 erfolgen. Das Untergestell 4 ist gegenüber der Kuppelebene um den Hub der Kupplung 10 und die Länge der Deformationselemente 1 zurückgesetzt. An der Front dieser Deformationselemente 1 befinden sich die Profilplatten 13, um während der Kollision vertikale Verschiebungen der Fahrzeuge gegeneinander zu vermeiden.
Die gesamte Einrichtung befindet sich hinter einer Verkleidung 14, die lediglich eine Öffnung 15 für die Kupplung 10 besitzt. Die Deformationselemente 1 gemäß Fig. 8 bis 10 bestehen entsprechend aus U-förmig abgekannteten Blechen, die mit Hilfe eines dazwischengesetzten Blechstreifens 7 zu einem Mantel 2 in Form eines Hohlkastens verschweißt sind. Der Blechstreifen 7 verbessert gleichzeitig die Verformungsarbeit E, den Ausnutzungsgrad A.E. und das vertikale Lastaufnahmevermögen. Die Vorderseite ist mit einer aufgeschweißten Platte 16 verschlossen, die Bohrungen 17 zum Befestigen der Profilplatte 13 besitzt. Am hinteren Ende ist der Mantel 2 mit einer Montageplatte 18 zur Befestigung an dem Untergestell 4 versehen.

Zur Verbesserung des Ausnutzungsgrades A. E. wird der Mantel 2 am angestoßenen Ende mit zwei gegenüberliegenden geometrischen Triggern 6 versehen. Dafür wird ein trapezförmiger Teil der Blechfläche durch ein von außen aufgeschweißtes Blech etwa der halben Blechdicke des Mantels 2 ersetzt. Die Trapezform ermöglicht durch die nach hinten wieder zunehmende Querschnittsfläche des Mantels 2 eine gegenüber dem rechteckförmigen oder quadratischen Trigger gleichmäßigere Stauchkurve. Quer zur Lastrichtung aufgeschweißte Stege 8 unterstützen eine gleichmäßige Faltung. Bei Aufstößen verformt sich der Mantel 2 über seinen gesamten Querschnitt in einem für Hohlkästen dieser Dimension typischen Rautenbeulmode. Zur Verbesserung der Ausnutzungsgrades A.E. befindet sich im Inneren des Mantels 2 ein Kern 3 aus Polycarbonat-Tubuswabenblöcken. Dieser zeichnet sich gegenüber gebräuchlichen Aluminium-Hexwabenstrukturen durch einen wesentlich günstigeren Beschaffungspreis, hohe Altersbeständigkeit und Korrosionsfreiheit aus. Die EA-Parameter sind vergleichbar. Die Höhe der einzelnen Blöcke entspricht etwa der Wellenlänge der Faltung. Zwischenlagen 9 als Druckplatten aus Hartgewebe verhindern unerwünschte Versagensmodi im Stoßbereich der Blöcke.
Der Ausnutzungsgrad (A.E.) des Deformationselementes 1 liegt bei ca. 80 %, der maximale Stauchungsgrad bei ca. 70 %.
Es ist denkbar und im Sinne der Erfindung das Deformationselement auch in anderen Bereichen als die des beschriebenen Untergestellvorbau zu verwenden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Deformationselement

2 Mantel

3 Kern

4 Untergestell

5 Verbindung

6 Trigger

7 Blechstreifen

8 Steg

9 Zwischenlage

10 Kupplung

11 Abrißelement

12 Kupplungsschacht

13 Profilplatte

14 Verkleidung

15 Öffnung

16 Platte

17 Bohrung

18 Montageplatte

Claims

Untergestellvorbau und Deformationselement an Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen für die Aufnahme der kinetischen Energie bei Zusammenstößen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erschöpfung des Hubes einer Kupplung (10), dem Versagen eines Abrißelementes (11) und dem Zurückweichen der Kupplung (10) in einen Kupplungsschacht (12) die Lasteinleitung über zwei seitlich an einem Untergestell (4) angeordnete Deformationselemente (1) erfolgt, wobei die Deformationselemente (1) mit einer Montageplatte (18) an dem Untergestell (4) befestigt sind und die geschlossene Verkleidung (14) an dem Untergestell (4) vorgebaut ist.
Untergestellvorbau und Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (14) nur eine Öffnung (15) für die Kupplung (10) aufweist, und an der Verkleidung (14) im Bereich der Platten (16) außen Profilplatten (13) angeordnet sind.
Deformationselement , bestehend aus einem gefüllten tragfähigem Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich geschlossener kompakter metallischer Mantel (2) mit einem nachträglich eingebrachten mit in definierter Stoßrichtung wirkenden energieabsorbierenden Material als Kern (3) gefüllt ist und als vorrangig arbeitsaufnehmendes Deformationselement (1) mit einem vorrangig tragfähigen Untergestell (4) verbunden ist.
Deformationselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) aus miteinander verbundenen Längsröhren gebildet wird.
Deformationselement nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel (2) in der Form eines Hohlkastens aus U-förmig abgekannteten Blechen mit Verbindungen (5) besteht, die mit einem Blechstreifen (7) zusammengefügt sind.
Deformationselement nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) im vorderen Bereich Trigger (6) aufweist.
Deformationselement nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) mit Stegen (8) versehen ist.
Deformationselement nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) aus mindestens einem Block besteht, wobei bei mehreren Blöcken diese durch Zwischenlagen (9) als wirkende Druckplatten getrennt werden.
Deformationselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der einzelnen Blöcke etwa der Wellenlänge der Faltung entspricht und im Stoßbereich der Blöcke die Zwischenlagen (9) aus Hartgewebe bestehen.