DE102006032350B3

DE102006032350B3 - Anordnung zur Einleitung von Zugkräften in kraftaufnehmende Strukturen von Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE102006032350B3
Application number: DE200610032350
Authority: DE
Inventors: Sieghard Schneider; John Staub
Original assignee: ETQ EISENBAHNTECHNISCHE ANWEND; ETQ EISENBAHNTECHNISCHE ANWENDUNGEN GmbH
Current assignee: ETQ EISENBAHNTECHNISCHE ANWEND; ETQ EISENBAHNTECHNISCHE ANWENDUNGEN GmbH
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einleitung von Zugkräften in kraftaufnehmende Strukturen von Schienenfahrzeugen. Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zur Einleitung von Zugkräften in kraftaufnehmende Strukturen von Schienenfahrzeugen vorgeschlagen, wonach wenigstens eine Überlastsicherung in Form eines im Kraftfluss der Zugkraft liegenden, kraftflusstechnisch in Serie geschalteten Deformationselements zwischen dem Zughaken und den kraftaufnehmenden Strukturen des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Die Anordnung kann innerhalb oder außerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen vorgesehen werden. Dabei sind auch Mehrfachanordnungen an gleicher Stelle oder an unterschiedlichen Einbauorten entlang der Wirkungslinie der Zugkraft möglich. Zusätzlich zu der Anordnung nach Maßgabe der Erfindung können in Gegenrichtung analog wirkende Deformationselemente zur Aufnahme von unzulässigen Stoß- bzw. Druckkräften in deren Kraftfluss innerhalb oder außerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen vorgesehen werden. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in der Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einleitung von Zugkräften in kraftaufnehmende Strukturen von Schienenfahrzeugen. Erfindungswesentliches Merkmal ist dabei eine Überlastsicherung, die sowohl separat als auch in Verbindung mit einer Zugeinrichtung bzw. einer kombinierten Zug- und Stoßeinrichtung vorhanden ist. Bevorzugt sind Zugeinrichtungen oder kombinierte Zug- und Stoßeinrichtungen mit Elementen versehen, die unzulässige Zugkräfte aufnehmen und abbauen können.
Damit sollen Deformationen an Fahrzeugen und Konstruktionen in Folge unkontrollierter Einleitungen von Zugkräften verhindert werden.
Stand der Technik
Um unzulässige Krafteinleitungen in Fahrzeugstrukturen zu verhindern, werden bekanntermaßen Überlastsicherungen in Form von Sollbruchstellen in geeigneter Weise vorgesehen.
Im Schienenfahrzeugbereich ist unter anderem ein Hülsenpuffer nach DE 102 52 175 bekannt, bei dem eine oder mehrere Sollbruchverbindungen vorgesehen sind, die bei Überschreiten einer bestimmten Stoßkraft (Auslösekraft) abreißen. Hierbei werden wesentliche Teile des Puffers unbrauchbar.
Aus der Schienenfahrzeug- und Kraftfahrzeugtechnik sind weiterhin so genannte Deformationselemente, auch als Crashelemente oder Crashboxen bezeichnet, im Praxiseinsatz. Diese sind entweder separate oder beispielsweise in Puffer integrierte Bauteile, deren alleiniger Zweck darin besteht, überschüssige Druck- bzw. Stoßkräfte aufzunehmen.
Generell gibt es im Bahnbetrieb seit zirka 1990, etwa zeitgleich mit der Verbreitung des Drehstromantriebs bei elektrischen Lokomotiven, auf Grund der allgemeinen technischen Weiterentwicklung und dem Streben nach höherer Wirtschaftlichkeit eine Tendenz zur Realisierung von höheren Zugkräften. Zum Einen können moderne Lokomotiven mit optimierter Reibwertausnutzung und großen Antriebsleistungen höhere Zugkräfte entwickeln, während zum Anderen höhere Zuggewichte und Zuglängen angestrebt werden, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Für transalpine Verkehre werden häufig moderne, zugkraftstarke Lokomotiven sogar in Doppeltraktion eingesetzt. Diese Faktoren führen dazu, dass höhere Kräfte über die Zugeinrichtungen zu übertragen sind. Die Festigkeit der Fahrzeuge wurde jedoch nicht im selben Maße gesteigert. Bei manchen Fahrzeugtypen wurden Festigkeitsreserven sogar im Interesse des Leichtbaus reduziert.
Die Spanne zwischen den maximalen betrieblich realisierten Zugkräften und der Belastbarkeit der Fahrzeugstrukturen hat stetig abgenommen. Allerdings hat damit die Gefahr, dass durch betrieblich auftretende kurzzeitige Überlastungsstöße, zum Beispiel durch Schwingungen oder Stöße zwischen den Wagen eines langen Zugverbandes, zugenommen.
Hier setzt die Erfindung an.
Aufgabenstellung
Es war somit geboten, nach einer Lösung zu suchen, mit der die Einleitung von unzulässigen Zugkräften in den Fahrzeugrahmen bzw. in entsprechende Funktionsstrukturen von Schienenfahrzeugen verhindert werden kann. Möglicherweise auftretende überschüssige Zugkräfte sollen außerhalb der besagten Funktionsstrukturen des Schienenfahrzeugs aufgenommen und abgebaut werden. Dabei sollen sich Zerstörungen im Wesentlichen auf Überlastsicherungselemente beschränken.
Zunächst liegt nahe, auch bei Zugeinrichtungen oder kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen für Schienenfahrzeuge Sollbruchverbindungen, die in Richtung der Zugkraft wirksam sind, vorzusehen. Der für Schienenfahrzeuge relevante Stand der Technik bietet dafür bisher keine Hinweise. Mit Blick auf die Gefahr von Zugtrennungen ist von einer derartigen Lösung aus der Sicht des Anmelders aber eher abzuraten.
Erfindungsgemäß wird daher eine Anordnung zur Einleitung von Zugkräften in kraftaufnehmende Strukturen von Schienenfahrzeugen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, wonach wenigstens eine Überlastsicherung in Form eines im Kraftfluss der Zugkraft liegenden, kraftflusstechnisch in Serie geschalteten Deformationselements zwischen dem Zughaken und den kraftaufnehmenden Strukturen des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Die Anordnung kann innerhalb oder außerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen vorgesehen werden. Dabei sind auch Mehrfachanordnungen an gleicher Stelle oder an unterschiedlichen Einbauorten entlang der Wirkungslinie der Zugkraft möglich und gegebenenfalls sinnvoll. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, dass das Deformationselement unter Drucklast steht, also nicht beispielsweise unter Schub- oder Zugbeanspruchung. Dadurch wird eine konstruktiv einfache Ausführung des Selben möglich, wie beispielsweise bei anderen bekannten Anwendungen, nämlich als Knautschelement, verformbarer Rohr- oder Profilabschnitt, Schaume etc.. Wichtig für die Auslegung eines solchen Deformationselements ist, dass es einerseits die im Betrieb zu übertragenden Zugkräfte dauerfest ohne Gestaltsveränderung und ohne Schaden zu nehmen übertragen kann, andererseits aber bei Erreichen einer Grenzlast, deren Überschreitung für die Fahrzeugstruktur schädigend sein könnte, durch Deformation nachgibt. Während der Deformation soll sich das Element um einen bestimmten Verschiebungsweg verkürzen, wobei die Deformationskraft auf einem im Wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau liegt, so dass Energie aufgenommen und die Übertragung von höheren Lasten als der Grenzlast unterbunden wird. Nach Erreichen eines maximalen Stauchungswegs ist es zweckmäßig, dass das Deformationselement einen Blockzustand einnimmt, bei dem es auch bei weiterer Steigerung der Kräfte nicht oder nur wenig weiter gestaucht aber dennoch nicht zerstört wird und sicher Kräfte übertragen kann. Nach einem solchen Ansprechen des Deformationselements muss dieses zwar ausgetauscht werden, eine Schädigung der anderen Bauteile der Zugeinrichtung sowie der Fahrzeugstruktur wird jedoch vermieden.
In den untergeordneten Ansprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen angegeben. Diese beziehen sich überwiegend auf die Anordnung nach Anspruch 1 innerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen.
Zusätzlich zu der Anordnung nach Maßgabe der Erfindung können in Gegenrichtung analog wirkende Deformationselemente zur Aufnahme von unzulässigen Stoß- bzw. Druckkräften in deren Kraftfluss innerhalb oder außerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen vorgesehen werden. Als zweckmäßige Ausgestaltungsvariante wird zusätzlich vorgeschlagen, eine mit den Deformationselementen, wenigstens aber mit einem Deformationselement in Verbindung stehende Auslöseanzeige bzw. -markierung zu installieren. Diese sollte von außen gut sichtbar sein, zumindest im ausgelösten Zustand.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Die verwendeten Bezugszeichen haben folgende Bedeutung:

1: Federelement,
2: Stützlager,
3: Druckplatte,
4: Zugstange,
5: Zugbolzen (Druckbolzen),
6: Bolzensicherung,
7: Mutter,
8: Deformationselement,
9: Deformationselement,
A: Kopfstück des Fahrzeugrahmens,
D: Zuganschlag.

Zunächst ist in den 1 und 2 die separate Anordnung von Deformationselementen 8 angegeben, separat im Sinne von nicht in eine Zugeinrichtung oder in eine kombinierte Zug- und Stoßeinrichtung integriert. Im gewählten Beispiel beinhaltet jede Verschraubung der Zugeinrichtung mit dem Kopfstück A des Fahrzeugrahmens ein Deformationselement 8 bzw. ein gemeinsames ringförmiges Deformationselement 8 ist in alle Verschraubungen einbezogen.
3 zeigt eine Zugeinrichtung, bei der das Deformationselement 8 zwischen der aus Federelementen 1 zusammengesetzten Druckfeder und der Druckplatte 3 angeordnet ist. Nach 4 befindet sich das Deformationselement 8 zwischen der Druckfeder und dem Stützlager 2.
Denkbar, aber nicht dargestellt, ist eine Variante, bei der wenigstens ein Deformationselement 8 zwischen benachbarten Federelementen 1 befindlich ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit ein Deformationselement 8 zwischen der Druckplatte 3 und der Mutter 7 gemäß 5 anzuordnen.
6 zeigt eine Einbauvariante für ein Deformationselement 9, welches überschüssige Stoß- bzw. Druckkräfte aufnehmen kann. Das kann für solche Fälle wichtig sein, in denen Zugeinrichtungen ob gewollt oder bewusst zweckentfremdet für die Übertragung von Schub- bzw. Stoßkräften benutzt werden. Das Deformationselement 9 liegt hier an einer ringförmigen Fläche des Zughakens 4 an und wird bei Stoß- bzw. Druckbelastung gegen das Stützlager 3 gedrückt. Andere Einbauorte innerhalb und außerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen, können gewählt werden.
Zweckmäßigerweise, aber nicht zwingend, sind derartige Deformationselemente 9 zusätzlich zu Deformationselement 8 vorzusehen.
In den 7, 8, 9 und 10 sind analoge Lösungen zu den 3, 4, 5, und 6 aufgezeigt, mit dem Unterschied, dass das Stützlager 3 keine flanschartige Verbindung mit dem Kopfstück A des Fahrzeugrahmens aufweist, sondern einen Fuß besitzt.
Eine derartig ausgebildete Zugeinrichtung ist auch in 11 in der Draufsicht angegeben. Hier sind Deformationselemente 8 zur Aufnahme von unzulässigen Zugkräften außerhalb der Zugeinrichtung angeordnet, und zwar zwischen dieser und dem Zuganschlag D der Fahrzeugstruktur.
Im Übrigen wird auf die Ausführungen in der voranstehenden Beschreibung der Erfindung verwiesen.

Claims

Anordnung zur Einleitung von Zugkräften in kraftaufnehmende Strukturen von Schienenfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Überlastsicherung in Form eines im Kraftfluss der Zugkraft liegenden, kraftflusstechnisch in Serie geschalteten Deformationselements (8) zwischen dem Zughaken (4) und den kraftaufnehmenden Strukturen des Schienenfahrzeugs angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (8) bei der Übertragung von Zuglasten auf die Zugeinrichtung druckbelastet ist und bei Überlast eine Stauchung erfährt, wobei auch während der Stauchung und bei Erreichen eines Blockzustands nach maximaler Stauchung weiterhin Druckkräfte übertragbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationselemente (8) innerhalb und/oder außerhalb von Zugeinrichtungen bzw. kombinierten Zug- und Stoßeinrichtungen anordenbar sind, wobei auch Mehrfachanordnungen an gleicher Stelle oder unterschiedlichen Einbauorten entlang der Wirkungslinie der Zugkraft zulässig sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Deformationselementen (8) in Gegenrichtung wirkende Deformationselemente (9) zur Aufnahme von unzulässigen Stoß- bzw. Druckkräften in analoger Art und Weise wie die Deformationselemente (8) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit den Deformationselementen (8 bzw. 9), wenigstens aber mit einem Deformationselement (8) in Wirkverbindung stehende Auslöseanzeige bzw. -markierung installiert ist, wobei diese zumindest im ausgelösten Zustand von außen gut sichtbar ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die separate Anordnung von Deformationselementen (8) realisiert ist, indem Letztere in die Verschraubung der Zugeinrichtung mit dem Kopfstück (A) des Fahrzeugrahmens integriert sind, wobei jeder Verbindung ein Deformationselement (8) zugeordnet ist bzw. alternativ alle Verbindungen ein gemeinsames ringförmiges Deformationselement (8) beinhalten.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (8) innerhalb einer Zugeinrichtungen bzw. einer kombinierten Zug- und Stoßeinrichtung zwischen der aus Federelementen (1) zusammengesetzten Druckfeder und der Druckplatte (3) angeordnet ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (8) innerhalb einer Zugeinrichtungen bzw. einer kombinierten Zug- und Stoßeinrichtung zwischen der Druckfeder und dem Stützlager (2) einliegt.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Zugeinrichtungen bzw. einer kombinierten Zug- und Stoßeinrichtung wenigstens ein Deformationselement (8) zwischen benachbarten Federelementen (1) befindlich ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (8) innerhalb einer Zugeinrichtungen bzw. einer kombinierten Zug- und Stoßeinrichtung zwischen der Druckplatte (3) und der Mutter (7) angeordnet ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb einer Zugeinrichtungen bzw. einer kombinierten Zug- und Stoßeinrichtung ein Deformationselement (9) zur Aufnahme von unzulässigen Stoßkräften zwischen einer ringförmigen Fläche des Zughakens (4) und dem Stützlager (3) befindet.