DE102006043982A1 - Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen von Fahrzeugen - Google Patents
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Abstract
Bei einem Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen (7, 8) von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, sind üblicherweise erste und zweite Führungsteile in Form eines Stößels (1) und einer Hülse (2) vorgesehen, welche fahrzeugseitig durch einen Pufferboden (6) abgeschlossen ist. Der Pufferboden (6) ist ortsfest an der Tragstruktur (7, 8) befestigt und der Stößel (1) ist relativ zur Hülse (2) in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar und wird bei seiner Verschiebebewegung von der Hülse (2) geführt. Ferner weist der Seitenpuffer ein innen liegendes Federelement (3) auf, um den Stößel (1) nachgiebig mit dem Pufferboden (6) zu koppeln. Erfindungsgemäß wird ein derartiger Seitenpuffer derart ausgebildet, dass der Pufferboden (6) mit einer Freigabevorrichtung (5), beispielsweise in Form einer Überlast-Auslösevorrichtung oder einer Sollbruchstelle im Pufferboden (6), versehen ist, welche bei einer Überschreitung des normalen Federweges die Abstützung des Federelements (3) auf dem Pufferboden (6) abschaltet und dem Stößel (1) einen zusätzlichen Verschiebeweg relativ zur Hülse (2) freigibt, so dass die Hülse (2) eine Deformation und Verkürzung auf einem kontrollierten, im Wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau erleidet und das Federelement (3) mit dem Stößel (1) zusammen verschoben wird.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit ersten und zweiten Führungsteilen in Form eines Stößels und einer Hülse, welche fahrzeugseitig durch einen Pufferboden abgeschlossen ist, wobei der Pufferboden ortsfest an der Tragstruktur befestigt ist und der Stößel relativ zur Hülse in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar ist und bei seiner Verschiebebewegung von der Hülse geführt wird, und mit einem innen liegenden Federelement zum nachgiebigen Koppeln des Stößels mit dem Pufferboden.
- Zum Schutz des Fahrzeugs vor Schäden in Unfallsituationen, z.B. bei der Kollision zweier Schienenfahrzeuge, sind so genannte Crashpuffer beispielsweise aus der
DE 100 37 050 A1 oder derDE 102 52 175 A1 bekannt, welche eine zusätzliche Deformationsfunktion aufweisen, dahingehend, dass durch Verformung oder Zerstörung bestimmter Bauteile große Energiebeträge absorbiert werden können, wie dies auch bei Knautschzonen von Kraftfahrzeugen der Fall ist. - Bei dem Crashpuffer nach der
DE 100 37 050 A1 werden die Bauteile der Normalfunktion (Federhub des Puffers) zur Deformation und damit zur Energieaufnahme herangezogen. Da indessen nur etwa die Hälfte der Hülse deformiert werden kann, stehen dem Vorteil einer kompakten Bauweise und eines geringen Gewichtes als Nachteile begrenzte Deformationswege, etwa bis zur halben Hülsenlänge, und damit eine begrenzte Energieaufnahme gegenüber. Bei einer stärkeren Deformation trifft der Stößel bei seiner weiteren Verschiebung auf den harten Anschlag des Pufferbodens. Dies gilt prinzipiell auch für den Crashpuffer nach derDE 102 52 175 A1 , welcher ein Teleskopprinzip nutzt. - Eine weitere Grenze für den Verschiebeweg stellt die Baulänge des Federsystems dar. Dieses muss sich im Endzustand der Deformation auf etwa die Hälfte der Baulänge des Puffergehäuses verkürzen lassen, ohne dabei große Kräfte entstehen zu lassen, die sich zusammen mit den Kräften der Gehäusedeformation zu einer unerwünscht hohen Gesamtkraft addieren könnten. Die bekannten Crashpuffer nach der
DE 100 37 050 A1 und derDE 102 52 175 A1 sehen zwar eine vorübergehende Abschaltung des Federsystems und nachfolgend eine Ineinanderschiebung von innen liegenden Bauteilen vor, doch bleibt die Abstützung über den Pufferboden unverändert erhalten. Damit kann das Federsystem während seiner Zusammenschiebung auftretende Kräfte immer noch auf den Pufferboden übertragen, wobei diese Kräfte einen parallelen Lastpfad zu den Kräften aus der Gehäusedeformation darstellen. - Bei dem Crashpuffer nach der
DE 102 52 175 A1 wird das Gehäuse des klassischen Eisenbahnpuffers aus Stößel und Hülse nicht deformiert und nicht verkürzt, sondern durch eine Öffnung in das Kopfstück des Schienenfahrzeugs hinein geschoben. Dem Vorteil größerer Verschiebungswege bis zur gesamten Hülsenlänge und damit größerer Energieaufnahme stehen als Nachteile gegenüber, dass nach Auslösung der Deformationsfunktion und beginnender Verschiebung des Puffergehäuses Querkräfte und Momente sich schlecht abstützen können, mit der Folge, dass sich das Puffergehäuse während der Verschiebebewegung verkanten oder zur Seite ausknicken kann. Durch Nickbewegungen der an einer Kollision beteiligten Fahrzeuge infolge starker Beschleunigung bzw. Verzögerung und/oder durch anfänglichen Höhenversatz der Fahrzeuge, durch Winkel- oder Seitenversatz zwischen den Fahrzeugen während des Durchfahren von Bögen sind derartige Kräfte als Querbelastung auf den Pufferteller des Stößels zu erwarten. Ein weiterer Nachteil des Crashpuffers nach derDE 102 52 175 A1 ist ein hohes Konstruktionsgewicht, da die Gehäusebestandteile nicht zur Energieaufnahme herangezogen werden. Es sind zusätzliche Bauteile erforderlich, die deformiert werden, beispielsweise in Form einer Aufweitung eines Rohres hinter dem Puffer zum Durchtritt des gesamten Puffergehäuses. - Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Seitenpuffer in Form eines Crashpuffers zu schaffen, welcher
- – einen Deformationsweg in der Größenordnung der Hülsenlänge aufweist,
- – bei Auslösung der Deformationsfunktion keine Schwächung seiner Gehäusefestigkeit bzw. Befestigungsstabilität erleidet, und auch während der Deformationsfunktion stabil gegen Querkräfte und Momentenbelastung bleibt,
- – Bestandteile seines Gehäuses (Hülse oder Stößel) für die Deformation heranzieht und damit ein geringes Gewicht aufweist,
- – handelsübliche Federsysteme von einer Baulänge in der Größenordnung der Baulänge des Puffers verwenden kann, die keine Fähigkeit zur besonderen Verkürzung über den normalen Federhub hinaus aufweisen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Seitenpuffers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung geht zunächst von einer aus der
DE 100 37 050 A1 bekannten Bauform mit außen liegender Hülse und innen liegendem Stößel aus. Die außen liegende Hülse kann während der Deformationsfunktion deformiert und verkürzt werden. Diese Deformation beginnt bei sich verschiebendem Stößel von vorne, d.h., vom Pufferteller her beginnend und zum Befestigungsflansch voranschreitend. Der noch undeformierte Bereich der Hülse bleibt während des gesamten Deformationsvorgangs unverändert fest und formschlüssig mit der Fahrzeugstruktur verbunden und gewährleistet die Führung für die Verschiebebewegung des Stößels. Der Stößel wird nicht mit wechselnden Querschnitten und nicht mit einer Sollbruchstelle ausgeführt. - Um den Beginn dieser Verschiebebewegung zu ermöglichen und zu bestimmen, ab welcher Auslösekraft oder ab welchem Maximalweg für den normalen Pufferhub diese Verschiebung eintreten soll, wird am Pufferboden seine Abstützung durch ein Auslöseelement abgeschaltet, z.B. durch einen an einer Sollbruchstelle abscherenden Bodenbereich in der Mitte des Pufferflanschs oder durch Scherbolzen, die den Stößelanschlag freigeben. Dadurch kann sich der Stößel, während er weiterhin an der Hülse anliegt und von dieser geführt wird, verschieben. Das Kopfstück des Fahrzeugs muss für diese Verschiebebewegung eine geeignete Öffnung und dahinter liegend freien Bauraum aufweisen. Gleichzeitig mit der Freigabe der Stößelverschiebung wird damit auch die endgültige Abschaltung des Kraftflusses des Federelements vollzogen. Es kann sich nach Freigabe des Pufferbodenbereichs nicht mehr abstützen. Damit kann das Federelement ab diesem Zeitpunkt keine Kräfte mehr auf den Pufferboden oder die Fahrzeugstruktur übertragen, die parallel zu den aus der Gehäusedeformation resultierenden Kräften wirken.
- Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass nur dem Stößel, nicht aber dem gesamten Puffergehäuse, bestehend aus Stößel und Hülse, das Durchtauchen durch eine Öffnung im Kopfstück des Fahrzeuges ermöglicht wird. Die Deformation beginnt von vorne (Puffertellerseite) her und schreitet zum Flansch hin fort, wodurch stets die maximal mögliche Führungslänge erhalten bleibt.
- Da die Führungslänge der Hülse durch deren Verkürzung immer weiter abnimmt, kann es zweckmäßig sein, im Inneren des Kopfstücks des Fahrzeugs einen Führungskanal vorzusehen, der den eintauchenden Stößel weiterhin führt. Führungsfunktion und Abstützbreite erhöhen sich dabei in dem Maße, wie die Länge der Hülse abnimmt, wobei die Gesamtstabilität auf gleichbleibendem Niveau gehalten werden kann.
- Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Crashpuffer in seiner ausgefederten Grundstellung; -
2 einen schematischen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Crashpuffer nach1 im Zustand maximaler Verschiebung ohne Deformation; -
3 einen schematischen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Crashpuffer nach1 im Zustand maximaler Verschiebung mit Deformation. - Der in den
1 bis3 veranschaulichte Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, umfasst ein Puffergehäuse10 , das einen feststehenden Teil und einen beweglichen Teil aufweist. Dabei zeigt1 den Seitenpuffer in seiner ausgefederten Grundstellung. - Der unbewegliche Teil des Puffergehäuses
10 umfasst eine rohrförmige Führungshülse2 , die an ihrem fahrzeugseitigen Ende durch einen Pufferboden6 abgeschlossen ist. Der Pufferboden6 bildet im dargestellten Beispielsfall den inneren Abschnitt eines Flansches4 , der mit einem Kopfstück7 der Rahmenstruktur eines nicht gezeigten Fahrzeugs in geeigneter Weise verbunden ist. Das Kopfstück7 umgibt vorzugsweise einen Führungskanal8 der Rahmenstruktur, welcher zum Pufferboden6 hin offen ist. Der Führungskanal8 fluchtet im Wesentlichen axial mit der Führungshülse2 und weist denselben Innendurchmesser wie die Hülse2 auf. - Der bewegliche Teil des Puffergehäuses
10 besteht aus einem Bewegungsglied1 in Form eines Stößels, welcher innerhalb der Führungshülse2 an deren Innenwand gleitend verschiebbar ist. Die Innenwand der Führungshülse2 nimmt dabei die Führungskräfte zur Gleitführung des Bewegungsgliedes1 in radialer Richtung auf. Die aus der Führungshülse2 hervorragende Stirnseite des Bewegungsgliedes1 ist mit einem Pufferteller1a abgeschlossen, an welchen Stoßkräfte insbesondere beim Rangieren des Schienenfahrzeugs angelegt werden. Im Inneren des Bewegungsgliedes1 befindet sich ein Federelement3 , beispielsweise eine Hydraulikkapsel, welches sich zwischen dem Pufferteller1a und dem Pufferboden6 abstützt. Das Federelement3 nimmt im Normalbetrieb des Seitenpuffers die Bewegungen des Bewegungsgliedes1 relativ zur Führungshülse2 elastisch auf. - Das Bewegungsglied
1 und die Führungshülse2 benötigen zur Begrenzung der Reibung und zum Schutz vor Selbsthemmung durch Verkanten eine bestimmte minimale Überdeckungslänge, um die Führung auch bei seitlichen, durch Reibung am Pufferteller1a erzeugten Betriebslasten oder bei exzentrischen oder schrägen Betriebslasten (z.B. bei Kurven/S-Kurven-Fahrt von Schienenfahrzeugen) gewährleisten zu können. Gleichzeitig benötigen beide Teile1 ,2 bei gegenseitiger Verschiebung jeweils den erforderlichen Freiraum für Freigängigkeit. Die Forderung nach einer möglichst großen Überdeckungslänge von Führungshülse2 und Bewegungsglied1 kämpft mit der gegenläufigen Forderung, dass sich bei einer Deformation die Teile1 ,2 über den normalen Federweg (Hub) des Federelementes3 deutlich hinausgehend verschieben können, ohne dass sich dadurch die gesamte Baulänge des Puffers vergrößert. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäße Seitenpuffer von außen gesehen die Gestalt und die Abmessungen eines herkömmlichen Seitenpuffers aufweist. - Zur Erfüllung beider gegenläufiger Forderungen weist der Pufferboden
6 eine Freigabevorrichtung5 auf, welche bei Überschreitung des normalen Federweges die Abstützung des Federelements3 auf dem Pufferboden6 abschaltet. Im dargestellten Beispielsfall besteht die Freigabevorrichtung5 aus einer abscherenden Sollbruchstelle im Pufferboden6 . Alternativ hierzu können am Pufferboden6 auch Scherbolzen angeordnet sein, die nach einem Anschlag des Stößels1 am Pufferboden6 den Pufferboden6 freigeben. Nach Überschreitung des normalen Federweges schert der Pufferboden6 an der Sollbruchstelle bzw. den Scherbolzen ab, wie in2 gezeigt ist. Dadurch kann, wie in3 gezeigt ist, das Bewegungsglied1 mit dem Federelement3 in das nunmehr offene Innere des Führungskanals8 eintauchen. Im weiteren Verlauf dieser Eintauch- bzw. Verschiebebewegung schlägt der Pufferteller1a gegen das freie Ende der Führungshülse2 und verkürzt dessen Länge. Diese Deformation erfolgt im dargestellten Beispielsfall von3 durch Aufreißen der Führungshülse2 in Segmente2a und Aufrollen derselben. Alternativ ist auch eine Faltung (Stauchung) oder Zerkleinerung der Führungshülse2 in Bruchstücke möglich, beispielsweise bei faserverstärkten Werkstoffen. Die Deformation der Führungshülse2 erfolgt in beiden Beispielsfällen auf einem kontrollierten, im Wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau. Trotz der sich verkürzenden Länge der Führungshülse2 wird das Bewegungsglied1 zusätzlich in dem Führungskanal8 geführt, welcher nunmehr zusammen mit der sich verkürzenden Führungshülse2 die Führungskräfte für das Bewegungsglied1 erzeugt. - Der erfindungsgemäße Crashpuffer weist folgende Vorteile auf:
- – Eine große Deformationslänge, bei der mehr als die Hälfte der Ausgangsbaulänge des Puffers nutzbar ist.
- – Die Hülse wird zur Energieaufnahme herangezogen, wobei eine Ausnutzung ihrer Baulänge von mehr als zur Hälfte möglich ist, was wiederum ein geringes Gewicht und eine kompakte Bauweise ermöglichen.
- – Das Federelement wird nach einer Auslösung durch die Freigabevorrichtung entspannt und bleibt kraftfrei. Damit lässt sich eine einfache Auslegung des gewünschten Kraftniveaus erzielen, wobei die Einsteuerung eindeutig durch die Gehäusedeformationskräfte erfolgt.
- – Eine Nutzung marktgängiger Federsysteme ist möglich, z.B. von Hydraulikkapseln einer Baugröße, die den gesamten Pufferinnenraum ausfüllen.
Claims (5)
- Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen (
7 ,8 ) von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit ersten und zweiten Führungsteilen in Form eines Stößels (1 ) und einer Hülse (2 ), welche fahrzeugseitig durch einen Pufferboden (6 ) abgeschlossen ist, wobei der Pufferboden (6 ) ortsfest an der Tragstruktur (7 ,8 ) befestigt ist und der Stößel (1 ) relativ zur Hülse (2 ) in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar ist und bei seiner Verschiebebewegung von der Hülse (2 ) geführt wird, und mit einem innen liegenden Federelement (3 ) zum nachgiebigen Koppeln des Stößels (1 ) mit dem Pufferboden (6 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferboden (6 ) mit einer Freigabevorrichtung (5 ), beispielsweise in Form einer Überlast-Auslösevorrichtung oder einer Sollbruchstelle im Pufferboden (6 ), versehen ist, welche bei einer Überschreitung des normalen Federweges die Abstützung des Federelements (3 ) auf dem Pufferboden (6 ) abschaltet und dem Stößel (1 ) einen zusätzlichen Verschiebeweg relativ zur Hülse (2 ) freigibt, so dass die Hülse (2 ) eine Deformation und Verkürzung auf einem kontrollierten, im wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau erleidet und das Federelement (3 ) mit dem Stößel (1 ) zusammen verschoben wird. - Seitenpuffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
7 ,8 ) einen zum Pufferboden (6 ) hin offenen Führungskanal (8 ) aufweist, welcher im wesentlichen axial mit der Hülse (2 ) fluchtet, derart, dass der Stößel (1 ) und das Federelement (3 ) nach einer Überlast-Auslösung durch die Freigabevorrichtung (5 ) des Pufferbodens (6 ) in den Führungskanal (8 ) eintauchen. - Seitenpuffer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (
8 ) im wesentlichen denselben Innendurchmesser wie die Hülse (2 ) aufweist, so dass der Stößel (1 ) nach dem Eintauchen in den Führungskanal (8 ) von der sich deformierenden Hülse (2 ) und dem Führungskanal (8 ) geführt wird. - Seitenpuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei ihrer kontrollierten Deformation die Hülse (
2 ) an ihren freien axialen Ende über die Bruchgrenze hinaus aufgeweitet wird und in Segmente (2a ) aufreißt. - Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei ihrer kontrollierten Deformation die Hülse (
12 ) axial gestaucht bzw. gefaltet wird.
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