DE102006043982A1

DE102006043982A1 - Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102006043982A1
Application number: DE102006043982A
Authority: DE
Inventors: Sieghard Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Est Eisenbahn-Systemtechnik De GmbH
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: DE102006043982B4

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 der DE 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 der DE 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 der DE 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 der DE 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 nach 1 im Zustand maximaler Verschiebung ohne Deformation;
3 einen schematischen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Crashpuffer nach 1 im Zustand maximaler Verschiebung mit Deformation.
Der in den 1 bis 3 veranschaulichte Seitenpuffer für bewegliche oder feste Tragstrukturen von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, umfasst ein Puffergehäuse 10, das einen feststehenden Teil und einen beweglichen Teil aufweist. Dabei zeigt 1 den Seitenpuffer in seiner ausgefederten Grundstellung.
Der unbewegliche Teil des Puffergehäuses 10 umfasst eine rohrförmige Führungshülse 2, die an ihrem fahrzeugseitigen Ende durch einen Pufferboden 6 abgeschlossen ist. Der Pufferboden 6 bildet im dargestellten Beispielsfall den inneren Abschnitt eines Flansches 4, der mit einem Kopfstück 7 der Rahmenstruktur eines nicht gezeigten Fahrzeugs in geeigneter Weise verbunden ist. Das Kopfstück 7 umgibt vorzugsweise einen Führungskanal 8 der Rahmenstruktur, welcher zum Pufferboden 6 hin offen ist. Der Führungskanal 8 fluchtet im Wesentlichen axial mit der Führungshülse 2 und weist denselben Innendurchmesser wie die Hülse 2 auf.
Der bewegliche Teil des Puffergehäuses 10 besteht aus einem Bewegungsglied 1 in Form eines Stößels, welcher innerhalb der Führungshülse 2 an deren Innenwand gleitend verschiebbar ist. Die Innenwand der Führungshülse 2 nimmt dabei die Führungskräfte zur Gleitführung des Bewegungsgliedes 1 in radialer Richtung auf. Die aus der Führungshülse 2 hervorragende Stirnseite des Bewegungsgliedes 1 ist mit einem Pufferteller 1a abgeschlossen, an welchen Stoßkräfte insbesondere beim Rangieren des Schienenfahrzeugs angelegt werden. Im Inneren des Bewegungsgliedes 1 befindet sich ein Federelement 3, beispielsweise eine Hydraulikkapsel, welches sich zwischen dem Pufferteller 1a und dem Pufferboden 6 abstützt. Das Federelement 3 nimmt im Normalbetrieb des Seitenpuffers die Bewegungen des Bewegungsgliedes 1 relativ zur Führungshülse 2 elastisch auf.
Das Bewegungsglied 1 und die Führungshülse 2 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 Pufferteller 1a erzeugten Betriebslasten oder bei exzentrischen oder schrägen Betriebslasten (z.B. bei Kurven/S-Kurven-Fahrt von Schienenfahrzeugen) gewährleisten zu können. Gleichzeitig benötigen beide Teile 1, 2 bei gegenseitiger Verschiebung jeweils den erforderlichen Freiraum für Freigängigkeit. Die Forderung nach einer möglichst großen Überdeckungslänge von Führungshülse 2 und Bewegungsglied 1 kämpft mit der gegenläufigen Forderung, dass sich bei einer Deformation die Teile 1, 2 über den normalen Federweg (Hub) des Federelementes 3 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 Freigabevorrichtung 5 auf, welche bei Überschreitung des normalen Federweges die Abstützung des Federelements 3 auf dem Pufferboden 6 abschaltet. Im dargestellten Beispielsfall besteht die Freigabevorrichtung 5 aus einer abscherenden Sollbruchstelle im Pufferboden 6. Alternativ hierzu können am Pufferboden 6 auch Scherbolzen angeordnet sein, die nach einem Anschlag des Stößels 1 am Pufferboden 6 den Pufferboden 6 freigeben. Nach Überschreitung des normalen Federweges schert der Pufferboden 6 an der Sollbruchstelle bzw. den Scherbolzen ab, wie in 2 gezeigt ist. Dadurch kann, wie in 3 gezeigt ist, das Bewegungsglied 1 mit dem Federelement 3 in das nunmehr offene Innere des Führungskanals 8 eintauchen. Im weiteren Verlauf dieser Eintauch- bzw. Verschiebebewegung schlägt der Pufferteller 1a gegen das freie Ende der Führungshülse 2 und verkürzt dessen Länge. Diese Deformation erfolgt im dargestellten Beispielsfall von 3 durch Aufreißen der Führungshülse 2 in Segmente 2a und Aufrollen derselben. Alternativ ist auch eine Faltung (Stauchung) oder Zerkleinerung der Führungshülse 2 in Bruchstücke möglich, beispielsweise bei faserverstärkten Werkstoffen. Die Deformation der Führungshülse 2 erfolgt in beiden Beispielsfällen auf einem kontrollierten, im Wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau. Trotz der sich verkürzenden Länge der Führungshülse 2 wird das Bewegungsglied 1 zusätzlich in dem Führungskanal 8 geführt, welcher nunmehr zusammen mit der sich verkürzenden Führungshülse 2 die Führungskräfte für das Bewegungsglied 1 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

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.