DE19635221C1

DE19635221C1 - Impact protection device for rail vehicles

Info

Publication number: DE19635221C1
Application number: DE19635221A
Authority: DE
Inventors: Sieghard Schneider
Original assignee: Krauss Maffei Verkehrstechnik GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: EP0826569A2; ATE211693T1; DE59705952D1; ES2170906T3; EP0826569B1; EP0826569A3

Abstract

The impact protection device, complementary to the buffers, consists of one ore more energy absorption elements of rectangular cross section. There is an energy absorption element between each buffer element (15,15',16,16') and the main frame of the vehicle. The element is in the form of a closed box-like carrier (13,14), the cross section of which widens regularly from the buffer element to the main frame. The carrier is of rectangular cross section at least in the region in which it is fixed to the main frame.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensation von das Energieaufnahmevermögen von Pufferelementen von Schienenfahrzeugen überschreitender Aufprallenergie, bestehend aus einem oder mehreren zwischen dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs und dessen Pufferelemen ten angeordneten Energieverzehrelementen mit kastenartigem Aufbau und viereckiger Querschnittsform.The invention relates to a device for compensating for that Energy absorption capacity of buffer elements of rail vehicles exceeding impact energy, consisting of one or more between the main frame of the rail vehicle and its buffer elements arranged energy consumption elements with box-like structure and square cross-sectional shape.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der Zeitschrift ZEV+DET Glas.Ann.119 (1995) Nr. 9/10 September/Oktober, Seiten 300 bis 307, "Die Aufprall sicherheit von Eisenbahnfahrzeugen" bekannt, bei der die Energieverzehr elemente aus drei am Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs angeordneten kastenartigen Trägern mit geschlossenem Querschnitt bestehen. Da diese Träger keine nennenswerte eigene Stabilität gegenüber seitlichen Kräften haben, sind neben dem eigentlich wirksamen mittigen Träger die beiden anderen Träger im Winkel als Schrägstützen angesetzt, die eine hohe Stützwirkung gegenüber seitlichen Betriebskräften ausüben. Bei einem Aufprall verformt sich lediglich der mittige Träger durch eine axiale Faltung. Diese sich nach Art eines Faltenbalges einstellende Falten beulung (Stauchverformung) des mittigen Trägers geht mit optimaler Energiekompensation einher. Die Schrägstützen hingegen versagen aufgrund ihres großen Anstellwinkels durch energetisch wesentlich ungünstigeres doppeltes Einknicken. Ihre Hauptfunktion besteht vorwiegend in der Führungsfunktion für den mittigen Träger, um dessen energetisch hoch effektive axiale Faltung sicherzustellen.A device of this type is known from the magazine ZEV + DET Glas.Ann.119 ( 1995 ) No. 9/10 September / October, pages 300 to 307, "The impact safety of railway vehicles", in which the energy consumption elements from three am Main frame of the rail vehicle are arranged box-like beams with a closed cross-section. Since these beams do not have any significant stability of their own against lateral forces, in addition to the actually effective central beam, the other two beams are set at an angle as inclined supports, which exert a high level of support against lateral operating forces. In the event of an impact, only the central beam is deformed by an axial fold. This fold bulge (compression deformation) of the central beam, which occurs in the manner of a bellows, goes hand in hand with optimal energy compensation. The inclined supports, on the other hand, fail due to their large angle of attack due to double buckling, which is much less favorable in terms of energy. Their main function is primarily the guiding function for the central beam in order to ensure its energetically highly effective axial folding.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Energieverzehrelemente der vorgenannten Art so auszugestalten, daß bei Verwendung von jeweils nur einem kastenartigen Träger zwischen Pufferelement und Hauptrahmen eine erhöhte Stabilität gegenüber seitlichen Kräften und Momenten sowie gegenüber exzentrischen Längskräften gegeben ist und daß sich der Träger bei einem Aufprall nur durch axiale Faltenbeulung verformt. The invention has for its object energy consumption elements To design the aforementioned type so that when using only a box-like carrier between the buffer element and the main frame increased stability against lateral forces and moments as well is given to eccentric longitudinal forces and that the carrier deformed in the event of an impact only by axial buckling of the folds.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 7 gelöst.This object is achieved by the features of the independent claims 1 and 7 solved.

Es ergibt sich damit zum einem der Vorteil, daß nur ein einfaches Bauteil zwischen Pufferelement und Hauptrahmen vorzusehen ist und zum anderen, daß dieses Bauteil sich nur in der für eine optimale Energie kompensation geeigneten axialen Faltenbeulung verformt. Die Anordnung von seitlich stützenden Trägern zur Verhinderung eines Einknickens des für die axiale Faltung vorgesehenen Trägers erübrigt sich.On the one hand, this has the advantage that only a simple one Part between the buffer element and the main frame is to be provided and others that this component is only in the for optimal energy compensation suitable axial buckling deformed. The order of side supports to prevent buckling of the there is no need for the carrier provided for the axial folding.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß bei einer durch einen Aufprall im Träger ausgelösten Deformation, diese sich zunächst im Bereich des Pufferelements einstellt, in dem der Träger den geringeren Querschnitt aufweist. Da sich der Verformungswiderstand des Trägers aufgrund des zum Hauptrahmen zunehmenden Querschnitts progressiv erhöht, stellt sich eine vom Pufferelement zum Hauptrahmen axial fortlaufende Faltenbeulung ein, so daß ein unkontrollierbares Einknicken, wie dies bei einem Träger mit konstanter Querschnittsform eintreten könnte, ausgeschlossen werden kann.The invention is based on the knowledge that at one an impact triggered in the beam, this is initially in the Set the area of the buffer element in which the carrier the lower Has cross section. Because the resistance to deformation of the wearer progressively increased due to the increasing cross section to the main frame, arises an axially continuous from the buffer element to the main frame Wrinkle bulge, causing an uncontrollable buckling like this could occur with a beam with a constant cross-sectional shape, can be excluded.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Träger zumindest im Bereich des Hauptrahmens die Form eines Rechtecks, bei dem die längeren Seiten horizontal gelegen sind. Damit lassen sich die Seitenstützkräfte des Energieverzehrelementes erhöhen.In a preferred embodiment, the carrier has at least in the area the main frame is the shape of a rectangle with the longer sides are located horizontally. The side support forces of the Increase energy consumption element.

Zur weiteren Steigerung der Seitenstützkräfte können im Bereich des hinteren Anschlusses des Energieverzehrelementes seitliche Aussteifungen vorgesehen werden, die ferner ein progressives Ansteigen des Widerstan des gegen axiales Faltenbeulen bewirken. Im weiteren wird damit ein tibergreifen der Verformung auf die Folgestruktur (Hauptrahmen) weitge hend vermieden. To further increase the side support forces in the area rear connection of the energy dissipation element lateral stiffeners be provided, which further progressively increase the resistance cause against axial buckling. In the following it becomes a The deformation spreads to the subsequent structure (main frame) avoided.

Zur weiteren Sicherstellung einer vom Pufferelement zum Hauptrahmen progressiv sich fortsetzenden Deformation durch axiales Faltenbeulen kann die Struktur des Trägers bzw. Energieverzehrelementes im Bereich des Pufferelementes in definierten Bereichen mit Schwachstellen, zum Beispiel in Form von Einkerbungen in der Wandung des Trägers, versehen sein. Durch die Schwachstellen kann vorgegeben werden, an welcher Stelle und in welcher Reihenfolge sich die Wandungen des Trägers durch parallel aufeinanderfolgende Faltungen verformen sollen. Vorzugsweise sind die definierten Schwächungen der Struktur des Trägers nur im vorderen Bereich angeordnet oder nehmen zum hinteren Bereich ab.To further secure one from the buffer element to the main frame progressively continuing deformation due to axial buckling can the structure of the carrier or energy consumption element in the area of the buffer element in defined areas with weak points, for example in Form of notches in the wall of the carrier, may be provided. By the weak points can be specified at which point and in what order the walls of the beam through parallel successive folds should deform. Preferably, the defined weakening of the structure of the carrier only in the front Area arranged or decrease to the rear area.

Die vorbeschriebenen konstruktiven Maßnahmen erhöhen die Sicherheit, daß die Deformation des Trägers nur durch das mit einem hohen Energieverzehr einhergehende axiale Faltenbeulen (Stauchverformung) erfolgt, wobei auch bei außerzentrischer Einleitung der Aufprallenergie ein unkontrolliertes und nur einen geringen Energieverzehr bewirkendes Einknicken (Biegever formung) des Trägers weitestgehend ausgeschlossen werden kann.The constructive measures described above increase the certainty that the deformation of the carrier only due to that with a high energy consumption accompanying axial wrinkles (compression deformation) takes place, also an uncontrolled when the impact energy is introduced off-center and only a slight buckling causing energy consumption (bending ver shaping) of the wearer can be largely excluded.

Zur Steigerung des Energieaufnahmevermögens können in dem vom kastenar tigen Träger umschlossenen Raum weitere energieverzehrende Strukturen, wie zum Beispiel ein innenliegendes Rohr, eingesetzt sein.To increase the energy absorption capacity in the kastenar the space enclosed by the carrier, further energy-consuming structures, such as an internal pipe.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Pufferelement innerhalb des kastenartigen Trägers angeordnet und überragt diesen im wesentlichen nur noch in der axialen Länge des Federungsweges des Pufferelementes. Damit wird bei gleichbleibender Gesamtlänge des Schienenfahrzeugs zum einen die wirksame Baulänge des als Energieverzehrelement fungierenden kastenartigen Trägers vergrößert, zum anderen bewirkt die innere Anord nung des Pufferelementes bei der Deformation des kastenartigen Trägers eine Selbstzentrierung, durch die die Gefahr eines seitlichen Weg knickens des Trägers weiter reduziert ist. In an advantageous embodiment, the buffer element is inside arranged of the box-like carrier and projects substantially above it only in the axial length of the suspension travel of the buffer element. This means that the overall length of the rail vehicle remains the same one the effective overall length of the functioning as an energy consumption element box-like carrier enlarged, on the other hand, the inner arrangement tion of the buffer element in the deformation of the box-like carrier a self-centering that eliminates the risk of a sideways path buckling of the carrier is further reduced.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der zwischen Pufferelement und Hauptrahmen angeordnete Träger als Stülprohr ausgebil det, bei dem sich der Träger bei einer Aufprallbelastung im Bereich des Pufferelementes nach Art einer Rollmembrane nach innen einstülpt und das Pufferelement in den Innenraum des Trägers eintaucht.In an alternative embodiment of the invention, the is between Buffer element and main frame arranged carrier designed as an inverted tube det, in which the wearer is subjected to an impact load in the range of Buffer element in the manner of a rolling membrane inside and that Buffer element immersed in the interior of the carrier.

Vorzugsweise nimmt der Querschnitt des als Stülprohr ausgebildeten geschlossenen Trägers zum Hauptrahmen konisch zu, wodurch erreicht wird, daß der energieverzehrende Umstülpvorgang im Bereich des Pufferelementes beginnt und sich mit progressiv steigerndem Umstülpwiderstand nach hinten fortsetzt.The cross section of the one designed as an inverted tube preferably takes closed beam tapered towards the main frame, thereby achieving that the energy-consuming inversion process in the area of the buffer element begins and then progressively increases the inversion resistance continues in the back.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigenThe invention is illustrated below with reference to two in the accompanying Described embodiments described drawing. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Endteils eines Schienenfahr zeugs in der Draufsicht, Fig. 1 is a schematic representation of the end of a rail vehicle across the top view,

Fig. 2 die Darstellung des Schienenfahrzeugs nach Fig. 1 in der Vor deransicht und Fig. 2 shows the representation of the rail vehicle of FIG. 1 in the front deransicht and

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Endteils einer anderen Aus führungsform des Schienenfahrzeugs in der Draufsicht. Fig. 3 is a schematic representation of the end part of another form of imple mentation of the rail vehicle in plan view.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das Endteil des Hauptrahmens 1 eines Schienen fahrzeugs, beispielsweise einer Lokomotive. Auf dem Querträger 2 des Hauptrahmens 1 sind zwei Energieverzehrelemente in Form von kastenarti gen Trägern 3 und 4 befestigt, die an ihren vorderen Enden jeweils ein Pufferelement 5 und 6 tragen. Die Träger 3 und 4 bestehen aus einem starken Blech und haben einen kastenförmigen Aufbau mit rechteckiger geschlossener Querschnittsform. Figs. 1 and 2 illustrate the end part of the main frame 1 of a rail vehicle, such as a locomotive. On the cross member 2 of the main frame 1 , two energy dissipation elements in the form of kastenarti gene carriers 3 and 4 are attached, each carrying a buffer element 5 and 6 at their front ends. The beams 3 and 4 consist of a strong sheet metal and have a box-shaped structure with a rectangular closed cross-sectional shape.

Der Querschnitt der Träger 3 und 4 nimmt nach hinten zum Hauptrahmen 1 konisch zu und ist an diesem mit der Querschnittsform als waagrecht liegendes Rechteck befestigt. Die Träger 3 und 4 sind am Hauptrahmen 1 lösbar befestigt, desgleichen sind die Pufferelemente 5 und 6 lösbar an den Trägern 3 und 4 befestigt. An den Verbindungsstellen zum Hauptrahmen 1 und zu den Pufferelementen 5 und 6 können die Träger 3 und 4 mit Anschlußplatten versehen sein. Im konisch erweiterten Bereich weisen die Träger 3 und 4 seitliche Aussteifungen in Form von Stützrippen 7 auf.The cross section of the beams 3 and 4 increases conically towards the rear to the main frame 1 and is fastened to it with the cross-sectional shape as a horizontal rectangle. The carriers 3 and 4 are releasably attached to the main frame 1 , and the buffer elements 5 and 6 are releasably attached to the carriers 3 and 4 . At the connection points to the main frame 1 and to the buffer elements 5 and 6 , the supports 3 and 4 can be provided with connecting plates. In the flared region, the beams 3 and 4 have lateral stiffeners in the form of support ribs 7 .

In der Fig. 1 ist auf der linken Seite ein unverformter Träger 3 und auf der rechten Seite ein verformter Träger 4 dargestellt.In FIG. 1, a non-deformed support 3 and on the right side a deformed carrier 4 is shown on the left side.

Im Falle eines Aufpralls des Schienenfahrzeugs mit einer Energie, die das Energieaufnahmevermögen der Pufferelemente 5 und 6 überschreitet, erfolgt die weitere Energieaufnahme durch eine Verformung der als Energieverzehrelemente fungierenden Träger 3 und 4.In the event of an impact of the rail vehicle with an energy that exceeds the energy absorption capacity of the buffer elements 5 and 6 , the further energy absorption takes place through a deformation of the carriers 3 and 4 functioning as energy dissipation elements.

Durch die konstruktive Gestaltung der Träger 3 und 4 ist weitestgehend sichergestellt, daß die Träger 3 und 4 auch bei außerzentrischer Einlei tung der Aufprallenergie nicht Einknicken (Biegeverformung) sondern sich durch axiales Faltenbeulen verformen. Diese durch Stauchung hervorgeru fene Verformung bewirkt eine parallele Faltung 8 der Wandungen der Träger 3 und 4 nach Art eines Faltenbalges.The constructive design of the carrier 3 and 4 ensures as far as possible that the carrier 3 and 4 does not buckle (bending deformation) even with an eccentric introduction of the impact energy but deform due to axial buckling. This deformation caused by compression causes a parallel folding 8 of the walls of the supports 3 and 4 in the manner of a bellows.

Mit dieser Art der Stauchverformung kann im Vergleich zu einer Verfor mung durch Einknicken bei einem geschlossenen Träger eine wesentlich größere Energiemenge absorbiert werden.With this type of compression deformation, compared to a deformation by buckling with a closed beam is essential larger amounts of energy are absorbed.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Energieverzehrelemente in Form von die Pufferelemente 15 und 16 teilweise umschließenden Trägern 13 und 14. Die Pufferelemente 15 und 16 überragen dabei die Träger 13 und 14 nur in einer Länge, die dem Federweg der Pufferelemente 15 und 16 im Normalbetrieb der Schienenfahrzeuge entspricht. Bei gleich bleibenden Außenabmessungen des Schienenfahrzeugs kann damit die wirk same Länge der Träger 13 und 14 vergrößert werden. FIG. 3 shows another embodiment of the energy dissipation elements in the form of supports 13 and 14 partially enclosing the buffer elements 15 and 16 . The buffer elements 15 and 16 project beyond the supports 13 and 14 only to a length which corresponds to the spring travel of the buffer elements 15 and 16 in normal operation of the rail vehicles. With the outer dimensions of the rail vehicle remaining the same, the effective length of the supports 13 and 14 can be increased.

Im Falle eines Aufpralls stauchen sich die Träger 13 und 14 unter energieverzehrender axialer Faltenbeulung zusammen. Um dabei die gesamte Länge der Träger 13 und 14 als verformbare Struktur nutzen zu können, müssen in diesem Fall im Querträger 12 Durchtrittsöffnungen 15′ und 16′ für die Pufferelemente 15 und 16 vorgesehen sein.In the event of an impact, the beams 13 and 14 compress together with energy-consuming axial buckling of the folds. In order to be able to use the entire length of the supports 13 and 14 as a deformable structure, in this case 12 through openings 15 'and 16 ' must be provided for the buffer elements 15 and 16 in the cross member .

Die Fig. 3 zeigt auf der linken Seite einen unverformten Träger 13 und auf der rechten Seite einen verformten Träger 14. Es handelt sich dabei nur um eine teilweise Verformung, da das Pufferelement 16 noch nicht die Durchtrittsöffnung 16′ durchsetzt hat. Fig. 3 shows on the left side a non-deformed support 13 and on the right side a deformed support 14. It is only a partial deformation, since the buffer element 16 has not yet passed through the passage opening 16 '.

Claims

1. Vorrichtung zur Kompensation von das Energieaufnahmevermögen von Pufferelementen von Schienenfahrzeugen überschreitender Aufprallenergie, bestehend aus einem oder mehreren zwischen dem Hauptrahmen des Schienen fahrzeugs und dessen Pufferelementen angeordneten Energieverzehrelemen ten mit kastenartigem Aufbau und viereckiger Querschnittsform, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Pufferelement (15, 15′, 16, 16′) und dem Hauptrahmen (1) des Schienenfahrzeugs jeweils ein Energieverzehr element in Form eines geschlossenen, kastenartigen Trägers (3, 13; 4, 14) angeordnet ist, dessen Querschnittsform sich vom Pufferelement zum Hauptrahmen stetig erweitert.1. Device for compensating for the energy absorption capacity of buffer elements of rail vehicles impact energy, consisting of one or more arranged between the main frame of the rail vehicle and its buffer elements Energiezezeelelemen th with box-like structure and square cross-sectional shape, characterized in that between each buffer element ( 15 , 15th ', 16 , 16 ') and the main frame ( 1 ) of the rail vehicle, an energy dissipation element in the form of a closed, box-like carrier ( 3 , 13 ; 4 , 14 ) is arranged, the cross-sectional shape of which extends continuously from the buffer element to the main frame.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (3, 13; 4, 14) zumindest im Bereich der Befestigung am Hauptrahmen (1) im Querschnitt eine Rechtecksform aufweisen.2. Device according to claim 1, characterized in that the carriers ( 3 , 13 ; 4 , 14 ) have a rectangular shape in cross section at least in the region of the attachment to the main frame ( 1 ).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Trägern (3, 13; 4, 14) im Bereich der Befestigung am Hauptrahmen (1) seitliche Aussteifungen angeordnet sind.3. Apparatus according to claim 1, or 2, characterized in that on the supports ( 3 , 13 ; 4 , 14 ) in the area of attachment to the main frame ( 1 ) are arranged lateral stiffeners.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Struktur der Träger (3, 13; 4, 14) nach der Maßgabe mit Schwachstellen versehen ist, daß sich bei Aufprallbelastung vom Puffer element (5, 15; 6, 16) zum Hauptrahmen (1) progressiv fortschreitend parallele Faltungen (8) ergeben. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the structure of the carrier ( 3 , 13 ; 4 , 14 ) is provided with weak points in accordance with the fact that when impacted by the buffer element ( 5 , 15 ; 6 , 16 ) to the main frame ( 1 ) progressively progressively parallel folds ( 8 ).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß in den von den Trägern (3, 13; 4, 14) umschlossenen Räumen zusätzlich energieverzehrende Elementen angeordnet sind.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the spaces of the supports ( 3 , 13 ; 4 , 14 ) enclosed spaces additional energy-consuming elements are arranged.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Träger (3, 13; 4, 14) die Pufferelemente (15, 16) teil weise umschließen.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier ( 3 , 13 ; 4 , 14 ) partially enclose the buffer elements ( 15 , 16 ).

7. Vorrichtung zur Kompensation von das Energieaufnahmevermögen von Pufferelementen von Schienenfahrzeugen überschreitender Aufprallenergie, bestehend aus einem oder mehreren zwischen dem Hauptrahmen des Schienen fahrzeugs und dessen Pufferelementen angeordneten Energieverzehrelemen ten mit kastenartigem Aufbau und viereckiger Querschnittsform, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Pufferelement und dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs jeweils ein Energieverzehrelement in Form eines Stülprohres angeordnet ist, dessen Querschnittsform zum Hauptrahmen konisch zunimmt.7. Device for compensation of the energy absorption capacity of Buffer elements of rail vehicles exceeding impact energy, consisting of one or more between the main frame of the rails vehicle and its buffer elements arranged energy consumption elements ten with box-like structure and square cross-sectional shape characterized in that between each buffer element and the main frame of the rail vehicle each have an energy consumption element in the form of a Stülprohres is arranged, the cross-sectional shape of the main frame increases conically.