DE19749507B4 - Wagenkastenverbindung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Verbinden von Wagenkästen, vorzugsweise von Fahrzeugen des Schienen-Personenverkehrs, wobei zwischen ringspantähnlichen Enden von Wagenkästen ein Gummibalg einer luftfederähnlichen Vorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung (3) mit einem elastisch verformbaren, mit Energieabsorbtionseigenschaften ausgestatteten und nach Überschreitung vorgegebener Belastungsgrenzen unter weiterer Energieabsorbtion irreversibel plastisch verformbaren Werkstoff (5) ausgefüllt ist, in den ringförmig über den gesamten Wagenkastenquerschnitt verteilte, mit Formfederbereichen (7) ausgestattete Übertragungselemente (6) integriert sind, die mittels Verbindungselementen (4) die auftretenden Zugkräfte auf die Enden (1) und (2) übertragen und in Verbindung mit dem Werkstoff (5) der Vorrichtung (3) die gleichmäßige Verteilung der Druckkräfte auf die Enden (1) und (2) bewirken, sowie die belastungs- und fahrwegbedingten Relativbewegungen der Wagenkästen nicht behindert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Wagenkästen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Wagenkastenverbindungen nach dem bekannten Stand der Technik bestehen im allgemeinen aus den dem jeweiligen Verwendungszweck zugeordneten Baugruppen. Dies sind Zug- und Stoßeinrichtungen zur Zug- und Druckkraftübertragung bzw. Stoßenergieaufnahme, elektrische, pneumatische und hydraulische Verbindungen, Übergangseinrichtungen für Personen sowie Sondereinrichtungen, z.B. zur Gewährleistung bestimmter Anforderungen an den Fahrkomfort.
• Mit der Zuordnung bestimmter zweckentsprechender Funktionen auf die einzelnen Baugruppen sind diesen in der technischen Weiterentwicklung Grenzen gesetzt. Vorrangig betrifft dies die Beseitigung des Nachteils der punktuellen Zug- und Druckkraftübertragung zwischen den Wagenkästen, die in bezug auf deren Strukturquerschnitt zudem noch exentrisch erfolgt. Die Wagenkastenverbindungen von freizügig einstellbaren Schienenfahrzeugen müssen technisch und betrieblich kompatibel sein und den internationalen Vereinbarungen entsprechen, die abweichende technische Lösungen ausschließen. Wagenkastenverbindungen geschlossener Schienenfahrzeugeinheiten, z.B. Triebzüge, weisen dagegen trotz notwendiger technischer und betrieblicher Kompatibilität einen erheblichen Gestaltungsspielraum auf. Dieser wurde bisher nur partiell genutzt und in der Regel auf die Ausschöpfung des Vorteils beschränkt, daß die Schienenfahrzeuge allenfalls in einer Werkstatt getrennt werden müssen.
• Mögliche Funktionskoppelungen werden nur partiell angewendet, z.B. bei Wagenkastenaufhängungen, Gelenkkupplungen sowie Neigeeinrichtungen von Triebzügen und anderen Schienenfahrzeugeinheiten. In der EP 0 343 483 A1 wird ein Kupplungsgelenk zwischen zwei Eisenbahnwagen beschrieben. Es verbindet, getragen von einem Drehgestell, zwei Wagenkästen derart miteinander, daß über eine zylindrische Achse und eine kegelstumpfförmige Platte Zug-, Druck- und Neigungskräfte aufgenommen werden. Das hat den Nachteil, daß die Kräfte hierbei punktuell auftreten und sich so nicht auf die gesamte Stirnfläche des Wagenkastens verteilen können.
• Ähnliche Verhältnisse sind in der DE 44 22 109 A1 und DE 44 22 581 A1 dargestellt. Bei der kuppelbaren Fahrwerksanordnung und der Verbindungseinrichtung benachbarter Wagenkästen treten die Kräfte an bestimmten Punkten auf und lassen sich nicht auf weitere Flächen verteilen. Auch bei Übergangseinrichtungen, wie in der DE 31 24 779 A1 und der DE 34 01 555 C2 beschrieben, kann infolge der funktionellen Anordnung keine Weiterverteilung der Kräfte erfolgen. In der US 3,678,863 ist ein Gelenkeisenbahnwagen beschrieben, bei dem die Wagenkästen durch eine in einer vertikalen Ebene angeordneten Gelenkkonstruktion verbunden sind. Diese bewirkt zwar in Bezug auf die fachwerkförmigen Fahrzeuggerippe eine Zwei-Punkt-Krafteinleitung, ist jedoch für Wagenkästen von Fahrzeugen des Schienenpersonenverkehrs funktionell nicht anwendbar.
• Die in der US 34 10 226 vorgeschlagene Abdichtung der stirnseitigen Überlänge durch je einen inneren und einen äußeren geschäumten und im Kuppelzustand elastisch vorgespannten Dichtring stellt eine Weiterentwicklung des aus der DE 640 970 C allseits bekannten klassischen gattungsbildenden Faltenbalges und im Ergebnis eine Modifikation des in Europa verbreiteten, als Windverkleidung dargestellten Gummiwulst-Überganges dar. Durch die zusätzlichen inneren Druckfedern soll diese Windverkleidung Druckkräfte aufnehmen und damit auch als Rammkonstruktion wirken können. Die vorgesehene Druckkraftübertragung ist in Folge der für die konventionelle Zug- und Stoßeinrichtung notwendigen Aussparungen der Windverkleidung im unteren Bereich jedoch in dem am stärksten belastbaren Kopfstückbereich unwirksam und damit ausschließlich auf dem weitaus weniger widerstandsfähigen Wagenkastenaufbau begrenzt. Eine definierte Druckkraftübertragungsmöglichkeit schließt das Lösungsprinzip dieser Windverkleidung ebenso aus, wie eine Zugkraftübertragungsmöglichkeit.
• Die AT 18 27 34 enthält den Vorschlag, zur Vereinfachung des Kuppelns von Reisezugwagen die mechanischen Elemente für die Übertragung der Zug- und Druckkräfte mit den Verbindungselementen der Faltenbälge so zu kombinieren, daß ein vollautomatisches Kuppeln möglich wird. Dazu werden die mechanischen Elemente für die Übertragung der Zug- und Druckkräfte im Faltenbalg verteilt untergebracht. Die praktische Ausführung läßt jedoch nur die Übertragung geringer Kräfte zu, ist für die Anwendung an betrieblich nicht zu trennenden Schienenfahrzeugen zu kompliziert und läßt die Kopplung weiterer gewünschter Funktionen, wie z.B. die Aufnahme der Kollisionsenergie, nicht zu.
• Auch in der DE 295 08 400 U1 handelt es sich um einen Vorschlag zur Weiterentwicklung des klassischen Faltenbalges. Ob die dach- und bodenseitig angeordneten Drehscheiben die belastungs- und fahrwegbedingten Relativbewegungen der angrenzenden Wagenkästen ermöglichen, muß bezweifelt werden. Ein Bezug zu einer Wagenkastenverbindung ist für uns nicht erkennbar.
• Das Ziel der Erfindung besteht darin, insbesondere für geschlossene Schienenfahrzeugeinheiten die Möglichkeiten einer auf den Wagenkastenquerschnitt abgestimmten Zug- und Druckkraftübertragung zu nutzen und damit eine \Uraussetzung für wirtschaftliche Schienenfahrzeugkonfigurationen zu schaffen, die eine weitere Entwicklung des technischen und Sicherheitsstandards gestatten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wagenkastenverbindung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Vermeidung der Mängel des Standes der Technik im Regel-Lastbereich die betrieblich auftretenden Zug-, Druck- bzw. Stoßbelastungen einschließlich der Stoßenergie zwischen den Wagenkästen aufnimmt und die Reaktionskräfte weitgehend gleichmäßig auf deren Struktur überträgt, die im Überlastbereich, z.B. infolge Kollision, eine stufenweise Energieabsorptions- sowie Crashfähigkeit aufweist und dabei das Aufklettern bzw. Ausbrechen einzelner Schienenfahrzeuge verhindert und im Sinne einer Funktionsintegration weitere an eine Wagenkastenverbindung zu stellende Anforderungen, wie Druckertüchtigung-, Schall- und Wärmedämmung sowie den ungehinderten Übergang von Personen erfüllt.
• Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zwischen den ringspantähnlichen Enden der Wagenkästen, bei einem gemeinsamen Fahrwerk oberhalb dessen, eine dem Profil des Wagenkasten-Strukturquerschnitts angepaßte ringförmige, dem Prinzip des Gummibalges einer Luftfeder ähnliche Vorrichtung eingesetzt wird, welche in Wirkverbindung mit den in einem definierten Abstand gehaltenen Enden der Wagenkästen steht und deren belastungs- und fahrwegsbedingte Relativbewegungen ermöglicht. Die mechanische, pneumatische und/oder hydraulische Druckkraftübertragung ist passiv oder aktiv wirkend in Bezug auf die zu übertragenden Drucklasten so abgestimmt, daß nach Überschreitung definierter Belastungsgrenzen je eines reversibel und eines irreversibel verformbaren Bereiches die als zusätzliche Energieabsorptionszonen ausgebildeten Wagenkastenenden zu einer kontrollierten Verformung herangezogen werden.
• Die Zugkraftübertragung wird entweder durch eine gummibalgähnliche Vorrichtung in Verbindung mit in deren Wandung integrierten Übertragungselementen selbst oder von zusätzlichen, an sich bekannten und den geometrischen Verhältnissen der Vorrichtung angepaßten mechanischen Zuggliedern unter Gewährleistung der belastungs- und fahrwegsbedingten Relativbewegungen der Wagenkastenenden übernommen. Die Wirkverbindung zwischen der Vorrichtung und den ringspantähnlichen Enden der Wa genkästen ist druckdicht und ferner so auszuführen, daß mittels integrierter Schnittstellen die gewünschten elektrischen, pneumatischen und/oder hydraulische Leitungen gekuppelt werden.
• Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zeichnerischen Darstellungen zeigen in
• 1 eine Ansicht der Vorrichtung in der Seitenansicht der Enden der Wagenkästen,
• 2 eine Ansicht der Vorrichtung als Schnittdarstellung der Seitenansicht der Wagenkastenverbindung und
• 3 eine Ansicht der Vorrichtung als Darstellung der Draufsicht der Wagenkastenverbindung.
• Zwischen den ringspantähnlichen Enden 1 und 2 der Wagenkästen I und II wird die Wagenkastenverbindung durch eine gummibalgähnliche Vorrichtung 3 hergestellt, die mit über den gesamten Wagenkastenquerschnitt verteilten, nicht näher dargestellten Verbindungselementen 4 an den Enden 1 und 2 befestigt ist. Bei dem im Ausführungsbeispiel verwendeten elastisch verformbaren Werkstoff 5, z.B. ein Verbundwerkstoff, der Vorrichtung 3 sind ebenfalls ringförmig über den gesamten Wagenkastenquerschnitt verteilte, mit Federungseigenschaften ausgestattete Übertragungselemente 6 integriert, die zur Verteilung der Zug- und Druckkräfte auf den Wagenkastenquerschnitt der Enden 1 und 2 geeignet sind. Die durch die Vorrichtung 3 im definierten Abstand a gehaltenen Enden 1 und 2 der Wagenkästen I und II sind infolge der elastischen Eigenschaften des Werkstoffs 5 und der Übertragungselemente 6 der Vorrichtung 3 in der Lage, belastungs- und fahrwegbedingte Relativbewegungen zueinander auszuführen. Die Energieaufnahme infolge Zug- und Druckkraftbelastungen bzw. Schwingungen erfolgt durch Verformung der als Formfeder ausgeführten Bereiche 7 der Übertragungselemente 6 unter Ausnutzung der inneren Reibung des mit in die Verformung ein bezogenen Werkstoffs 5 innerhalb vorgegebener Belastungsgrenzen reversibel und nach deren Überschreitung irreversibel. Die Verbindungselemente 4 gestatten den Austausch der nach irreversibler Verformung unbrauchbar gewordenen Vorrichtung 3.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 gestattet es ferner, durch die gleichmäßige Stoßenergieeinleitung in die Wagenkästen I und II den ringspantähnlichen Enden 1 und 2 zusätzliche Verformungsbereiche 8 und 9 zuzuordnen, die auf eine verhältnismäßig geringe Verformungslänge L zur Aufnahme weiterer Stoßenergie, z.B. im Kollisionsfall, in der Lage sind.
• Zur Integration der für den Zug betrieb erforderlichen elektrischen, pneumatischen und hydraulischen Übertragungsleitungen in die Wagenkastenverbindung weist die Vorrichtung 3 eine oder mehrere den Erfordernissen angemessene Durchörterungen 10 auf, die mit nicht näher dargestellten Kuppeleinrichtungen als Schnittstellen für eine einfache Montage kombiniert werden können.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verbinden von Wagenkästen, vorzugsweise von Fahrzeugen des Schienen-Personenverkehrs, wobei zwischen ringspantähnlichen Enden von Wagenkästen ein Gummibalg einer luftfederähnlichen Vorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung (3) mit einem elastisch verformbaren, mit Energieabsorbtionseigenschaften ausgestatteten und nach Überschreitung vorgegebener Belastungsgrenzen unter weiterer Energieabsorbtion irreversibel plastisch verformbaren Werkstoff (5) ausgefüllt ist, in den ringförmig über den gesamten Wagenkastenquerschnitt verteilte, mit Formfederbereichen (7) ausgestattete Übertragungselemente (6) integriert sind, die mittels Verbindungselementen (4) die auftretenden Zugkräfte auf die Enden (1) und (2) übertragen und in Verbindung mit dem Werkstoff (5) der Vorrichtung (3) die gleichmäßige Verteilung der Druckkräfte auf die Enden (1) und (2) bewirken, sowie die belastungs- und fahrwegbedingten Relativbewegungen der Wagenkästen nicht behindert werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese bei Bedarf eine zusätzliche Druckkraftübertragung zwischen den Enden (1) und (2) der Wagenkästen (I) und (II) unter Verwendung an sich bekannter hydraulischer und/oder pneumatischer und/oder mechanischer Bauelemente erfolgt, die in die Vorrichtung (3) integriert sind und eine Zugkraftübertragung durch ebenfalls ansich bekannte, in die Vorrichtung (3) integrierte mechanische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Zugglieder erfolgt.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3) mittels Verbindungselementen (4) an den Enden (1) und (2) der Wagenkästen (I) und (II) druckdicht befestigbar und nach irreversibler Verformung austauschbar ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gummibalgähnliche Vorrichtung (3) bei einem gemeinsamen Fahrwerk oberhalb des Fahrwerkes angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreitung von Belastungsgrenzen des irreversiblen Verformungsbereiches des Werkstoffes (5) in Verbindung mit den Übertragungselementen (6) die Druckkrafteinleitung gleichmäßig verteilt in als zusätzliche Energieabsorptionszonen ausgebildete Verformungsbereiche (8) und (9) erfolgt.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3) mindestens eine Durchörterung (10) aufweist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff (5) ein Verbundwerkstoff ist.