EP2694348A1 - Rail vehicle with deformation zone - Google Patents

Rail vehicle with deformation zone

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EP2694348A1
EP2694348A1 EP12718608.8A EP12718608A EP2694348A1 EP 2694348 A1 EP2694348 A1 EP 2694348A1 EP 12718608 A EP12718608 A EP 12718608A EP 2694348 A1 EP2694348 A1 EP 2694348A1
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EP
European Patent Office
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deformation
cross member
rail vehicle
transmission element
eqt
Prior art date
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Application number
EP12718608.8A
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EP2694348B1 (en
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Philipp HEINZL
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Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Publication date
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Publication of EP2694348A1 publication Critical patent/EP2694348A1/en
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Publication of EP2694348B1 publication Critical patent/EP2694348B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B61D15/06—Buffer cars; Arrangements or construction of railway vehicles for protecting them in case of collisions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/06—End walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F1/00—Underframes
    • B61F1/08—Details
    • B61F1/10—End constructions

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a
  • Improvement measures are to absorb the impact energy in such a way that defined deformable crumple zones convert this energy into deformation energy and thereby reduce the impact energy
  • large areas of the rail vehicle structure can be designed so that they can absorb the deformation energy targeted or special crash modules are placed on the front and rear structure of the rail vehicle. The latter is advantageous because repair after a collision is facilitated by the easy accessibility of these crash modules.
  • crash modules for receiving the deformation energy.
  • the static design and test loads must not lead to any plastic deformation of the components, in particular the crash elements
  • a planned plastic deformation behavior of the crash elements is to ensure at a slightly above the static design loads lying force level. This is only very inadequately possible with the solutions according to the prior art.
  • the invention is therefore based on the object
  • Rail vehicle with deformation zone comprising at least one end cross member provided at one end end and at least one further cross member and one provided between the end cross member and the cross member
  • Deformation zone wherein the end cross member is connected by means of at least one force transmission element with the cross member, which transmits longitudinal compressive forces to a certain value under elastic deformation and collapses when exceeding this specific value, and that at least one deformation element is arranged so that the
  • the force transmission element according to the invention is so
  • the essential Property of this power transmission element is that it is dimensioned so that once the failure load
  • buckle strength-giving components since a significantly lower force is required for a buckling deformation than for a compression or tension deformation.
  • the power transmission element takes after his
  • Deformation over the entire deformation path has a very high level of force and can not be used for subject invention as a power transmission element.
  • One embodiment of the force transmission element provides for the individual plates, which form the essentially X-shaped force transmission element, to be connected to each
  • a deformation zone according to the invention can at all
  • Car ends for example with cars with one
  • Deformation elements are used, in particular those of an aluminum honeycomb construction. Likewise, deformation elements made of a metal foam can be used.
  • This invention is especially good for
  • Fig.l A rail vehicle with deformation zone according to the prior art - supervision.
  • Fig.2 A rail vehicle with deformation zone according to the prior art - side view.
  • Fig.5 force-displacement diagram of a deformation element.
  • Fig.6 force-displacement diagram of a power transmission element.
  • Fig.7 A deformation zone of a rail vehicle according to the
  • Fig.9 Rear of a rail vehicle with deformation zone.
  • Fig.l shows an example and schematically a rail vehicle with deformation zone according to the prior art in a plan view. It is shown a vehicle end of a rail vehicle having at its end an end cross member EQT. At this end cross member EQT attack the longitudinal forces, this is corresponding to this end cross member EQT
  • Direction of the car center is another cross member QT arranged, in which of the end cross member EQT
  • This cross member QT is typically provided between the longitudinal members arranged in the vehicle longitudinal direction and directs the transmitted from the end cross member EQT longitudinal forces to the
  • the cross member QT is part of a reinforced end of the car, as is common in rail vehicles. Between the end cross member EQT and the cross member QT a deformation zone VZ is provided. In this deformation zone VZ are deformation elements VE
  • Fig.l arranged and connected to both the cross member QT and with the end cross member EQT.
  • Fig.l are four deformation elements VE intended. These deformation elements have a deformation behavior (force-displacement diagram) as shown in Figure 5, so they are intended to dissipate the kinetic energy in an impact.
  • the deformation elements all operating and testing forces acting on the end cross member, transmitted and interpreted accordingly.
  • 2 shows by way of example and schematically a rail vehicle with deformation zone according to the prior art in a side view.
  • FIG. 3 shows an example and schematically a rail vehicle with deformation zone in a plan view with a
  • deformation zone VZ is designed completely differently than in a vehicle according to the prior art.
  • Deformation zone comprises a power transmission element KUE, which is arranged between an end cross member EQT and a cross member QT and which is designed so that it transmits all operating and testing forces safely between the end cross member EQT and another cross member QT.
  • This power transmission element KUE has a force-displacement diagram as shown in Figure 6 when loaded.
  • the deformation zone VZ includes deformation elements VE, which
  • the deformation elements VE are so
  • Force transmission element KUE be acted upon with forces. This is achieved in particular by the fact that the deformation elements VE are attached only on one side. In the illustrated embodiment, the deformation elements VE are attached to the cross member QT, to the end cross member EQT exists with intact power transmission element KUE
  • Power transmission elements KUE and deformation elements VE are also possible.
  • Fig. Shows an example and schematically a rail vehicle with deformation zone in side view with a
  • a power transmission element KUE connects one
  • Power transmission element KUE has a force path
  • FIG. 5 shows by way of example and schematically a force-displacement diagram of a deformation element. It is an idealized force - displacement diagram of a typical deformation element VE during plastic deformation.
  • the horizontal axis represents the deformation path x
  • the vertical axis represents the force F acting on the deformation element VE.
  • the course of the force F shows a strongly rising section and a horizontal section following further deformation.
  • the area of this horizontal section, in which a further deformation x occurs at constant force F, represents the area essential for the energy dissipation. Is the design maximum
  • the deformation element VE Used up deformation, the deformation element VE thus completely compressed, occurs a very steep increase in force and the deformation element VE has none
  • FIG. 6 shows by way of example and schematically an idealized force-displacement diagram of a force transmission element. It is a force - way diagram of a typical
  • Power transmission element KUE shown in plastic deformation or instability.
  • the horizontal axis represents the deformation path x, the vertical axis represents the force F acting on the force transmission element KUE
  • Force transmission element KUE on the one hand to transmit a certain maximum force safely, but when exceeding this maximum force (possibly by a
  • FIG. 7 shows by way of example and schematically a deformation zone of a rail vehicle according to the prior art. It is a practical embodiment shown, which the components of a deformation zone VZ, namely a
  • End cross member EQT End cross member EQT, a cross member QT and arranged between these carriers deformation elements VE in one
  • FIG. 8 shows by way of example and schematically a front of a rail vehicle with an inventive
  • Deformation zone It is a practical embodiment of a rail vehicle with a deformation zone VZ
  • the rail vehicle is shown cut in the longitudinal direction.
  • An end cross member EQT forms the front of the rail vehicle and is by means of a
  • the crossmember QT forms with other components (Vertical columns, diagonal columns) a reinforced end of the car, as required, for example, to protect the driver.
  • the deformation elements VE are arranged above the force transmission element KUE or the end cross member EQT.
  • Deformation elements VE are arranged so that they are deformed in a collision between components of the reinforced end of the car and a baffle plate between the half-height front pillars.
  • Rail vehicle with deformation zone It is a practical embodiment of a rail vehicle with a
  • the exemplary embodiment shown represents a tail with a passage opening.
  • the vehicle front shown in FIG. 1 In contrast to the vehicle front shown in FIG. 1
  • the deformation elements VE are arranged so that they are in a collision only after the collapse of the

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Abstract

A rail vehicle with a deformation zone, comprising at least one end crossmember (EQT) which is provided at a front-side end, and at least one further crossmember (QT) and a deformation zone (VZ), which is provided between the end crossmember (EQT) and the crossmember (QT), wherein the end crossmember (EQT) is connected to the crossmember (QT) by means of at least one force transmission element (KUE) which transmits longitudinal pressure forces up to a specific value, and collapses when this specific value is exceeded, and at least one deformation element (VE) is arranged in such a way that the deformation of the deformation element or of the deformation elements (VE) does not occur until when or after the force transmission element (KUE) collapses.

Description

Beschreibung  description
Schienenfahrzeug mit Verformungszone Rail vehicle with deformation zone
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer The invention relates to a rail vehicle with a
Verformungszone .  Deformation zone.
Stand der Technik State of the art
Zur Zulassung von Schienenfahrzeugen ist es erforderlich, bestimmte und im Allgemeinen für verschiedene Länder For the registration of rail vehicles it is necessary certain and generally for different countries
unterschiedliche Normen zu erfüllen. Diese Normen fordern unter anderem den Nachweis, dass das Schienenfahrzeug einer bestimmten Längskraft (Kupplungsdruck, Pufferdruck, Druck au Endquerträger) beschädigungsfrei widerstehen kann. Die für Europa gültige Norm UIC-566 fordert beispielsweise einen nachzuweisenden Kupplungsdruck von 2000kN, die für die USA gültige Norm fordert 3558kN (800kip) . to meet different standards. Among other things, these standards require proof that the rail vehicle can withstand a certain longitudinal force (clutch pressure, buffer pressure, pressure on end crossbeam) without damage. For example, the standard UIC-566, which is valid for Europe, requires a proven clutch pressure of 2000kN, while the US standard requires 3558kN (800kip).
In neuerer Zeit wurde auch die passive Sicherheit von  More recently, the passive safety of
Passagierschienenfahrzeugen zu einem Ziel technischer Passenger rail vehicles to a target technical
Verbesserungsmaßnahmen. Das Ziel dieser Improvement measures. The goal of this
Verbesserungsmaßnahmen ist es, die Aufprallenergie so aufzunehmen, dass definiert verformbare Knautschzonen diese Energie in Verformungsenergie wandeln und dabei die Improvement measures are to absorb the impact energy in such a way that defined deformable crumple zones convert this energy into deformation energy and thereby reduce the impact energy
Belastungen für die Personen im Fahrzeug reduziert werden sowie, dass die Überlebensräume im Fahrzeug nicht zu stark verformt werden, um die Verletzungswahrscheinlichkeit für di Personen im Fahrzeug zu reduzieren. Zu diesem Zweck können einerseits großflächige Bereiche der Schienenfahrzeugstruktur so gestaltet werden, dass sie die Verformungsenergie gezielt aufnehmen können oder es werden spezielle Crashmodule auf die Front- und Heckstruktur des Schienenfahrzeugs aufgesetzt. Letzteres ist vorteilhaft, da eine Reparatur nach einem Zusammenstoß durch die leichte Zugänglichkeit dieser Crashmodule vereinfacht wird. Reduces the burden on the people in the vehicle and that the survival spaces in the vehicle are not deformed too much to reduce the probability of injury to persons in the vehicle. For this purpose, on the one hand large areas of the rail vehicle structure can be designed so that they can absorb the deformation energy targeted or special crash modules are placed on the front and rear structure of the rail vehicle. The latter is advantageous because repair after a collision is facilitated by the easy accessibility of these crash modules.
Gemäß dem Stand der Technik können Schienenfahrzeuge leicht auf bestimmte Kupplungs- bzw. Endquerträgerdrücke In the prior art, rail vehicles can easily reach certain coupling or end cross member pressures
dimensioniert werden. Ebenso gelingt es, geeignete be dimensioned. Likewise, it succeeds, suitable
Crashmodule zur Aufnahme der Verformungsenergie vorzusehen. Eine Kombination der Forderungen nach einem hohen statischen Kupplungs- bzw. Endquerträgerdruck und nach einem Provide crash modules for receiving the deformation energy. A combination of the demands for a high static coupling or end cross member pressure and after a
Crashverhalten, welches eine niedrige Belastung für die Fahrgäste erlaubt, ist für strukturell integrierte Crash behavior, which allows a low load for the passengers, is structurally integrated
Verformungszonen noch nicht zufriedenstellend gelöst. Deformation zones not yet solved satisfactorily.
Einerseits dürfen die statischen Auslegungs- und Prüflasten zu keiner plastischen Verformung der Bauteile, insbesondere der Crashelemente führen, andererseits ist ein planmäßiges plastisches Verformungsverhalten der Crashelemente bei einem unwesentlich über den statischen Auslegungslasten liegenden Kraftniveau sicherzustellen. Dies ist mit den Lösungen gemäß dem Stand der Technik nur sehr unzureichend möglich. On the one hand, the static design and test loads must not lead to any plastic deformation of the components, in particular the crash elements, on the other hand, a planned plastic deformation behavior of the crash elements is to ensure at a slightly above the static design loads lying force level. This is only very inadequately possible with the solutions according to the prior art.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein The invention is therefore based on the object
Schienenfahrzeug mit Verformungszone anzugeben, welches einerseits sehr hohen axialen Druckkräften widerstehen kann, andererseits ein gutes Verformungsverhalten bei Unfällen aufweisen soll. Die Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeug mit Specify rail vehicle with deformation zone, which on the one hand can withstand very high axial compressive forces, on the other hand should have a good deformation behavior in case of accidents. The task is with a rail vehicle
Verformungszone mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche . Deformation zone solved with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subordinate claims.
Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein The basic idea of the invention according to a
Schienenfahrzeug mit Verformungszone, umfassend wenigstens einen an einem stirnseitigen Ende vorgesehenen Endquerträger und mindestens einen weiteren Querträger und einer zwischen dem Endquerträger und dem Querträger vorgesehenen Rail vehicle with deformation zone, comprising at least one end cross member provided at one end end and at least one further cross member and one provided between the end cross member and the cross member
Verformungszone, wobei der Endquerträger mittels mindestens einem Kraftübertragungselement mit dem Querträger verbunden ist, welches Längsdruckkräfte bis zu einem bestimmten Wert unter elastischer Verformung überträgt und bei Überschreiten dieses bestimmten Werts kollabiert, und dass mindestens ein Verformungselement so angeordnet ist, dass die zur Deformation zone, wherein the end cross member is connected by means of at least one force transmission element with the cross member, which transmits longitudinal compressive forces to a certain value under elastic deformation and collapses when exceeding this specific value, and that at least one deformation element is arranged so that the
Energiedissipation maßgebliche plastische Verformung des mindestens einen Verformungselements erst mit bzw. nach dem Kollabieren des Kraftübertragungselements eintritt. Energy dissipation significant plastic deformation of the at least one deformation element only with or after the collapse of the force transmission element occurs.
Dadurch ist der Vorteil erzielbar, ein Schienenfahrzeug realisieren zu können, welches bestimmten Längskräften As a result, the advantage can be achieved to realize a rail vehicle, which certain longitudinal forces
(Kupplungsdruck, Pufferdruck, Endquerträgerdruck) sicher zu widerstehen vermag, andererseits ein energiedissipierendes Verformungsverhalten aufweist, welches die auf die Passagiere wirkenden Kräfte bei einem Zusammenstoß vermindert.  (Clutch pressure, buffer pressure, end cross member pressure) can safely withstand, on the other hand has an energy dissipating deformation behavior, which reduces the forces acting on the passengers forces in a collision.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungselement ist so The force transmission element according to the invention is so
auszulegen, dass es eine hinreichende Festigkeit in to interpret that there is sufficient strength in
Fahrzeuglängsrichtung aufweist, um alle Betriebs- und Vehicle longitudinal direction to all operating and
Prüfkräfte sicher zwischen dem Endquerträger und einem weiteren Querträger übermitteln zu können. Die wesentliche Eigenschaft dieses Kraftübertragungselements ist, dass es so dimensioniert ist, dass, sobald die Versagenslast To transmit test forces safely between the end cross member and another cross member. The essential Property of this power transmission element is that it is dimensioned so that once the failure load
überschritten ist, dieses Kraftübertragungselement so is exceeded, this power transmission element so
kollabiert, dass es der weiteren Verformung keinen collapses, that there is no further deformation
wesentlichen Widerstand mehr entgegenstellt. Dieses Verhalten kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass substantial resistance is opposed. This behavior can be achieved, for example, by:
festigkeitsgebende Bauteile im Versagensfall ausknicken, da für eine Knickverformung eine wesentlich niedrigere Kraft erforderlich ist als für eine Druck- oder Zugverformung. In the event of failure, buckle strength-giving components, since a significantly lower force is required for a buckling deformation than for a compression or tension deformation.
Dadurch nimmt das Kraftübertragungselement nach seinem As a result, the power transmission element takes after his
Versagen an der darauffolgenden Energiedissipation nur mehr äußerst gering teil. Diese Energiedissipation kann daher in den dafür vorgesehenen Verformungselementen erfolgen. Es empfiehlt sich, das Kraftübertragungselement durch eine im Wesentlichen X-förmige Anordnung von Platten zu gestalten, wobei die Krafteinbringung über jeweils gegenüberliegende Seiten dieser X-förmigen Plattenanordnung erfolgt. Es ist wesentlich, dass die Schnittlinie der Platten quer zur  Failure in the subsequent energy dissipation only very low part. This energy dissipation can therefore take place in the deformation elements provided for this purpose. It is advisable to design the force transmission element by a substantially X-shaped arrangement of plates, wherein the force is applied via respective opposite sides of this X-shaped plate assembly. It is essential that the cutting line of the plates across the
Kraftrichtung angeordnet ist, da solcherart ein sicheres Ausknicken der Platten erfolgt. Die Anordnung der Direction of force is arranged, as such a secure buckling of the plates takes place. The arrangement of
Schnittlinie in Kraftrichtung würde hingegen zu einem Bauteil führen, dessen Kraft - Weg Diagramm bei plastischer Cutting line in the direction of force, however, would lead to a component whose force - displacement diagram in plastic
Verformung über den gesamten Verformungsweg ein sehr hohes Kraftniveau aufweist und für gegenständliche Erfindung nicht als Kraftübertragungselement eingesetzt werden kann. Deformation over the entire deformation path has a very high level of force and can not be used for subject invention as a power transmission element.
Eine Aus führungs form des Kraftübertragungselements sieht vor, die einzelnen Platten, welche das im Wesentlichen X-förmige Kraftübertragungselement bilden, mit jeweils One embodiment of the force transmission element provides for the individual plates, which form the essentially X-shaped force transmission element, to be connected to each
unterschiedlicher Dicke auszuführen. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, die Versagenslast und die Richtung des Ausknickens der Platten sehr genau einstellen zu können. Eine solche Anordnung kann mit computerunterstüt zer Simulation in Bezug auf ihre Festigkeit (Versagenslast) sowie ihres plastisches Verformungsverhalten gut ausgelegt werden. Weiters ist es empfehlenswert, eine Platte dieser X-förmigen Anordnung einstückig und mit einer größeren Dicke auszuführen als die beiden anderen Platten. Dadurch kann die to perform different thickness. As a result, the advantage can be achieved to be able to set the failure load and the direction of the buckling of the plates very accurately. Such Arrangement can be well designed with computer aided simulation in terms of its strength (failure load) as well as its plastic deformation behavior. Furthermore, it is advisable to make a plate of this X-shaped arrangement in one piece and with a greater thickness than the other two plates. This allows the
Versagenslast genauer eingestellt werden. Weiters ist es vorteilhaft, diese X-förmige Anordnung von Platten aus mehreren, insbesondere aus drei Platten Failure load be set more accurately. Furthermore, it is advantageous, this X-shaped arrangement of plates of several, especially three plates
zusammenzusetzen. Solcherart können die Versagenslast und das Knickverhalten besonders genau eingestellt werden. Es ist empfehlenswert, die Platten an der Schnittlinie der Platten zu verbinden, wobei eine Schweißverbindung besonders vorteilhaft ist. reassemble. In this way, the failure load and the buckling behavior can be set very precisely. It is advisable to connect the plates at the cutting line of the plates, whereby a welded connection is particularly advantageous.
Mit der hier dargestellten Erfindung gelingt es, die With the invention shown here, it is possible to
Festigkeitsauslegung eines Schienenfahrzeugs für statische Lasten und die Crashtauglichkeitsauslegung für Unfalllasten (mit großen plastischen Verformungen) praktisch und im Strength design of a rail vehicle for static loads and the crashworthiness interpretation for accident loads (with large plastic deformations) practically and in the
Wesentlichen getrennt voneinander vornehmen zu können, da insbesondere die Verformungselemente von der Übertragung statischer Lasten befreit und ausschließlich in Hinsicht auf die Verformung bei einem Zusammenstoß hin optimiert werden können . Essentially separated from each other to make, since in particular the deformation elements freed from the transfer of static loads and can be optimized only in terms of the deformation in a collision out.
Eine erfindungsgemäße Verformungszone kann an allen A deformation zone according to the invention can at all
gebräuchlichen Schienenfahrzeugtypen vorgesehen werden, wobei der Einsatz insbesondere sowohl an senkrechten Wagenenden als auch an Wagenenden mit schräger oder abgerundeter Front möglich ist. In zweiterem Fall ist die Anordnung der Verformungselemente auch oberhalb des Endquerträgers vorteilhaft, da an dieser Stelle meist ausreichend Bauraum für Verformungselemente vorhanden ist. An senkrechten common rail vehicle types are provided, the use is particularly possible both at vertical ends of the car and at the ends of the car with an oblique or rounded front. In the second case, the arrangement of Deformation elements also above the end cross member advantageous because at this point usually sufficient space for deformation elements is present. On vertical
Wagenenden, beispielsweise bei Wagen mit einer Car ends, for example with cars with one
Durchgangsöffnung, sind die Verformungselemente in der Eben des Endquerträgers, bzw. des Querträgers, d.h. zwischen diesen Trägern anzuordnen. Through hole, the deformation elements in the plane of the Endquerträgers, or the cross member, i. to arrange between these carriers.
Als Verformungselement können alle gebräuchlichen As a deformation element, all common
Verformungselemente eingesetzt werden, insbesondere auch solche aus einer Aluminiumwabenkonstruktion. Ebenso sind Verformungselemente aus einem Metallschaum einsetzbar. Deformation elements are used, in particular those of an aluminum honeycomb construction. Likewise, deformation elements made of a metal foam can be used.
Gegenständliche Erfindung ist besonders gut für This invention is especially good for
Schienenfahrzeuge geeignet, welche in den USA zugelassen werden sollen, da die relevanten Normen das Einbringen der Prüflängskräfte über die Endquerträger bzw. die Rail vehicles suitable, which are to be registered in the USA, since the relevant standards the introduction of the test longitudinal forces over the Endquerträger or the
Wagenendstruktur vorsehen und somit keine an das Wagenende aufgesetzten Verformungselemente vorgesehen werden können, diese den Prüfkräften nicht widerstehen können. Provide Wagenendstruktur and thus can not be provided at the end of the car set deformation elements that can not withstand the test forces.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigen beispielhaft: They show by way of example:
Fig.l Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik - Aufsicht.  Fig.l A rail vehicle with deformation zone according to the prior art - supervision.
Fig.2 Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik - Seitenansicht.  Fig.2 A rail vehicle with deformation zone according to the prior art - side view.
Fig.3 Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone, 3 a rail vehicle with deformation zone,
Kraftübertragungselement . Fig. Ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone, Power transmission element. Fig. A rail vehicle with deformation zone,
Kraftübertragungselement, Seitenansicht .  Power transmission element, side view.
Fig.5 Kraft - Weg Diagramm eines Verformungselements.  Fig.5 force-displacement diagram of a deformation element.
Fig.6 Kraft - Weg Diagramm eines Kraftübertragungselements. Fig.6 force-displacement diagram of a power transmission element.
Fig.7 Eine Verformungszone eines Schienenfahrzeugs gemäß demFig.7 A deformation zone of a rail vehicle according to the
Stand der Technik. State of the art.
Fig.8 Front eines Schienenfahrzeugs mit Verformungszone.  Fig.8 Front of a rail vehicle with deformation zone.
Fig.9 Heck eines Schienenfahrzeugs mit Verformungszone. Fig.9 Rear of a rail vehicle with deformation zone.
Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention
Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik in einer Aufsicht. Es ist ein Fahrzeugende eines Schienenfahrzeugs dargestellt, welches an seinem Ende einen Endquerträger EQT aufweist. An diesen Endquerträger EQT greifen die Längskräfte an, dazu ist dieser Endquerträger EQT entsprechend Fig.l shows an example and schematically a rail vehicle with deformation zone according to the prior art in a plan view. It is shown a vehicle end of a rail vehicle having at its end an end cross member EQT. At this end cross member EQT attack the longitudinal forces, this is corresponding to this end cross member EQT
dimensioniert und gegebenenfalls mit Befestigungsmitteln zur Aufnahme von Puffern, Kupplungen, etc ausgestattet. In dimensioned and optionally equipped with fasteners for receiving buffers, couplings, etc .. In
Richtung der Wagenmitte ist ein weiterer Querträger QT angeordnet, in welchen die von dem Endquerträger EQT Direction of the car center is another cross member QT arranged, in which of the end cross member EQT
aufgenommenen Längskräfte geleitet werden. Dieser Querträger QT ist typischerweise zwischen den in Fahrzeuglängsrichtung außen angeordneten Längsträgern vorgesehen und leitet die von dem Endquerträger EQT übermittelten Längskräfte an das recorded longitudinal forces are passed. This cross member QT is typically provided between the longitudinal members arranged in the vehicle longitudinal direction and directs the transmitted from the end cross member EQT longitudinal forces to the
Untergestell weiter. Der Querträger QT ist ein Bestandteil eines verstärkten Wagenendes, wie es bei Schienenfahrzeugen gebräuchlich ist. Zwischen dem Endquerträger EQT und dem Querträger QT ist eine Verformungszone VZ vorgesehen. In dieser Verformungszone VZ sind Verformungselemente VE Underframe further. The cross member QT is part of a reinforced end of the car, as is common in rail vehicles. Between the end cross member EQT and the cross member QT a deformation zone VZ is provided. In this deformation zone VZ are deformation elements VE
angeordnet und sowohl mit dem Querträger QT als auch mit dem Endquerträger EQT verbunden. In dem in Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Verformungselemente VE vorgesehen. Diese Verformungselemente weisen ein Verformungsverhalten (Kraft-Weg Diagramm) wie in Fig.5 gezeigt auf, sie sind also zur Dissipation der kinetischen Energie bei einem Aufprall vorgesehen. Gemäß dieser, dem Stand der Technik entsprechenden Aus führungs form müssen die Verformungselemente alle Betriebs- und Prüfkräfte, welche auf den Endquerträger wirken, übertragen und sind dementsprechend auszulegen . Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß dem Stand der Technik in einer Seitenansicht . arranged and connected to both the cross member QT and with the end cross member EQT. In the embodiment shown in Fig.l are four deformation elements VE intended. These deformation elements have a deformation behavior (force-displacement diagram) as shown in Figure 5, so they are intended to dissipate the kinetic energy in an impact. According to this, the prior art from imple mentation form, the deformation elements all operating and testing forces acting on the end cross member, transmitted and interpreted accordingly. 2 shows by way of example and schematically a rail vehicle with deformation zone according to the prior art in a side view.
Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone in einer Aufsicht mit einem 3 shows an example and schematically a rail vehicle with deformation zone in a plan view with a
Kraftübertragungselement. Es ist das Prinzip einer  Power transmission element. It is the principle of one
erfindungsgemäßen Verformungszone dargestellt, wobei das Schienenfahrzeug wie in dem in Fig.l gezeigten Beispiel zum Stand der Technik aufgebaut ist. Die erfindungsgemäße illustrated deformation zone, wherein the rail vehicle is constructed as in the example shown in Fig.l example of the prior art. The inventive
Verformungszone VZ ist jedoch gänzlich anders gestaltet als bei einem Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik. Die However, deformation zone VZ is designed completely differently than in a vehicle according to the prior art. The
Verformungszone umfasst ein Kraftübertragungselement KUE, welches zwischen einem Endquerträger EQT und einem Querträger QT angeordnet ist und welches so gestaltet ist, dass es alle Betriebs- und Prüfkräfte sicher zwischen dem Endquerträger EQT und einem weiteren Querträger QT übermittelt. Dieses Kraftübertragungselement KUE weist bei Belastung ein Kraft- Weg Diagramm wie in Fig.6 dargestellt auf. Weiters umfasst die Verformungszone VZ Verformungselemente VE, welche Deformation zone comprises a power transmission element KUE, which is arranged between an end cross member EQT and a cross member QT and which is designed so that it transmits all operating and testing forces safely between the end cross member EQT and another cross member QT. This power transmission element KUE has a force-displacement diagram as shown in Figure 6 when loaded. Furthermore, the deformation zone VZ includes deformation elements VE, which
zwischen einem Endquerträger EQT und einem Querträger QT angeordnet sind und welche bei Belastung ein Kraft-Weg are arranged between an end cross member EQT and a cross member QT and which under load a force-way
Diagramm wie in Fig.5 dargestellt aufweisen, sich also zur Energiedissipation im plastischen Verformungsfall eignen. Die wesentliche Eigenschaft dieser Verformungselemente VE ist, dass sie an der Übertragung statischer Lasten nicht Diagram as shown in Figure 5 have shown, so are suitable for energy dissipation in the plastic deformation case. The essential feature of these deformation elements VE is that they are not involved in the transmission of static loads
teilnehmen. Dazu sind die Verformungselemente VE so take part. For this purpose, the deformation elements VE are so
angeordnet, dass sie erst nach dem Versagen des arranged that they only after the failure of the
Kraftübertragungselements KUE mit Kräften beaufschlagt werden. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass die Verformungselemente VE nur einseitig befestigt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verformungselemente VE an dem Querträger QT befestigt, zu dem Endquerträger EQT besteht bei intaktem Kraftübertragungselement KUE ein Force transmission element KUE be acted upon with forces. This is achieved in particular by the fact that the deformation elements VE are attached only on one side. In the illustrated embodiment, the deformation elements VE are attached to the cross member QT, to the end cross member EQT exists with intact power transmission element KUE
räumlicher Abstand. spatial distance.
Das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein  The embodiment shown in Figure 3 shows a
Kraftübertragungselement KUE und zwei Verformungselemente VE, andere Anordnungen bzw. Anzahlen von Force transmission element KUE and two deformation elements VE, other arrangements or numbers of
Kraftübertragungselementen KUE und Verformungselementen VE sind jedoch auch möglich.  Power transmission elements KUE and deformation elements VE are also possible.
Insbesondere ist es prinzipiell ebenfalls möglich, einzelne Verformungselemente VE durch beidseitiges Anbringen an den Endquerträger EQT und den Querträger QT auch an der  In particular, it is also possible in principle, individual deformation elements VE by attaching both sides to the end cross member EQT and the cross member QT also on the
Übertragung von Längskräften zu beteiligen. Transfer of longitudinal forces.
Fig. zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Verformungszone in Seitenansicht mit einem Fig. Shows an example and schematically a rail vehicle with deformation zone in side view with a
Kraftübertragungselement. Es ist das Ausführungsbeispiel aus Fig.3 in Seitenansicht dargestellt, wobei die Power transmission element. It is the embodiment of Figure 3 shown in side view, wherein the
Verformungselemente VE zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Ein Kraftübertragungselement KUE verbindet einen Deformation VE not shown for simplicity. A power transmission element KUE connects one
Endquerträger EQT mit einem Querträger QT . Dieses End cross member EQT with a cross member QT. This
Kraftübertragungselement KUE weist einen Kraft - Weg Power transmission element KUE has a force path
Zusammenhang auf, wie er in Fig.6 dargestellt ist. Zur Connection on, as shown in Fig.6. to
Erzielung eines solchen Kraft - Weg Zusammenhangs ist es besonders vorteilhaft das Kraftübertragungselement KUE aus x- förmig angeordneten Platten aufzubauen und die Schnittlinie der x-förmig angeordneten Platten des Achieving such a force - distance relationship, it is particularly advantageous to construct the force transmission element KUE from x-shaped plates and the cutting line the x-shaped plates of the
Kraftübertragungselements KUE quer zur Fahrzeuglängsrichtung anzuordnen . To arrange power transmission element KUE transverse to the vehicle longitudinal direction.
Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch ein Kraft - Weg Diagramm eines Verformungselements. Es ist ein idealisiertes Kraft - Weg Diagramm eines typischen Verformungselements VE bei plastischer Verformung dargestellt. Die waagrechte Achse stellt den Verformungsweg x dar, die senkrechte Achse stellt die auf das Verformungselement VE wirkende Kraft F dar. Der Verlauf der Kraft F zeigt einen stark ansteigenden Abschnitt und einen bei weiterer Verformung anschließenden waagrechten Abschnitt auf. Der Bereich dieses waagrechten Abschnitts, bei welchem eine weitere Verformung x bei konstanter Kraft F auftritt, stellt den für die Energiedissipation wesentlichen Bereich dar. Ist der konstruktiv vorgegebene maximale 5 shows by way of example and schematically a force-displacement diagram of a deformation element. It is an idealized force - displacement diagram of a typical deformation element VE during plastic deformation. The horizontal axis represents the deformation path x, the vertical axis represents the force F acting on the deformation element VE. The course of the force F shows a strongly rising section and a horizontal section following further deformation. The area of this horizontal section, in which a further deformation x occurs at constant force F, represents the area essential for the energy dissipation. Is the design maximum
Verformungsweg aufgebraucht, das Verformungselement VE also komplett gestaucht, tritt ein sehr steiler Kraftanstieg auf und das Verformungselement VE weist keine Used up deformation, the deformation element VE thus completely compressed, occurs a very steep increase in force and the deformation element VE has none
energiedissipierende Wirkung mehr auf. energy-dissipating effect more.
Fig.6 zeigt beispielhaft und schematisch ein idealisiertes Kraft - Weg Diagramm eines Kraftübertragungselements. Es ist ein Kraft - Weg Diagramm eines typischen 6 shows by way of example and schematically an idealized force-displacement diagram of a force transmission element. It is a force - way diagram of a typical
Kraftübertragungselements KUE bei plastischer Verformung bzw. Instabilität dargestellt. Die waagrechte Achse stellt den Verformungsweg x dar, die senkrechte Achse stellt die auf das Kraftübertragungselement KUE wirkende Kraft F dar. Im  Power transmission element KUE shown in plastic deformation or instability. The horizontal axis represents the deformation path x, the vertical axis represents the force F acting on the force transmission element KUE
Gegensatz zu dem in Fig.5 gezeigten Kraft - Weg Diagramm eines Verformungselements VE zeigt der Kraft-Weg Verlauf eines Kraftübertragungselements KUE nach einem steilen Contrary to the force-displacement diagram of a deformation element VE shown in FIG. 5, the force-displacement profile of a force transmission element KUE is shown to be steep
Kraftanstieg bei beginnender Verformung bis zu einem Force increase at the onset of deformation up to a
maximalen Wert der Kraft F keinen anschließenden waagrechten Kraftverlauf. Die wesentliche Eigenschaft eines maximum value of the force F no subsequent horizontal Force curve. The essential property of a
Kraftübertragungselements KUE, einerseits eine bestimmte maximale Kraft sicher übertragen zu können, aber bei einem Überschreiten dieser maximalen Kraft (ggf. um einen Force transmission element KUE, on the one hand to transmit a certain maximum force safely, but when exceeding this maximum force (possibly by a
bestimmten Sicherheitsfaktor erhöht) zu kollabieren und der weiteren Verformung keinen wesentlichen Widerstand mehr entgegenzusetzen ist in Fig.6 dargestellt. Nach dem increased safety factor) to collapse and no further resistance to the further deformation is shown in Fig.6. After this
Überschreiten einer bestimmten maximalen Kraft F erfolgt die weitere Verformung bei einem wesentlich niedrigeren, im Exceeding a certain maximum force F further deformation takes place at a much lower, in the
Verhältnis zur maximalen Kraft F praktisch vernachlässigbaren Kraftniveau. Erst wenn der konstruktiv vorgegebene maximale Verformungsweg aufgebraucht ist, das Kraftübertragungselement KUE also komplett gestaucht ist, tritt ein sehr steiler Ratio to the maximum force F practically negligible force level. Only when the structurally predetermined maximum deformation is used up, the power transmission element KUE is thus completely compressed, occurs a very steep
Kraftanstieg auf. Increase in power.
Fig.7 zeigt beispielhaft und schematisch eine Verformungszone eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Es ist ein praktisches Ausführungsbeispiel dargestellt, welches die Bauteile einer Verformungszone VZ, namentlich einen 7 shows by way of example and schematically a deformation zone of a rail vehicle according to the prior art. It is a practical embodiment shown, which the components of a deformation zone VZ, namely a
Endquerträger EQT, einen Querträger QT und zwischen diesen Trägern angeordnete Verformungselemente VE in einer End cross member EQT, a cross member QT and arranged between these carriers deformation elements VE in one
Schrägansicht zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem in Fig.l stark abstrahiert gezeigten Prinzip. Skew view shows. This embodiment corresponds to the principle shown in Fig.l highly abstracted.
Fig.8 zeigt beispielhaft und schematisch eine Front eines Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen 8 shows by way of example and schematically a front of a rail vehicle with an inventive
Verformungszone. Es ist ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Schienenfahrzeugs mit einer Verformungszone VZ Deformation zone. It is a practical embodiment of a rail vehicle with a deformation zone VZ
dargestellt. Das Schienenfahrzeug ist in Längsrichtung geschnitten dargestellt. Ein Endquerträger EQT bildet die Front des Schienenfahrzeugs und ist mittels eines shown. The rail vehicle is shown cut in the longitudinal direction. An end cross member EQT forms the front of the rail vehicle and is by means of a
Kraftübertragungselements KUE mit einem Querträger QT Power transmission element KUE with a cross member QT
verbunden. Der Querträger QT bildet mit weiteren Bauteilen (Vertikalsäulen, Schrägsäulen) ein verstärktes Wagenende, wie es beispielsweise zum Schutz des Fahrpersonals erforderlich ist. In dem gezeigten Beispiel einer Fahrzeugfront sind die Verformungselemente VE über dem Kraftübertragungselement KUE bzw. dem Endquerträger EQT angeordnet. Die connected. The crossmember QT forms with other components (Vertical columns, diagonal columns) a reinforced end of the car, as required, for example, to protect the driver. In the example shown of a vehicle front, the deformation elements VE are arranged above the force transmission element KUE or the end cross member EQT. The
Verformungselemente VE sind so angeordnet, dass sie bei einem Zusammenstoß zwischen Bauteilen des verstärkten Wagenendes und einer Prallplatte zwischen den halbhohen Frontsäulen verformt werden.  Deformation elements VE are arranged so that they are deformed in a collision between components of the reinforced end of the car and a baffle plate between the half-height front pillars.
Fig.9 zeigt beispielhaft und schematisch ein Heck eines 9 shows by way of example and schematically a tail of a
Schienenfahrzeugs mit Verformungszone. Es ist ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Schienenfahrzeugs mit einer Rail vehicle with deformation zone. It is a practical embodiment of a rail vehicle with a
Verformungszone VZ in Längsrichtung geschnitten dargestellt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt ein Heck mit einer Durchgangsöffnung dar. Dabei ist es, im Gegensatz zu der in Fig.8 dargestellten Fahrzeugfront erforderlich, die Deformation zone VZ shown cut longitudinally. The exemplary embodiment shown represents a tail with a passage opening. In contrast to the vehicle front shown in FIG
Verformungselemente VE in einer Ebene mit dem Endquerträger EQT bzw. dem Querträger QT anzuordnen, um einen ebenen Deformation elements VE in a plane with the end cross member EQT or the cross member QT to order a plane
Durchgang in ein weiteres Schienenfahrzeug zu ermöglichen. Die Verformungselemente VE sind so angeordnet, dass sie bei einem Zusammenstoß erst nach dem Kollabieren des To allow passage in another rail vehicle. The deformation elements VE are arranged so that they are in a collision only after the collapse of the
Kraftübertragungselements KUE zwischen dem Endquerträger EQT und dem Querträger QT verformt werden. Force transmission element KUE between the end cross member EQT and the cross member QT be deformed.
Liste der Bezeichnungen List of terms
VZ Verformungszone VZ deformation zone
QT Querträger QT cross member
EQT Endquerträger  EQT end cross member
VE Verformungselement  VE deformation element
KUE Kraftübertragungselement  KUE power transmission element
F Kraft  F force
x Verformungsweg x deformation path

Claims

Patentansprüche claims
Schienenfahrzeug mit Verformungszone, umfassend Rail vehicle with deformation zone, comprising
wenigstens einen an einem stirnseitigen Ende at least one at a front end
vorgesehenen Endquerträger (EQT) und mindestens einen weiteren Querträger (QT) und einer zwischen dem provided end cross member (EQT) and at least one further cross member (QT) and one between the
Endquerträger (EQT) und dem Querträger (QT) End Crossmember (EQT) and Crossmember (QT)
vorgesehenen Verformungszone (VZ), dadurch provided deformation zone (VZ), characterized
gekennzeichnet, dass der Endquerträger (EQT) mittels mindestens einem Kraftübertragungselement (KUE) mit dem Querträger (QT) verbunden ist, welches Längsdruckkräfte bis zu einem bestimmten Wert unter elastischer in that the end cross member (EQT) is connected to the cross member (QT) by means of at least one force transmission element (KUE), which longitudinal pressure forces up to a certain value under elastic
Verformung überträgt und bei Überschreiten dieses bestimmten Werts kollabiert, und dass mindestens ein Verformungselement (VE) so angeordnet ist, dass die zur Energiedissipation maßgebliche plastische Verformung des mindestens einen Verformungselements (VE) erst mit dem Kollabieren des Kraftübertragungselements (KUE) eintritt und wobei das mindestens eine Deformation transmits and collapses when exceeding this specific value, and that at least one deformation element (VE) is arranged so that the decisive for energy dissipation plastic deformation of the at least one deformation element (VE) occurs only with the collapse of the force transmission element (KUE) and wherein the at least a
Kraftübertragungselement (KUE) aus x-förmig Power transmission element (KUE) of x-shaped
angeordneten Platten aufgebaut ist und wobei die arranged plates is constructed and wherein the
Schnittlinie der x-förmig angeordneten Platten des Kraftübertragungselements (KUE) quer zur Section line of the x-shaped plates of the power transmission element (KUE) transverse to
Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist. Vehicle longitudinal direction is arranged.
Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rail vehicle with deformation zone according to claim 1, characterized in that the at least one
Verformungselement (VE) zwischen dem Endquerträger (EQT) und dem Querträger (QT) angeordnet ist. Deformation element (VE) between the end cross member (EQT) and the cross member (QT) is arranged.
3. Schienenfahrzeug mit Verformungszone gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 3. Rail vehicle with deformation zone according to claim 1, characterized in that the at least one
Verformungselement (VE) zwischen Bauteilen eines verstärkten Wagenendes und der Fahrzeugfront angeordnet ist .  Deformation element (VE) is arranged between components of a reinforced end of the car and the front of the vehicle.
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