WO2001034447A1 - Einrichtung für den energieverzehr bei einem schienenfahrzeug - Google Patents

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    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type

Definitions

  • the invention relates to a device for energy consumption in a rail vehicle, in particular local transport, this device having an energy consumption element and a component serving to fasten this element on the vehicle
  • the energy dissipation element consists, for example, of a solid rubber body or a hollow steel sheet body, such elements being arranged within a housing-like fastening component.
  • a disadvantage of the shock buffers used hitherto is that their energy absorption capacity is only low, so that they are only effective at relatively low speeds.
  • Another disadvantage is that the force-displacement function of previous designs does not meet the requirements of VDV Sch ⁇ ft 152. Too high end forces are required to respond to the shock buffers, which then lead to damage to the vehicle structure Energy dissipation instead of triangular or rectangular function, so that the energy dissipation per unit time is unfavorable.
  • a third disadvantage is the fact that the energy dissipation is not progressive, so that it is not effective with smaller obstacles Fourth, it is considered disadvantageous that the energy absorption capacity cannot be adapted to the vehicle weight, so that the shock buffers were too hard for shorter vehicles, while their effect for longer vehicles was only available at low speeds is
  • the invention is based on the object of creating a device of the generic type, taking into account the installation situation and the interchangeability with previous devices, in which the requirements of the VDV branch 152 with regard to energy consumption, force-displacement diagram, energy-time diagram and adaptability to the vehicle weight can be met
  • the energy dissipation element contains a metal foam core
  • the structure of the energy dissipation element according to the invention can be created by controlled foaming of a metal, with which the requirements of the VDV branch 152 can be met.
  • a shape that is adequate for the energy dissipation element is filled with metal foam, the resulting core with soft, preferably encased in rubber-like material and provided with appropriate fastening components
  • the internal structure of the metal foam is such that its energy absorption capacity is adapted to the vehicle weight, that it begins to deform at a defined force (response behavior) and does not exceed a maximum force during the deformation.
  • the internal structure of the metal foam allows a predetermined one To achieve the time course of the deformation
  • a predetermined response behavior and a Predefined sensitivity can be controlled beyond the metallic properties.
  • the adaptability of the energy dissipation element to different vehicle weights and different default characteristics is also conceivable through the arrangement of layers of different types of metal foam.
  • foam density and foam skin density it is also possible to set different properties, for example with regard to the force-displacement deformation behavior of strength, density and Formability Foams with a density gradient are also conceivable
  • FIG. 1 shows the basic structure of an energy dissipation element with a metal foam core 1 and a fastening element 3, the metal foam core 1 being surrounded by a sheath 2
  • FIG. 2 shows an embodiment of the energy dissipation element in which the metal foam core 1 has cutouts 4 produced by mechanical post-processing in order to achieve certain properties with regard to the energy absorption
  • FIG. 3 shows an embodiment of the energy dissipation element in which the metal foam core 1 consists of layers 5 of different types of foam structures 4 shows a further design of the energy dissipation element, in which the metal foam layers 5 are surrounded by a hollow body 6, which preferably consists of plastic.
  • the metal foam layers 5 are attached to a preferably metallic base plate 7

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Abstract

Eine Einrichtung für den Energieverzehr bei einem Schienenfahrzeug, insbesondere des Nahverkehrs, weist ein Energieverzehrelement und ein der fahrzeugseitigen Befestigung dieses Elements dienendes Bauteil (3) auf. Das Energieverzehrelement enthält einen Metallschaumkern (1).

Description

Beschreibung
Einrichtung für den Energieverzehr bei einem Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den Energieverzehr bei einem Schienenfahrzeug, insbesondere des Nahverkehrs, wobei diese Einrichtung ein Energieverzehrelement und ein der fahrzeugseitigen Befestigung dieses Elements dienendes Bauteil aufweist
Es ist allgemein bekannt an den Enden von Schienenfahrzeugen Energiever- zehreinπchtungen (Stoßpuffer) anzubringen um Beschädigungen der Fahrzeugstruktur zu vermeiden Diese Einrichtungen sollen einen Teil der Aufpralle- nergie abbauen die bei Zusammenstoßen mit gleichartigen Fahrzeugen, mit Straßenfahrzeugen oder bei Fahrt gegen ein festes Hindernis auftritt In der VDV-Schrift 152 "Empfehlungen für die Festigkeitsauslegung von Personen- fahrzeugen nach BOStrab" Kapitel 4 2 6 "Beanspruchungen bei Aufstoßvor- gangen" sind Aufprallgeschwindigkeiten, Endkrafte und Kraft-Weg-Diagramme vorgegeben
Bei bekannten Stoßpuffern besteht das Energieverzehrelement beispielsweise aus einem Vollgummikorper oder einem Stahlblechhohlkorper wobei solche Elemente innerhalb eines gehauseartigen Befestigungsbauteiis angeordnet sind Ein Nachteil der bisher eingesetzten Stoßpuffer besteht in der Tatsache, daß ihre Energieaufnahmefahigkeit nur gering ist, so daß sie lediglich bei relativ geringen Geschwindigkeiten wirksam sein können Ein weiterer Nachteil liegt dann, daß die Kraft-Weg-Funktion bisheriger Konstruktionen die Vorgaben der VDV-Schπft 152 nicht erfüllt Es werden namiich zu hohe Endkrafte für das Ansprechen der Stoßpuffer benotigt, die dann zu Schaden an der Fahrzeugstruktur fuhren Außerdem findet kein kontinuierlicher Energieabbau nach Dreiecksoder Rechtecksfunktion statt, so daß der Energieabbau pro Zeiteinheit ungunstig verlauft Ein dritter Nachteil besteht in der Tatsache, daß der Energieabbau nicht progressiv verlauft so daß er bei kleineren Hindernissen nicht wirksam werden kann, insbesondere bei Kollisionen des Fahrzeuges mit Fußgängern sind Verletzungen nicht auszuschließen Viertens wird als nachteilig angesehen daß das Energieaufnahmevermogen nicht an das Fahrzeuggewicht angepaßt werden kann, damit wirkten die Stoßpuffer bei kürzeren Fahrzeugen zu hart wahrend ihre Wirkung bei längeren Fahrzeugen nur für geringe Geschwindigkeiten vorhanden ist
Der Erfindung egt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgema- ßen Art unter Berücksichtigung der Einbausituation und der Austauschbarkeit mit bisherigen Einrichtungen zu schaffen, bei der die Vorgaben der VDV-Schπft 152 hinsichtlich Energieaufnahme, Kraft-Weg-Diagramm, Energie-Zeit- Diagramm und Anpaßbarkeit an das Fahrzeuggewicht erfüllt werden
Diese Aufgabe wird eriindungsgemaß dadurch gelost daß das Energieverzehrelement einen Metallschaumkern enthalt
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen ange- geben
Im Gegensatz zu bisherigen Stoßpuffern kann bei dem Energieverzehrelement nach der Erfindung durch gesteuerte Aufschaumung eines Metalis eine Struktur geschaffen werden, mit der die Forderungen der VDV-Schπft 152 erfüllbar sind Vorteilhafterweise wird eine dem Energieverzehrelement adäquate Form mit Metallschaum ausgefüllt, der entstehende Kern mit weichem, vorzugsweise gummiartigem Material ummantelt und mit entsprechenden Befestigungsbau- teilen versehen
Der Metallschaum ist hinsichtlich seiner inneren Struktur so beschaffen, daß sein Energieaufnahmevermogen an das Fahrzeuggewicht angepaßt wird, daß er bei einer definierten Kraft mit der Verformung beginnt (Ansprechverhalten) und wahrend der Verformung eine Maximalkraft nicht überschreitet Außerdem gestattet die innere Struktur des Metalischaums, einen vorgegebenen Zeitver- lauf der Verformung zu erreichen Zusatzlich kann durch mechanische Nachbearbeitung des Schaumkorpers ein vorgegebenes Ansprechverhaiten und eine vorgegebene Empfindlichkeit über die metallischen Eigenschaften hinaus gesteuert werden Denkbar sind ebenfalls vorgegebene spezielle Eigenschaften hinsichtlich Kraft- Weg-Verhalten, Energieabsorption und Endkraft in verschiedenen Richtungen, z B bei Aufprall von der Seite
Die Anpaßbarkeit des Energieverzehrelements an unterschiedliche Fahrzeuggewichte und unterschiedliche Vorgabekennlinien ist weiter durch die Anordnung von Schichten verschiedenartiger Metallschaume denkbar Durch Variation von Schaumdichte und Schaumhautdichte ist ferner eine Einstellung ver- schiedener Eigenschaften möglich, beispielsweise hinsichtlich des Kraft-Weg- Verformungsverhaltens der Festigkeit, der Dichte und der Umformbarkeit Auch Schaume mit einem Dichtegradienten sind denkbar
Eine bessere Herstellbarkeit und Anpaßbarkeit des Energieverzehrelements an unterschiedliche Fahrzeuggewichte und unterschiedliche Vorgabekennlinien ist außerdem durch die kombinierte Anordnung von Einzeischichtelementen in Form von Scheiben auf einer Grundplatte, vorzugsweise aus Metall, denkbar
Im weiteren wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind
Fig 1 zeigt den Grundaufbau eines Energieverzehrelements mit einem Metall- schaumkern 1 und einem Befestigungselement 3, wobei der Metailschaumkern 1 von einer Umhüllung 2 umgeben ist
Fig 2 zeigt eine Ausbildung des Energieverzehrelements, bei der der Metailschaumkern 1 durch mechanische Nachbearbeitung erzeugte Ausfrasungen 4 aufweist, um bestimmte Eigenschaften hinsichtlich der Energieaufnahme zu erzielen
Fig 3 zeigt eine Ausfuhrungsform des Energieverzehrelements, bei der der Metailschaumkern 1 aus Schichten 5 verschiedenartiger Schaumstrukturen be- steht Fig 4 zeigt eine weitere Gestaltung des Energieverzehrelements, bei der die Metallschaumschichten 5 von einem Hohlkörper 6 umgeben sind der bevorzugt aus Kunststoff besteht Die Metallschaumschichten 5 sind auf einer vorzugsweise metallischen Grundplatte 7 angebracht
Liste der Bezugszeichen
1 Metailschaumkern
2 Umhüllung
3 Befestigungsbauten
4 mechanische Bearbeitung (Ausfrasuπg)
5 Metallschaumschichten
6 Hohlkörper aus Kunststoff
7 Grundplatte aus Metall

Claims

Patentansprüche
1 Einrichtung für den Energieverzehr bei einem Schienenfahrzeug, insbesondere des Nahverkehrs wobei diese Einrichtung ein Energieverzehrelement und ein der fahrzeugseitigen Befestigung dieses Elements dienendes Bauteil (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieverzehrelement einen Metailschaumkern (1) enthalt
2 Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) bei seiner Herstellung mit speziellen Eigenschaften hinsichtlich des maximalen Energieaufnahmevermogens versehen wird
3 Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) bei seiner Herstellung mit speziellen Eigenschaften hinsichtlich Kraft-Weg-Funktion versehen wird
4 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) bei seiner Herstellung mit speziellen Eigenschaften hinsichtlich der maximalen Endkraft versehen wird
5 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) bei seiner Herstellung mit speziellen Eigenschaften hinsichtlich der Energie-Zeit-Funktion versehen wird
6 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) nach seiner Herstellung vorzugsweise auf mechanischem Wege so strukturiert wird, daß durch diese Strukturierung zumindest eine der in den Ansprüchen 2 bis 5 genannten speziellen Eigenschaften erreichbar ist
7 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) aus mehreren Schichten - auch verschieden strukturierter - Metallschaume besteht, um damit zumindest eine der in den Ansprüchen 2 bis 5 genannten speziellen Eigenschaften zu erreichen 8 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1 ) bei seiner Herstellung so strukturiert wird daß er zumindest eine der in den Ansprüchen 2 bis 5 genannten speziellen Eigenschaften in verschiedenen Richtungen aufweist
9 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1 ) nach seiner Herstellung vorzugsweise mechanisch so strukturiert wird, daß er zumindest eine der in den Ansprüchen 2 bis 5 genannten speziellen Eigenschaften in verschiedenen Richtungen aufweist
10 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Befestigungsbauten (3) beim Schäumen direkt eingebracht wird
11 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß wenigstens ein Befestigungsbauteil (3) nach dem Schäumen nachträglich angebracht wird
12 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet daß wenigstens ein Befestigungsbauteil (3) nachtraglich durch Umspπtzen des Metallschaumkerns (1) nach dem Schäumen angebracht wird
13 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1) bei seiner Herstellung so strukturiert wird daß er spezielle Dichtegradienten hinsichtlich der Ansprüche 2 bis 5 aufweist
14 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß der Metailschaumkern (1) von einer Umhüllung 2 umgeben ist wobei die Umhüllung 2 mittels Sollbruchstellen bzw Solleinreißstellen so strukturiert ist, daß sie den Verformuπgsprozeß des Metallschaumkerns (1 ) nicht behindert oder verzögert
15 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metailschaumkern (1 ) oder die Metallschaumschichten (5) auf einer Grundplatte (7), vorzugsweise aus Metall, angebracht sind 16 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper (6), vorzugsweise aus Kunststoff, verwendet wird, der den Metailschaumkern (1 ) oder die Metallschaumschichten (5) zur Gewichtseiπspa- rung der Umhüllung (2) weiträumig umgeben kann
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