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Patent Searching and Data


Title:
CRUMPLE ELEMENT COMPRISING A GUIDING MECHANISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/024059
Kind Code:
A2
Abstract:
Disclosed is a crumple element for a vehicle, particularly a railway vehicle, comprising a profiled part (CR) that is located between two end plates (AC, AP), has the shape of a tubular case, is provided especially with a polygonal cross section, and is used for dissipating impact energy in case of longitudinal compression caused by plastic deformation. Said crumple element further comprises a guiding element which is disposed parallel to the longitudinal direction of the profiled part (CR) and is connected in a fixed manner to the end plate (AC) facing away from the vehicle. The end plate (AP) that faces the vehicle is provided with a hole (DL) which is shaped such that the guiding element (FH) is able to longitudinally slide therethrough in a contactless manner and can be laterally inclined counter to the longitudinal direction.

Inventors:
SEITZBERGER, Markus (Arnethgasse 64/28, Wien, A-1160, AT)
PAYER, Hans-Jörg (Frauenberg 13, Krems-Stein, A-3504, AT)
RITTENSCHOBER, Andreas (Leystrasse 6/5/48, Wien, A-1200, AT)
GRAF, Richard (Märzstrasse 115-123/3/17, Wien, A-1140, AT)
Application Number:
AT2005/000342
Publication Date:
March 09, 2006
Filing Date:
August 25, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS TRANSPORTATION SYSTEMS GMBH & CO KG (Leberstrasse 34, Wien, A-1110, AT)
SEITZBERGER, Markus (Arnethgasse 64/28, Wien, A-1160, AT)
PAYER, Hans-Jörg (Frauenberg 13, Krems-Stein, A-3504, AT)
RITTENSCHOBER, Andreas (Leystrasse 6/5/48, Wien, A-1200, AT)
GRAF, Richard (Märzstrasse 115-123/3/17, Wien, A-1140, AT)
International Classes:
B61G11/16; B60R19/34
Domestic Patent References:
2001-08-23
2001-08-23
Foreign References:
FR2775240A11999-08-27
DE1279709B1968-10-10
Attorney, Agent or Firm:
MATSCHNIG, Franz (Siebensterngasse 54, Wien, A-1071, AT)
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Claims:
PATENTANSPRüCHE
1. Knautschelement für ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem zwischen zwei Abschlussplatten (AC, AP) angeordneten Profilteil (CR) in Form eines röhrenförmigen Kastens, insbesondere mit Polygonquerschnitt, zum Dissipieren von Stoßenergie im Falle einer Längsstauchung durch plastische Verformung, und mit einem parallel zur Längsrich¬ tung des Profilteils (CR) angeordneten Führungselement (FH), das mit der dem Fahrzeug abgewandten Abschlussplatte (AC) fest verbunden ist und durch eine Durchgangsöffnung (DL) in der dem Fahrzeug zugewandten Abschlussplatte (AP) durchschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Formgebung der Durchgangsöffnung (DL) der dem Fahrzeug zugewandten Abschluss¬ platte (AP) ein berührungsfreies Durchschieben des Führungselements (FH) in Längsrich¬ tung und eine seitliche Neigung des Führungselements gegen die Längsrichtung zulässt.
2. Knautschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungs¬ element (FH) innerhalb des Profilteils (CR) vorgesehen ist.
3. Knautschelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer¬ schnitte des Führungselements (FH) und des Profilteils (CR) eine Formgebung aufweisen, durch die die Faltenbildung des Profilteils durch das Führungselement nicht behindert wird.
4. Knautschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (FH) in Bezug auf die Durchgangsöffnung (DL) fluchtet.
5. Knautschelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungs¬ element (FH) durch die Durchgangsöffnung (DL) berührungsfrei ragt.
6. Knautschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (FH) einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist.
7. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit zumindest einem Knautschelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches im Bereich einer fahrzeugendseitig gelegenen Knautschzone angeordnet ist.
8. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest zwei Knautschelemente (KEl, KE2) unterschiedlicher Festigkeit aufweist. 9. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Knautschelemente (KEl, KE2) in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet sind.
Description:
KNAUTSCHELEMENT MIT FüHRUNGSMECHANISMUS

Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung für Knautschelemente für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einem zwischen zwei Abschlussplatten angeordneten Profilteil in Form eines röhrenförmigen Kastens, insbesondere mit Polygonquerschnitt, zum Dissipieren von Stoßenergie im Falle einer Längsstauchung durch plastische Verformung, und mit einem parallel zur Längsrichtung des Profilteils angeordneten Führungselement, das mit der dem Fahrzeug abgewandten Abschlussplatte fest verbunden ist und durch eine Durchgangsöffnung in der dem Fahrzeug zugewandten Abschlussplatte durchschiebbar ist.

Knautschelemente dieser Art, englisch 'crumple elements' oder im Jargon auch Crash-Ele¬ mente ('crash elements') genannt, werden unter Anderem im Fahrzeugbau (Schienenfahr¬ zeugbau, Kfz-Bau, etc.) zum kontrollierten Energieabbau bei Kollisionen eingesetzt. Sie sind bekannte Komponenten in Knautschzonen von Fahrzeugen, wobei Schienenfahrzeuge bei der hier beschriebenen Erfindung von besonderem Interesse sind, aber auch Kraftwagen (z.B. PKWs) od.dgl. in Frage kommen.

Aus wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gründen sind bei einem Schienenfahrzeug im Bereich der längsseitig gelegenen Enden üblicherweise Knautschzonen vorgesehen. Zum einen können dadurch bei einem Unfall Beschädigungen des Fahrzeuges vermieden oder verringert werden, zum anderen kann dadurch die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht werden. Die am häufigsten unmittelbar an Unfällen beteiligten Teile eines Schienenfahrzeu¬ ges sind der vordere und der hintere Wagenendbereich, da die meisten Unfälle Auffahr¬ unfälle zwischen zwei Zügen bzw. frontale Zusammenstöße mit anderen Verkehrsteilneh¬ mern oder Hindernissen sind (im Fall eines Zugverbandes, der aus mehreren gekoppelten Waggons besteht, kann es bei einem Unfall auch zu einem Auffahren einzelner Waggons untereinander kommen).

Zum Schutz eines Schienenfahrzeugs sind daher gemäß dem Stand der Technik in die vordere und zumeist auch in die hintere Fahrzeugfront röhrenförmige Knautschelemente eingebaut, die bei genügend starker Krafteinwirkung zusammengestaucht und gefaltet werden können. Durch diese Maßnahme wird ein Teil der kinetischen Energie, die auf das Fahrzeug wirkt, für die Deformation des Knautschelementes aufgewendet. Infolge der Reduktion der kinetischen Energie verringert sich auch die Belastung, die auf das restliche Schienenfahrzeug wirkt, sodass die Passagierbereiche geschützt werden. In einem Knautschelement der hier betrachteten Art wird das progressive plastische Beul¬ verhalten von axial gestauchten Profilen zur Energiedissipation bei einer Kollision ("Crash") genutzt. Knautschelemente dieser Art sind beispielsweise in der WO 01/606 Al und der 1154,492,291 beschrieben, in denen durch zusätzliche Formgebungsmerkmale wie Löcher oder Einknickungen ein gewünschter Faltvorgang bei der Kompression eingeleitet wird.

Zur Optimierung des Knautschprozesses können die Querschnitte der Knautschelemente auch mehrzellig ausgeführt sein bzw. aus mehreren Komponenten bestehen. Diese Ma߬ nahmen dienen im Allgemeinen dazu, die Materialausnutzung im Hinblick auf möglichst hohe Energieaufnahme zu optimieren, das Stauchkraftniveau bei gegebenem Bauraum zu erhöhen bzw. durch kleinwelligeres Beulen der Profilwände ein gleichmäßigeres Stauch¬ kraftverhalten zu erhalten.

So besteht eine "Crash-Box" gemäß der EP 1 398 224 Al aus einem Hohlteil und einem Innenteil, der verschieblich in dem Hohlteil angebracht ist und sich gegen die Innenfläche des äußeren Hohlteils erstreckende Arme zur Kompressionsreduktion aufweist, wobei die Enden der Arme mit einem bis zur Innenfläche des Hohlteils reichenden dehnbaren Materi¬ al, z.B. einem Hartschaum ausgeführt sind. Die Arme dienen der Versteifung der Crash-Box und werden beim axialen Stauchprozess ebenfalls plastisch deformiert. Zur gezielten Ausle¬ gung der Crash-Box mit mehreren Laststufen bzw. zur Beul-Initiierung kann der Innenteil auch kürzer ausgeführt sein als das äußere Crash-Profil.

Weitere Möglichkeiten der Optimierung von axial gestauchten Crash-Boxen sind zum Beispiel vollständiges oder partielles Füllen von Profilen mit Schaumwerkstoffen (PU- Schaum, Aluminium-Schaum, und ähnliche), Verwendung von mehrzelligen Profilen, etc.

Bei kleinen Querschnittsabmessungen und nicht oder nur unzureichend vorhandener seit¬ licher Führung (z.B. bei nicht in die Wagenkastenstruktur integrierten, sondern an den Wagenenden angebrachten „freistehenden" Knautsch-Elementen) reagieren diese Elemente jedoch empfindlich auf exzentrische Lasteinleitungen, was zu seitlichem Ausweichen oder globalem Knicken des Profils mit deutlich verringertem Energieverzehr führen kann. Au¬ ßerdem besteht durch ein Verdrehen der Abschlussplatten eine Tendenz zum „Aufreiten" oder seitlichen Abgleiten der Kollisionspartner.

Bei Einsatz von seitlichen Standard-Puffern werden an den Pufferträgern zur Aufnahme übergroßer Pufferstöße häufig hinter den Pufferelementen zusätzliche Deformationskörper angeordnet, um Energie durch plastische Deformation abzubauen. Bedingt durch die vorhandene Baulänge des Puffers ist es bei einer solchen Bauweise möglich, dass die Defoππationselemente vollständig in einer Führungshülse, einem Nischenkasten oder ähnlichem kolbenförmig geführt und damit während des gesamten Stauchvogangs gegen Querverschiebungen abgestützt werden können.

Die DE 1743 253 Ul beschreibt ein hohlzylinderfömiges Verformungsglied als Teil eines Pufferträgers, mit einer Bodenplatte und mit einer Stoßplatte, die in einer Führungshülse geführt ist. Die Führungshülse verhindert ein seitliches Ausweichen der Stoßplatte, nicht jedoch ein Knicken des Verformungsglieds oder Verdrehen der Stoßplatte.

Die DE 1279 709 B beschreibt einen Puffer mit nachgeschaltetem Deformationskörper aus mehreren zur Längsachse parallelen Rohrstücken und mit einer zusätzlichen Längsführung des Puffers in Form eines Führungskolbens, der an der pufferseitigen (d.h. vorderen) End¬ platte starr befestigt und in einem Führungsrohr hinter dem Deformationskörper geführt ist. Auch dieser Deformationskörper ist in einem Nischenkasten geführt. Der Führungskolben der Längsführung ist nicht berührungsfrei im Führungsrohr gelagert, um bei einer exzentri¬ schen Kollision in Zusammenwirken mit der Führung im Nischenkasten am Puffer auftre¬ tende Drehmomente ableiten zu können. Dieser Ansatz ist folglich nur für in einem Gehäuse (Nischenkasten) untergebrachte Deformationskörper gangbar.

Ein ähnliches Konzept beschreibt die DE 29722844 Ul, nämlich eine Stoßverzehrvorrich¬ tung mit Zentriereinrichtung und Verformungsrohr, in dessen Inneren sich ein Spannele¬ ment befindet, mit welchem die Vorspannkraft und damit die Auslösekraft des Verf ormroh- res beeinflusst werden kann. Durch das Spannelement können beim Stauchvorgang Verdre¬ hungen der Stoßplatte reduziert bzw. verhindert werden. Eine Führung der Stoßplatte gegen Querverschiebungen ist bei dieser Erfindung aber ebenfalls über Zusatzkonstruktionen sicherzustellen, erfordert damit auch einen Nischenkasten, eine Führungshülse, oder ähnli¬ ches.

Bei freistehenden Knautsch-Elementen ohne vorgeschaltete Standardpuffer, wie sie z.B. in Schienenfahrzeugen mit Mittelpufferkupplungen bzw. in Verbindung mit Aufreitschutzvor¬ richtungen eingesetzt werden, treffen die dem Fahrzeug abgewandten Stoßplatten, die häufig als gerippte Anticlimber-Platten ausgeführt sind, direkt aufeinander. Die Deformati¬ onselemente sind dabei üblicherweise direkt hinter der Anticlimberplatte angeordnet und damit ist eine Führung in Nischenkästen oder ähnlichem prinzipbedingt nur eingeschränkt möglich, da damit die mögliche Stauchlänge des Deformationselementes nicht vollständig ausgenutzt werden könnte. Bekannte Lösungen zur Sicherung der vorgesehenen axialen Stauchung solcher freistehen¬ den Knautschprofile auch bei exzentrischen Belastungen sind zusätzliche Konstruktionen zur übernahme von Querkräften und Biegemomenten, sowie eine Teleskop-Anordnung mit genau aufeinander abgestimmten, ineinander gleitenden Röhren. Beides verringert aber im Allgemeinen den für die Energiedissipation nutzbaren Stauchweg; außerdem sind sie mit einem aufwändigen Design verbunden.

Bei einer axialen Gleitfuhrung, z.B. im Rahmen einer Teleskopanordnung, treten bei nicht zentrischer Lasteinleitung an den Abstützungspunkten zusätzlich im Allgemeinen lokal sehr hohe Klemmkräfte auf, die einerseits eine steife Anschlusskonstruktion bedingen und andererseits auch hohe zusätzliche Gleitreibungskräfte in Stossrichtung bewirken, die sich unter Umständen negativ auf das Kollisionsverhalten der Fahrzeuge auswirken können.

Andere Lösungsansätze verwenden großflächige Crashbereiche, was nur möglich ist, wenn ein entsprechendes Einbauvolumen zur Verfügung steht, oder eine spezielle Geometrie der Crashelemente, wie epxe konische Anordnung oder Querschottbleche im Inneren des Crash¬ profils zur Stabilisierung des Faltvorgangs. Letztere eignen sich allerdings nur für nicht allzu großen Versatz zwischen den Kollisionspartnern, und bewirken keine starke Behinderung der Verdrehung der Kontaktflächen (dadurch bleibt eine mögliche negative Tendenz zum Auf reiten oder seitlichen Abgleiten erhalten).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein röhrenförmiges freistehendes Knautschelement so zu verbessern, dass auch im Fall einer exzentrischen Kollision ein axiales Stauchen der Knautschkomponenten sichergestellt ist, und hierbei die Nachteile bekannter Lösungen überwunden werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Knautschelement mit einem zwischen zwei Abschlussplatten angeordneten Profilteil in Form eines röhrenförmigen Kastens (insbeson¬ dere mit Polygonquerschnitt) und mit einem parallel zum Knautschprofil angeordneten Führungselement, welches mit der vorderen (d.h. dem Kollisionspartner zugewandten) Abschlussplatte des Knautschprofils fest verbunden ist und durch eine Durchgangsöffnung in der hinteren (d.h. dem Fahrzeug selbst zugewandten) Abschlussplatte durchschiebbar ist, dadurch gelöst, dass die Formgebung der Durchgangsöffnung ein berührungsfreies Durch¬ schieben des Führungselements in Längsrichtung und eine seitliche Neigung des Führungs¬ elements gegen die Längsrichtung zulässt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Führungs¬ element im Inneren des Knautschprofils angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird auf einfache Weise ein unerwünschtes seitliches Ausweichen (insbesondere Knicken) des Profilteils bzw. des ganzen Knautschelements vermieden. Durch ein Hinzufügen des Führungselements im Inneren des Knautschprofils ergibt sich keine änderung der wirksamen Abmessungen des gesamten Knautschelements. Außerdem wird durch das Vorhandensein des Führungselements die maximale Stauchlänge des Profilteils nicht reduziert.

Es sei hierbei angemerkt, dass die oben getroffene Beschreibung des Führungselements und der Durchgangsöffnung sich selbstverständlich auf die Lagebeziehung der Komponenten zueinander im undeformierten Zustand bezieht; es ist nämlich damit zu rechnen (bzw. vorgesehen), dass während eines Knautschvorgangs, gerade bei dezentralem Zusammen¬ stoß, das Führungselement mit der Abschlussplatte in der Durchgangsöffnung in (gleiten¬ den) Kontakt kommt.

Um ein Verschieben des Führungselements ohne Beeinträchtigung des Stauchverhaltens des Profilteils zu erreichen, ist es ratsam, dass die Formgebung der Querschnitte der beiden Komponenten so abgestimmt ist, dass die Faltenbildung des Profilteils durch das Führungs¬ element nicht behindert wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Querschnitt des Führungselements jene Bereiche ausspart, in denen die plastische Verformung des Profilteils vorgesehen ist.

Ebenso ist es günstig, wenn das Führungselement in Bezug auf die Durchgangsöffnung fluchtet. Insbesondere kann das Führungselement im undeformierten Zustand des Knautschprofils berührungsfrei durch die Durchgangsöffnung hindurch oder in sie hinein ragen.

Die Ausführung des Führungselements als Kreuzprofil ermöglicht einen exzentrischen Versatz der Belastung in beide Querrichtungen. Die Funktionsweise des Führungsmecha¬ nismus ist aber auch bei anderen Querschnittsformen für das Führungsprofil (Kreiszylinder, Rechteckprofil, Quadratprofil, H-Profil, etc.) gegeben.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit zumindest einem erfindungsgemäßen Knautschelement, welches im Bereich einer fahrzeugendseitig gelegenen Knautschzone angeordnet ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Schienenfahrzeug zumindest zwei Knautschelemente mit unterschiedlicher Festigkeit (bzw. unterschiedlichem Knautsch- kraft-Niveau) aufweist, die vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet sind.

Die Erfindung samt weiteren Vorzügen ist im Folgenden anhand eines nicht einschränken¬ den Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Knautschelement gemäß dem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 die Komponenten des Knautschelements in einer Explosionsansicht;

Fig. 3 verschiedene Stadien der Stauchung zweier identischer Knautschelemente bei einem Zusammenstoß mit konstantem Höhenversatz;

Fig. 4 verschiedene Stadien der Stauchung zweier identischer Knautschelemente ohne Führungselement bei einem Zusammenstoß mit konstantem Höhenversatz;

Fig. 5 die Anbringung der Knautschelemente an einem Schienenfahrzeug;

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Bereich V in Fig. 5;

Fig. 7 - 9 je einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 6 in unterschiedlichen Stadien der Verformung bei einer Kollision zweier Fahrzeuge mit identischen Knautsch¬ elementen mit Höhenversatz und

Fig. 10 - 13 je einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 6 in unterschiedlichen Stadien der Verformung bei einer Kollision zweier Fahrzeuge mit gleichartiger Anordnung der Knautschelemente mit Höhenversatz, wobei in den Fahrzeugfronten der mit¬ einander kollidierenden Fahrzeuge je zwei Knautschelemente mit unterschiedli¬ cher Festigkeit angeordnet sind.

Das Ausführungsbeispiel betrifft ein Knautschelement für einen U-Bahn-Wagen. In dem konkreten Beispiel sollen die Wagenkupplungen Stöße bis zu 15 km/h Geschwindigkeits¬ differenz abfangen können, darüber hinaus sollen auswechselbare Elemente die Stoßenergie absorbieren, wofür die erfindungsgemäßen Knautschelemente zum Einsatz kommen. Diese sind, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, in einer Knautschzone im Endbereich des Wagens WG an¬ geordnet (gezeigt sind beispielhaft zwei derartige Wagen WG in einer Kollisionsbewegung), und zwar am Untergestell des Wagenkastens.

Bezug nehmend auf Fig. 1 weist ein Knautschelement KE ein Profilteil CR („Knautschprofil" oder „Crash-Profil") sowie an den Enden zwei Abschlussplatten AC, AP auf, über die die Last eingeleitet bzw. abgestützt wird. Wie aus der Explosionsdarstellung der Fig. 2 hervor- geht, hat das Crash-Profil CR eine grundsätzlich quadratische Gestalt, weist darüber hinaus einen mehrzelligen Querschnitt auf, in dem entlang den Ecken Quadratzellen verlaufen, sodass im Zentrum ein kreuzförmiger freier Bereich ZF bleibt. Die Außenmaße des Crash- Profils des Ausführungsbeispiels sind 280 x 280 x 467 mm bei einer Wandstärke von 3.9 mm.

Im Allgemeinen hat das Crash-Profil die Form eines (gegebenenfalls zusammengesetzt) rohrförmigen Kastens mit Polygonquerschnitt; so sind neben quadratischen oder rechtecki¬ gen Formen auch hexagonale oder achteckige Grundformen von besonderer Bedeutung. Sämtliche Komponenten des Knautschelements KE des Ausführungsbeispiels sind aus Aluminium gefertigt; andere Materialien, insbesondere Stahl, sind aber ebenso denkbar.

Eine Abschlussplatte AP dient als Grundplatte zur Befestigung (beispielsweise durch An¬ schrauben) des Knautschelements KE an den Wagenkörper. Sie ist beispielsweise 400 x 400 mm groß, mit einer Dicke von 35 mm. Die andere, dem Fahrzeug abgewandte, Abschlussplatte AC ist als Aufreitschutz-Platte ('anticlimber plate') ausgebildet, die z.B. quadratisch mit Kanfenlänge 300 mm ist. Aufreitschutz- Vorrichtungen sind wohlbekannt; ihre Aufgabe ist es, ein Ausweichen eines der kollidierenden Fahrzeuge nach oben gegen¬ über dem anderen Fahrzeug zu verhindern. In diesem Fall sind zu diesem Zweck auf der Aufreitschutzplatte AC Rippen von 20 mm Höhe vorgesehen; die gesamte Dicke der Platte AC (einschließlich der Rippen) ist 40 mm.

Gemäß der Erfindung wird zur übertragung der bei exzentrischer Lasteinleitung entstehen¬ den Querkräfte und Biegemomente im Knautschelement KE ein Zusatzprofil FH im Inneren des Crashprofils CR angeordnet, welches mit der vorderen Platte AC fest verbunden ist, z.B. durch eine Schweißverbindung. Dieses Zusatzprofil FH dient als Führungselement im Sinne der Erfindung; im gezeigten Ausführungsbeispiel ist es etwas länger als das eigentliche Crashprofil CR und ragt durch ein Durchgangsloch DL in die Anschluss-Struktur, die von der Abschlussplatte AP und den tragenden Bauteilen des Wagens (Wagenkasten- Untergestell) gebildet ist.

Bei nicht zentrischer Lasteinleitung sind neben der Normalkraft (in Längsrichtung des Knautschelements KE) auch Querkräfte zu übertragen, die vom plastizierenden Crash-Profil CR im Allgemeinen nur schlecht übertragen werden können. Ohne Vorkehrungen bestünde daher die Gefahr des seitlichen Ausweichens bzw. globalen Krackens des Crash-Elements. Das mit der vorderen Platte AC fest verbundene Führungsprofil FH verhindert im Zusam¬ menspiel mit dem zweiten Knautschelement das Ausweichen der Gesamtanordnung, da sich das Führungsprofil sofort auf einer Seite des Durchgangslochs anlegt. Durch den Versatz auftretende Querkräfte können somit maßgeblich vom Führungsprofil übernommen wer- den. Die durch dieses einseitige Anlegen entstehenden Gleitreibungs-Kräfte sind im Ver¬ gleich zu den Längskräften des Crash-Profils im Allgemeinen von untergeordneter Bedeu¬ tung, sodass das Crash-Element KE weiterhin relativ unbeeinflusst von der Exzentrizität der Lasteinleitung in erster Linie axial gestaucht wird und die Hauptfunktion des Crash-Profils CR damit gewährleistet werden kann.

Ein eventuelles Verkanten oder Verklemmen des Führungsprofils FH bei der Anschluss¬ struktur (insbesondere der Platte AP) wird verhindert, indem das Durchgangsloch DL mit großem Spiel versehen wird. Damit kommt es bei zentrischer Lasteinleitung zu keinerlei Berührung zwischen Abstützstruktur und Führungsprofil, und dieses wird beim Stauchpro- zess ungehindert (und ohne Kraftaufwand) nach hinten durchgeschoben, ohne den Kollaps- Prozess des Crash-Profils CR zu beeinflussen. Auch bei einer exzentrischen Belastung wird das Führungsprofil FH ohne Verkanten oder Verklemmen durchgeschoben, verhindert jedoch durch Kontakt mit der Grundplatte AP unerwünschte seitliche Abweichungen des sich stauchenden Crash-Profils CR.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Führungsprofil FH massiv mit einer Wandstärke von 35 mm realisiert, um eine gute Eigenstabilität zu gewährleisten sowie eine zuverlässige Verschweißung des Führungsprofils FH an die vordere Platte AC zu ermöglichen. Die Kreuzform des Führungsprofils ergibt eine zuverlässige Führungsfunktion in beide Quer¬ richtungen (horizontal und vertikal) bei geringem Material- und Fertigungsaufwand, insbe¬ sondere in Zusammenwirken mit dem hier verwendeten Crash-Profil, dessen zentraler Freiraum ebenfalls im Querschnitt kreuzförmig ist. Andere geeignete Querschnitte sind beispielsweise Kreisform, Quadrat- oder Rechteckform sowie ein gedrehtes Kreuz (Andreas¬ kreuz, d.h. X-Form). Wenn nur eine Führung in einer Richtung ausreicht, kann auch ein Flachprofil, H-Profil oder Ahnliches verwendet werden. Bei der Auswahl eines geeigneten Querschnittes sollte (abgesehen von der zu erzielenden Führungseigenschaft des Führungs¬ elements) darauf geachtet werden, dass das Stauchverhalten des Crash-Profils nicht beein¬ trächtigt wird.

Fig. 3 demonstriert den Nutzen der Erfindung anhand des Ablaufs einer Stauchung bei einer Kollision mit großem Versatz, nämlich einem Versatz von 100 mm in vertikaler Richtung (bei einer Höhe des Crashprofils von 280 mm). Die gezeigten drei Bilder zeigen drei Phasen der Kollision, nämlich Fig.3a den Ausgangszustand (Anticlimber-Platten treten gerade in Kontakt), Fig. 3b Anfang der Stauchung sowie Fig. 3c Endphase (fast vollständige Stau¬ chung). Die Fig. 3a-3c sind das Ergebnis einer Finite-Elemente-Simulation und stellen Schnittdarstellungen entlang einer Vertikalebene entlang einer (ursprünglichen) Seite der Crash-Profile dar. Wie aus Fig. 3b ersichtlich ist, findet bereits früh im Verlauf der Kollision aufgrand der exzentrischen Beanspruchung eine Verdrehung der Anticlimber-Platten AC statt; diese Verdrehung ist aufgrund der Erfindung nur leicht, da durch das Anlegen der Führungsprofile FH bei den Durchgangslöchern in den Anschlussplatten AC eine stärkere Verdrehung verhindert wird. Auch bei weiterer Kompression wird das Crash-Profil im Wesentlichen axial gestaucht (Fig. 3c) - trotz des sehr hohen vertikalen Versatzes. Das durch den Versatz hervorgerufene Biegemoment sowie die Querkräfte werden hauptsächlich vom Führungsprofil FH aufgenommen und somit vom Crash-Profil abgeleitet. Infolge der ledig¬ lich geringen Verdrehung werden keine Aufreit-Tendenzen der Fahrzeuge hervorgerufen, die sonst auch trotz der Anticlimber- Vorrichtung der vorderen Platten AC auftreten und ein Aufreiten hervorrufen würden. Zudem wäre ohne ein erfindungsgemäßes Führungselement das Crash-Profil in der Querrichtung weggeknickt. Fig. 4a-4c zeigen beispielhaft das Ver¬ sagen eines Crashelements ohne Führungsmechanismus, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, anhand einer Finite-Elemente-Simulation.

Somit ergibt sich ein korrektes Funktionieren des erfindungsgemäßen Knautschelements auch bei einem großen Versatz wie in Fig. 3 gezeigt. Das Führungsprofil FH übernimmt einen wesentlichen Anteil der bei einer Kollision mit Versatz auftretenden Biegemomente und Querkräfte und verhindert zudem eine starke Verdrehung der Anticlimberplatte AC. Dadurch wird erreicht, dass das Crash-Profil CR auch bei großem Versatz im Wesentlichen axial gestaucht wird und somit seine volle Funktionsfähigkeit behält.

Die Erfindung erbringt als wesentliche Vorteile eine einfache und billige Bauweise sowie ein geringes Einbauvolumen, wobei eine leicht tauschbare Ausführung ermöglicht ist. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Fertigung sind gering. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine Verringerung der maximalen Stauchlänge des Crash-Profils CR vermieden. Zudem gestattet die Ausführung des Führungsprofils z.B. als Kreuzprofil die Ableitung von Kräften und Drehmomenten bei Versätzen in verschiedene Richtungen, nämlich in vertikaler und horizontaler Richtung.

Es sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Knautschelement einen gewissen Platzbedarf hinter der Grundplatte AC hat, in den das Führungselement FH im Falle einer Stauchung hineingleiten kann. Dies stellt allerdings in der Regel kein Problem dar. Gerade bei Schienen¬ fahrzeugen, in denen die Crash-Profile in der Regel ausreichend große Bauhöhen aufweisen (Platz für Führungsprofil) und auch hinter dem Crash-Element üblicherweise Platz für das Durchrutschen vorhanden ist, ist die vorgestellte Lösung sehr vorteilhaft einzusetzen.

Das bisher beschriebene Beispiel geht von der Annahme aus, dass die beiden Anschluss¬ platten AP (bzw. die damit fix verbundenen Wagenkästen) keine Relativbewegungen in Querrichtung zur Stauchrichtung ausführen, d.h. der Versatz bleibt während der Kollision konstant. Falls Relativbewegungen der Fahrzeuge während der Kollision nicht zu vernach¬ lässigen sind, ist eine zusätzliche Maßnahme zur Beschränkung von Relativbewegungen bzw. zur übertragung von dadurch hervorgerufenen Querkräften wie im Folgenden be¬ schrieben sinnvoll. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden dabei vertikaler Versatz bzw. vertikale Relativbewegungen der Fahrzeuge zueinander angenommen.

Fig. 6 zeigt die Endbereiche zweier Fahrzeuge, in dem hier dargestellten Fall Schienenfahr¬ zeuge, mit je zwei erfindungsgemäßen Knautschelementen. Die Bezugszeichen KEl, KE2 bezeichnen die Knautschelemente des ersten der beiden Fahrzeuge und die Bezugszeichen KEl', KE2' bezeichnen die Knautschelemente des zweiten Fahrzeuges. Die beiden Knautsch¬ elemente KEl, KE2 des ersten Fahrzeuges sind in Fahrzeugquerrichtung voneinander beab¬ standet. Das gleiche gilt für die Knautschelemente KEl', KE2' des zweiten Fahrzeuges. Sind die Knautschelemente KEl, KE2, KEl', KE2' identisch ausgeführt (d.h. haben gleiche Festig¬ keit), so kann es bei einer Kollision zweier derartiger Fahrzeuge, wie in den Fig. 6 - 8 dar¬ gestellt, dazu kommen, dass die Vertikalbewegungen der Wagenkästen durch die Knautsch¬ elemente KEl, KE2, KEl', KE2' nicht beschränkt werden, bis es zu einem Verklemmen der Führung kommt. Wenn die Führung für die Aufnahme der i. a. sehr hohen Klemmkräfte bzw. des entstehenden Moments nicht ausgelegt ist, besteht die Gefahr von unerwünschten Schäden der Gleitführung bis hin zu einem möglichen Blockieren des Gleitmechanismus. Für die Knautschkräfte der Knautschelemente KEl, KEl', KE2, KE2', wie sie in Fig. 7 - 9 darge¬ stellt sind, gilt: KEl = KE2 = KEl' = KE2'.

Um Relativbewegungen zweier miteinander kollidierender Fahrzeuge in vertikaler Richtung optimal zu beschränken, weist die Fahrzeugfront eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges zwei erfindungsgemäße Knautschelemente KEl, KE2 bzw. KEl', KE2' mit unterschiedlicher Festigkeit auf. Für die Knautschkraft der Knautschelemente KEl, KEl', KE2, KE2', wie sie in Fig. 10 - 13 dargestellt sind, gilt: KEl = KEl', KE2 = KE2' und KEKKE2, KE1'<KE2'.

Beispielsweise kann das in Fahrtrichtung gesehen linke Knautschelement KE2, KE2' des ersten bzw. zweiten Fahrzeuges eine höhere Festigkeit als das in Fahrtrichtung gesehen rechte Knautschelement KEl, KEl' des jeweiligen Fahrzeuges aufweisen.

Das höherfeste Knautschelement KE2, KE2' kann beispielsweise bei einem Kraftniveau von 750 kN stauchen, während das weniger feste Knautschelement KEl, KEl' beispielsweise ein Knautschkraftniveau von 500 kN aufweist. Stoßen nun zwei derartige baugleiche Fahrzeuge, beispielsweise zwei Schienenfahrzeugstriebwagen, zusammen, so trifft das höherfeste Knautschelement KE2 des ersten Fahrzeuges auf das weniger feste Knautschelement KEl' des zweiten Schienenfahrzeuges und das höherfeste Knautschelement KE2' auf das weniger feste Knautschelement KEl. Durch den Einsatz von Knautschelementen KEl, KE2, KEl', KE2' mit unterschiedlichem Knautschkraftniveau erfolgt das Ansprechen und die axiale Stauchung der kollidierenden Knautschelemente KEl, KE2, KEl', KE2' nicht gleichzeitig, sondern hintereinander. Hierbei übernimmt das höherfeste, zunächst nicht knautschende Knautschelement KE2, KE2' die Vertikalführung für das weniger feste und sich verformende Knautschelement KEl, KEl'. Die Vertikalkräfte im weniger festen Knautschelement KEl, KEl' werden ebenfalls maßgeblich durch den Führungsmechanismus übertragen. Erst wenn das weniger feste Knautschelement KEl, KEl' vollständig geknautscht ist, beginnt das andere Knautschelement KE2, KE2' mit höherem Lastniveau zu stauchen. Dabei übernimmt nun das erste vollständig geknautschte Knautschelement KEl, KEl' die Vertikalführung.

Das jeweils höherfeste Knautschelement KE2, KE2' verhindert ein Verdrehen der in Kontakt kommenden Rippenplatten AC. Durch diese Verdrehbehinderung kann auch das weniger feste Knautschelement KEl, KEl' keine Verdrehung ausführen. Somit sind die Vertikalbe¬ wegungen der beiden Wagenkästen miteinander gekoppelt, sodass die auftretenden Verti¬ kalkräfte korrekt übertragen werden können. Aus den Vertikalbewegungen resultierende Vertikalkräfte werden somit optimal abgestützt und ein Aufklettern der beiden Wagenkäs¬ ten wird optimal verhindert.

Durch diese sehr einfache zusätzliche Maßnahme der Anordnung von Knautschelementen KEl, KE2, KEl', KE2' unterschiedlicher Festigkeit in der Knautschzone eines Fahrzeuges kann das Crashverhalten von Fahrzeugen mit nicht integrierten Knautschelementen mit Führungsmechanismus entscheidend verbessert werden.

Diese Lösung ist geeignet, die bei der Kollision von Schienenfahrzeugen möglichen Exzent¬ rizitäten abzudecken und Relativbewegungen zwischen den Fahrzeugen zu beschränken, und ermöglicht, bei sehr einfacher Bauweise sowohl zukünftige Crash-Anforderungen als auch Forderungen hinsichtlich Reparaturfreundlichkeit von Schienenfahrzeugen zu erfüllen.