Übliche Energieverzehrelemente bestehen meist aus dünnwandigen Säulen oder Kasten mit vier-, sechs- oder achteckigem Querschnitt. Bei Überschreiten der Auslösekraft versagen diese Crashelemente in der Regel durch axialen Faltenkollaps. Dieser findet in regelmäßiger Faltung statt, wobei benachbarte Seiten stets abwechselnd nach innen oder außen aus- oder eingestülpt werden (sogenannter asymmetrischer Modus). Selten, z.B. bei zylindrischen Rohren, gibt es symmetrische Moden, d. h. Faltungen aller Seiten eines Querschnitts synchron nach außen und eines folgenden Querschnitts synchron nach innen. Dieser Modus wird in der Regel vermieden, weil er einen ungleichmäßigeren Kraftverlauf und eine geringere Ei- genstabilität aufweist. Ein Grundproblem der Energieverzehrelemente, die durch Faltenbildung versagen, besteht in der hohen Auslösekraft, die zur Bildung der ersten Falte benötigt wird. Dadurch wird die Fahr- zeugstruktur beim Aufprall stark belastet. Außerdem ist bei gleichbleibendem Querschnitt der Ort der Ent- stehung der ersten Falte ungewiss, da er theoretisch zufällig ist und in der Praxis von Materialunre- gelmäßigkeiten bestimmt wird. Beide Probleme werden üblicherweise durch Anwendung eines soge- nannten Triggers (Versagensinitiator) gelöst. Dazu werden an der erwünschten Stelle, an der die erste Falte entstehen soll, Kerben, Sicken, Löcher oder andere geometrische Störungen in die Träger einge- bracht.

Aus der DE-PS 196 35 221 ist ein Energieverzehrelement mit kastenartigem Aufbau für Schienenfahrzeuge bekannt, das zwischen dem Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs und dessen Pufferelementen angeord- net wird und das nach der Maßgabe mit Schwachstellen versehen ist, daß sich bei Aufprallbelastung vom Pufferelement zum Hauptrahmen progressiv fortschreitend parallele Faltungen ergeben. Weitere Angaben zur Triggerung sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aus der gattungsbildenden Zeitschrift ZEV+DET Glas. Ann. 121 (1997) Nr, 12 Dezember, Seite 609 bis 611 sind verschiedene Energieverzehrelemente beschrieben, die mit einer Triggerung versehen sind. Unter anderem ist ein Stahlkasten als Absorber beschrieben und dargestellt, bei dem auf der Ober- und Unter- seite über die Länge des Kastens verteilt Stege angeordnet sind. Nachteilig an diesem Energieverzehrele- ment mit Triggerung ist zum einen der fertigungstechnische Aufwand zum Anbringen der Stege an den Kasten und zum anderen ist fraglich, inwieweit eine progressiv fortschreitende Faltenbildung durch die Stege unterstützt oder vielleicht eher behindert wird. Damit die Faltenbildung von den Stegen unterstützt wird, sind diese entsprechend der späteren Faltenbildung vergleichsweise exakt zu positionieren.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Energieverzehrelement mit kastenartigem Aufbau und mit Triggerung anzugeben, das vergleichsweise einfach herzustellen ist und bei dem lediglich der Ort der ersten Faltenbildung und die Richtung der weiteren Faltenbildung vorgegeben werden, so daß die weitere Faltenbildung ungehindert aber definiert ablaufen kann. Weiterhin liegt der Erfindung die Auf- gabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren anzugeben, mit dem das Energieverzehrelement auf einfache Art und Weise und mit den im Schienenfahrzeugbau üblichen Werkzeugen herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Energieverzehrelement mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Energieverzehrelements finden sich in Unteransprüchen 2 bis 7. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens erfolgt die Lösung durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens finden sich in den Un- teransprüchen 9 bis 13.

Es hat sich gezeigt, daß die Vorgabe einer axialen Faltung an einem Ende des Kastens mit der Maßgabe, daß die Faltung in Umlaufsrichtung derart ausgebildet ist, daß bei benachbarten Seiten die Amplitude der Faltung in einer gegengesetzten Richtung läuft, ausreichend ist, um Ort und Richtung der Faltungsbildung in geeigneter Weise vorzugeben. Mit dieser Maßnahme wird vorteilhaft auch die Auslösekraft zur Bildung der ersten Falte reduziert, so daß die Fahrzeugstruktur beim Aufprall weniger belastet wird. Aufgrund der einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieverzehrelements ist es möglich, dieses ver- gleichsweise einfach und mit den im Schienenfahrzeugbau eingesetzten Fertigungsmethoden kostengün- stig herstellen zu können, da ausgehend von ebenen Flächen nur wenige Fertigungsschritte erforderlich sind, nämlich : Ausschneiden der Blechkontur, Abkanten und Schweißverbindungen. In vorteilhafter Ausge- staltung der Erfindung besitzt die Faltung gemäß dem Patentanspruch 2 eine Länge, die kleiner ist als die Hälfte der Deformationswellenlänge in diesem Bereich und vorzugsweise etwa einem Viertel dieser Wel- lenlänge entspricht. Die konische Ausgestaltung des Energieverzehrelements gemäß Unteranspruch 4 hat zusätzlich den Vorteil einer erhöhten Stabilität des Elements gegenüber seitlichen Kräften und Momenten sowie gegenüber exzentrischen Längskräften. Zur Unterstützung der Faltungsbildung können in den Kastenecken Ausnehmungen vorgesehen werden, da gerade die Eckbereiche maßgeblich für die Steifigkeiten sind, und geometrische Formabweichungen in diesem Bereich zur Reduzierung der benötigten Auslösekraft zur Bildung der ersten Falte beitragen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 quaderförmiges Energieverzehrelement, Fig. 2 Abwicklung einer Hälfte eines Energieverzehrelements gemäß Fig. 1, Fig. 3 Seitenansicht eines Energieverzehrelements. gemäß Fig. 1, Fig. 4 Draufsicht auf ein Energieverzehrelement gemäß Fig. 1, Fig. 5 konusförmiges (obeliskartiges) Energieverzehrelement, Fig. 6 Abwicklung einer Hälfte eines Energieverzehrelements gemäß Fig. 5, Fig. 7 Seitenansicht einer Hälfte eines Energieverzehrelements gemäß Fig. 5, Fig. 8 Draufsicht auf ein Energieverzehrelement gemäß Fig. 5.

In einem ersten Ausführungsbeispiel soll ein quaderförmiges Energieverzehrelement gemäß der vorliegen- den Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben werden.

Gemäß Fig, 1 weist ein quaderförmiges Energieverzehrelement 1 den eigentlichen Quader 2 und am obe- ren Ende als Triggerung eine axiale Faltung 5 auf. Das sich an dem vorderen Seitenteil 3 des Quaders anschließende Endstück 6 der Faltung ist im dargestellten Beispiel in Richtung auf das Quaderinnere abgeknickt, während das sich an das rechte Seitenteil 4 des Quaders 2 anschließende Endstück 7 der axialen Faltung 5 von der Quaderoberfläche nach außen abgeknickt ist. Um den Querschnitt des Energie- vezehrelements 1 am Ende der axialen Faltung 5 zu stabilisieren, ist ein Flansch 8 auf der axialen Faltung 5 befestigt. Trennt man den Quader durch einen Längsschnitt entlang einer Ebene, die parallel zu einer der Quaderseitenflächen liegt, z. B. eine mittige Teilung gemäß einer Ebene, die senkrecht auf dem Seitenteil 4 steht und bei der Linie 9 in den Quader 2 eindringt, wird das Energieverzehrelement in zwei Hälften zerlegt, die jede für sich zu einer Ebene abgewickelt werden und damit die Außenkontur der Ebenenfläche für die spätere Fertigung vorgeben.

Im abgewickelten Zustand ergibt jede Hälfte des Quaders ein Rechteck gemäß Fig. 2. Für die nachfolgen- den Ausführungen soll davon ausgegangen werden, daß der Schnitt durch das Energieverzehrelement in Seitenansicht gesehen mittig erfolgt, so daß ein Ober- und ein Unterteil mit je zwei halben Seitenteilen entstehen. Gemäß Fig. 2 besteht eine abgewickelte Hälfte eines quaderförmigen Energieverzehrelements im Ergebnis aus einem Rechteck der Länge L, die im wesentlichen der Länge des fertigen Energieverzehr- elements entspricht, und der Breite B + S, die sich aus der Breite B des Unter- bzw. Oberteils und zwei halben Seitenteilen (links und rechts) mit einer Breite von je S/2 zusammensetzt. An die Flächen Fi des Unter- bzw. Oberteils und die Flächen F2 und F3 der halben Seitenteile schließen sich die Endstücke F4, Fo und F6 der für die Faltung vorgesehenen Endstücke an. Die Länge I der Endstücke ist so zu dimensionie- ren, daß die Endstücke nach ihrer Faltung bei einer Projektion von I auf die Symmetrieebene in etwa ein Viertel der Deformationswellenlänge in diesem Bereich ergeben. Entlang der Linien XrY1 und X2Y2 ist das Blech eingeschnitten, um die Endstücke F4 bis Fs zur Herstellung der späteren Faltung um die Biegelinien a, b und c abknicken zu können. Das Abknicken der halben Seitenteile erfolgt entlang der Biegelinien d und e. Je nach Dimensionierung des Winkels r, unter dem die Einschnitte in das ebene Blech zur Erzeugung der Endstücke erfolgen, wird das Endstück Fs mehr (großer Winkel) oder weniger (kleiner Winkel) nach oben abgeknickt. Entsprechend werden die seitlichen Endstücke F4 und F6 mehr oder weniger nach außen (am fertigen Kasten) abgeknickt. Zum Herstellen der unteren und der oberen Blechschale wird nun wie folgt vorgegangen : - Herstellung eines Flachblechs der Größe L x (B+S) ; - Einschneiden des Flachblechs entlang der Linien X1Y1 und X2Y2 ; - F4 und F6 über die Kanten a bzw. c nach unten biegen und Fs über die Kante b nach oben biegen ; - F2 und F3 über die Kanten d und e nach oben biegen ; - Zusammenschweißen der gebogenen Abschnitte F4, Fs und F6 an ihren sich nunmehr wieder berührenden Linien X, Y, und X2Y2.

Nunmehr werden zwei auf diese Weise hergestellte Kastenhälften (Ober- und Unterteil) aufeinander ge- stellt und an der Berührungslinie umlaufend zusammengeschweißt. Zur Stabilisierung des Querschnitts am Ende der Faltung wird vorzugsweise noch ein Flansch aufgebracht.

Fig. 3 zeigt das quaderförmige Energieverzehrelement 1 in Seitenansicht, bestehend aus einer oberen Blechschale 16 und einer unteren Blechschale 17, die entlang der Linie 18 zusammengeschweißt sind. Die Endstücke 15 (Faltungsstücke) sind entlang der gestrichelten Linie aus der Blattebene heraus gegenüber den Seitenteilen 12 bzw. 11 abgeknickt. Bei der Draufsicht gemäß Fig. 4 liegt das Oberteil 10 in der Blattebene und das obere Endstück 14 (Faltungsstück) ist über die gestrichelte Linie nach unten in die Blattebene hinein abgeknickt. Im Fall des Unterteils kommt das untere Endstück 14 (Faltungsstück) aus der Blattebene heraus. An den mit einem fetten Punkt markierten Positionen laufen die Endstücke 14 von Ober- und Unterteil mit den Endstücken 15 der Seitenteile zusammen. Die zwei Halbkästen bzw. Blech- schalen ergeben also im zusammengesetzten Zustand einen quaderförmigen Kasten mit einer Quer- schnittsfläche von B x S. Dieselbe Querschnittsfläche liegt in der Faltung vor, allerdings sind zwei Seiten gestaucht (S') und zwei Seiten gestreckt (B') gegenüber der Grundform. Im übrigen können die Biegeschrit- te im Rahmen des fachmännischen Könnens auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Energieverzehrelement 19 in konusförmiger (Obeliskartiger) Ausge- staltung, das an einem Träger oder Rahmenteil 31 am Schienenfahrzeug befestigt ist. Das Energieverzehrelement besteht aus dem eigentlichen Kasten 20 (Obelisk), an das sich in Richtung vom Schienenfahrzeug weg die axiale Faltung (Triggerung) 21 anschließt. Die Oberseite 24 und die Unterseite 26 des Energieverzehrelements sind im dargestellten Beispiel etwas breiter ausgeführt als die Seitenteile 25 und 27, so daß sich insgesamt ein rechteckförmiger Querschnitt des Kastens 19 ergibt. Bei der axialen Faltung 21 sind oberes (14) und unteres Endstück 14 leicht nach innen abgeknickt, während die seitlichen Endstücke (Faltungsstücke) 22 und 23 von der Oberfläche des Kastens nach außen abgebogen sind. In Verlängerung der axialen Faltung 21 ist ein Flansch 8 aufgebracht, um den Querschnitt des Energieverzehrelements in diesem Bereich zu stabilisieren. Der Flansch 8 verfügt über eine kreisförmige Ausnehmung 28, um einen Mittelflanschpuffer in den Kasten einbringen zu können, so daß lediglich noch der Pufferstößel nach außen vorsteht.

Fig. 6 zeigt die Abwicklung 16 bzw. 17 einer Hälfte eines Energieverzehrelements gemäß Fig. 5, die durch einen Längsschnitt durch die Symmetrieebene in der Mitte des Energieverzehrelements entstanden ist.

Ausgangspunkt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Energieverzehrelements 19 ist die Her- stellung von Flachblechen mit einer Kontur gemäß der abgewickelten Hälfte eines Energieverzehrele-- ments gemäß Fig. 6, also mit folgenden Flächenelementen : F1 = gleichschenkeliges Trapez mit den Grundlinien B und b und den Seitenlinien d und e, wobei d gleich e ist und den Biegelinien zwischen Unter- bzw. Oberteil und den Seitenteilen entspricht ; F2 = Fus =je eine Hälfte eines gleichschenkligen Trapez mit den-Grundlinien S/2 und a bzw. c und den Sei- tenlinien d bzw. e, wobei d = e ist und den besagten Biegelinien entspricht ; F4 + Fs + F6 = abgewickelte Faltung der Länge I, wobei I so zu demensionieren ist, daß bei Projektion von I auf die Symmetrieebene im gefaltenen Zustand die Länge in etwa einem Viertel der Defomationswellen- länge in diesem Bereich entspricht. Es wird also zunächst ein Flachblech (bzw. zwei, für Ober- und Unter- teil) mit einer Kontur hergestellt, die der Summe der Flächen F1 bis F6 entspricht. Anschließend werden entlang der Linien X1Y1 und X2Y2 Einschnitte in das Flachblech eingebracht. Außerdem wird das Flach- blech im Bereich der Schnittpunkte der Biegelinie der für die Faltung vorgesehenen Endstücke F4, Fs und F6 mit kreisförmigen Ausnehmungen 29,30 versehen. Auch hier gilt, daß je nach Demensionierung des Winkels r, unter dem die Einschnitte des ebenen Blechs zur Erzeugung der Endstücke erfolgen, das End- stück Fs mehr (großer Winkel) oder weniger (kleiner Winkel) nach oben abgeknickt. Entsprechend werden die seitlichen Endstücke Fa, Fs mehr oder weniger nach außen (am fertigen Kasten) abgeknickt. Je größer der Winkel r ist, umso stärker ist die Schwächung des Energieverzehrelements in diesem Bereich, denn das Endstück Fs wird stark nach innen abgeknickt. Unter anderem läßt sich also durch die Einstellung des Winkels r die Auslösekraft zur Einleitung der Faltenbeulung einstellen. Die Winkel y, 5 richten sich danach, wie sich der Querschnitt des späteren Kastens vom aufprallseitigen Ende Kastens ausgehend stetig er- weitert soll. Ist beispielsweise 8 = 90°, erweitert sich der Querschnitt nur durch die Trapezform von unterem und oberen Seitenteil. Für 5 kleiner 90° und y kleiner 90° ergibt sich die in Fig. 5 dargestellte Form des Energieverzehrelements (konusförmig bzw. obeliskartig). Die weitere Herstellung der unteren und der oberen Blechschale erfolgt nun analog wie beim quaderförmigen Energieverzehrelement, d. h. : - F4 und F6 werden über die Kanten a bzw. c nach unten gebogen und Fs wird über die Kante b nach oben gebogen ; - F2 und F3 über die Kanten d und e nach oben biegen ; - Zusammenschweißen der gebogenen Abschnitte F4, Fs und F6 - an ihren sich nun mehr wieder berührenden Linien X, Y, und X2Y2.

Die auf diese Weise hergestellten Kastenhälften (Ober- und Unterteil) werden aufeinandergestellt und an der Berührungslinie umlaufend zusammengeschweißt. Zur Stabilisierung des Querschnitts am Ende der Faltung kann noch ein Flansch aufgebracht werden. Fig. 7 zeigt eine Hälfte des konusartigen Energiever- zehrelements 1 in Seitenansicht, eine untere oder eine obere Blechschale 16 bzw. 17. Das Endstück 15 (Faltenstück) ist entlang der gestrichelten Linie aus der Blattebene raus gegenüber dem Seitenteil 12 bzw.

11 abgeknickt. Bei der Draufsicht gemäß Fig. 8 liegt das Oberteil 10 in der Blattebene und das obere End- stück 14 (Faltungsstück) ist über die gestrichelte Linie nach unten in die Blattebene hinein abgeknickt. Im Fall des Unterteils kommt das untere Endstück 14 (Faltungsstück) aus der Blattebene heraus.

Anstelle der Erzeugung von oberen und unteren Blechschalen durch einen mittigen Schnitt bei Seitenan- sicht, kann das Energieverzehrelement auch in linke und rechte Blechschalen zerlegt werden (Schnitt or- thogonal zu dem zuvorgenannten Schnitt).

Anstelle der Öffnung 28 kann der Flansch 8 auch geschlossen ausgeführt sein und darauf ein Standard- puffer befestigt werden.

Bezugszeichenliste 1 Quaderförmiges Energieverzehrelement 2 Quader 3,4 Seitenteile des Quaders 5 axiale Faltung am Quaderende 6 nach innen abgeknicktes Endstück 7 nach außen abgeknicktes Endstück 8 Flansch 9 Lage der Trennebene 10 Unter- bzw. Oberteii 11 halbes Seitenteil links 12 halbes Seitenteil rechts 13 halbes linkes Endstück (Faltungsstück) 14 unteres bzw. oberes Endstück (Faltungsstück) 15 halbes rechtes Endstück (Faltungsstück) 16 obere Blechschale 17 untere Blechschale 18 Schweißnaht 19 konusförmiges (obeliskartiges) Energieverzehrelement 20 Obelisk 21 axiale Faltung am Obeliskende 22,23 seitliche Endstücke (Faltungsstücke) 24 Oberseite des Energieverzehrelements 25, 27 Seitenteile des Energieverzehrelements 26 Unterseite des Energieverzehrelements 27 Träger oder Rahmenteil am Schienenfahrzeug 28 Öffnung zur Aufnahme eines Mitteflanschpuffers 29,30 kreisförmige Öffnungen