Beschreibung

KOPFBAUTEIL ZUM AUSBILDEN DER STIRNSEITE EINES FAHRZEUGS, MIT MINDESTENS EINEM ENERGIEVERZEHRELEMENT

5 Die Erfindung betrifft ein Kopfbauteil zum Anbringen an der Stirnseite eines Fahrzeugs mit einer Tragstruktur, die An ^¬ schlussmittel zur mechanischen Befestigung an dem Fahrzeug aufweist, und mit wenigstens einem Energieverzehrelement zum Abbau von kinetischer Energie im Falle eines Aufpralls auf 0 ein Hindernis, das so ausgebildet ist, dass die kinetische

Energie bei fortschreitender Verformung kontinuierlich abgebaut wird.

Ein solches Kopfteil ist aus der DE 102 54 440 Al bereits be- 5 kannt geworden. Das dort offenbarte Kopfbauteil ist zur Mon ^¬ tage an den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs vorgesehen und bildet den stirnseitigen Fahrzeugkopf des Schienenfahrzeugs aus, in dem sich der Führerstand befindet. Um den je ^¬ weils vorliegenden Normerfordernissen im Falle einer Kollisi- 0 on mit einem Hindernis gerecht zu werden, ist in dem Kopfbau ^¬ teil unterhalb des Fahrgastraumes ein teleskopartiger separa ^¬ ter Stoßaufnehmer angeordnet. Der separate Stoßaufnehmer weist eine reversible Stufe auf, bei der ein Puffer unter Spannung einer Pufferfeder in ein Aufnahmerohr hinein versch- 5 biebbar ist. Erst bei größeren Aufprallkräften kommt es zum irreversiblen Verformen des Aufnahmerohrs und somit zum Energieverzehr. Durch die Verformung des Aufnahmerohrs wird der Abbau der kinetischen Energie fortgesetzt, so dass das Auf ^¬ nahmerohr auch als irreversible Stufe des Stoßaufnehmers oder 0 als Energieverzehrelement bezeichnet ist. Ein separates Ener ^¬ gieverzehrelement ist jedoch kostenintensiv und raumgreifend.

Aus der DE 10 2004 028 964 Al ist ein Fahrzeug bekannt gewor ^¬ den, dessen Wagenkastenstruktur im Bereich von Deformations-

zonen gezielt verformt werden kann. Dabei sind die Deformati ^¬ onszonen so angeordnet, dass nach der Deformation ausreichend Platz für die Person im Fahrzeug verbleibt. Die Deformations ^¬ zonen dienen somit der Sicherheit des jeweiligen Fahrzeugs- führers .

Ein separates und damit selbsttragendes Kopfbauteil ist in der DE 195 28 035 Al beschrieben. Das dort offenbarte Kopf ^¬ bauteil wird an einen schienengeführten Triebwagen oder mit anderen Worten an eine Lokomotive montiert. Das separate

Kopfbauteil weist jedoch keine Energieverzehrelemente auf.

Die DE 198 09 489 Al und die DE 196 35 221 Cl beschreiben je ^¬ weils separat an Schienenfahrzeuge anbringbare Aufprall- Schutzvorrichtungen für Schienenfahrzeuge, die am Schienenfahrzeug befestigbare Kollisionspuffer ausbilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein separat montierbares Kopf ^¬ bauteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das kos- tengünstig ist und den üblichen Sicherheitserfordernissen gerecht wird, wobei gleichzeitig ein zusätzlicher Stauraum zur Aufnahme von weiteren Fahrzeugkomponenten bereitgestellt ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass wenigstens ein Energieverzehrelement Teil der Tragstruktur ist.

Erfindungsgemäß ist ein separates Kopfbauteil bereitgestellt, das wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, auf einfa ^¬ che Art und Weise über die Anschlussmittel beispielsweise mit dem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs verbindbar ist. Nach der Montage an den Wagenkasten bildet das Kopfbauteil die Stirnseite und damit den Kopf oder mit anderen Worten die Frontseite des Fahrzeuges aus. Um bei einem Aufprall auf ein Hindernis, das sich beispielsweise auf dem Fahrweg befindet,

die kinetische Energie des Fahrzeugs gezielt abzubauen und in Verformungsenergie umzuwandeln, verfügt das erfindungsgemäße Kopfbauteil über Energieverzehrelemente, die Teil der Trag ^¬ struktur des Kopfbauteils sind. Die Energieverzehrelemente sind somit mit anderen Worten in die Tragstruktur des Kopfbauteils integriert. Raumgreifende separate Energieverzehr ^¬ elemente im Innern des Kopfbauteils sind somit durch die er ^¬ findungsgemäße Ausgestaltung der Tragstruktur in ihrer Wirkung ersetzt mit einem Raumgewinn im Gefolge. Selbstverständ- lieh ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Kopfbauteil mit zusätzlichen Energieverzehrelementen und Puffern auszurüsten. Deren Fähigkeit zum Abbau kinetischer Energie wird dann durch die Erfindung unterstützt. Die Energieverzehrele ^¬ mente der Tragstruktur sind so ausgestaltet, dass bei den üb- liehen Aufprallunfällen die kinetische Energie in der Regel von den integrierten Energieverzehrelementen und gegebenenfalls von an dem Kopfbauteil montierten und gegebenenfalls Deformationsbereiche aufweisenden Puffern vollständig aufge ^¬ nommen wird. Im Rahmen der Erfindung kann das Kopfbauteil da- her nach dem Aufprall auf einfache Art und Weise durch ein neues Kopfbauteil ersetzt werden, so dass die Folgen eines Unfalls begrenzt sind und schnell behoben werden können. Dar ^¬ über hinaus stellt das erfindungsgemäße Kopfbauteil einen großen Innenraum aufgrund der fehlenden separaten Energiever- zehrelemente bereit. Schließlich ist die Integration der E- nergieverzehrelemente in die Tragstruktur kostengünstiger als die Verwendung separater Energieverzehrelemente.

Vorteilhafterweise ist ein Rammträger der Tragstruktur, der sich an der von den Anschlussmitteln abgewandten Seite der Tragstruktur in einer Querrichtung erstreckt, Teil eines E- nergieverzehrelementes . Mit Querrichtung ist in diesem Fall eine Richtung rechtwinklig zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs gemeint, wobei sich jeder Rammträger und auch die hier nach-

folgend eingeführten Querträger sich jeweils in einer Ebene erstrecken, die im Wesentlichen parallel zum Fahrweg verläuft. Rammträger sind als solche im Bereich der Bahntechnik bereits bekannt und verlaufen unmittelbar an der Stirnseite des Fahrzeugs beziehungsweise Kopfbauteils. Sie sind bei ei ^¬ nem Aufprall somit dem jeweiligen Hindernis unmittelbar zuge ^¬ wandt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung setzt die Wirkung der Energieverzehrelemente daher unmittelbar mit Erfassen des Hindernisses ein.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist das Energieverzehrelement, einen im Vergleich zum Ramm ^¬ träger schwer deformierbaren Querträger auf, der von dem Rammträger zu den Anschlussmitteln hin versetzt angeordnet ist und sich in Querrichtung erstreckt, wobei sich zwischen dem Rammträger und dem Querträger ein durch den Aufprall verformbares Material angeordnet ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird im Falle eines Aufpralls zunächst der Rammträger auf die Anschlussmittel und somit auf den Querträ- ger zu bewegt. Dabei setzt eine fortschreitende Verformung des verformbaren Materials ein, bis dessen Verformbarkeit er ^¬ schöpft ist. Durch den im Vergleich zum Rammträger beziehungsweise dem verformbaren Material mechanisch festeren Querträger wird die Verformung der Tragstruktur beziehungs- weise des Energieverzehrelementes gezielt auf dessen Stirn ^¬ seite begrenzt. Erst bei größeren Aufprallkräften in Folge höherer Geschwindigkeiten des Fahrzeugs kommt es zum Verformen des Querträgers.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung weist das verformbare Material Triggerstellen auf. Solche Triggerstellen, die auch als Sollverformstellen bezeichnet werden können, sind Abschnitte oder Bereiche des verformbaren Materials, die so ausgestaltet sind, dass eine Deformation des verformbaren Ma-

terials in diesen Bereichen oder mit anderen Worten an diesen Stellen beginnt. Beispiele für Triggerstellen sind Bereiche mit gegenüber den angrenzenden Bereichen herabgesetzter mechanischer Festigkeit oder sich entgegen der Stoßrichtung verjungende Bereiche oder Abschnitte.

Zweckmäßigerweise sind Querträger und Rammträger über sich beidseitig von Quer- und Rammträger erstreckende Längsträger miteinander verbunden, wobei die Längsträger Schwachstellen zur mechanischen Schwächung der Materialfestigkeit aufweisen. Zweckmäßigerweise ist das freie Ende jedes Bogenabschnittes fest mit dem Rammträger verbunden. Im Falle eines Aufpralls werden aufgrund der Schwächung des Materials Triggerstellen gebildet, an denen der Deformationsprozess beginnt. Durch die Schwachstellen wird daher eine gezielte Deformation ermöglicht.

Zweckmäßigerweise überragen die Längsträger den Rammträger in einer von den Anschlussmitteln abgewandten Richtung. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung gerät somit der Längsträger im Falle eines Aufprallunfalls zuerst in Kontakt mit dem Hindernis, wobei es zu einer gezielten Verformung des Längsträgers und somit des gesamten Energieverzehrelementes kommt. Darüber hinaus wird der gleichmäßige Abbau der kineti- sehen Energie bei fortschreitender Verformung durch diese bauliche Maßnahme verbessert.

Vorteilhafterweise bildet das verformbare Material wenigstens eines Energieverzehrelementes eine Wellenstruktur aus. Durch die Wellenstruktur erhöht sich das Maß an kinetischer Energie, das durch das Energieverzehrelement abgebaut werden kann. Die Wellenstruktur sorgt grundsätzlich schon auf Grund ihrer Gestalt oder Form für einen im Vergleich zu ebenen Blechen erhöhten Energieverzehr. Hinzu tritt, dass durch die

Wellenstruktur die Masse des verformbaren Materials bei gleich bleibender Raumbeanspruchung erhöht wird. Durch der wellenartige geometrische Ausgestaltung und die erhöhte Masse kann bei der Verformung des Materials mehr kinetische Energie abgebaut werden als durch ein beispielsweise flaches verform ^¬ bares Material ohne aufragende Bereiche.

Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung weist die Wellenstruktur sich rechtwinklig zum zugeordneten Rammträger erstreckende erhabene Wellenabschnitte auf. Durch die besagte Ausrichtung der Wellenabschnitte wird die bei der Verformung abgebaute Energie noch weiter erhöht.

Zweckmäßigerweise sind die Wellenabschnitte an ihrer dem Rammträger zugewandten Seite verjüngt ausgebildet. Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die verjüngt ausgebildeten Sei ^¬ ten oder Enden der Wellenabschnitte direkt mit dem Rammträger verbunden sind. Durch die Verjüngung ist das verformbare Ma ^¬ terial unter Ausbildung von so genannten Triggerstellen „ge- triggert". Die Triggerstellen bilden Sollverformstellen aus, an denen allein aufgrund der Materialausgestaltung das Verformen des Energieverzehrelementes beginnt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die Wellenab- schnitte Pyramidenstümpfe aus, wobei die Höhe der Pyramiden ^¬ stümpfe an ihren dem Rammträger zugewandten Ende abnimmt.

Gemäß einer diesbezüglich abweichenden Ausgestaltung der Er- findung ist das verformbare Material durch wenigstens ein sich zwischen Rammträger und Querträger erstreckendes Ver- formblech realisiert. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei parallele Verformbleche zwischen Querträger und

Rammträger vorgesehen. Das oder die Verformbleche sind beispielsweise eben ausgestaltet.

Zweckmäßigerweise ist das Energieverzehrelement Teil eines Bodenabschnittes der Tragstruktur.

Gemäß einer hiervon abweichenden Ausgestaltung erstreckt sich das Energieverzehrelement unterhalb von Fensterausnehmungen der Tragstruktur, die zur Aufnahme einer transparenten Front- scheibe vorgesehen sind. Gemäß der beiden genannten Ausgestaltungen des Energieverzehrelements erstreckt sich das Ener ^¬ gieverzehrelement im Wesentlichen parallel zum Fahrweg und quer zur Fahrtrichtung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedes Energieverzehrelement Teil der Tragstruktur.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin ^¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kopfbau ^¬ teils,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines mittleren Ener ^¬ gieverzehrelementes des Kopfbauteils gemäß Fi- gur 1 in einer vergrößerten Darstellung und

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines unteren Energie ^¬ verzehrelementes eines erfindungsgemäßen Kopf ^¬ bauteils gemäß Figur 1 zeigen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kopfbauteils 1 in einer perspektivischen Darstellung. Das Kopfbauteil 1 ist in dem in Figur 1 gezeigten Fall nur durch eine Tragstruktur 2 realisiert. Weitere Komponenten des Kopf- bauteils, wie Scheinwerfer, raumlufttechnische Anlagen, Füh ^¬ rertisch, Fahrzeugführersitz und dergleichen, wurden aus Gründen der übersichtlichkeit figürlich nicht dargestellt. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Tragstruktur 2 Scheinwerferausnehmungen 3 zur Unterbrin- gung von Scheinwerfern, Frontscheibenausnehmungen 4 zur Aufnahme von Frontscheiben eine obere Scheinwerferaufnahme 5 zur Aufnahme eines oberen Scheinwerfers sowie Stauräume 6 zur Un ^¬ terbringung von raumlufttechnischen Anlagen und dergleichen aufweisen .

Die Tragstruktur 2 verfügt ferner über zwei Seitenwände 7, eine Dachabdeckung 8 und eine Bodenwandung 9 sowie über eine Führertischstruktur 10 zur Anbringung eines figürlich nicht dargestellten Führertisches. Zur Montage der Tragstruktur 2 an einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs sind schematisch dargestellte Anschlussmittel 11 vorgesehen, bei denen es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um einfache Flanschver ^¬ bindungen handelt, die lösbar mit Flanschen des Wagenkastens verbunden werden können. Zur Verbindung dienen beispielsweise Schließringbolzen. Schließringbolzen sind einfach anbringbar und sorgen für einen hohen mechanischen Halt.

Die Tragstruktur 2 ist zweckmäßigerweise aus Stahl gefertigt.

An der von den Anschlussmitteln 11 abgewandten Seite, also an der Stirnseite der Tragstruktur 2 oder des Kopfbauteils 1, ist ein unterer Rammträger 12 vorgesehen, der sich in einer Querrichtung, also rechtwinklig zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs und im Wesentlichen parallel zu einem Fahrweg, also

horizontal, erstreckt. Unterhalb der Frontscheibenausnehmun- gen 4 erstreckt sich ein mittlerer durch ein Blech 13 verdeckter mittlerer Querträger 14. Zu den Anschlussmitteln 11 hin versetzt angeordnet ist in Figur 1 noch ein Querträger 15 erkennbar. Dieser erstreckt sich ebenfalls horizontal in

Querrichtung, also parallel zum Rammträger 14. Die Rammträger 12 und 14 sowie der Querträger 15 sind jeweils Bestandteil eines Energieverzehrelementes.

Figur 2 zeigt eines der Energieverzehrelemente 16 der Trag ^¬ struktur 2 genauer. Das besagte Energieverzehrelement 16 er ^¬ streckt sich unterhalb der in Figur 1 gezeigten Frontschei- benausnehmungen 4 und bildet die Führertischstruktur 10 aus. Bestandteile des Energieverzehrelementes 16 sind der sich in Querrichtung erstreckende Rammträger 14, der sich parallel dazu erstreckende Querträger 15 und zwei Längsträger 17 und 18, welche den Querträger 15 mit dem Rammträger 14 mechanisch verbinden. Dabei weist der Längsträger 17, 18 einen Bogenab- schnitt 19 auf, der so gekrümmt ist, dass die beiden freien Enden der Längsträger 17, 18 einander zugewandt sind. Dabei sind die freien Enden der Längsträger 17 und 18 mit dem Rammträger 14 mechanisch verbunden, wobei der Rammträger 14 zu den Anschlussmitteln hin versetzt angeordnet ist, so dass die Seitenträger 17 und 18 den Rammträger 14 an ihren Abschnitten 20 in Fahrtrichtung überragen.

Zur mechanischen Schwächung der Bogenabschnitte 19 weisen diese jeweils eine Schwachstelle 21 in Form von einfachen Ausnehmungen auf. Aufgrund dieser Ausnehmungen 21 ist die me- chanische Festigkeit der Seitenträger 17, 18 in dem Bogenab- schnitt 19 herabgesetzt, so dass sich diese bevorzugt bei ei ^¬ nem Aufprall in diesen Bereichen nach innen verformen. Zwischen dem Rammträger 14 und dem Querträger 15 ist ein ver-

formbares Material 22 in Form von zwei parallel zueinander verlaufenden ebenen Verformblechen ausgebildet.

Bei einem Aufprall geraten die Abschnitte 20 in Kontakt mit dem Hindernis. Es kommt zunächst zu einer nach innen gewand ^¬ ten Verformung der Seitenträger 17 und 18 an ihren Bogenab- schnitten 19 und erst dann zu einem Wandern des Rammträgers 14 auf den Querträger 15 zu unter Verformung der Verformble- che 22. Dabei weist der Querträger 15 eine im Vergleich zum Rammträger 14 und den Verformblechen 22 erhöhte mechanische Festigkeit auf, so dass dieser beim Aufprall eine Art Wider ^¬ lager für den Verformprozess ausbildet. Es kommt zu einem konstanten Energieverzehr und somit zu einem kontrollierten Abbau der kinetischen Energie des Fahrzeugs. Erst bei zu ho- hen Aufprallkräften in Folge sehr hoher Geschwindigkeiten kommt es auch zum irreversiblen Verformen des formstabilen Querträgers 15.

Figur 3 zeigt ein weiteres Energieverzehrelement 23, das den Bodenabschnitt 9 der Tragstruktur 2 gemäß Figur 1 ausbildet. Das Energieverzehrelement 23 besteht aus dem Rammträger 12 sowie aus einem parallel zu dem Rammträger 12 verlaufenden Querträger 24, wobei zwischen dem Rammträger 12 und dem Querträger 24 ein verformbares Material, hier ein Verformblech 25 aus Stahl, angeordnet ist. Der Querträger 24 und der Rammträ ^¬ ger 12 sind über Seitenträger 17 und 18 miteinander verbunden, die unter Ausbildung von Bogenabschnitten 19 aufeinander zu gekrümmt sind. Zur mechanischen Ausbildung von Schwachstellen weisen die Bogenabschnitte 19 wiederum eine Ausneh- mung 21 auf. In dem Verformblech 25 ist weiterhin eine Entlüftungsöffnung 26 zum Ausblasen von Luft durch die figürlich nicht dargestellten raumlufttechnischen Anlagen vorgesehen.

In Figur 3 ist weiterhin erkennbar, dass das Verformblech 25 eine Wellenstruktur mit Wellenabschnitten 27 ausbildet. Die Wellenabschnitte 27 bilden Pyramidenstümpfe aus und sind an ihrem zum Rammträger 12 hinweisenden Ende verjüngt. Dabei nimmt die Höhe der Pyramidenstümpfe in Richtung des Rammträ ^¬ gers 12 ab. Auf diese Weise wird die Verformbarkeit der auf den Rammträger 12 zuweisenden Enden der Pyramidenstümpfe vereinfacht. Die Pyramidenstümpfe sind daher getriggert und bil ^¬ den mittels der besagten Verjüngung Triggerstellen aus. An der vom Rammträger 12 abgewandten Seite der Wellenabschnitte 27 ist hingegen eine Verstärkungsrippe 28 vorgesehen, welche die Wellenabschnitte 27 mechanisch miteinander verbindet. Die Verstärkungsrippe 28 dient lediglich Dichtzwecken. Durch die beschriebene Konfiguration des Verformbleches 25 ist ein ho- her und konstanter Energieverzehr bei einem Aufprall ermöglicht. Nach einem Unfall kann das deformierte Kopfbauteil durch Aufsprengen von Schließbolzens komplett ausgetauscht werden. Deformationen am übrigen Fahrzeug sind durch die E- nergieverzehrelemente vermieden.