Schienenfahrzeuge, an deren Stirnseite Stoßverzehrelemente angeordnet sind, um die Folgen von Zusammenstößen mit anderen Fahrzeugen zu beschränken, sind seit langem und in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.

So ist beispielsweise aus der WO 2006/070103 A2 ein Schienenfahrzeug bekannt, welches über Stoßverzehrelemente verfügt, die in zwei verschiedenen Höhen, nachfolgend als Energieverzehrebenen bezeichnet, angeordnet sind. Das in einer unteren Energieverzehrebene am weitesten vorspringende Stoßverzehrelement wird beim Aufprall mit einem vergleichsweise nieder bauenden Fahrzeug zuerst aktiviert. Nach Erreichen einer vorgegebenen Verformung des ersten Stoßverzehrelements wird ein zweites Stoßverzehrelement, welches sich in einer oberen Energieverzehrebene befindet, aktiviert. Wenn die Verformungen und damit die Möglichkeit der Energieaufnahme dieser beiden Stoßverzehrelemente erschöpft ist, wird ein drittes Stoßverzehrelement, welches in Fahrtrichtung gesehen hinter den beiden genannten Stoßverzehrelementen angeordnet ist, aktiviert.

Das dritte Stoßverzehrelement erstreckt sich in vertikaler Richtung von der unteren Energieverzehrebene bis zur oberen Energieverzehrebene und ist daher sehr voluminös und kann daher nicht bei allen Schienenfahrzeugen realisiert werden.

Des Weiteren ist zu beobachten, dass insbesondere bei Zusammenstößen zwischen Schienenfahrzeugen und Nutzfahrzeugen die Einleitung der beim Aufprall auf das Nutzfahrzeug entstehenden Kräfte in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und die Energieabsorption noch Optimierungspotenziale aufweisen. Insbesondere ist bei Zusammenstößen zwischen Nutzfahrzeugen und Schienenfahrzeugen problematisch, dass häufig das zweite Stoßverzehrelement in der oberen Verzehrebene einen sehr großen Anteil der Energieabsorption aufweist. Dies ist unter anderem durch die im Bereich der unteren Energieverzehrebene relativ weiche Struktur der Nutzfahrzeuge, insbesondere in dem Bereich zwischen den Achsen. Des Weiteren liegt der Schwerpunkt des Nutzfahrzeugs deutlich höher als die untere Energieverzehrebene, so dass die Kraftübertragung zwischen Schienenfahrzeug und Nutzfahrzeug im Bereich der unteren Energieverzehrebene ein Kippmoment auf das Nutzfahrzeug verursacht, welches das Nutzfahrzeug in Richtung des Schienenfahrzeugs dreht und dadurch die Kräfte zwischen Schienenfahrzeug und Nutzfahrzeug im Bereich der oberen Energieebene erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug bereitzustellen, dass auch bei Zusammenstößen mit Nutzfahrzeugen ein gutes Energieabsorptionsverhalten aufweist, wobei die Struktur des Schienenfahrzeugs, insbesondere dessen Wagenkasten, möglichst gering belastet werden soll. Gleichzeitig sollen die Energieverzehrvorrichtungen platzsparend und kostengünstig realisierbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst bei einem Schienenfahrzeug mit einem Wagenkasten, an dessen Stirnseite mehrere in verschiedenen Höhen angeordnete Stoßverzehrelemente vorgesehen sind, wobei die Stoßverzehrelemente in Abhängigkeit der Verformung des Vorderbaus im Wesentlichen nacheinander aktiviert werden, wobei in einer unteren Energieverzehrebene ein erstes Stoßverzehrelement und ein drittes Stoßverzehrelement in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs hintereinander angeordnet sind, wobei in einer oberen Energieverzehrebene ein zweites Stoßverzehrelement vorgesehen ist, und wobei das erste Stoßverzehrelement in unverformtem Zustand in Fahrtrichtung über das zweite Stoßverzehrelement hinausragt, dadurch gelöst, dass eine Verformung des zweiten Stoßverzehrelements mindestens teilweise auf das dritte Stoßverzehrelement übertragen wird.

Durch die erfindungsgemäße Kopplung des zweiten Stoßverzehrelements und des dritten Stoßverzehrelements wird sichergestellt, dass immer dann, wenn die Kräfte im Bereich der oberen Energieverzehrebene sehr viel größer sind als im Bereich der unteren Energieverzehrebene, ein Teil der Verformungsarbeit von der oberen Energieverzehrebene in die untere Energieverzehrebene übertragen wird. Dadurch wird erstens eine Vergleichmäßigung der Krafteinleitung und der Beanspruchung der Stoßverzehrelemente erreicht. Da die untere Energieverzehrebene in aller Regel etwa auf gleicher Höhe wie das Untergestell des Wagenkastens liegt, wird die Struktur des Wagenkastens beziehungsweise des Schienenfahrzeugs deutlich weniger beansprucht, wenn die beim Zusammenstoß entstehenden Kräfte in der unteren Energieverzehrebene in das Schienenfahrzeug eingeleitet werden. Außerdem ist als weiterer erfindungsgemäßer Vorteil zu nennen, dass bei dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug im Bereich der oberen Energieverzehrebene nur wenig Bauraum von der zweiten Stoßverzehreinrichtung beansprucht wird. Dieser eingesparte Bauraum steht damit für andere Funktionen, wie zum Beispiel einen Lokführerstand oder Einbauten des Schienenfahrzeugs zur Verfügung.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind das zweite Stoßverzehrelement und das dritte Stoßverzehrelement hydraulisch und/oder mechanisch miteinander gekoppelt.

Durch eine hydraulische Kopplung beispielsweise über einen Geberzylinder und einen Nehmerzylinder, können erstens sehr große Kräfte auf kleinstem Raum zuverlässig von der oberen Energieverzehrebene in die untere Energieverzehrebene übertragen werden. Auch besteht eine große Flexibilität hinsichtlich der räumlichen Anordnung von Geberzylinder und Nehmerzylinder. Darüber hinaus kann die Abstimmung der Verformungen beziehungsweise der Übertragung von Aufprallenergie von der oberen Energieverzehrebene auf die untere Energieverzehrebene sehr einfach durch die Wahl der Durchmesser von Geberzylinder und Nehmerzylinder optimiert werden.

Dabei ist es alternativ möglich, dass Geberzylinder und/oder Nehmerzylinder koaxial zu dem betreffenden Stoßverzehrelement angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, den Geberzylinder beziehungsweise den Nehmerzylinder seitlich versetzt beziehungsweise parallel versetzt zu den Stoßverzehrelementen anzuordnen. Auch hierdurch wird ein weiterer Freiheitsgrad hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung gewonnen.

Für die Kopplung von Stoßverzehrelementen und Geberzylindern beziehungsweise Nehmerzylindern sind in aller Regel mechanische Übertragungsmittel erforderlich. Es ist aber auch möglich, eine rein mechanische Übertragung beziehungsweise Kopplung der Verformungswege von zweitem Stoßverzehrelement und drittem Stoßverzehrelement zu erreichen. Diese Variante ist kostengünstiger realisierbar und kann auch sehr platzsparend realisiert werden.

Alternativ ist es auch möglich, dass der Verformungsweg oder ein Teil des Verformungswegs des zweiten Stoßverzehrelements über ein Seil und entsprechende Rollen oder Umlenkeinrichtungen auf das dritte Stoßverzehrelement übertragen wird. Auch diese Variante ist sehr platzsparend und kostengünstig realisierbar. Welche der Varianten alleine oder in Kombination miteinander im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den sonstigen Randbedingungen bei der Herstellung des Schienenfahrzeugs ab.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1

ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug im Längsschnitt und ein Nutzfahrzeug in einer Ansicht von hinten,

Figuren 2 - 4

verschiedene Stadien einer Kollision zwischen dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug und dem Nutzfahrzeug,

Figur 5

ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit rein mechanischer Übertragung der Verformungen vom zweiten Stoßverzehrelement auf das dritte Stoßverzehrelement und

Figur 6

ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs.

Figur 1 zeigt im linken Teil den vorderen Teil eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1 geschnitten und vereinfacht dargestellt. Ein Wagenkasten 3 mit Langträgern 3.1 und Dachholmen 3.2 ist ebenso wie die Räder 5 nur andeutungsweise dargestellt. Die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 1 ist durch einen Pfeil 7 angedeutet. Die Schienen, auf den das Schienenfahrzeug 1 rollt, sind mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Etwa auf Höhe der Langträger 3.1 befindet sich eine untere Energieverzehrebene 11, deren Höhe über den Schienen 9 durch einen Doppelpfeil 13 angedeutet ist.

Oberhalb der unteren Energieverzehrebene 11 ist eine obere Energieverzehrebene 15 angedeutet, deren Höhe über den Schienen 9 durch einen Doppelpfeil 17 angedeutet ist.

In der unteren Energieverzehrebene 11 sind in Fahrtrichtung hintereinander ein erstes Stoßverzehrelement 19 und eine dritte Stoßverzehreinrichtung 21 angeordnet. Die Länge des unverformten ersten Stoßverzehrelements 19 ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 23 versehen. Die Länge des unverformten dritten Stoßverzehrelements 21 ist mit dem Bezugszeichen 25 versehen.

Die Verformungseigenschaften des ersten Stoßverzehrelements 19 und des dritten Stoßverzehrelements 21 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich bei einem Aufprall zuerst das erste Stoßverzehrelement 19 verformt, so dass sein Länge 23 reduziert wird und gegebenenfalls anschließend das dritte Stoßverzehrelement 21 verformt wird.

Im Bereich der oberen Energieverzehrebene 15 ist ein zweites Stoßverzehrelement 27 angeordnet, dessen unverformte Länge mit dem Bezugszeichen 29 versehen wurde.

Erfindungsgemäß sind das zweite Stoßverzehrelement 27 und das dritte Stoßverzehrelement 21 so miteinander gekoppelt, dass mindestens ein Teil der Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 auf das dritte Stoßverzehrelement 21 übertragen wird, so dass sich dieses dritte Stoßverzehrelement 21 auch verformt und damit die bei einem Zusammenstoß mit einem Fahrzeug aufzunehmende Energie teilweise aufnimmt. Im Ergebnis wird dadurch Aufprallenergie aus der oberen Energieverzehrebene 15 in die untere Energieverzehrebene 11 umgeleitet.

Da sich die untere Energieverzehrebene 11 etwa auf Höhe des Untergestells beziehungsweise der Langträger 3.1 des Wagenkastens 3 befindet, ist die Einleitung von Kräften in der unteren Energieverzehrebene deutlich günstiger und führt zu geringeren Schädigungen der Struktur des Schienenfahrzeugs 1, insbesondere des Wagenkastens 3.

Bei dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Geberzylinder 31 über einen Ausleger 33 mit dem zweiten Stoßverzehrelement 27 gekoppelt. Der Ausleger 33 ist nur schematisiert dargestellt.

Die Längsachse des Geberzylinders 31 verläuft parallel zur Längsachse des Stoßverzehrelements 27.

Koaxial zu dem dritten Stoßverzehrelement 21 ist ein Nehmerzylinder 35 angeordnet. Ein Kolben 37 des Nehmerzylinders 35 ist über einen Zuganker 39 mit der in Fahrtrichtung vorne angeordneten Stirnseite des dritten Stoßverzehrelements 21 gekoppelt. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Stoßverzehrelemente und deren Kopplung wird nachfolgend noch im Detail erläutert.

Im rechten Teil der Figur 1 ist eine Ansicht von hinten auf ein Nutzfahrzeug 41 umfassend einen Rahmen 43, einen Aufbau 45 und Räder 47 stark vereinfacht und schematisch dargestellt. Ein Schwerpunkt des Nutzfahrzeugs 41 ist durch das Bezugszeichen 49 angedeutet. Wichtig ist im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung, dass der Schwerpunkt 49 des Nutzfahrzeugs 41 deutlich höher als die untere Energieverzehrebene 11 liegt. Dies bedeutet, dass bei einem Aufprall des Schienenfahrzeugs 1 auf das Nutzfahrzeug 41, das beispielsweise einen Bahnübergang überquert, die zwischen erstem Stoßverzehrelement 19 und dem Rahmen 43 des Nutzfahrzeugs 41 übertragenen Kräfte eine Kippbewegung des Nutzfahrzeugs 41 im Gegenuhrzeigersinn auslösen. Diese Kippbewegung ist in Figur 1 durch einen Pfeil 51 angedeutet. Aufgrund dieser Kippbewegung wird der Aufbau 45 gegen das zweite Stoßverzehrelement 27 gedrückt und dadurch die Belastung des Schienenfahrzeugs 1 in der oberen Energieverzehrebene 15 erhöht wird. Dies ist ein unerwünschter Effekt, da in der Höhe der zweiten Energieverzehrebene 15 die Struktur des Schienenfahrzeugs insbesondere des Wagenkastens 3 nicht so stabil ist, wie im Bereich der Langträger 3.1.

Die Schienenfahrzeuge 1 in den nachfolgenden Figuren haben einen identischen oder ähnlichen Aufbau, so dass aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Bauteile mit Bezugszeichen versehen werden. Diesbezüglich wird jedoch auf die Erläuterung betreffend Figur 1 verwiesen.

In Figur 2 sind das Schienenfahrzeug 1 und das Nutzfahrzeug 41 gemäß Figur 1 in dem Moment dargestellt, in dem das Schienenfahrzeug 1 auf dem Nutzfahrzeug 41 auftrifft. Aufgrund des Versatzes zwischen erstem Stoßverzehrelement 19 und zweitem Stoßverzehrelement 27 in Fahrtrichtung trifft das in der unteren Energieverzehrebene 11 (siehe Figur 1) angeordnete erste Stoßverzehrelement 19 zuerst auf dem Rahmen 43 des Nutzfahrzeuges 41 auf und löst dadurch die oben erläuterte Kippbewegung (siehe den Pfeil 51) um den Schwerpunkt 49 des Nutzfahrzeugs 41 aus. Infolgedessen wird kurz darauf das zweite Stoßverzehrelement 27 mit einer sehr großen Kraft beaufschlagt, die in das Schienenfahrzeug 1 beziehungsweise den Wagenkasten 3 desselben eingeleitet werden muss.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass mindestens ein Teil der Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 auf das dritte Stoßverzehrelement 21, das sich in der unteren Energieverzehrebene 11 befindet, übertragen wird, so dass die Krafteinleitung in die Langträger 3.1 des Wagenkastens 3 erfolgen kann und der mittlere Teil des Wagenkastens 3 auf Höhe der oberen Energieverzehrebene 15 entlastet wird.

Der Ablauf dieser durch Verformungen der Stoßverzehrelemente 19, 27 und 21 ausgelösten Energieabsorption und Krafteinleitung in den Wagenkasten 3 wird nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 erläutert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hierbei das Nutzfahrzeug 41 nicht mehr dargestellt.

In einer ersten unmittelbar auf den Aufprall folgenden Phase erfolgt eine erste Verformung V 27.1 des zweiten Stoßverzehrelements 27. Annährend zeitgleich wird auch das erste Stoßverzehrelement 19 in axialer Richtung gestaucht und verformt.

Die erste Verformung V 27.1 des zweiten Stoßverzehrelements 27 findet im Wesentlichen in dem in Fahrtrichtung vor dem Ausleger 33 befindlichen Teil des zweiten Stoßverzehrelements 27 statt.

Sobald die Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 auch dessen mittleren und hinteren Teil erfasst, wird der Ausleger 33 zusammen mit dem verformten zweiten Stoßverzehrelement 27 entgegen die Fahrtrichtung relativ zum Wagenkasten 3 verschoben. Der Ausleger 33 ist mit einem Kolben 53 des Geberzylinders 31 verbunden und bewegt diesen Kolben 53 in den Geberzylinder 31 hinein. Infolgedessen wird aus einem Arbeitsraum 55 des Geberzylinders 31 über eine hydraulische Leitung 57 Hydraulikfluid in den Arbeitsraum (ohne Bezugszeichen) des Nehmerzylinders 35 gepresst. Infolgedessen bewegt sich der Kolben 37 des Nehmerzylinders in die gleiche Richtung wie der Kolben 53 des Geberzylinders 31 und zieht dadurch den Anker 39 in Richtung Wagenkasten.

Da der Anker 39 mit dem dritten Stoßverzehrelement 31 gekoppelt ist, wird dadurch auch eine Verformung des dritten Stoßverzehrelements 31 ausgelöst. Infolgedessen übernimmt das dritte Stoßverzehrelement 21 in einer zweiten Verformungsphase einen wesentlichen Teil der Verformungsarbeit, die in das zweite Stoßverzehrelement 27 eingeleitet wird.

Durch die Abstimmung der Durchmesser des Geberzylinders 31 und des Nehmerzylinders 35 kann in weiten Grenzen beeinflusst werden, in welchem Umfang und mit welchem "Übersetzungsverhältnis" die Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 auf das dritte Stoßverzehrelement 21 übertragen wird.

Ein weiterer Parameter zur Einstellung und Abstimmung der Verformungen zwischen zweitem Stoßverzehrelement 27 und drittem Stoßverzehrelement 21 ist in dem Befestigungspunkt des Auslegers 33 am zweiten Stoßverzehrelement 27 zu sehen. Bei den in den Figuren 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Ausleger 23 etwa in der Mitte des zweiten Stoßverzehrelements 27 angeordnet. Dadurch führt die erste Verformung V 27.1 des zweiten Stoßverzehrelements 27 nicht zu einer Übertragung der Verformung vom zweiten Stoßverzehrelement 27 auf das dritte Stoßverzehrelement 21. Erst wenn die Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 den Ausleger 33 erfasst, beginnt die erfindungsgemäße Übertragung der Verformung. Dies bedeutet aber auch, dass durch eine Vorverlegung des Auslegers 33 in Fahrtrichtung, das heißt zum in Fahrtrichtung vorderen Ende des zweiten Stoßverzehrelements 27 erreicht werden kann, dass die gesamte Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 beziehungsweise unmittelbar nach Beginn der Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 die Verformungskräfte teilweise von der oberen Energieverzehrebene 15 auf die untere Energieverzehrebene 11 übertragen wird.

Die Übertragung der Verformungen von der oberen Energieverzehrebene 15 auf die untere Energieverzehrebene 11 kann nicht nur hydraulisch, sondern auch rein mechanisch erfolgen. In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Übertragung rein mechanisch funktioniert. Dies wird durch ein Übertragungselement 59 gewährleistet, welches an dem zweiten Stoßverzehrelement 27 befestigt ist und in eine Nut 61 am dritten Stoßverzehrelement 27 eingreift. Durch die Länge der Nut 61 kann auf einfache Weise festgelegt werden, ab welcher Verformung des zweiten Stoßverzehrelements 27 die Verformung des dritten Stoßverzehrelements 21 und damit die Übertragung von der oberen Energieverzehrebene 15 auf die untere Energieverzehrebene 11 beginnt.

Ein Ausführungsbeispiel, welches mit Umlenkrollen und Stahlseilen realisiert wurde, ist nicht dargestellt, kann jedoch ohne Weiteres von einem Fachmann auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge ohne erfinderisches Zutun realisiert werden. Aus dem Bereich der Kraftfahrzeugtechnik ist ein Gurtstraffer, der mit Seilen und Umlenkrollen arbeitet, unter dem Namen "Procon-ten" der Fa. Audi bekannt.