牵引和碰撞装置

牵引和碰撞装置

本发明涉及一种牵引和碰撞装置，具体而言具有权利要求1前序部分特征的牵引和碰撞装置。

文献EP 2 335 996 B1公开了一种中心缓冲联接器(德语：Mittelpufferkupplung)，其具有至少双体式构造的联接杆，联接杆通过牵引弓架固定在车厢上，其中，后部的联接杆部段相对于牵引弓架沿纵向可移动地与车厢连接。在后部的联接杆部段和车厢之间布置和设计有至少一个耗能装置，以便至少部分地将在撞车情况中或者在正常行驶运行中出现的和从联接杆传输到车厢上的碰撞能量耗尽，即转换或者吸收到塑性的变形功和热中，耗能装置例如以弹簧机构的形式或者变形管的形式，在超过临界的导入耗能元件中的碰撞力之后所述变形管响应并且通过塑性变形消解部分导入耗能元件中的碰撞能量。这种设计根据出现的力的大小进行。为了非常高地将能量消耗需要耗能设备相应的设计，其中，这反映在构造空间的增大上。

还已知的是具有集成的预缓冲装置和预紧的弹簧单元形式的可逆的能量消耗装置，例如在文献US 6,681,943 B2中所公开的。

由文献EP 1 468 889 B1已知一种轨道交通运输工具，其具有耦连铰接部和橡胶缓冲器，橡胶缓冲器与联接器的实体通过连接栓耦连，轨道交通运输工具包括不可逆的能量吸收元件，能量吸收元件是管形的并且在整个长度上具有矩形的横截面，其中，橡胶缓冲装置和不可逆的能量吸收元件串接地沿交通运输工具的交通运输工具主体的纵向布置。交通运输工具主体-支架被配置用于承受沿交通运输工具主体的纵向的撞击载荷，所述撞击载荷通过吸收能量的元件传输。为此，橡胶缓冲器固持在支持架中，支持架安装在交通运输工具主体-支架上。

由文献DE 20 2005 004 502 U1已知一种在轨道交通运输工具的底架上凸缘式固定的牵引和碰撞装置，其具有布置在唯一的壳体中的拉力和压力侧的耗能装置。压力侧的和拉力侧的耗能系统在壳体中串联连接，其中，二者之一包括变形元件。

以上述系统为出发点，本发明要解决的技术问题是，将开始所述种类的牵引和碰撞装置尤其为像SA3联接器或者AAR联接器常见的通过牵引弓架的联接铰接部这样地改进，即为了从联接杆传输拉力和压力在可用的构造空间中无需大量额外改变就能加入较高的能量消耗。在此，按照本发明的解决方案的特点是比较简单的构造。

按照本发明的解决方案通过权利要求1和2的特征表示。有利的设计方案记载在从属权利要求中。

按照本发明构造的用于有轨的交通运输工具、尤其轨道交通运输工具的牵引和碰撞装置具有与交通运输工具的车厢通过牵引弓架耦连的联接杆，并且包括布置在联接杆的在车厢侧的端部区域和车厢之间的耗能设备。耗能设备被这样地设计，即从联接杆传输到耗能设备上的压力或者碰撞力的和通过牵引弓架传输的拉力的力流至少部分地导引通过耗能设备，并且通过在车厢上的或者在与车厢至少间接地连接的构件上的用于导入拉力和/或压力的止挡区域传输到车厢上。本发明的特征在于，所述耗能设备包括可逆的或者说可恢复的耗能装置和具有不可逆的或者说不可恢复的能量消耗的耗能装置，其中，耗能设备被这样地设计，即从联接杆传输到耗能设备上的拉力的力流仅通过可逆的耗能装置导引，从联接杆传输到耗能设备上的压力的力流通过可逆的耗能装置和具有不可逆的能量消耗的耗能装置导引，其中，具有不可逆的能量消耗的耗能装置沿碰撞力流方向相对于可逆的耗能装置串联地布置。

按照本发明构造的用于有轨的交通运输工具、尤其轨道交通运输工具的牵引和碰撞装置具有与交通运输工具的车厢通过牵引弓架耦连的联接杆，并且包括布置在联接杆的在车厢侧的端部区域和车厢之间的耗能设备，所述耗能设备具有可逆的耗能装置和带不可逆的能量消耗的耗能装置。耗能设备被这样地设计，即从联接杆传输到耗能设备上的压力或者碰撞力的和/或通过牵引弓架传输的拉力的力流导引通过耗能设备，并且通过在车厢上的或者在与车厢至少间接地连接的构件上的用于导入拉力和/或压力的止挡区域传输到车厢上。在此，具有不可逆的能量消耗的耗能装置为了承受压力而与可逆的耗能装置串联连接，并且在预定的最大拉力/碰撞力被超过的情况下不可逆地变形或者被损毁。按照本发明规定，耗能设备布置在联接杆和车厢之间在按照UIC-Norm530标准的标准安装空间内部。尤其地，沿纵向观察布置在车厢上的或者在与车厢至少间接地连接的构件上的用于至少间接导入拉力和/或压力的止挡区域(13,14)之间。

按照本发明的解决方案以此在用于牵引和碰撞装置的最小化的结构空间上在保持现有安装状况的条件下结合了可逆的和不可逆的能量消耗并且允许简单地加装到已有系统中。

尤其地，在拉力载荷情况中力流的导引和向车厢中的导入仅通过可逆的耗能装置并且在碰撞载荷情况中力流通过可逆的和不可逆的耗能装置的导引提供的优点是，可逆的耗能装置仅仅只需设计用于最大的拉力载荷。由此可以被设计得更小并且由此得到的构造空间可以用于具有不可逆的能量消耗的耗能装置。

在有利的设计方案中，可逆的耗能装置和具有不可逆的能量消耗的耗能装置相对彼此同轴地布置。沿纵向观察，这种布置方式可以是先后相继地进行但是也可以至少部分重叠地进行。在两者部分重叠的布置方式的情况中，沿牵引和碰撞装置的纵向观察，可逆的耗能装置或者容纳可逆的耗能装置的构件至少在可逆的耗能装置的或者容纳可逆的耗能装置的构件的延伸部的一部分上在具有不可逆的能量消耗的耗能装置上/中导引。通过这种导引保证了耗能装置相对彼此的对准，并且也整体上提升了牵引和碰撞装置的稳定性。

在改进设计方案中，在可逆的耗能装置和具有不可逆的能量消耗的耗能装置之间规定有剪断装置，所述剪断装置这样地设计和布置，即在最大许用拉力/碰撞力被超过的情况下响应和允许向具有不可逆的能量消耗的耗能装置上破坏性的作用。这种解决方案的优点是对所需剪断力的确定是被规定的。

为了在两个耗能装置上提供用于相互支撑的足够大的支撑面和使两者以简单的方式相互构成作用连接，在可逆的耗能装置和具有不可逆的能量消耗的耗能装置之间布置有中间单元，所述中间单元构成用于可逆的耗能装置的支撑面和用于具有不可逆的能量消耗的耗能装置的支撑面，其中，所述中间单元和具有不可逆的能量消耗的耗能装置起用于可逆的耗能装置的支撑单元的作用，直至达到最大的许用拉力/碰撞力，在最大的许用拉力/碰撞力被超过的情况下，剪断装置运转和/或破坏性地作用到具有不可逆的能量消耗的耗能装置上。因此，通过所述中间单元可以将不一样大的支撑区域和其间的错移量相互协调。尤其可以将在尺寸方面设计不同的耗能装置相互结合。此外，以这种方式在确定尺寸方面，在力传输区域中同样的可逆的耗能装置与在力导入区域中尺寸确定不一样的具有不可逆的能量消耗的耗能装置仅仅通过中间单元的设计就能结合，并且在力传输区域中尺寸确定不一样的可逆的耗能装置与在力导入区域中同样的具有不可逆的能量消耗的耗能装置仅仅通过中间单元的设计就能结合。其优点在于，对于不同的载荷情况能使用具有高标准化程度的构件。

在有利的设计方案中，中间单元在其指向具有不可逆的能量消耗的耗能装置的端侧上具有面区域，所述面区域被构造为适于与剪断装置和/或可逆的耗能装置配合作用并且与在具有不可逆的能量消耗的耗能装置上的至少一个面区域配合作用。

在优选的设计方案中，中间单元为此具有带锥面的中间元件用于与具有不可逆的能量消耗的耗能装置配合作用。锥面的优点是面区域大和剪切力的导入。

为了能保证可逆的耗能装置的简单安装和处理以及用于力传输的较大的面，规定，耗能设备在安装位置中沿联接杆的纵向观察具有在交通工具侧前部的传输元件和交通工具侧或者说车厢侧后部的传输元件，可逆的耗能装置预紧地布置在前部的和后部的传输元件之间。在最简单的情况中，所述预紧通过在纵轴线上并且以此居中布置的牵引锚杆保证，或者多个要么穿透耗能装置，要么围绕耗能装置的外周布置的，和将传输元件连接的牵引锚杆保证。以这种方式，可逆的耗能装置可以与传输元件作为预安装的单元提供。

优选地，可逆的耗能装置布置在壳体中，其中，所述壳体优选多体式地构造。以此可以提供相对于在安装情况中的环境影响封装的设计方案，其作为可以独立处理的预安装的单元存在并且能以这种形式安装。在特别有利的设计方案中，所述壳体由牵引弓架构造。在此情况中可逆的耗能装置预紧地布置在牵引弓架的壳体的内部。尤其结合上述作为与传输元件预安装的单元的设计方案，可逆的耗能装置可以以简单的方式集成到牵引弓架中。

按照本发明的牵引装置/碰撞装置还可以作为结构单元整体预安装地设置到在联接杆和车厢或者说与车厢连接的和具有拉力止挡和压力止挡的构件之间的间隙中。

在单个耗能装置的具体的设计方面存在多种可行方案。

可逆的耗能装置具有至少一个或者多个可逆的耗能元件，在力流导引方面多个可逆的耗能元件可以串联或者并联地连接。在特别有利的设计方案中，单个耗能元件优选构造为聚合物弹簧。构造为聚合物弹簧一方面实现不同的弹簧形状。优选选定的是弹簧元件的中心对称的构造。然而，在联接杆侧的传输元件上和中间元件上或者直接在具有不可逆的能量消耗的耗能装置上的支撑方面，可以至少在端侧的端部区域中构成与中心对称设计方案不同的形状，尤其与圆形不同的横截面造型。可行的是椭圆形、卵形、类似椭圆或者其他的横截面形状。通过具有这种与圆形不同的横截面造型的耗能元件、例如弹簧元件，可以以有效的方式防止耗能元件齐平地贴靠时耗能元件相对于传输元件或者中间元件的扭转。在特别有利的设计方案中，中间元件至少在一个端侧上构造为椎体。这在与变形管形式的破坏性耗能元件的配合作用中实现优化的力导入。

在有利的设计方案中，具有不可逆的能量消耗的耗能装置包括至少一个破坏性的变形元件。在变形元件的布置和构造方面存在多种可行方案。优选地，单个破坏性的变形元件构造为下述元件组中的元件：变形体、变形管或者蜂窝结构体。在此，变形体是任意轮廓的三维构造物。其优点在于，能破坏性地变形的元件可以适配于任意连接轮廓和安装情况以及载荷情况。

在构造为变形管的情况下，变形管至少在其轴向延伸的局部区域上构造为空心型材元件，其中，空心型材的横截面设计为管、箱形轮廓或者多边形。

在与将可逆的耗能装置构造为弹簧单元的结合中，设计为管件的优点是，两者相对彼此同轴地定向地布置在壳体中。在此，响应力和期望的变形表现可以作为横截面的形状、壁厚、沿纵向的延伸(长度)以及所使用的材料的函数设置。

在车厢上的用于导入拉力和/或压力的止挡区域优选布置在能与车厢连接的导引件上，其中，所述导引件优选由型材元件构成。

下面根据附图阐述按照本发明的解决方案。附图中：

图1a示出按照现有技术的联接装置；

图2a和2b根据联接装置的剖切图示出按照本发明构造的牵引碰撞装置的两个视图；

图3示出耗能设备的轴向剖视图。

图1示例性示出由现有技术已知的牵引联接器、尤其中心缓冲联接器101的构造。中心缓冲联接器101的理论纵轴线L在安装位置中与交通运输工具的纵向重合。在运行期间在联接杆102上出现的拉力载荷和压力载荷的方向对于拉力方向以Z表示，对于压力方向以D表示。

所示的中心缓冲联接器101例如是SA-3型号的联接器，其中，联接杆102通过楔块130与和车厢的底架109连接的牵引弓架104连接。在背离车厢的侧面上，联接杆102与连接头103或者直接耦连或者在联接杆102被细分的情况下通过另外的中间元件耦连。在联接杆102、尤其联接杆102的朝向车厢的端部区域和车厢之间布置有牵引和碰撞装置105，牵引和碰撞装置105包括耗能设备106。在所示情况中，耗能设备106具有至少一个耗能装置107，耗能装置107包括弹簧机构形式的可逆的耗能元件。另外的、在此未示出的设计方案的特征是使用包括至少一个变形管形式的破坏性的耗能元件的耗能装置。在此，各个耗能装置107的布置在牵引弓架104的延伸部的内部在联接杆102和联接杆在车厢的底架109上的为此规定的和沿拉力方向或者压力方向作用的止挡面区域上的支撑部之间进行。

图2a和图2b以不同视角和联接装置的不同局部示出按照本发明的牵引和碰撞装置5的布置和构造，牵引和碰撞装置5布置在联接杆2的指向车厢的端部区域29和车厢之间。具体而言，牵引和碰撞装置5布置在与联接杆2耦连的牵引弓架4和车厢或者说与车厢直接或者间接通过中间元件连接的构件之间。

图2a例如以立体图示出SA-3型号的中心缓冲联接器1，其具有联接头3和与联接头3连接的或者集成地设计的联接杆2，联接杆2通过牵引弓架4与在此未示出的轨道交通运输工具的车厢耦连。所述耦连可拆卸地通过楔块或者螺栓30进行，楔块或者螺栓30将联接杆2的车厢侧的端部区域28与牵引弓架4相连。为此，牵引弓架4在其朝向联接杆2的端部区域上具有将联接杆叉形地容纳的区域，所述区域具有沿联接器纵向延伸的长孔用于容纳螺栓30。

图2b示出按照本发明的牵引和碰撞装置5在导引部或者说在与此处仅示意出的底架9相连的纵梁8上的布置。所示的是牵引弓架4和包括耗能设备6的牵引和碰撞装置5。未示出与牵引弓架4相连的联接杆2。在此，在中性的安装位置(无偏转)中，联接器装置的纵向与联接器的或者有轨交通运输工具的纵向重合。

在附图2a和2b中示出的牵引和碰撞装置5按照本发明地包括耗能设备6，耗能设备被这样地设计，即从联接杆2传输到耗能设备上的压力或者碰撞力的和通过牵引弓架传输的拉力的力流至少部分地导引通过耗能设备，并且通过在车厢上的或者在与车厢至少间接地连接的构件上的用于导入拉力和/或压力的止挡区域13、14传输到车厢上。在此，为此规定的止挡区域13和14构造在构件上，所述构件能固定在与底架9耦连的纵梁8(如图2b所示)上。可以想到的是，止挡区域13、14集成地构造在纵梁8本身上或者其他与底架9连接的构件上。在此，止挡区域13起拉力止挡的作用，止挡区域14起压力止挡的作用。

耗能设备6按照本发明地包括可逆的耗能装置7和具有不可逆的能量消耗的耗能装置10，其中，耗能设备6这样地设计，即从联接杆传输到耗能设备6上的拉力的力流仅通过可逆的耗能装置7导引。从联接杆2传输到耗能设备6上的压力的力流通过可逆的耗能装置7、具有不可逆的能量消耗的耗能装置10导引并且导入车厢中或者与车厢连接的构件中。具有不可逆的能量消耗的耗能装置10为此沿碰撞力流方向相对于可逆的耗能装置7串联地布置。在预定义的最大碰撞力被超过的情况下，具有不可逆的能量消耗的耗能装置10为了吸收能量而不可逆地变形和/或毁坏。

图2a和图2b仅以联接装置的局部的不同局部视图的立体视角示出按照本发明设计的牵引和碰撞装置5的重要组成部件。可逆的和不可逆的耗能装置7和10串联地并且沿牵引/碰撞装置5的纵向观察先后相继地布置。这种布置方式至少部分在牵引弓架沿纵向的延伸部内部进行、尤其在按照UIC-Norm530标准的标准化安装空间的或者说联接器安装空间的内部进行。

下面对图3的说明针对的是在图2a和2b中的牵引和碰撞装置5。

图3以通过联接杆2的纵轴线的剖面在通过纵轴线L和相对于纵轴线的垂线描绘的剖面视角中示出牵引和碰撞装置5。

耗能装置7和10相对彼此同轴地布置并且沿联接器的纵轴线L的方向观察先后相继或者相邻地布置。可逆的耗能装置7包括一个或者多个耗能元件，所述耗能元件以功能而论是相对彼此串联或者并联地连接或者起作用的。优选地，可逆的耗能装置7包括聚合物弹簧形式的弹簧单元20。其他设计方案也是可行的。

此外，可逆的耗能装置7优选至少局部地在不可逆的耗能装置10上或者中导引。就是说，具有不可逆的能量消耗的耗能装置10构成用于可逆的耗能装置7的导引件。在所示情况中这以有利的方式以此实现，即可逆的耗能装置7沿纵向观察被壳体19包围。壳体19沿纵向观察沿周向在构成间距的情况下包围耗能装置7的局部区域、尤其弹簧装置的局部区域，所述间距构成空腔并且在弹簧装置变形的情况下至少被局部地填充。壳体19以其外圆周的在其朝向车厢的端部区域23中的局部区域被具有不可逆的能量消耗的耗能装置10容纳，尤其在具有不可逆的能量消耗的耗能装置10上导引。在所示情况中，不可逆的耗能装置10包括变形管16形式的不可逆的变形元件。在此理解为一种元件，其在施加以大于最大许用的力的情况下至少塑性变形。变形管16优选地特征是筒形的横截面。在此，耗能装置7的壳体在耗能装置10上的导引直接进行，或者优选通过径向地布置在壳体19和变形管16之间的螺纹环24形式的中间元件27进行。

壳体19可以由单独的壳体构成，所述单独的壳体与牵引弓架4组成、尤其连接成结构上的单元。在特别有利的设计方案中，所述壳体19以功能集中的方式由牵引弓架构造。在图3中，牵引弓架4为此至少在容纳耗能装置7的区域中局部地由型材元件构造，所述型材元件沿围绕联接器纵轴线L的周向在安装位置中观察至少部分地、优选完全地包围耗能装置7的耗能元件。

在所示情况中，耗能装置7的导引利用端部区域在变形管16的内圆周上进行。清楚地也可行的是，壳体19的构成内圆周的区域在变形管16的外圆周上的面区域上导引。

对导入牵引和碰撞装置5的耗能设备6中的碰撞力的支撑在压力止挡上进行、即在止挡区域14上进行。在所示设计方案中，所述支撑直接通过变形管16进行。变形管16为此在外圆周区域上具有支撑面26，支撑面26被这样地布置和构造，即与止挡区域14配合作用。在所示情况中，支撑面26由在变形管16上直径变大的区域构成。在所示情况中，该区域由变形管16的在联接杆侧的端部区域25构成。其他设计方案也是可行的。

导入耗能装置7中的碰撞力从可逆的耗能装置7经中间单元17传输到止挡区域14上。为此，中间单元17在朝向联接杆的端侧面33上具有面区域，所述面区域作为用于可逆的耗能装置7的支撑区域。与在联接杆侧的端侧面33对置的端侧面34至少间接地与变形管16作用连接。变形管16、尤其变形管16的内圆周区域优选具有用于与中间单元17配合作用的止挡面，所述止挡面沿耗能元件的纵向观察是倾斜地构造的。优选地，两个相互作用连接的或者说相互贴靠的面区域尤其由中间单元17和变形管16沿纵向倾斜地构造，其中在构造具有圆形或者环形横截面时构造为锥面。这种功能可以由一个构件或者不同的构件实现。优选地选定中间单元17的多体式设计方案。这实现了功能分离和方便地适配于变形管的不同的内部形状。在所示情况中，中间单元17包括垫圈形式的中间元件27和支撑在中间元件上的锥形环18。锥形环18构成锥面，锥面作为用于贴靠在变形管16的面区域、尤其在内圆周区域上的支撑面32上的支撑面31。

以特别有利的方式，在变形管16上的支撑面由构造在变形管上的或者与变形管连接的凸出部构成。这种一体式构造的优点是便于制造。均匀的载荷导入以此保证，即单个的止挡面沿耗能元件的周向闭合地设计。在过载情况中，通过这种构造保证凸出部的剪断和/或变形管16的撑大。

在此，可逆的耗能装置7的、尤其弹簧单元20的布置在两个传输元件11和12之间进行，即沿联接器轴线L的纵向在联接杆侧布置的传输元件11、尤其第一止挡板，和在车厢侧布置的传输元件12、尤其第二止挡板，在所示情况中传输元件11、12通过至少一个、优选多个牵引锚杆15相互地和在可逆的耗能装置7预紧的情况下连接。在此，单个的牵引锚杆15优选延伸通过耗能装置7、尤其弹簧单元20。牵引锚杆15优选同时用作用于弹簧单元20的导引件。牵引锚杆15的横截面形状是可任意选择的。优选选择圆形的或者略微不同于圆形的横截面形状。

传输元件11在远离传输元件12的端侧面上具有支撑区域21、尤其支撑面或者面区域形式的支承区域，所述支撑面或者面区域能与相应的止挡区域、尤其在车厢、尤其底架9上的止挡部19构成作用连接。传输元件12在碰撞力作用下通过壳体19和中间单元17支撑在止挡区域14、尤其压力止挡上。

传输元件11、12优选盘形地或者板形地构造，然而也可以以功能集中的方式构造为壳体组成部件，所述壳体组成部件优选设计为沿周向至少部分地包围耗能装置7或者10之一的至少一个局部区域。

在此，止挡区域13和14直接构造在底架9上或者优选构造在布置在底架上的纵梁8中，其中，纵梁8优选与在车厢上的底架9相连。在此，在纵梁8上的止挡区域13和14对于牵引弓架4起牵拉止挡或者压力止挡的作用。在所示情况中沿纵向L在联接杆侧布置的止挡区域13起牵拉止挡的作用，止挡区域14起压力止挡的作用。止挡区域13和14分别具有与耗能设备6、尤其传输元件11和12至少间接配合作用的支撑区域、尤其支撑面区域。

牵引和碰撞装置5被这样地构造，即从联接杆2传输的压力的力流从联接杆侧的和沿纵向在前部的传输元件11经耗能装置7传输到第二传输元件12的与第一传输元件11对置的端面上传输到壳体19上，并且由壳体经中间单元17传输到变形管16上，变形管16支撑在起压力止挡作用的止挡区域14上。由联接杆2和牵引弓架4传输的拉力的力流从牵引弓架4经车厢侧的后部的传输元件12、耗能装置7、尤其弹簧单元20到在联接杆侧的传输元件11的与车厢侧的传输元件12对置的端面上，并由传输元件11通过第一传输元件11与牵拉止挡13的支撑区域21的配合作用到第一止挡区域13上。

牵引弓架4在此通过垂直于纵轴线L定向的螺栓30与联接杆4的在交通运输工具侧定向的端部区域连接，其中，所述连接可以在联接杆2和牵引弓架4之间具有或者不具有相对运动可能性的情况下进行。

附图标记列表：

1中心缓冲联接器

2联接杆

3联接头

4牵引弓架

5牵引/碰撞装置

6耗能设备

7可逆的耗能装置

8纵梁

9底架

10不可逆的耗能装置

11力传输元件、作为用于拉力和压力的支撑板

12弹簧端板

13止挡、尤其拉力止挡

14止挡、尤其压力止挡

15锚杆

16变形管

17中间单元

18锥形环

19壳体

20弹簧单元

21支撑区域、尤其在列车侧的传输元件上的面区域用于在拉力止挡上贴靠

22用于弹簧单元的支撑区域

23牵引弓架端部区域

24螺纹环

25变形管端部区域

26支撑面、尤其在变形管上的支撑面区域

27中间元件

28车厢

29联接杆的车厢侧的端部区域

30螺栓

31在变形管上的支撑面

32锥形环的支撑面

33端侧

34端侧

101中心缓冲联接器(现有技术)

102联接杆(现有技术)

103联接头(现有技术)

104牵引弓架(现有技术)

105牵引/碰撞装置(现有技术)

106耗能设备(现有技术)

107可逆的耗能装置(现有技术)

108底架纵梁(现有技术)

109底架(现有技术)

130楔块(现有技术)

D压力方向

Z拉力方向

L纵向；联接器纵向