专利名称：能量吸收装置，特别是用于滑轨式车辆的抗冲击载荷的安全装置的形式的制作方法
技术领域：
本发明涉及能量吸收装置，特别是用于滑轨式车辆的抗冲击载荷的安全装置的 形式的能量吸收装置，其中该能量吸收装置包含能量吸收构件以及通过下述方式与能量 吸收构件配合作用的匹配构件，即如果被施加于能量吸收装置的临界冲击力被超出，则 该匹配构件以及该能量吸收装置彼此相对相向运动且同时吸收被施加于本能量吸收装置 的冲击能量中的至少一部分。
背景技术：
众所周知，滑轨式车辆，例如轨道式车辆，装配有含有至少一个能量吸收装置 的抗冲击载荷的安全装置，其目的在于至少部分地耗散掉在车辆撞击障碍物时所产生的 冲击能量。在抗冲击载荷的安全装置中使用的能量吸收装置通常包含一个或更多个能量 吸收构件。通常被设计成被破坏的至少一个能量吸收构件应该保护滑轨式车辆的主架， 特别是当车辆在轨道上的速度很高时。由现有技术可知的被设计成被破坏的能量吸收装置具体是变形管或碰撞吸能 盒，其中通过限定的塑性形变将冲击能量破坏性地转化成形变所作的功和热能。例如DE 297 03 351 Ul号专利公开涉及用于吸收动能的构件，该构件根据塑性 形变原理机械地运作。具体地说，这一现有技术中提出了包含底板和连接板的能量吸 收装置，且能量吸收构件被夹在上述两块板之间。能量吸收构件是塑料材料构成的厚壁 管，该材料一方面具有特定的初始弹性而另一方面具有其应力应变曲线接近矩形塑料的 塑料工作行程。当冲击载荷较小时，能量吸收构件的初始弹性通过形变来提供保护。在 工作行程超出屈服点之后，能量吸收构件会出现塑性形变，由此该能量吸收构件的长度 减小同时其外缘周长扩大形成突起。另一方面，由WO 2009/034123 Al号专利公开中可知的是，抗冲击载荷的安全 装置特别适用于与传输力的构件一起使用，以作为附加的不可逆阶段来提供抗冲击载荷 的安全性。该抗冲击载荷的安全装置包含变形管形式的能量吸收构件以及力传输构件形 式的匹配构件。在这种情况下，该匹配构件(力传输构件)与能量吸收构件按下述方式 配合工作，即当预先设定的特征冲击力被超出后，变形管形式的能量吸收构件发生塑性 形变且在过程中耗散掉随冲击力传输而产生的能量中的至少一部分。在变形管的塑性形 变期间，变形管(能量吸收构件)和力传输构件(匹配构件)相对相向运动。
发明内容
本发明的目的在于优化本文开篇所定义类型以及例如由W02009/034123 Al号 专利公开可知的能量吸收装置，以使其能够以简单易行的方式可靠地耗散即便更高的冲 击能量，同时该能量吸收装置的构造被简化。通过独立权利要求1的主题来实现上述目的。根据本发明的方法的有利优化在从属权利要求中被详细说明。
因此，提出了一种包含能量吸收构件和匹配构件的能量吸收装置，依据根据本 发明的规定，提供一种能量吸收构件，其包含至少一个由纤维合成材料制成的能量吸收 区域，在匹配构件相对于能量吸收构件运动期间，该材料至少部分地非延展地分解成纤 维。
本文中所用专业术语“匹配构件”是指，当能量吸收构件作用时引发能量吸收 构件的能量吸收区域中的纤维合成材料非延展地破坏的构件。可以想到的是例如，将 匹配构件实现为活塞形式，它执行将冲击力传输到能量吸收构件的能量吸收区域中的功 能，而后匹配构件在能量吸收构件作用时相对于受保护的结构(例如轨道式车辆的主架) 运动。另一方面，当然也是可以想到的是，将匹配构件与受保护的结构牢固地连接，在 此情况下，当能量吸收构件作用时，能量吸收构件相对于受保护的结构及匹配构件运动 并且至少部分地运动到匹配构件内。
在根据本发明的方法中，至少部分被施加到能量吸收装置的冲击能量将通过以 下方法被耗散，即能量吸收构件的能量吸收区域至少部分地被分成单个小块，而不是像 在传统的能量吸收装置中那样产生塑性形变。换句话说，当能量吸收装置作用时，施 加于能量吸收装置的冲击能量被用于将能量吸收区域分解成纤维并借此使其至少部分地 被耗散。由于工件分解成纤维以及粉末化与正常的塑性形变过程相比需要更加可观的 能量，所以根据本发明的能量吸收装置尤其适合于需要耗散掉更高比重的冲击能量的应 用。
另一方面，由纤维合成材料构成的能量吸收构件与由金属构成的传统能量吸收 构件(变形管)相比以其轻质结构而著称，从而可以降低能量吸收装置的总重量。
通过在聚合物基体系统中嵌入增强纤维来构成纤维合成材料。当基体将纤维保 持在预设位置，在纤维之间传输压力，并且保护纤维不受外界影响时，增强纤维获得机 械载重特性。特别是芳族聚酸胺纤维、玻璃纤维和碳纤维适合被用作增强纤维。芳族聚 酸胺纤维由于其延展性的缘故只具有相对较低的刚性，并且因此玻璃纤维和碳纤维尤其 更适于被用来生成能量吸收区域。
为了构成能量吸收区域，应该产生特定的纤维体系结构或纤维层状结构，以便 获得符合预期载荷状况的能量吸收构件及能量吸收装置特性。将碳纤维增强塑料材料用 作能量吸收区域的原料是尤为理想的，这是因为这种材料具有很高的强度。当沿冲击力 传输方向放置的纤维的比例份额发生改变时，能量吸收装置的强度和作用行为可以被设定。
本文中所用的表达方式“由纤维合成材料构成的能量吸收区域的分解成纤维” 应被理解为，(故意引发的)纤维合成材料(形成能量吸收区域的材料)的纤维结构的毁 坏。具体地，由纤维合成材料构成的能量吸收区域的分解成纤维并不是简单地等同于能 量吸收区域产生(易碎)分裂，而是，能量吸收区域内的纤维合成材料的分解被分成小块 (碎片)还进一步包含在分解成纤维的过程中的粉末化。
各种不同的设计可以被考虑以用于能量吸收构件和匹配构件。例如可以想到的 是匹配构件是活塞形式并且至少将能量吸收构件与匹配构件相邻的区域是气缸形式，这 样活塞形式的匹配构件便可通过下述方式与能量吸收构件相连接，即当能量吸收装置作用时，活塞(匹配构件)向气缸(能量吸收构件)内运动并在该过程中将由纤维合成材料 构成的能量吸收区域非延展地分解成纤维。特别地，可以想到的是，匹配构件的与能量吸收构件相邻的区域被能量吸收构 件的与匹配构件相邻的区域通过下述方式伸缩地保持，即匹配构件的与能量吸收构件相 邻的区域的端面邻接抵靠于由纤维合成材料构成的能量吸收区域上的挡块。借助这种伸 缩构造可以确保，引导当能量吸收装置作用时在匹配构件与能量吸收构件之间存在的相 对运动。上述实施例中匹配构件是被可伸缩地保持在能量吸收构件中的活塞的形式被构 成，作为其替代，至少匹配构件的与能量吸收构件相邻的区域能够是气缸的形式且能量 吸收构件可以是活塞的形式，能量吸收构件的与匹配构件相邻的区域便可以被匹配构件 的与能量吸收构件相邻的区域伸缩地保持。具体来说，与匹配构件相邻的由纤维合成材 料构成的能量吸收区域的端面优选地在这种情况下应该邻接抵靠于匹配构件的挡块。为了当能量吸收构件作用时能够只通过由纤维合成材料构成的能量吸收区域来 耗散冲击能量，匹配构件与能量吸收构件相邻区域的端面应具有比由纤维合成材料构成 的能量吸收区域更高的强度。之后，这同样可以确保的是，当能量吸收构件作用时产生 的匹配构件相对于能量吸收构件的运动只会导致能量吸收区域的毁坏，而能量吸收构件 的其他部件不会失灵。这样便可以在能量被吸收时实现事先可安排的一系列事件。在根据本发明的能量吸收装置的优选实施例中，匹配构件是空心体形式，这种 空心体在其与能量吸收构件相邻的端面上开口。因此，当匹配构件相对于能量吸收构件 的运动时所产生的由纤维合成材料构成的能量吸收区域的碎片中的至少一些碎片可以被 空心体内部容纳。这样，根据本发明的能量吸收装置的这种实施例提供了表面上被完全 封装的能量吸收装置，由此尤其可以确保当能量吸收装置作用时没有诸如纤维的碎片或 小块的物体从能量吸收区域飞出并且不会伤害到人员或损坏或甚至完全毁坏其他构件。如上文所述，借助根据本发明的方法通过下述方式实现能量吸收，即当能量吸 收装置作用时，按照事先的一系列事件，由纤维合成材料构成的能量吸收区域的至少部 分被非延展地分解成纤维。此时，当匹配构件相对于能量吸收构件运动时，被非延展地 分解成纤维的能量吸收区域的长度，主要取决于匹配构件与能量吸收构件之间相对运动 经过的距离。进一步来说，本发明不仅限于在滑轨式车辆尤其是轨道式车辆上装配根据本发 明的能量吸收装置。此外同样可以想到，在用于滑轨式车辆运行的固定设施上，如轨道 终端或缓冲器，装配根据本发明的能量吸收装置，从而能够至少部分地耗散当车辆碰撞 固定设施相应部位时所产生的冲击能量。
下面，将参照附图对根据本发明中能量吸收装置的各示例实施例进行说明；图1为根据本发明中能量吸收装置的示例实施例的三维视图；图2为图1中所示能量吸收装置的纵剖面图；图3为图1中示例所示能量吸收装置中匹配构件与能量吸收区域之间过渡区域的 截自图2的局部图4为根据本发明的能量吸收装置的另一个实施例的纵剖面图；以及
图5为根据本发明的能量吸收装置的另一个实施例中匹配构件与能量吸收区域 之间过渡区域的截自图4的局部图。
具体实施方式
接下来，将参照附图1-3中的图示，对根据本发明中能量吸收装置100的第一个 示例实施例进行说明。
具体由如图1中所示可知，能量吸收装置100本质上由能量吸收构件10和匹配 构件20构成。
图1中所示能量吸收构件的纵剖面图如图2中所绘。由此图可知，匹配构件20 是活塞形式且能量吸收构件10的与匹配构件20相邻的区域12是气缸形式。活塞形式构 成的匹配构件20与能量吸收构件10相邻的区域22被能量吸收构件10的气缸形式的区域 12可伸缩地保持。
接下来，将参照图2及图3对图1中所示的根据本发明中能量吸收装置100的示 例实施例的结构和功用做进一步详细说明。
在图2所示能量吸收装置100的实施例中，能量吸收构件10被形成为由纤维合 成材料构成的单件。具体来说，能量吸收构件10包含能量吸收区域11以及引导区域15。 在能量吸收区域11与引导区域15间的过渡处设有构成挡块13的边缘，该挡块13抵靠活 塞形式的匹配构件20。
这里可以想到的是，活塞形式的匹配构件20的与能量吸收构件10相邻的区域22 的端面21直接邻接抵靠于能量吸收区域11的挡块13。然而，在图2所示的能量吸收装 置100的实施例中，活塞形式的匹配构件20的端面处设有锥形圈23，在此情况下该锥形 圈23邻接抵靠于能量吸收区域11的挡块13。该锥形圈23被牢固地固定在匹配构件20 的端面21。
在所示的能量吸收装置100的实施例中，能量吸收构件10的引导区域15是引导 管的形式，该引导管的内直径大于活塞形式的匹配构件20的外直径。这样，匹配构件20 的与能量吸收构件10相邻的区域22可以被能量吸收构件可伸缩地保持/容纳。
具体由如图3中所示可知，整体为管形的能量吸收构件10的内直径在能量吸收 区域11上小于匹配构件20外直径。在能量吸收区域11与引导区域15之间的过渡处所 设的边缘13因而构成了挡块，活塞形式的匹配构件20邻接抵靠该挡块。
图2中所示的能量吸收装置100被设计如下，即被施加于能量吸收装置100且具 体地被施加于活塞形式的匹配构件20的冲击能量被施加到远离匹配构件20的能量吸收构 件10的端面25。为此，可以想到，在匹配构件20的端面上安装防上滑装置沈。当能 量吸收装置100作为抗冲击载荷的安全装置被应用于滑轨式车辆上时，特别是应用于轨 道式车辆上时，这将是尤其具有优势的。在发生碰撞事件时，防上滑装置沈阻止活塞形 式的匹配构件20的端面25可能发生的水平脱落。
在正常运转中，即当经由端面沈被施加到匹配构件20的冲击力不超过用于能量 吸收装置100作用的临界冲击力时，被施加到匹配构件20的冲击力经由匹配构件20的端 面21 (且如果存在的话还经由锥形圈23)被施加到能量吸收构件10的能量吸收区域11的挡块13。从那里，冲击力将被传输到能量吸收装置100所连接的货车或客车的主体结构上。依据本发明所述的方法，将根据能量吸收区域11的材料特性，尤其是根据其强 度，来确定用于能量吸收装置100作用的临界冲击力。在本示例实施例中，能量吸收区 域11由纤维合成材料构成。另一方面，通过能量吸收区域11的触发以及通过锥形圈23 的几何结构来确定用于能量吸收装置100作用的临界冲击力。当能量吸收装置100作用 时，能量吸收区域11的内壁的纤维合成材料被沿能量吸收区域11方向相对于能量吸收构 件10运动的匹配构件20非延展地分解成纤维。这里的关键问题是，沿能量吸收区域11方向运动的匹配构件20非延展地分解成 纤维的只有能量吸收区域11的构成了能量吸收区域11内壁的材料。因此在能量吸收过 程中，匹配构件20继续向能量吸收构件10内滑动并由此刮净能量吸收区域11的内部区 域。在刮净的同时，能量吸收区域11的材料被分解成纤维，然而不影响能量吸收区域11 的外壁。遗留下来的能量吸收区域11的外壁将作为引导表面以便引导匹配构件20相对 于能量吸收构件10的运动。这样，当能量吸收装置100作用时，只有能量吸收区域11的纤维合成材料，而 不是例如匹配构件20的材料，被分解成纤维，匹配构件20的端面21或锥形圈23 (如果 存在)应具有比能量吸收区域11更大的强度。如具体由图2及图3中所示可见，活塞形式的匹配构件20采用在与其能量吸收 构件10相邻的端面21上开口的空心体的形式。由此，由纤维合成材料构成的能量吸收 区域11的、当匹配构件20相对于能量吸收构件10的运动而产生的碎片(或其至少部分) 将被容纳在空心体的内部。在能量吸收区域11分解成纤维时纤维合成材料的碎片不会飞 散到装置外部，是这种方法的一大优点。另一个根据本发明的能量吸收装置100的实施例如图4中所示。图5显示了匹 配构件20与能量吸收区域11之间的过渡区域的截自图4的局部图。图4中所示根据本发明的能量吸收装置100的实施例基本对应上文参照图2和图 3所描述的实施例。然而，在图4所示根据本发明的能量吸收装置100的实施例中，能量 吸收构件的引导区域并非与能量吸收区域11 一体成形。确切地说——如具体由图5中所示一一在图4中所示根据本发明的能量吸收装置 100的实施例中，能量吸收构件10例如由纤维合成材料或其他材质的引导管16构成，且 由纤维合成材料构成的能量吸收区域11被保持在该引导管15内。对于活塞形式的匹配 构件20相对于能量吸收构件10的运动的引导在图4所示实施例中由引导管15的内表面 承担。在能量吸收过程中，不同于图2中所示的实施例，不仅是能量吸收区域11的内 部区域，而且能量吸收区域11的整个材料也同时被分解成纤维。本发明不限于参照上述各附图所说明的能量吸收装置100的各实施例。而是， 其他的实施例或修正也是可能的。本发明尤其不受限于，匹配构件20采用活塞形式以及至少能量吸收构件10的与 匹配构件20相邻的区域12采用气缸形式，且匹配构件20的与能量吸收构件10相邻的区 域22被能量吸收构件10可伸缩地保持。而是，例如也可以想到，能量吸收构件10采用活塞形式以及至少匹配构件20的与能量吸收构件10相邻的区域22采用气缸形式，且能 量吸收构件10的与匹配构件20相邻的区域12被匹配构件20可伸缩地保持。
此外还能想到的是，在图2所示的实施例中，一方面是能量吸收构件10的外部 区域，即能量吸收区域11的外壁，另一方面是引导区域15，通过使得纤维复合材料中的 纤维具有适当排列，从而使它们在整体构成上比当能量吸收装置100作用时被分解成纤 维的能量吸收区域11的区域更为坚固。
权利要求
1.能量吸收装置(100)，具体是用于滑轨式车辆的抗冲击载荷的安全装置的形式的能 量吸收装置，该能量吸收装置包含能量吸收构件(10)以及与该能量吸收构件(10)以如下 方式协同作用的匹配构件(20)，即如果被施加于所述能量吸收装置(100)的临界冲击力 被超出，则该匹配构件(20)以及该吸收构件(10)彼此相对相向运动，且同时吸收被施加 于所述能量吸收装置(100)的冲击能量中的至少一部分，所述能量吸收构件(10)具有由 纤维合成材料构成的至少一个能量吸收区域(11)，在所述匹配构件(20)相对于所述能量 吸收构件(10)运动期间，所述能量吸收区域(11)至少部分非延展地分解为纤维，其特征在于，所述匹配构件(20)采用空心体形式，且该空心体在其与所述能量吸收构件(10)相邻 的端面(21)处开口，以便当所述匹配构件(20)相对于所述能量吸收构件(10)运动时所 产生的由纤维合成材料构成的所述能量吸收区域的碎片的至少一部分能够被容纳到所述 空心体的内部。
2.根据权利要求1所述的能量吸收装置(100)，其特征在于当所述匹配构件(20)相 对于所述能量吸收构件(10)运动时被非延展地分解成纤维的所述能量吸收区域(11)的长 度，取决于所述匹配构件(20)与所述能量吸收构件(10)之间的相对运动所经过的距离。
3.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置(100)，其特征在于所述匹配构件(20)采 用活塞形式，并且至少所述能量吸收构件(10)与所述匹配构件(20)相邻的区域(12)采 用气缸形式，其中所述匹配构件(20)的与所述能量吸收构件(10)相邻的区域(22)被所 述能量吸收构件(10)通过下述方式可伸缩地保持，即所述匹配构件(20)的与所述能量吸 收构件(10)相邻区域(22)的端面(21)邻接抵靠于属于所述能量吸收区域(11)的挡块(13)。
4.根据权利要求3所述的能量吸收装置(100)，其特征在于所述匹配构件(20)的至少 所述端面(21)比所述能量吸收区域(11)具有更大的强度。
5.根据权利要求3或4所述的能量吸收装置(100)，其特征在于在所述匹配构件(20) 的所述端面(21)处设有邻接抵靠于所述能量吸收区域(11)的所述挡块(13)的锥形圈 (23)。
6.根据权利要求3至5中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)，其特征在于所述 能量吸收构件(10)具有引导管(15)，该引导管(15)的内直径大于所述匹配构件(20)的 外直径，从而所述匹配构件(20)的与所述能量吸收构件(10)相邻的区域(22)能够可伸 缩地被所述能量吸收构件(10)所保持。
7.根据权利要求6所述的能量吸收装置(100)，其特征在于所述引导管(15)和所述能 量吸收区域(11)被形成为由纤维合成材料构成的单件。
8.根据权利要求6所述的能量吸收装置(100)，其特征在于由纤维合成材料构成的所 述能量吸收区域(11)通过下述方式被安置在所述引导管(15)的内部，即所述匹配构件 (20)的端面(21)邻接抵靠于所述能量吸收区域(11)的与所述匹配构件(20)相邻的端面(14)。
9.根据权利要求1或2中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)，其特征在于至少 所述匹配构件(20)的与所述能量吸收构件(10)相邻的区域(22)采用气缸形式，且所述 能量吸收构件(10)采用活塞形式，并且其中所述能量吸收构件(10)的与所述匹配构件(20)相邻的区域(12)以下述方式被所述匹配构件(20)可伸缩地保持，即所述能量吸收区 域(11)的与所述匹配构件(20)相邻的端面(14)邻接抵靠于属于所述匹配构件(20)的挡 块(24)。
10.根据上述权利要求中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)，其特征在于设有 至少一个引导表面(15a)，以便引导所述匹配构件(20)相对于所述能量吸收构件(10)的运动。
11.根据上述权利要求中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)，其特征在于所述 能量吸收构件(10)完全由纤维合成材料构成。
12.根据上述权利要求中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)，其特征在于所述 匹配构件(20)由纤维合成材料构成。
13.根据上述权利要求中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)，其特征在于，可 以通过对所述能量吸收区域(21)的壁厚和/或强度的适当选择来事先设定所述能量吸收 装置(100)的作用行为和/或由所述能量吸收装置(100)所吸收的总的冲击能量的量。
14.根据上述权利要求中一项权利要求所述的能量吸收装置(100)的用法，其被应用 于滑轨式车辆特别是轨道式车辆的主架中或主体结构中用作抗冲击载荷的安全装置，或 者被用于固定设施特别是缓冲器的抗冲击载荷的安全装置。
全文摘要
本发明涉及能量吸收装置(100)，特别是用于滑轨式车辆的、抗冲击载荷的安全装置的形式的能量吸收装置，其中该能量吸收装置包含能量吸收构件(10)以及匹配构件(20)。该匹配构件(20)通过下述方式与能量吸收构件(10)协同作用，即如果被施加于本能量吸收装置(100)的临界冲击力被超出，则该匹配构件以及吸收装置在被施加于本能量吸收装置的冲击能量中的至少一部分被吸收的同时彼此相对相向运动。为了实现，通过简单易行的方法整体提高可被能量吸收装置(100)耗散的能量，根据本发明应设有，含有至少一个由纤维合成材料构成的能量吸收区域(11)，该区域随匹配构件(20)相对于能量吸收构件(10)的运动至少部分地被非延展地分解成纤维。
文档编号B61F19/04GK102019939SQ20101027780
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月8日 优先权日2009年9月15日
发明者S·英德, U·贝卡 申请人:福伊特专利公司