具有至少一个能量吸收装置的用于轨道车辆的前部或后部的减震器的制作方法

专利名称：具有至少一个能量吸收装置的用于轨道车辆的前部或后部的减震器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于轨道车辆(尤其是有轨电车)的能量吸收装置，其中，该能量
吸收装置设计用于吸收或耗散当车辆与物体碰撞时所产生的冲击能量的至少一部分。本发 明还涉及一种用于轨道车辆(尤其是有轨电车)的前部或后部的减震器，其中，该减震器包 括至少一个上述能量吸收装置，该能量吸收装置能够在所述车辆的前部或后部连接于车辆 底架。
背景技术：
众所周知，轨道车辆(如有轨车辆)例如装备有包括至少一个能量吸收装置的减 震器，所述能量吸收装置用于耗散当车辆与物体碰撞时所产生的冲击力的至少一部分。用 于减震器的能量吸收装置通常包括一个或多个能量吸收机构。破坏性设计的能量吸收机构 的功能为保护轨道车辆的底架，特别是在高速碰撞时。 除了至少一个破坏性设计的能量吸收机构之外，还可以设置再生性设计的能量吸 收机构，该再生性设计的能量吸收机构通常用于缓冲车辆在正常运行过程中所产生的冲击 力。 在传统的减震器中，再生性设计的能量吸收机构设计用于缓冲车辆在正常运行过 程中所产生的牵引力和冲击力，其中，所述再生性设计的能量吸收机构的缓冲能力通常设 计为仅达到固定的最大的力。换句话说，当超过再生性设计的能量吸收机构的运行载荷时， 例如当车辆与物体碰撞(即撞车)时，所述再生性设计的能量吸收机构通常非常有限而不 能完全吸收产生的冲击能量。 因而，除了再生性设计的能量吸收机构之外，例如在该再生性设计的能量吸收机 构的下游设置有破坏性设计的能量吸收机构，该破坏性设计的能量吸收机构设计用于在再 生性设计的能量吸收机构的工作吸收已经用尽之后来作出响应，并吸收和耗散由通过所述 能量吸收装置的力流所传递的能量的至少一部分，因而在该情况下，产生的冲击能量优选 地不会导致非常高的载荷。 破坏性设计的能量吸收机构可以为例如变形管或碰撞箱，利用该变形管或碰撞 箱，冲击能量能够通过限定的破坏性变形而转换为形变功和热能。在减震器中用作破坏性 设计的能量吸收机构的变形管的特征为例如具有限定的启动力，而该力没有峰值(spike)。
众所周知，具有再生性或自我恢复性运行模式的缓冲器(如气液缓冲器)用作再 生性设计的能量吸收机构。与变形管相比，基于气液运行的能量吸收机构具有相对较低的 启动力，并且与变形管不同，具有与速度相关的响应。另一方面，基于静力液压运行的能量 吸收机构(如气液缓冲器)也已知为用作再生性设计的能量吸收机构，该机构同样具有再 生性功能(即自我恢复)。与气液能量吸收机构相比，静力液压能量吸收机构具有更高的启 动力和初始载荷。 长期以来，轨道车辆领域中一直努力开发一种减震器，以能够保护轨道车辆的底架免受特别是碰撞时所产生的极大载荷，利用该减震器，例如当碰撞时在冲击力传递过程 中所产生的冲击能量的至少一部分能够以限定的方式并按照可预测的事件顺序而有效地 得以耗散。当吸收能量时，为了限定的响应以及为了可预测的事件顺序，对于待缓冲的冲击 力(以及因而传递冲击力而产生的能量)来说，需要以尽可能轴向的方式引导在设置在减 震器中的能量吸收装置的能量吸收机构中。这能够归因于如下事实通常用于减震器的能 量吸收装置包括能量吸收机构，如变形管或碰撞箱，因而当力被轴向引导到所述能量吸收 机构中时，所述能量吸收机构一般仅能够以可预测的方式吸收所述力。 例如，如果变形管或碰撞箱用作能量吸收机构，则当非轴向力被引导到变形管中 时，具有"卡住(seizing)"或挤住(wedging)和倾斜(canting)的危险。这样的结果是，一 方面，能量吸收机构的响应不再是可预测的，另一方面，在能量吸收过程中的事件顺序也不 再是可预测的。 由于沿轨道线移动的轨道车辆(如区域中转列车(regional transit train) 或高速列车)通常会从前方与位于轨道线上的物体相碰，因而当与该物体碰撞时，产生的 冲击能量沿轴向方向引导到设置在减震器中的能量吸收装置的能量吸收机构中(即自动 地)，而且由于在吸收能量过程中能量吸收机构的优选方向一般与轨道车辆的纵向方向相 一致，因此，能量吸收机构有效发挥作用的基本条件在轨道车辆(如有轨电车)的情况中通 常是固有的。 然而，例如有轨电车代表一种特殊的情形，即至少部分地融入普通道路交通的轨 道车辆以及尤其是有轨车辆。对于这些类型的车辆，通常在前面与物体碰撞所依据的基本 条件不再自动地满足。例如，如果在交通中试图拐弯的汽车与正在行驶来的有轨电车相撞， 通常不是从前面相撞，而是在与前方呈角度的倾斜侧部相撞。在该情形中，这无论如何不能 视为前面或基本前面的碰撞。

发明内容
因此，本发明所基于的问题在于，在吸收当碰撞时所产生的冲击能量方面，例如轨 道车辆技术中已知和已经有效应用于区域中转列车或高速列车的传统方案，不适用于或至 少不足以适用于吸收或耗散当车辆与物体发生非轴向碰撞尤其是侧部碰撞时所产生的冲 击能量(即按照可预测的事件顺序)。 针对该给定的问题，因而本发明基于再开发一种开始所述类型的能量吸收装置的 任务，从而，所述能量吸收装置也能够根据可预测的事件顺序吸收或耗散车辆与物体发生 侧部碰撞时所产生的冲击能量。 该任务通过权利要求1的主题而得以解决。本发明技术方案的优选实施方式表示 在从属权利要求中。 因而，根据本发明提出了一种能量吸收装置，该能量吸收装置包括缓冲杆，该缓冲 杆通过第一轴承可枢转地能够连接于或者连接于轨道车辆的车辆底架，所述能量吸收装置 还包括摆支撑件(pendulum support)，该摆支撑件具有第一端部和第二端部，所述摆支撑 件的所述第一端部通过第二轴承能够连接于或连接于所述缓冲杆，而且所述摆支撑件的所 述第二端部通过第三轴承能够连接于或连接于所述车辆底架，因而所述缓冲杆和所述摆支 撑件形成三脚架。还设置有能量吸收机构，该能量吸收机构设计并设置在所述能量吸收装置中或与所述能量吸收装置相互作用，因而当所述缓冲杆围绕由所述第一轴承所限定的枢 转轴线枢转时，产生的力矩作为线性力而引导到所述能量吸收机构中，并在此至少部分地 得以吸收或耗散。 当考虑到所提出的能量吸收装置的功能时，通过本发明技术方案所能够获得的优 势才尤其得以展现出来。通过利用形成三脚架的缓冲杆和摆支撑件，作用在缓冲杆上的力 首先开始偏斜，从而使力流轴向通过摆支撑件。因此，可以将能量吸收机构结合在摆支撑件 中，或者设置在摆支撑件的下游。这样做能够确保轴向通过摆支撑件的力流基本上沿所述 能量吸收机构的优选方向，即线性地引导到能量吸收机构中。作为纵向力而引导到能量吸 收机构中的力流能量随后至少部分地转换并因而"消失"。 因而，根据本发明的方案还能够使侧部碰撞时产生的横向力偏斜。根据本发明，这 在静力限定的三脚架(statically defined tripod)的帮助下而实现，该三脚架主要包括 作为该三脚架第一腿的缓冲杆和作为该三脚架第二腿的摆支撑件，其中，缓冲杆和摆支撑 件通过轴承(第二轴承)而连接在一起。 具体来说，缓冲杆的第一端通过第一轴承可枢转地连接于车辆底架，所述摆支撑 件的头部(第一端部)通过第二轴承铰接于缓冲杆的第二端。摆支撑件的底部(第二端部) 通过第三轴承连接于车辆底架，其中，第一轴承和第三轴承彼此间隔开，从而形成静力限定 的三脚架。所述摆支撑件从而设置为在沿所述摆支撑件的纵向方向传递的力达到临界值 之前，所述摆支撑件基本保持为刚性的，并且当超过力的临界值时，所述摆支撑件收縮，从 而能够使摆支撑件的端部朝向彼此做相对运动。 这里，摆支撑件例如可以为伸縮结构，该摆支撑件包括支撑壳，容纳在该支撑壳中 的力传递件，以及必要时同样容纳在所述支撑壳中的缓冲元件，该缓冲元件例如为弹簧或 所谓的弹性体的形式。利用该种结构，缓冲壳具有纵向引导的作用，而容纳在缓冲壳内的缓 冲原件用于沿纵向方向传递力。 摆支撑件还可以例如为采用静力液压或气液功能能量吸收机构，或破坏性设计的 能量吸收机构的结构。因而，破坏性或再生性能量吸收机构，或者破坏性能量吸收机构和再 生性能量吸收机构的组合，能够例如结合在摆支撑件中。但是，能量吸收机构也可以设计为 摆支撑件的一个部件。 当再生性作用的能量吸收机构用作摆支撑件或结合在摆支撑件中时，摆支撑件的 返回行程(即当超过临界力而使所述摆支撑件的端部相对运动时，所述摆支撑件的收縮) 等于缓冲行程(即能量吸收机构(缓冲元件)的弹性范围)。当破坏性作用的能量吸收机 构(如变形管)用作摆支撑件或结合在摆支撑件中时，摆支撑件的返回行程等于由于塑性 变形产生的能量吸收机构的收縮。在达到最大返回行程之后，摆支撑件的缓冲性能(摆支 撑件所分别能够实现的最大能量吸收)用尽，因而超过摆支撑件特征工作载荷的冲击力通 过第三轴承而传递到车辆底架。 然而，本发明不限于当超过力的临界值时收縮的摆支撑件。原则上，也可以采用单 件摆支撑件，该摆支撑件中没有结合能量吸收机构，当超过力的临界值时，所述摆支撑件不 会收縮。在该情况下，通过利用第三轴承将能量吸收机构例如连接于摆支撑件，可以在摆支 撑件的下游设置能量吸收机构。在该情形中，从缓冲杆传递到摆支撑件的力作为线性力通 过第三轴承而传递到能量吸收机构中。
根据本发明，由于缓冲杆的第一端利用第一轴承可枢转地连接于车辆底架，并且
缓冲杆的第二端利用第二轴承可枢转地连接于摆支撑件，因而作用在缓冲杆上的冲击力首
先引导到摆支撑件中。如果引导到摆支撑件中的冲击力超过使摆支撑件收縮的力的特征
值，则在摆支撑件收縮的同时，缓冲杆围绕由第一轴承所限定的枢转轴线枢转。 如上所述，能量吸收机构可以结合到摆支撑件中。由于引导到摆支撑件中的冲击
力总是会沿所述摆支撑件的纵向方向行进，因而这能够确保能量吸收机构中待要缓冲的冲
击力会轴向地引导到结合在摆支撑件中的能量吸收机构中。 作为选择地或者除了结合在摆支撑件中的能量缓冲机构之外，如果需要，在摆支 撑件的下游设置额外的能量吸收机构也是当然可以的。该能量耗散机构可以例如通过第三 轴承连接于摆支撑件。在该情况下，从缓冲杆传递到摆支撑件的力将会是通过第三轴承引 导到能量吸收机构中的线性力。 用于形成包括缓冲杆和摆支撑件的三脚架的轴承均为将相关部件(缓冲杆或摆 支撑件)保持于三个平移自由度(degrees of translational freedom)的轴承。在轴向 力、切向力和垂直力的作用下，用于本发明技术方案的第一、第二和第三轴承启动，因而这 些轴承均允许围绕至少一个枢转轴线的旋转。该至少一个枢转轴线可以垂直延伸(但这不 是必须的)。 为了确保缓冲杆不会在达到(临界)冲击力之前枢转到车辆轮廓中，本发明技术 方案的优选实现方式提供包括能量吸收元件的摆支撑件，直到可预定值的力作为线性力引 导到所述能量吸收元件，所述能量吸收元件基本保持刚性，从而防止所述缓冲杆围绕由所 述第一轴承所限定的枢转轴线的枢转。只有当超过用于启动能量吸收元件的力的特征值 时，所述摆支撑件才产生收縮，然后缓冲杆才可能围绕由所述第一轴承所限定的枢转轴线 枢转，从而由于缓冲杆的枢转所产生的力矩作为线性力而引导到能量吸收元件中，而且相 应的冲击能量至少部分地得以吸收或耗散。 各种不同的方案都可以用来实现用于本发明的技术方案中的能量吸收元件。例 如，由于变形管具有可预定的响应特性，该响应特性具有最大可能的能量吸收，因而可以使 用变形管作为能量吸收元件。然而，再生性设计的元件当然也可以用作能量吸收元件，例如 基于气液或静力液压运行模式的能量吸收元件。再生性设计元件和破坏性设计元件的结合 也是可能的。 因而，即便是在侧部碰撞的情形中，也能够尽可能完全地保护轨道车辆的前部或 后部免受严重损坏。本发明的能量吸收装置自身适用于车辆的前部或后部，其中，缓冲杆优 选地具有适应于车辆头锥区外轮廓的形状。这能够实现的是在碰撞时，所产生的待要能量 吸收装置所吸收的冲击能量尽可能直接地引导到缓冲杆，并作为线性力而传递到能量吸收 元件中。 尤其优选的是，在轨道车辆的前部或后部中设置两个能量吸收装置，该两个能量
吸收装置优选在车辆前端两侧对称设置，并分别与垂直中心纵向平面横向间隔开。因而，这
是当发生侧部碰撞时彻底保护车辆的前部或后部免受严重损坏的技术方案。因而，所述两
个能量吸收装置的缓冲杆应该覆盖前部或后部的横向侧部，以确保有效的保护。 在根据本发明的技术方案的一个优选方式中，设置有防止损坏的附加保护装置，
即，能量吸收装置包括结合在摆支撑件中的第一能量吸收元件和位于摆支撑件下游的第二能量吸收元件，该第二能量吸收元件优选地固定在车辆中部并设计为当达到摆支撑件的
限定的返回行程时，所述第二能量吸收元件做出响应；而且吸收或耗散冲击所产生的通过
第一能量吸收元件传递并引导到第二能量吸收元件中的能量的至少一部分。 变形管或碰撞箱恰好尤其适用于作为第二能量吸收元件，该变形管或碰撞箱设计
为当达到摆支撑件的限定的返回行程时以及在超过用于启动第二能量吸收元件的力的特
征值之后，所述变形管或碰撞箱做出响应，而且因而通过限定的塑性变形将冲击所传递的
能量的至少一部分转换和耗散为形变功和热能。然而，原则上，再生性设计的能量吸收元件
或破坏性设计的能量吸收元件和再生性设计的能量吸收元件的结合也可作为第二能量吸
收元件。 在本发明技术方案的优选方式中，上述第二能量吸收元件的下游设置可以通过利 用第三轴承连接摆支撑件的第二端部来实现，因而当所述缓冲杆围绕由所述第一轴承所限 定的枢转轴线而枢转时，产生的力矩作为线性力通过摆支撑件而至少部分地引导到所述至 少一个第二能量吸收元件中。因而，第二能量吸收元件能够通过力传递元件而直接或间接 地连接于第三轴承。 为了将限定的冲击力引导到所述缓冲杆，优选地设置有连接于所述缓冲杆的接触 表面，其中，所述接触表面具有至少一个凸起的外轮廓区域。具体来说，优选地，所述接触表 面的所述至少一个区域设置为弧形，所述弧形的中心位于由所述第二轴承所限定的枢转轴 线上。进一步优选地，所述接触表面包括具有用于提供过载保护装置的廓形的至少一个区 域。 本发明的技术方案的一个优选方式使用总共两个上述类型的能量吸收装置，因而 这些能量吸收装置优选地在所述车辆的前部或后部连接于车辆底架，并相对于车辆的纵向 轴线对称，因而所述缓冲杆与所述前部或后部的外轮廓的至少一部分对应。因而，这样做提 供了用于轨道车辆尤其是有轨电车的前部或后部的减震器。由于侧部设置有能量吸收装 置，所以各个能量吸收装置能够有助于至少部分地吸收或耗散当车辆与物体侧部碰撞时所 产生的冲击能量。 因而，在侧部碰撞中，利用上述减震器，缓冲杆能够实现围绕由其相关的第一轴承 所限定的枢转轴线的上述枢转运动。需要注意的是，两个能量吸收装置的缓冲杆不会妨碍 彼此的枢转，而且两个缓冲杆总是有自由枢转空间，当能量吸收装置响应时，所述自由枢转 空间分别被相关的缓冲杆覆盖。这尤其可以通过如下方式来容易地实现例如，在缓冲杆没 有利用第一轴承连接于车体的端部之间保留间隙。 但当与物体发生前部碰撞时，上述减震器的危险在于，物体会进入缓冲杆的非铰 接端部之间的间隙中。由于两个能量吸收装置的缓冲杆对这些物体没有任何办法，这些物 体会不受限制地撞到车辆车体上，并在这里造成严重的损坏。因而，上述减震器的另一优选 方式在缓冲杆的非铰接端部之间提供有合适桥接的间隙，例如通过安装在缓冲杆非铰接端 部之间的缓冲板或柔韧元件，如线缆、带或链。 如果优选垂直于车辆纵向轴线的水平延伸的缓冲板用于桥接缓冲杆非铰接端之 间的间隙，优选地，缓冲板的第一端部通过第四轴承连接于第一能量吸收装置的缓冲杆，相 对地，缓冲板的第二端部通过第五轴承连接于第二能量吸收装置的缓冲杆，因而例如当物 体从前方与缓冲板(尤其是与缓冲板的中心区域)碰撞时产生的冲击力通过连接于能量吸
8收装置各个缓冲杆的端部而从缓冲板传递到两个缓冲杆，并因而引导到减震器的两个能量 吸收装置中。由于缓冲板的端部分别通过轴承(第四轴承或第五轴承)连接于相关的缓冲 杆，因而当减震器启动时，缓冲板不会妨碍缓冲杆的枢转运动。 设置用于桥接缓冲杆的非铰接端之间的间隙的缓冲板，也能够在与物体发生侧部 碰撞的情形中提供另外的优势减震器的两个能量吸收装置都会响应，因而减震器也适用 于吸收更大的冲击力。因而，当两个缓冲杆中的一个围绕由与其相关的第一轴承所限定的 枢转轴线枢转时，所述缓冲板使另一缓冲杆也同时围绕由与其自己相关的第一轴承所限定 的枢转轴线枢转。 然而，如已经描述的，代替使用通过轴承连接于能量吸收装置的缓冲杆的缓冲板， 例如使用安装在缓冲杆非铰接端之间的柔韧元件，如线缆、带或链，也是可以的。与相对刚 性的缓冲板不同，当使用柔韧元件时，不需要利用轴承将所述柔韧元件连接于能量吸收装 置的缓冲杆。代替地，由于用于桥接缓冲杆非铰接端之间间隙的元件为柔韧的，因而该柔韧 元件的各个端部能够牢固连接于缓冲杆，而且当发生前部碰撞时，不会影响由缓冲杆所实 现的同时枢转运动。 当与物体发生侧部碰撞，需要防止减震器的两个能量吸收装置启动时，设置柔韧 元件来桥接缓冲杆非铰接端之间的间隙，这是尤其具有优势的。


下面参考附图描述根据本发明的技术方案的优选实施方式，其中 图1 :用于轨道车辆特别是有轨电车的前部或后部的减震器的俯视图，所述减震
器包括均根据本发明第一实施方式的第一能量吸收装置和第二能量吸收装置； 图2 :在两个能量吸收装置中的一个启动后，图1中所示的减震器； 图3 :在总的可实现的能量吸收完全用尽后，图1中所示的减震器； 图4 :设置有根据图1的减震器的车辆的头锥区(nose cone region)的透视图； 图5 :图4中所示的头锥区的下侧的俯视图； 图6 :图4中所示的头锥区的正视图； 图7 :图4中所示的头锥区的侧视图； 图8 :图4中所示的头锥区的上侧的俯视图； 图9 :图4中所示的头锥区的部分截面侧视图； 图10 :容纳在图4中所示的头锥区内的各个部件的正视图； 图11 :容纳在根据图4的头锥区内的各个部件的透视图； 图12 :容纳在图4中所示的头锥区内的各个部件的侧视图； 图13 :举例说明能够通过根据本发明一个实施方式的能量吸收装置获得的力路 径(force path)特征的图表； 图14 :在车辆正常行驶过程中设置在轨道车辆的前部或后部的减震器的俯视图，
其中，该减震器中采用两个根据本发明第二实施方式的能量吸收装置； 图15 :引导较小碰撞中所产生的冲击能量时，图14中所示的减震器；禾口 图16 :分别在总的可实现的能量吸收已经完全用尽后，当引导严重碰撞中所产生
的冲击能量时，图14中所示的减震器。
具体实施例方式
在下文中，将首先参考图1至图3的图示来描述减震器100的结构和功能，该减震 器100设置在轨道车辆的前部或后部，包括均根据本发明第一实施方式的第一能量吸收装 置10和第二能量吸收装置20。如图所示，减震器100设置在轨道车辆(没有详细图示)尤 其是有轨电车的前部或后部，用于至少部分地吸收或耗散当车辆与物体发生前部和/或侧 部碰撞时所产生的冲击能量。 用于根据图1至图3图示的减震器100的能量吸收装置10、20设置在轨道车辆的 前端，与垂直中心纵向轴线M横向间隔开。具体来说，在图示的实施方式中，两个能量吸收 装置10、20相对于垂直中心纵向轴线M对称设置。 每个能量吸收装置10、 20包括缓冲杆11 、 21 ，该缓冲杆11 、 21在水平面内通过第一 轴承12、22而连接于轨道车辆的车辆底架102，并能够围绕由第一轴承12、22所限定的第一 枢转轴线枢转。除了该缓冲杆11、21之外，每个能量吸收装置10、20包括摆支撑件13、23， 该摆支撑件13、23的底部通过第三轴承15、25而连接于车辆底架102。摆支撑件13、23的 头部通过第二轴承14、24而连接于缓冲杆11、21，因而每个能量吸收装置10、20形成静力限 定的三脚架。 在下文中，我们将参考图1至图3来描述能量吸收装置10、20的运行模式。因而， 假定所述能量吸收装置10、20的第一实施方式为破坏性设计或再生性设计的能量吸收元 件16、26集成到每个各自的摆支撑件13、23中。具体来说，并具体如图13的图示所示，能 量吸收装置10、20的第一实施方式能够利用结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、 26，在达到作为线性力引导到所述能量吸收元件16、26中的力的预定特征值(如300kN)之 前，所述能量吸收元件16、26基本为刚性的，并因而防止各个缓冲杆11、21围绕由第一轴承 12、22所限定的垂直枢转轴线的枢转。用于根据第一实施方式的能量吸收装置10、20中的 能量吸收元件16、26还设计为在超过作为线性力引导到能量吸收元件16、26中的力的特 征值(如300kN)之后，所述能量吸收元件16、26丧失其力传递功能，并在吸收能量的同时， 允许缓冲杆11、21围绕由第一轴承12、22所限定的垂直枢转轴线枢转。
当超过结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26的特征启动力时，通过缓 冲杆11、21围绕由第一轴承12、22所限定的枢转轴线的枢转，缓冲杆11、21沿轨道车辆的 前端方向(参考图2-能量吸收装置20)枢转。具体来说，在启动结合在摆支撑件13、23中 的能量吸收元件16、26之前，缓冲杆11、21处于缓冲杆11、21的接触表面18、28与轨道车 辆的前部或后部的外轮廓K相匹配的枢转状态(参见图1)。 具体来说，从根据图1的图示可以看出，在启动结合在摆支撑件13、23中的能量吸 收元件16、26之前，缓冲杆11、21处于该缓冲杆11、21的与轨道车辆相反的侧部最外点位 于第一垂直延伸平面Fl的枢转状态。 在已经启动结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26之后，由于围绕由第 一轴承12、22所限定的枢转轴线的枢转，缓冲杆11、21相对轨道车辆的所述前端而朝向车 辆的前端移动。 在已经用尽结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26所能够实现的总的能 量吸收之后(参见图3)，缓冲杆11、21的与轨道车辆相反的侧部最外点位于在轨道车辆的
10前部或后部的头锥轮廓K之内的第二平面F2中，该第二平面F2在图1至图3中由虚线指 示。 除了结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26之外，图1至图3中所示的 减震器100包括另一能量吸收元件30，该能量吸收元件30连接在轨道车辆前端的中间位 置。该另一能量吸收元件30设计为当受到冲击而超过力的预定特征值的力通过能量吸 收元件30而轴向传递时，该能量吸收元件30会做出响应，并且吸收或耗散由于冲击而通过 附加的能量吸收元件30所传递的能量的至少一部分。从图13中所示的力路径特征可以看 出，用于启动附加的能量吸收元件30的特征启动力例如为400kN。 具体来说，附加的能量吸收元件30可以设置为变形管，并设计为当超过用于启动 附加能量吸收元件30的力的特征值(如400kN)时做出响应，通过所述变形管的限定的塑 性变形而将冲击转换为形变功和热能，从而转化并因而耗散通过所述附加能量吸收元件30 所传递的能量的至少一部分。 用于图1至图3中所示的减震器100的图13中所示的力路径特征表明，用于启动 结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26的特征启动力，可以不同于用于启动附加 能量吸收元件30的特征启动力。而且，从图13的图示可以得知，附加的能量吸收元件30 位于结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26的下游，因而，当轨道车辆与物体等碰 撞时，首先，仅结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26做出响应，而附加的能量吸 收元件30不会响应，直到结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26已经吸收了可限 定量的能量之后。 在启动所述附加的能量吸收元件30之前，通过使所述附加的能量吸收元件30与 轨道车辆前端相反的侧部位于设置在第一平面Fl和第二平面F2之间的平面中，从而能够 实现所述附加能量吸收元件30的下游启动。 因而，附加能量吸收元件30不会启动，直到能量吸收装置10、20的缓冲杆11、21 从根据图1的起始位置(第一平面Fl)枢转到附加能量吸收元件30与轨道车辆相反的侧 部在该附加能量吸收元件30启动之前所在的平面。 在用尽减震器100所能够实现的总的能量吸收之后，所述附加的能量吸收元件30 与轨道车辆相反的侧部则会位于与缓冲杆11、21的距离所述轨道车辆前端最远的点所在 的平面相同的平面F2中，具体如图3所示。 图4至图8表示使用根据图1至图3的减震器100的轨道车辆的前部或后部的不
同的视图。如图所示，除了上述减震器ioo之外，在轨道车辆的前部或后部还设置有中间缓 冲连接件IOI。所述中间缓冲连接件101包括可伸縮连接杆(coupling shank) 104，并且通 过轴承支撑件103而凸缘安装于轨道车辆的前端。中间缓冲连接件101位于图示实施方式 中减震器100的各个部件的下方，所述中间缓冲连接件101在附图中图示处于折叠或收縮 状态。当中间缓冲连接件101需要进入其连接准备位置时，前部或后部的前端105会因而 打开，并使中间缓冲连接件101延伸展开。 图10至图12又表示设置在前部或后部中的各个部件的不同的视图。具体从图10 至图12的图示可知，缓冲杆11、21的各个接触表面18、28能够包括至少一个区域19、29，该 至少一个区域19、29具有准备设置过载保护装置的廓形。 下面参考图14至图16的图示来描述设置在轨道车辆的前部或后部中的减震器100的另一实施方式，该实施方式的减震器100包括根据本发明另一实施方式的两个能量 吸收装置10、20。具体来说，图14表示在车辆正常运行过程中设置在轨道车辆的前部或后 部中的减震器100的俯视图。图15表示当引导较小碰撞所产生的冲击能量时图14中所示 的减震器100，而图16表示分别在总的可实现的能量吸收已经完全用尽后，在引入严重碰 撞中产生的冲击能量后，图14中所示的减震器100的状态。 如参考图1至图3图示所描述的减震器100，图14至图16所示的减震器100也包 括两个能量吸收装置10、20，该两个能量吸收装置10、20连接于车辆底架102，并相对于车 辆前部或后部的车辆纵向轴线对称，因而，缓冲杆11、21的至少一部分与前部或后部的外 轮廓K对应。每个能量吸收装置10、20包括缓冲杆11、21，该缓冲杆11、21通过第一轴承 12、22可枢转地连接于车辆底架102。还设置有具有第一端部和第二端部(头部和底部) 的摆支撑件13、23。每个摆支撑件13、23的第一端部通过第二轴承14、24而连接于缓冲杆 11、21，每个摆支撑件13、23的第二端部通过第三轴承15、25而连接于车辆底架102。这样， 缓冲杆11 、21和摆支撑件13、23形成三脚架。 每个摆支撑件13、23设计为在达到沿摆支撑件13的纵向方向传递的力的临界值 之前，所述摆支撑件13、23基本保持为刚性的，而且不会收縮，直到超过所述力的临界值， 因而摆支撑件13、23的端部能够彼此相对运动。所述力的临界值为能够预先确定的或已经 预先确定。 具体来说，在图14至图17所示的实施方式中，摆支撑件13、23采用伸縮结构，该 摆支撑件13、23包括支撑壳，容纳在该支撑壳中的力传递件，以及容纳在所述支撑壳中的 能量吸收元件16、26。由于每个缓冲杆11、21的第一端通过第一轴承12、22可枢转地连接 于车辆底架102，并且其第二端通过第二轴承14、24可枢转地连接于摆支撑件13、23，因而 作用在缓冲杆11、21上的冲击力首先引导到摆支撑件13、23。当引导到摆支撑件13、23的 冲击力超过用于启动结合在所述摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26的特征启动力， 因而也超过用于收縮所述摆支撑件13、23的力时，在所述摆支撑件13、23收縮的同时，缓冲 杆11、21也围绕由第一轴承12、22所限定的枢转轴线而枢转。由于该运动的顺序致使引导 到摆支撑件13、23的冲击力总是沿所述摆支撑件13、23的纵向方向行进，这确保冲击力将 轴向地引导到结合在所述摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26中。
图14表示结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26还未启动的状态。在 该状态中，缓冲杆11、21的接触表面18、28与轨道车辆的前部或后部的外轮廓K至少部分 对应。 图15表示结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26启动之后的状态。如图 所示，摆支撑件13、23已经发生收縮，因而缓冲杆11、21也已经围绕由第一轴承12、22所限 定的垂直枢转轴线做一定的枢转运动。在摆支撑件13、23已经完成最大返回行程之后(参 见图16)，结合在摆支撑件13、23中的能量吸收元件16、26所实现的最大能量吸收已被用 尽。为了避免图16中所示的状态，即超过摆支撑件13、23的特征工作载荷的冲击力没有经 过缓冲而通过第三轴承15、25传递到车辆底架102，在第三轴承15、25和车辆底架102之间 设置有另一能量吸收元件40。在图16所示的状态中，从缓冲杆11、21传递到摆支撑件13、 23的力通过所述第三轴承15、25作为线性力而被引导到附加的能量吸收元件40中。
在图14至图16所示的减震器100的实施方式中，还使用缓冲板50，该缓冲板50通过第四轴承51而连接于第一能量吸收装置10的缓冲杆11，并通过第五轴承52而连接于 第二能量吸收装置20的缓冲杆21，因而当两个缓冲杆11、21中的一个围绕由各自相关的第 一轴承12、22所限定的枢转轴线枢转时，另一缓冲杆21、11同时随之围绕由其各自相关的 第一轴承22、 12所限定的枢转轴线而枢转。 简要总结，本发明提出了一种减震器IOO，该减震器IOO包括第一能量吸收装置10 和第二能量吸收装置20，该第一能量吸收装置10和第二能量吸收装置20优选地在车辆的 前部或后部连接于车辆底架102，并相对于车辆纵向轴线M对称。两个能量吸收装置10、20 都包括缓冲杆11、21，该缓冲杆11、21能够围绕垂直轴线枢转而横向连接于车辆底架102， 并通过摆支撑件13、23而分别支撑在车辆底架102上。所述缓冲杆11、21和摆支撑件13、 23的组合形成静力限定的三脚架。当碰撞时，能量吸收装置10、20的摆支撑件13、23通过 限定的消耗力而收縮，而且缓冲杆11、12向轨道车辆的前端枢转。枢转运动所耗用的能量 来自于碰撞的动能。利用两个能量吸收装置10、20的具体结构，每个缓冲杆11、21能够吸 收相当大的垂直力，并因而能够用作过载保护装置。 从图14至图16所示的实施方式中可以看出，能量吸收装置10、20的两个缓冲杆 11、21之间的设计的临时间隙可以通过先前提及的缓冲板50而封闭，该缓冲板50设计为 尽管作用在该区域的冲击力传递到两个缓冲杆11、21上，但缓冲板50允许缓冲杆11、21的 枢转运动，从而能够利用能量吸收装置10、20的能量吸收元件16、26。 优选地，在减震器100的两个摆支撑件13、23中都设置有用于能量吸收的机构 (能量吸收元件16、26)，因而根据所需的应用场合，可以使用各种不同的可逆和不可逆的 系统及其组合。在摆支撑件13、23中容纳能量吸收元件16、26带来的优势在于，仅需要传 递纵向力，而不需要传递任何弯曲力矩。因而，可以使用在中间缓冲连接件结构中已知的所 有系统。具体来说，为了满足EN 15227的要求，逐渐地或累加地将能量吸收机构的反应力 改变为给定的程度，这是有意义的。 能量吸收的事件顺序对于减震器100的优化设计来说是非常重要的。利用缓冲杆 11、21和摆支撑件13、23的空间结构，以及进行缓冲时的几何变化，缓冲杆11、21的外部特 征不同于摆支撑件13、23中能量吸收系统的内部特征。当成角度地引导力时，即当发生通 常仅启动侧部碰撞能量吸收装置10、20的倾斜碰撞时，外部特征同样发生改变。然而，利用 根据本发明的技术方案，静力限定的系统能够得以较高程度地分析限定和计算。
为了设计载荷传递，从而能够进行计算，优选地，各个缓冲杆11、21的前端设置为 圆弧形，该圆弧形的中心位于由第二轴承14、24所限定的枢转轴线上。因而，这能够确保外 部载荷将径向地作用在该铰接点上，而且不会在缓冲杆11、21中产生未经计算的弯矩。在 两个相同的车辆发生碰撞的情形中，缓冲杆11、21的圆形外轮廓确保缓冲杆11、21彼此转 动而进行缓冲，从而几乎不通过额外的摩擦来扭转延伸力。 如上所述，能量吸收装置10、20的发明的结构允许缓冲杆11、21能够吸收相当大 的垂直力，因而缓冲杆11、21还可以用作过载保护装置。这里尤其优选的是，缓冲杆11、21 的接触表面18、28分别设置有可应用的过载保护廓形19、29。该廓形19、29不会妨碍缓冲 杆11、21的圆形外轮廓的上述特征。 原则上，在缓冲杆11、21之间设置缓冲板50也是可能的，该缓冲板50防止较窄且 坚硬的物体从缓冲杆11、21之间进入车辆中。优选地，缓冲板50通过轴承51、52而装在两个缓冲杆11、21上，因而该缓冲板50没有移动间隙地固定在初始位置。当缓冲杆11、21中 的一个或全部开始缓冲时，缓冲板50会滑入所述缓冲杆11、21中对应的凹部中。因而，引 起缓冲的力是作用在缓冲杆11、21上还是缓冲板50上是没有关系的。
摆支撑件13、23的作用与传统的连接杆原则上是相同的。因此，可以使用已知设 计的能量吸收元件钢制弹簧或橡胶弹簧可以作为可逆元件，如液压缓冲器或静力液压缓 冲器。虽然变形管优选作为不可逆能量吸收元件，但是，使用如金属泡沫(metal foam)或 蜂窝体(honeycomb)的可变形材料也可以用作可折叠或滚动管，或者破裂或断开的技术方 案。由于为了应对不同的碰撞情况，两平台或多平台特征是较为有利的，因而缓冲器和一个 或两个变形管的组合是最有可能的。 因此，本发明涉及一种用于安装在车辆结构或可安装在车辆结构上的碰撞车辆 (impact-driven vehicle)上的减震器100，如果发生碰撞，该减震器100允许通过接触表 面18、28以限定的力进行受控的可逆的或不可逆的变形从而来耗散动能。通过为所采用的 能量吸收元件16、26、30、40适当地设置特征，本发明允许适用于各种车辆的具体情况。尤 其是，减震器100还可以在不同的碰撞角度下发挥作用，即倾斜碰撞。 根据本发明的能量吸收装置10、20为静力限定的系统，能够对该系统进行分析计 算，而且该系统对于垂直力具有弹性。因此，该系统还可用作过载保护装置。
本发明不限于上述实施方式。具体来说，在减震器IOO中可以使用多于两个或少 于两个的缓冲杆20。由轴承11、14、15、21、24、25所限定的枢旋轴线也不是必须垂直延伸。 此外，缓冲杆11、21也不强制铰接于车辆结构K的外部。然而，如果缓冲杆11、21铰接在车 辆结构K内，这会妨碍减震器100在倾斜碰撞情形中发挥作用。 类似地，接触表面18、28不是必须为圆形的。然而，在转动运动和限定的载荷传递 方面，上述圆形设计是具有优势的。 本说明书基于接触表面18、28为缓冲杆11、21的组成部分的假设而进行描述。 然而，接触表面18、28也能够以四个接合面(quadruple joint)的形式通过两个铰链 (articulation)(通过如双叉悬架加引导装置或多连杆独立悬架中的扭矩支撑件)而连接 于底架102。接着，上述摆支撑件13、23吸收剩余的自由度。然后，接触表面18、28如平行 四边形的一条边那样进行移动。如果两个相同的车辆彼此碰撞，接触表面18、28之间将没 有相对运动。 为了将两个缓冲杆11、21之间的开放空间桥接(bridge)起来，如上所述，可以使 用缓冲板50。然而，缓冲杆11、21之间的开放空间也可以通过两侧上的缓冲杆11、21的不 对称设计而封闭，因而缓冲杆11、21能够彼此搭接或过配合。 同样地，还可以用两个较短的缓冲板来替换缓冲板50，该两个较短的缓冲板连接 在一起，并通过总共三个铰链而连接于各个缓冲杆11、21。于是，较窄的物体会向内拉动缓 冲杆，因而能量吸收将非常大。 参考图14至图16所述的实施方式为载荷平台使用串行结构。与此相反，如上面 参考图1至图3的图示所描述的，可以提供并行结构，其中，第二或额外载荷平台不会启动， 直到第一载荷平台已经达到一定程度之后。如上文所解释的，额外载荷平台独立地连接于 车辆的底架102，该额外载荷平台通过缓冲杆系统的移动部而启动，或者完全被碰撞物体隔 离。缓冲杆同时继续工作，因而所有并行工作系统的响应力合在一起。
原则上，本发明不限于能量吸收元件16、26集成或结合在摆支撑件13、23中的实 施方式。设置没有能量吸收元件的摆支撑件13、23也是可以的，因而缓冲杆11、21为刚性 的，并用作其他减震器和/或过载保护装置的限定力引导点或连接点。虽然摆支撑件13、 23在其底部铰接于能量吸收结构(能量吸收元件40)，但摆支撑件13、23不具有能量吸收 元件也是可以的。当实际能量吸收元件40设置在其他位置时，摆支撑件13、23可用于传递 力。摆支撑件13、23在其底部铰接于公共能量吸收结构(能量吸收元件40)，从而即便仅一 个缓冲杆受到冲击力的作用，两个缓冲杆11、21也必须一起移动，这也是可能的。
权利要求
用于轨道车辆尤其是有轨电车的能量吸收装置(10，20)，该能量吸收装置(10，20)设计用于吸收或耗散所述车辆与物体碰撞所产生的冲击能量的至少一部分，其特征在于，所述能量吸收装置(10，20)包括缓冲杆(11，21)，该缓冲杆(11，21)通过第一轴承(12，22)能够可枢转地连接于车辆底架(102)；摆支撑件(13，23)，该摆支撑件(13，23)具有第一端部和第二端部，所述摆支撑件(13，23)的第一端部通过第二轴承(14，24)连接于所述缓冲杆(11，21)，所述摆支撑件(13，23)的第二端部通过第三轴承(15，25)连接于所述车辆底架(102)，因而所述缓冲杆(11，21)和所述摆支撑件(13，23)形成三脚架；和能量吸收机构(16，26，30，40)，该能量吸收机构(16，26，30，40)设计并设置为当所述缓冲杆(11，21)围绕由所述第一轴承(12，22)所限定的枢转轴线而枢转时，产生的力矩作为线性力引导到所述能量吸收机构(16，26，30，40)中，并在所述能量吸收机构(16，26，30，40)中至少部分地得以吸收或耗散。
2. 根据权利要求l所述的能量吸收装置(10，20)，其中，所述能量吸收机构(16， 26， 30，40)包括结合在所述摆支撑件(13,23)中的至少一个第一能量吸收元件(16，26)，因而当所述缓冲杆(11,21)围绕由所述第一轴承(12,22)所限定的枢转轴线而枢转时，产生的力矩作为线性力而引导到所述至少一个能量吸收机构(16,26)中。
3. 根据权利要求2所述的能量吸收装置(10,20)，其中，所述至少一个第一能量吸收机构(16,26)设计为当小于或等于可预定特征值的力引导到所述第一能量吸收机构(16,26)中时，所述至少一个第一能量吸收机构(16，26)基本为刚性的，从而防止所述缓冲杆(11,21)围绕由所述第一轴承(12,22)所限定的枢转轴线的枢转运动；以及其中，所述至少一个第一能量吸收机构(16,26)还设计并结合在所述摆支撑件(13，23)中，因而当超过所述力的所述可预定特征值时，所述摆支撑件(13,23)产生纵向收縮，而且所述至少一个第一能量吸收机构(16,26)在进行必要的能量吸收的同时，允许所述缓冲杆(11,21)围绕所述枢转轴线的枢转运动。
4. 根据权利要求2或3所述的能量吸收装置(10，20)，其中，所述至少一个第一能量吸收机构(16， 26)设计为具有可预定的响应特性的破坏性设计的变形元件。
5. 根据权利要求2或3所述的能量吸收装置(10，20)，其中，所述至少一个第一能量吸收机构(16,26)设计为再生性的，并具有可预定的响应特性。
6. 根据上述权利要求中任意一项所述的能量吸收装置(10，20)，其中，所述能量吸收机构(16， 26， 30， 40)包括能够连接于所述车辆底架(102)的至少一个第二能量吸收元件(30，40)，所述摆支撑件(13,23)的所述第二端部通过所述第三轴承(15,25)与所述至少一个第二能量吸收元件(30,40)连接，因而当所述缓冲杆(11,21)围绕由所述第一轴承(12，22)所限定的枢转轴线而枢转时，产生的力矩作为线性力通过所述摆支撑件(13,23)而至少部分地引导到所述至少一个第二能量吸收元件(30,40)中。
7. 根据上述权利要求中任意一项所述的能量吸收装置(10,20)，其中，所述能量吸收机构(16， 26， 30， 40)包括至少一个第三能量吸收元件，该至少一个第三能量吸收元件通过力传递元件而与所述第三轴承(15,25)连接。
8. 根据上述权利要求中任意一项所述的能量吸收装置(10，20)，该能量吸收装置(10，20) 还包括结合于所述缓冲杆(11，21)的接触表面，用于将冲击力引导到所述缓冲杆(11，21) ，其中，所述接触表面(18， 28)包括至少一个凸起的外轮廓区域。
9. 根据权利要求8所述的能量吸收装置(10，20)，其中，所述接触表面(18,28)的所述至少一个凸起的外轮廓区域设置为弧形，该弧形的中心位于由所述第二轴承(14,24)所限定的枢转轴线上。
10. 根据权利要求8或9所述的能量吸收装置(10，20)，其中，所述接触表面(18,28)包括具有用于提供过载保护装置的廓形的至少一个区域(19,29)。
11. 用于轨道车辆尤其是有轨电车的前部或后部的减震器(IOO)，该减震器(100)包括均根据上述权利要求中任意一项所述的第一和第二能量吸收装置(10,20)，其中，所述能量吸收装置(10,20)优选地能够在所述车辆的前部或后部连接于车辆底架(102)，并相对于所述车辆的纵向轴线(L)对称，因而所述缓冲杆(11，21)与所述前部或后部的外轮廓(K)的至少一部分对应。
12. 根据权利要求ll所述的减震器(IOO)，其中，所述缓冲杆(11，21)设计为在所述缓冲杆(11,21)的与所述第一轴承(12,22)结合的端部之间具有间隙，而且其中，还设置有机构(50，51，52)，该机构(50， 51， 52)与所述两个缓冲杆(11,21)连接，并桥接所述缓冲杆(11,21)的非铰接端部之间的所述间隙。
13. 根据权利要求12所述的减震器(IOO)，其中，所述机构(50，51，52)包括缓冲板(50)，该缓冲板(50)通过第四轴承(51)连接于所述第一能量吸收装置(10)的缓冲杆(ll)，并通过第五轴承(52)连接于所述第二能量吸收装置(20)的缓冲杆(21)，因而物体从前方与所述缓冲板(50)碰撞所产生的冲击力通过连接于各个缓冲杆(11,21)的端部而从所述缓冲板(50)传递到所述两个缓冲杆(11，21)，并因而引导到所述两个能量吸收装置(10,20)中。
14. 根据权利要求12所述的减震器(IOO)，其中，所述机构(50，51，52)包括尤其是线缆、带或链的柔韧元件，该柔韧元件设置在所述缓冲杆(11,21)的非铰接端部之间，所述柔韧元件既固定连接于所述第一缓冲杆(ll)，也固定连接于所述第二缓冲杆(21)，以桥接所述缓冲杆(11,21)的非铰接端部之间的间隙。
15. 根据权利要求11至14中任意一项所述的减震器(IOO)，其中，所述两个能量吸收装置(10,20)的摆支撑件(13,23)的第二端部连接于公共能量吸收元件(40)。
全文摘要
本发明涉及作为用于轨道车辆尤其是有轨电车的前部或后部的减震器(100)的一部分的能量吸收装置(10，20)，其中，该能量吸收装置(10，20)设计用于吸收或耗散车辆与物体碰撞时所产生的冲击能量的至少一部分。为了使当车辆与物体发生侧部碰撞时所产生的任何冲击能量也能够按照可预定的事件顺序而得以吸收或耗散，本发明提供能量吸收装置(10，20)，该能量吸收装置包括缓冲杆(11，21)，该缓冲杆通过第一轴承(12，22)可枢转地连接于车辆底架(102)。能量吸收装置(10，20)还包括摆支撑件(13，23)，该摆支撑件通过第二轴承(14，24)连接于缓冲杆(11，21)并通过第三轴承(15，25)连接于车辆底架(102)，因而缓冲杆(11，21)和摆支撑件(13，23)形成三脚架。设置有能量吸收机构(16，26，30，40)，该能量吸收机构设计并设置为当缓冲杆(11，21)围绕由第一轴承(12，22)所限定的枢转轴线而枢转时，产生的力矩作为线性力而引导到能量吸收机构(16，26，30，40)中，并在此至少部分地得以吸收或耗散。
文档编号B61D15/06GK101795924SQ200880105533
公开日2010年8月4日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者V·马茨胡尔 申请人:沃依特专利有限责任公司