NO335057B1 - Deformerbar ramme for en kjøretøykabin - Google Patents

Abstract

Ramme for kjøretøykabin innbefattende et antall rammeelementer som definerer front-, bunn-, tak- og sidepartier av kjøretøykabin, hvilken ramme innbefatter et antall ettergivbare regioner fordelt i rammeelementene, idet frontpartiet til rammen blir tillat å deformeres kontrollert i det vesentlige i overensstemmelse med kreftene fra et sammenstøt med rammen.

Description

Oppfinnelsen vedrører en ramme for en kjøretøykabin, spesielt en ramme for et skinnekjøretøy og et skinnekjøretøy innbefattende samme. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for tilvirkning av et kjøretøy med en slik ramme.

En ramme for en toglokomotivkabin er beskrevet i EP0802100B1, i hvilken rammens konstruksjon innbefatter flere energiabsorberende elementer anordnet inne i rammens langsgående elementer, og innenfor chassisnivået for toglokomotivkabinen. De energiabsorberende elementene deformeres langsgående med en skrukke-, eller en trekkspill-effekt, som absorberer noe av energien fra et sammenstøt med en hindring, mens rammen har en høy stivhet for å beskytte de som befinner seg i toglokomotivkabinen fra høyhastighetskollisjoner med hindringer.

Imidlertid absorberer ikke alltid nevnte ramme for et toglokomotivkabin kinetisk energi tilstrekkelig i det tilfelle når et toglokomotiv kolliderer med en hindring ved høy hastighet. Dette er spesielt tilfelle når hindringen feks. er tyngre, eller stivere, enn lokomotivet, eller er uregelmessig utformet. Når de langsgående energiabsorberende elementer er spent, er det ikke noen mer absorbsjon av den gjenværende kinetiske energien, og hvis hindringen ikke kan absorbere den kinetiske energien, feks. for en tyngre og/eller stivere hindring slik som et jernbanelokomotiv, eller et kjøretøys last, så kan lokal overbelastning eller brekking (cracking) av rammekonstruksjonen oppstå. Dette kan føre til ytterligere katastrofal konstruksjonssvikt hos rammen og jernbanelokomotivkabinen, og gir en sikkerhetsrisiko for de som befinner seg i j ernbanelokomoti vkabinen.

JPH 11192941 A omtaler system for å dempe utlag ved kollisjon, der systemet omfatter bufferenheter som absorberer energi ved deformasjon.

I det amerikanske patentet, US 5579699, fremgår det en energiabsorberendeenehet som deformeres ved energi tilførsel, slik som ved kollisjon. Det fremgår videre at energiabsorberendeeneheter kan være anpasset et skinnegåendekjørtøy.

Spesielt er tidligere kjente rammer med energiabsorberende elementer eller skrukkesoner i de langsgående elementer dårlig avpasset for å overføre støtbelastninger fra et langsgående element til de andre. Generelt kan tverrelementer være tilveiebrakt som forbinder de langsgående rammeelementer. Dersom et lokalisert sammenstøt skjer i Området for et langsgående element, vil tverrelementene overføre litt av kraften til de andre langsgående elementene. Imidlertid, hvis tverrelementene eller deres forbindelse med de langsgående elementer er for stiv, er det fare for at de kan skjære av og ikke gi noen ytterligere kraftoverføring. Tilsvarende, hvis de eller deres forbindelser er for fleksible, vil det være en utilstrekkelig kraftoverføring.

Lokomotivkjøretøylegemer av konvensjonell konstruksjon er generelt relativt stive, grunnet de høye operasjonsbelastningene og den store konsentrasjonen av vekt i underrammenivået, og har en tendens til å kollapse på en ukontrollert måte i kollisjoner med andre tunge skinnekjøretøy. Endedrivkabiner har en konstruksjon på fronten mellom underrammen og den nedre kanten av vinduet som blir benyttet for kollisjonsbeskyttelse og som må konstrueres for spesifikke statiske belastninger (300 kN i henhold til EN 12663, og til og med 700 kN på noen jernbaner). Dette sikrer allerede utstrakt beskyttelse for de som befinner seg i kjørekabinen i en kollisjon med en hindring. Imidlertid kan omfattende deformasjon og kollaps for kollisjonsbeskyttelsen oppstå i tilfelle med en spesielt tung, stiv, høy hindring, spesielt karosseriet og laten til tunge veikjøretøyer, som kan forårsake stor inntrengning i kabinen på grunn av hindringen og alvorlig eller til og med dødelig skade på de som befinner seg i kjørekabinen. Svært høye belastninger på kabinkonstruksjonen oppstår i kollisjoner med slike høye hindringer omtrent i høyde med hindringen, ettersom bøyebelastningen er på sitt maksimum i dette punket. Problemet blir forsterket av en kneleddeffekt, som kan generere plutselige strekkspenninger i det samme kritiske punkt. Dette medfører fare for brudd i forbindelse med et uttalt tap av deformasjonsmotstand og redusert absorpsjon av energi (strukturell kollaps). Hindringen kan da trenge dypt inn i kabinen. Rom for ytterligere forsterkning eller støtabsorberende konstruksjon i hindringshøyden er begrenset (kollisjonsbeskyttelseselement, kontrollpanel, luftinntak, vindusviskere, etc). Det kreves derfor løsninger som tilveiebringer en gunstig, dvs. høyeffektiv og jevn deformasjonsoppførsel uten lokal fare for brudd (cracking).

Det har blitt gjort forsøk på å overvinne problemet med sammenstøt i kabinhøyde ved å tilveiebringe en integrert, svært stiv kabinkonstruksjon, med en solid, kontinuerlig frontvegg under frontruten, eventuelt komplettert av en energiabsorberende elementer som kan bli montert på nevnte frontvegg. Dette øker kabinens motstand mot deformasjon og absorberer en høyere andel av kollisjonsenergien fra hindringen (større deformasjon hos hindringen, mindre deformasjon hos skinnekjøretøyet), og beskytter således de som befinner seg i kabinen bedre i disignkollisjonssenariet enn en kjøretøyskonstruksjon med konvensjonell design. Dette "respektfulle" kollisjonskonseptet løser imidlertid ikke noen spesielle problemer med konvensjonelle konstruksjoner, og det er til og med ytterligere ulemper).

1) Dersom en kollisjon skulle oppstå mellom et tungt og, og sammenliknet med en integrert kabinkonstruksjon, stivere hindring, og dersom enerigabsorpsjonspotensialet i fronten av frontveggen skulle være utilstrekkelig til å absorbere den proporsjonale kollisjonsenergien, vil kollaps på en ukontrollert måte for lokomotivlegemetkonstruksjonen oppstå uavhengig av dette respektfulle kollisjonskonseptet. 2) I en kollisjon med et annet skinnekjøretøy, i hvilken den proporsjonale kollisjonsenergien overskrider designsenariet, vil den stive kabinkonstruksjonen forhindre ytterligere progressiv energiabsorbsjon. Ukontrollert kollaps av lokomotivlegemekonstruksjonen vil da oppstå også i dette tilfellet. 3) Den strukturelle kollapsen som oppstå i tilfellene 1) og 2) sikrer ikke noen beskyttelse for de som befinner seg i skinnekjørtøyet i slike alvorlige ulykker hvis de søker tilflukt i maskinrommet plassert bak kabinen. 4) Grunnet obstruksjon/hindring av deformasjonsssprogressjonen i tilfellene 1) og 2), øker de det nødvendige behovet for eventuell reparasjon av kjøretøyet, dersom dette er mulig. 5) Konstruksjonen med en stiv integrert kabin med påsatte frontenergiabserbatorer fører til større totallengde (overheng) og større kjøretøyvekt. Begge faktorer representerer vesentlige ulemper i normale lokomotivoperasjoner (feks. vedlikehold av sporingskrefter) (tracking forces) tillatte operasjonskrefter ved skyveoperasjon, energiabsorbsjon, slitasje, etc). 6) Egenskaper (geometri, vekt, deformerbarhet, etc.) for hindringen har da en kritisk effekt på kreftene som virker på konstruksjonen, akselerasjonen, og indirekte den nødvendige strukturelle massen (nødvendig styrke/stivhet i overlevelsesområdene). I tidligere kjente konstruksjoner er det således ingen beskyttelsesgaranti for de som befinner seg i jernbanelokomotivkabinen selv om de søker tilflukt i andre deler av jernbanelokomotivet, slik som hovedlegemet eller den sentrale seksjonen, feks. når den sentrale seksjonen er et maskinrom innbefattende drivmidlene for jernbanelokomotivet. I tillegg

har de mulige egenskapene til en hindring, slik som form, vekt, og deformerbarhet for å nevne noen få, en kritisk effekt på kreftene som virker på rammen og jernbanelokomotivkabinen i en kollisjon. I den tidligere kjente teknikk er det innlysende at disse ikke har blitt fullt ut vurdert grunnet stivheten til rammen til jernbanelokomotivkabinen. Til slutt øker den katastrofale strukturelle kollapsen til jernbanelokomotivkabinen, og således jernbanekjøretøyet, arbeidet og kostnadene som er nødvendig for å reparere eller berge jernbanelokomotivet hvis det i det hele tatt er mulig. Disse problemene har blitt spesielt innlysende ved konstruksjon av skinnekjøretøy hvor det tidligere har blitt lagt stor vekt på absorbsjonen av symmetriske frontsammenstøt i bufferområdet og utilstrekkelig fokus har blitt lagt på beskyttelse av føreren i tilfelle sammenstøt med mindre konvensjonelle objekter.

Følgelig er det behov for en ramme som absorberer så mye kinetisk energi i en kollisjon som mulig, og som videre leder den kinetiske energien bort fra de som befinner seg i kjøretøykabinen.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er tilveiebrakt en ramme for en kjøretøykabin innbefattende et antall rammeelementer som definerer front, bunn, tak og sidepartier av kjøretøykabinen, hvilken rammen innbefatter et antall ettergivende (yieldable) regioner fordelt i rammeelementene, slik at frontpartiet av rammen blir tillatt å deformeres på kontrollert måte i det vesentlige i overensstemmelse med kreftene fra et støt på rammen. I et enkelt arrangement kan dette oppnås ved å tilveiebringe langsgående rammeelementer med ettergivende regioner for absorbsjon av langsgående deformasjoner og hvor frontparti innbefatter tverrstilte rammeelementer som ettergivbart forbinder de langsgående rammeelementer og er avpasset til å absorbere energi i respons til relativ langsgående bevegelse mellom langsgående rammeelementer.

I henhold til en foretrukket utførelses form er det fordelaktig å inkorporere ettergivende regioner i frontpartiet av rammekonstruksjonen siden sammenstøt i de fleste tilfeller skjer i frontpartiet til rammen, og således kjøretøykabinen. Videre tillater slike ettergivende regioner rammen å tilpasses formen, vekten og posisjonen til hindringen for å absorbere så mye kinetisk energi fra en kollisjon som mulig. Det har også blitt funnet ut at denne rammekonstruksjonen minimaliserer vekten til kjøretøyet siden det er mindre behov for å inkorporere ytterligere energiabsorberende elementer. Videre minimaliserer denne konstruksjonen muligheten for avsporinger ettersom rammen kan tilpasses et spekter av kollisjonsbetingelser, inkludert, men ikke begrenset til, frontsammenstøt og skrå sammenstøt.

Rammekonstruksjonen kan innbefatte rammeelementer som inkluderer, men ikke er begrenset til bærebjelker, hulboksbærebjeiker, bjelker, avstavere, energiabsorberende avstivere, strukturelle undersammenstillinger, energiabsorberende elementer og/eller komponenter. Rammeelementene kan være laget av, inkludert, men ikke begrenset til, stål, bløtt stål, fiberglass, aluminium, karbonfiber, laminater derav, eller som helst annet slikt materiale, undersammenstilling eller komponent som er egnet for formålet med rammen.

En ettergivbar region er en del av rammeelementet med en lavere motstand mot deformasjon sammenliknet med resten av rammeelementet, slik at det ettergivbare regionen lokaliserer deformasjon av rammeelementet ved sammenstøt. De ettergivbare regionene kan være konstruert for å tilveiebringe det som er kjent som en plasthengsel (plastic hinge), med andre ord at det ettergivbare regionen har en plastisitet slik at den kan deformere ved bøying, bukling eller folding uten brudd, slik at det ettergivbare regionen virker som en hengsel, alternativ betegnet som et hengselbart, ettergivbar region, som tillater rotasjon av rammeelementenes deler i samsvar med et sammenstøt. Dette kan bli oppnådd med en endring i snittet til det respektive rammeelementet eller ved en endring i dens materialegenskaper. Eksempler på endringer i snittet kan inkludere en endring fra vokssnitt til flat strimmel eller massiv stang og endringer i materialegenskapene kan inkludere endringer i materiale, feks. overgang fra stål til karbonfibre eller endringer i egenskapene til selve materialet, feks. fra høymodulært til lavmodulært stål som et resultat av varmebehandling. Disse endringene kan være lokale og plutselige eller utstrakte og/eller inkrementelle. Ettergivbare områder spesielt for absorbsjon av torsjons- eller bøyekrefter mellom to elementer kan også være tilveiebrakt ved hjelp av avstivere eller tverrstaver (webs) mellom de to elementene, eller at avstiverne eller tverrstavene er konstruert for å kollapse på en kontrollert måte og dermed absorbere energi.

Fortrinnsvis er et eller flere ettergivbare områder i rammeelmentene som definerer frontpartiet anbrakt generelt sentralt i et punkt mellom bunn- og takpartiet. Dette er fordelaktig siden rammeelementene i frontpartiet kan gi etter, feks. når det ettergivbare regionen virker som en plasthengsel ved sammenstøt med en hindring, som tillater hindringen å intielt trenge inn i kjøretøykabinen med en relativt lav motstand. Den ettergivbare regionen blir avbøyd mot innsiden av kjøretøykabinen, og det har blitt funnet ut at kontaktoverflaten mellom hindringen og den avpassende og/eller deformerende rammen (og kjøretøykabinen) blir mye større og todimensjonal. Dette tillater øket energiabsorbsjon som ytterligere reduserer lokale overbelastninger og brudd i rammen. En ytterligere fordel at faren for avsporing ved sammenstøt er funnet å være lavere dersom deformasjonen finner sted sentralt innenfor frontparitet, i motsatt til side, bunn eller takpartiene. Ved å avpasse den foreliggende oppfinnelse, kan en slank, plassbesparende beskyttende kombinasjon bli konstruert i nærheten av sentertverreelementet, som gir god kompabilitet mellom tidligere nevnte respektable kollisjonskonsept og et praktisk arrangement av funksjonelle komponenter slik som kollisjonsbeskyttelseselement, luftinntak, vindusviskere, kontrollpanel etc.

Fortrinnsvis er et eller flere rammeelementer i frontpartiet forbundet mellom et eller flere elementer som definerer tak- og/eller bunnpartiene. Den gjenværende kinetiske energien fra sammenstøtet kan bli overført bort fra de som befinner seg kjøretøykabinen, feks. rundt disse menneskene, som kan bli oppnådd ved å forbinde frontpartiet med takpartiet, eller bunnpartiet, eller begge.

Fortrinnsvis er et antall ettergivbare regioner anordnet inne i et eller flere rammeelementer som definerer takpartiet. Dette er fordelaktig siden rammeelementene overfører den resterende kinetiske energien fra en kollisjon gjennom takpartiet som videre kan absorbere den kinetiske energien. Så mye resterende kinetisk energi som mulig blir absorbert inne i kjøretøykabinen, og ikke overført til resten av kjøretøykonstruksjonen slik som kjøretøyets sentrale seksjon. Videre kan takpartiet absorbere støt fra "off high"-hindringer.

Fortrinnsvis er et antall ettergivbare regioner anordnet i et eller flere rammeelementer som definerer bunnpartiet. Dette er blitt funnet og tilveiebringe ikke bare ytterligere energiabsorbsjon og omledning av kinetisk energi, men det tilveiebringer også en anti

klatrefunksjon for kjøretøyet, og kan forhindre vridning av den tverrstilte bufferbjeiken.

Fortrinnsvis er en eller flere ettergivbare regioner i rammeelementene dannet av et eller flere reduserte partier på rammeelementene. Den kontrollerte og forutsigbare kollapsen av rammen kan bli håndtert av en eller flere etteregivbare regioner i rammeelementene ved reduksjon av minst et parti på et rammeelement. De reduserte partiene, eller reduksjon av minst et parti, av et rammeelement betegner, men er ikke begrenset til, fjerning av en seksjon eller et parti av rammeelementet, å lage hull eller slisser i rammeelementet, å redusere tykkelsen til rammeelementet og/eller en hvilken som helst annen måte å redusere og /eller endre materialet til en del av rammeelementet på. Fortrinnsvis er det minst ene reduserte partiet definert av et eller flere hull i rammeelementene. Fordelen med å inkorporere hull i rammeelementet gir det ettergivbare regionen mange muligheter, inkludert men ikke begrenset til, krymping/krølling i en lengderetning langs med rammeelementet og/eller å virke som en plasthengsel, hvilken hengsel er lokalisert mellom hullene.

Fortrinnsvis innbefatter en eller flere ettergivbare regioner en eller flere mekaniske hengsler. Den mekaniske hengselen kan tillate rotasjon, inkludert men ikke begrenset til, støtretningen. Dette kan tilveiebringe kontrollert deformasjon i en eller flere retninger samtidig som en høy konstruksjonsstivhet i andre retninger opprettholdes. På denne måten kan frontpartiet initielt tilpasse seg fronten av kollisjonsgjenstanden med lite energiabsorbsjon, og deretter kan det skje øket energiabsorbsjon.

Fortrinnsvis innbefatter den minst ene ettergivbare regionen et eller flere crash energiabsorbsjonselementer. Det har blitt funnet ut at andre mekanismer for energiabsorbsjon, slik som crash energiabsorbsjonselemter, kan bli benyttet og enkelt reparert og skiftet ut. Det er også fordelaktig å tilveiebringe tilleggsenergi absorbsjonselementer, ettersom dette reduserer sannsynligheten for ytterligere skade på kjøretøyets sentrale seksjon som er koblet til kjøretøykabinen.

Fortrinnsvis er minst et av rammeelementene en energiabsorberende avstiver. Den energiabsorberende avstiveren kan tilveiebringe progressiv omledning av den kinetiske energien fra et sammenstøt, ytterligere energiabsorbsjon mellom rammeelementer, og kontroll med deformasjonsmengden som rammeelementene gjennomgår, i ulike deler av rammen.

Fortrinnsvis er tre rammeelementer anordnet i et triangel dannet ved å koble minst en energiabsorberende avstiver mellom to rammeelementer. Dette er fordelaktig ettersom støtenergien kan bli overført vekk fra de som befinner seg i kjøretøykabinen. Fortrinnsvis strekker et av rammeelementene anordnet i triangelet seg en avstand fra triangelet til en hengselbar, ettergivbar region, hvor rammeelementet ved et sammenstøt deformeres i det hengselbare, ettergivbare regionen og tillater energiabsorbsjon i den energiabsorberende avstiveren. Dette styrer rotasjonsdeformasjonen til det deformerte rammeelementet, mens den resterende støtenergien blir overført gjennom de andre rammeelementene, og absorbert av den energiabsorberende avstiveren.

Fortrinnsvis er triangelet dannet ved å koble den energiabsorberende avstiveren mellom et eller flere rammeelementer i frontpartiet og et eller flere rammeelemter i bunnpartiet. Det har blitt funnet ut at den energiabsorberende avstiveren anordnet på denne måten på fordelaktig måte kan styre rotasjonsdeformasjonen til rammeelementet i frontpartiet og overføre den resterende kinetiske støtenergien mot rammeelementet i bunnpartiet. Energiabsorbsjonsavstiveren kan tilveiebringe ytterligere energiabsorbsjon ved kompresjon i forbindelse med et sammenstøt. Fortrinnsvis er en deformerbar parti og et ikke-deformerbar sikkerhetsboks anordnet bak det deformerbare partiet i retning av det forventede sammenstøtet. Rammen kan videre være delt i to deler, slik som en deformerbar del, som fordelaktig absorberer og omleder den kinetiske støtenergien, f.eks. kan en mulig variant av rammen være en som har en deformerbar front, tak- og bunntakpartier. Videre kan en ikke-deformerbar del (sikkerhetsboksen) beskytte de reisende under en kollisjon, spesielt hvis denne ikke-deformerbare delen er bak den deformerbare delen.

Fortrinnsvis innbefatter den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen to eller flere stive rammeelementer i sidepartiene koblet til et eller flere rammeelementer i tak- og bunnpartiene. Dette er fordelaktig ved å beskytte de reisende mot sidesammenstøt, og kan forsterke den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen og unngå kompresjon av den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen ved frontsammenstøt.

Fortrinnsvis innbefatter den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen et eller flere stive rammeelementer i takpartiet som er koblet til et eller flere rammeelementer i sidepartiene. Dette beskytter de som befinner seg i kjøretøykabinen ytterligere mot høye sammenstøt mot takpartiet, og forsterker den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen mot frontsammenstøt.

Fortrinnsvis innbefatter de stive rammeelementene til den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen en dørramme for en rømningsutgang. Dette er fordelaktig ettersom rømningsutgangene, som kan inkludere, men ikke er begrenset til dører eller vinduer, ikke bare tillater de reisende å rømme etter et sammenstøt, men også tillater redningspersonell og/eller annet personell å hjelpe de reisende ved behov. Rømningsveiene bør også være slik at de er enkelt tilgjengelig for både reisende og redningspersonell. Videre er det fordelaktig å ha et antall rømningsveier som også kan være i takpartiene og/eller bunnpartiene dersom rester fra kollisjonen blokkerer rømningsveiene i sidepartiene.

Fordelaktig kan en hvilken som helst variant av rammen beskrevet heri benyttes i et jernbanekjøretøy. Et hvilken som helst jernbanekjøretøy vil dra fordel av både forbedret sikkerhet under en kollisjon og reduserte kostnader for vedlikehold og reparasjon etter en kollisjon. Rammen kan være inne i førerkabinen for et jernbanekjøretøy, og/eller en del av endekonstruksjonsseksjonene til et jernbanekjøretøy og/eller en passasjervogn. Kjøretøyet kan være drivkjøretøyet, f.eks. et toglokomotiv, siden de fleste sjokksammenstøt synes å skje mot det fremste jernbanekjøretøyet til et tog.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte for modifisering av et jernbanekjøretøy innbefattende å installere en hvilken som helst variant av rammen som beskrevet heri. Fremgangmåtene for installasjon kan spenne seg fra å installere en ramme som beskrevet heri på til virkningstidspunktet for en kjøretøykabin. Kjøretøykabinen kan være koblet til minst en ende av den sentrale seksjonen av kjøretøyet, hvilken sentrale seksjon inkluderer, men ikke er begrenset til, et passasjerrom, et maskinrom, eller et lasterom. Alternativt kan et eksisterende kjøretøy bli etterutstyrt med de ovennevnte komponenter, med andre ord komponenter for rammen, for f.eks. å tilveiebringe en kostnadseffektiv løsning for aktuelle flåteoperatører slik at de kan dra fordel av forbedret vedlikehold, reparasjon og sikkerhet for et modifisert jernbanekjøretøy.

Andre fordeler og trekk med oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av en spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen gitt som et ikke-begrensende eksempel, og med henvisning til de medfølgende tegninger, der

Figur la er et lengdesnittriss av en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; Figur lb er et vertikalsnittriss av den første utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelse; Figur 1 c er et delvis horisontalriss av den første utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelse: Figur ld er et perspektivriss av en ettergivbar region i et støtteelement hos den første utførelsesformen i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 tilveiebringer et tverrsnittsriss av en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, som viser en kollisjon med en hindring med flat overflate; Figur 3a er et tversnittsriss av en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse som viser de initielle trinnene i en kollisjon med en svært profilert hindring; og Figur 3b er et tverrsnittsriss av en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse som viser et senere trinn i en kollisjon med en svært profilert hindring.

Med henvisning til figurene la, lb, lc og ld, er det vist et jernbanekjøretøy, generelt betegnet med 2. Figur la, lb og lc viser ulike riss av jernbanekjørtøyet 2, med en sentral seksjon 10 forbundet med en kjøretøykabin 12. Figur ld viser et perspektivriss av en ettergivbar region 36 som er i fronten av kjøretøykabinen 12, vist i figur la.

Jernbanekjøretøyet 2 i figurene la, lb og lc har et chassis eller en kjøretøybunn 4 understøttet på en eller flere boggier (ikke vist). Kjøretøybunnen 4 understøtter en sentral seksjon 10, som definerer en lengderetning, inkludert hovedvegger 6 som strekker seg mot taket 8, (bare en vegg er vist i lengdesnittrisset i figur la). En kjøretøykabin 12 er forbundet med minst en ende av den sentrale seksjonen 10 i lengderetningen.

En ettergivbar region er definert som en region hos rammeelementene (26, 32, 30, 34, 20, 40, 44) med en lavere derformasjonsmotstand enn resten av det respektive rammeelementet (26, 32, 30, 34,20,40,44), slik at den ettergivbare regionen lokaliserer derformasjon av rammelementene (26, 32, 30, 34,20, 40, 44) ved sammenstøt for å tilveiebringe kontrollert kollaps av kjøretøykabinen 12.

Kjøretøykabinen 12 innbefatter4 en ramme som er oppdelt i partier, nemlig frontpartiet 62, bunnpartiet 64, takpartiet 66 og sidepartiet 68, vist i figurene la, lb og lc. Bunnpartiet 64 inkluderer minst en bunnrammeelement 20 som er forbundet med kjøretøybunnen 4, i punktet hvor kjøretøykabinen 12 er forbundet med den sentrale seksjonen 10, og strekker seg langsgående til frontpartiet 62. Minst et ettergivbart bunnregion 22 er anordnet i bunnrammeelementet 20, idet den ettergivbare bunnregionen 22 er definert ved å ha en avlang utformet seksjon 24 fjernet fra bunnrammeelementet 20.

Tilkoblet tilstøtende og i fronten av det ettergivbare bunnregionen 22 er frontpartiet 62, som kobles til det ettergivbare bunnregionen 22 av et bufferrammeelement 26. Ytterligere undersammenstillinger (ikke vist) som kan bli understøttet av bufferrammeelementet 26 kan inkludere, men er ikke begrenset til, buffere (ikke vist) koblinger, (ikke vist), kufangere (ikke vist), "bull-bars" (ikke vist), antiklatreinnretninger (ikke vist). Bufferrammeelementet 26 strekker seg i sidedimensjonen mellom de to sidepartiene (68).

På toppen og tilstøtende bufferrammeelementet 26 er det tilkoblet minst et nedre rammeelement 30 som skrår mot fronten av kjøretøykabinen 12, idet toppen av det nedre rammeelementet 30 er sentralt anordnet i en avstand mellom tak- og bunnpartiene 64 og 66. Et midtre rammeelement 32 er koblet til det nedre rammeelementet 30. Det midtre rammeelementet 32 strekker seg i sidedimensjonen mellom de to sidepartiene 68.1 bunnen av det nedre rammeelementet 30 er det anordnet minst en nedre ettergivbar region 31. Den nedre ettergivbare regionen 31 kan inkludere, men er ikke begrenset til, en energiabsorberende avstiver.

Videre er det, tilgrensende toppen av det nedre rammeelementet 30, er øvre rammeelement 34. Faktisk kan det nedre og øvre rammeelementet 30 og 34 være laget av et stykke av et rammeelement som strekker seg fra bunn- til takpartiet. Det vesentlige nær det tilstøtende området for det øvre rammeelementet 34 og det nedre rammeelementet 30 er en sentral ettergivbar region 36, av hvilken det også kan sees et perspektiv i figur ld. I denne forbindelse er den sentrale ettergivbare regionen 36 over forbindelsen mellom det midtre rammeelementet 32 og det nedre rammeelementet 30. Som det kan sees i figurene la og ld, er den sentrale ettergivbare regionen 36 laget av to i det vesentlige motsatte ikke-kryssende halvsirkulære partier fjernet fra enten/eller både den nedre og øvre rammeelmentene 30 og 34. Dette gir en plasthengsel, eller en hengselbar, ettergivbar region, som tillater en styrt rotasjon av de nedre og øvre rammeelementene 30 og 34 i en kollisjon. Det øvre rammeelementet 34 kan bestå av et materiale med en høy stivhet.

Minst en øvre, ettergivbar region 38 er anordnet enten nær toppen av det øvre rammeelementet 38 eller i toppen av det øvre rammeelementet 38. Nær tilkoblet det øvre rammeelementet 34 og/eller det øvre, ettergivbare regionen 38 er takpartiet 66. Forbindelsen mellom frontpartiet 62 og takpartiet 66 er utgjort av minst et første takrammeelement 40. En første ettergivbar takregion 42 er anordnet nær enden av det første takrammeelementet 40 som er nær det øvre rammeelementet 34 eller det øvre ettergivbare regionen 38.

Minst et andre takrammeelement 44 er anbrakt nær og over det første takrammeelementet 40. Det andre takrammeelementet 44 er også forbundet med enten/eller både det øvre rammeelementet 34 eller den øvre, ettergivbare regionen 38. Et andre ettergivbart takregion 46 er i det vesentlige plassert nær enden (mot frontpartiet 62) av det andre takrammeelementet 44, og er nær det første ettergivbare takregionen 24.

Den første ettergivbare takregionen 42 inkluderer minst to hull, langsgående adskilt langs det første takrammeelementet 40. Denne virker som en plasthengsel, idet hengselen er anordnet mellom de to hullene, så vel som langsgående energiabsorbsjon i form av krymping/krølling eller bukling. Den andre ettergivbare takregionen 46, med halvsirkulære korrugeringer i topp og nedre kanter og/eller overflater av det andre takrammeelementet 44, idet det andre ettergivbare takregionen 46 utfører energiabsorbsjon gjennom kompresjon.

Koblet til, eller tilstøtende takrammeelementene 40 og/eller 42 i en egnet avstand fra frontpartiet 62 og fortrinnsvis bak kjøretøykabinen 12, er en ikke-deformerbar sikkerhetsboks 50. Den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen 50 er utgjort av i det vesentlige parallelle stive rammeelementer 52 i begge sidepartier 68. Disse stive rammereelementene 42 er forbundet med bunnrammeelementet 20 til bunnpartiet 64 og det første takrammeelementet 40 til takpartiet 66. Anordnet mellom de i det vesentlige parallelle, stive rammeelementet 52 i minst et sideparti 68 (mest sannsynlig i begge sidepartier 68) er en dørramme for minst en rømningsvei 54. Rømningsveien 54 kan utgjøres av, men er ikke begrenset til, inngangsdører eller vinduer, eller kan være spesialbygd som en rømningsvei 54 laget av et liknende stivt materiale som de stive rammeelementene 52.

I tilfelle et sammenstøt med en hindring i fronten av kjøretøykabinen 12 til jernbanekjøretøyet 2 gitt i figur la, vil frontpartiet 62 kontrollerbart kollapse for å absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet. I en midtfrontkollisjon med en hindring med flat overflate deformerer de nedre, sentrale, øvre ettergivbare regionene, respektivt 31, 36, og 38, ikke fullstendig siden hindringen har flat overflate og ikke trenger inn i kjøretøykabinen 12. De ettergivbare bunn-, tak- og andre takregioner, respektivt 22,42 og 46, vil absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet generelt ved krymping/krølling eller bukling i lengderetningen til det korresponderende rammeelementet.

I en kollisjon med en svært profilert hindring som treffer i en høyde som er sentral mellom tak- og bunnpartiene 66 og 64 samvirker de ettergivbare regionene for å avpasses til profilene til hindringen og absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet. Bunn- og takrammeelementene 20, 40 og 44 gjennomgår typisk en rotasjons-og/eller bøyedeformasjon, slik at elementene roterer innover mot innsiden av kjøretøykabinen 12 om de ettergivbare regionene 22,42 og 46. Samtidig, når hindringen treffer sentralt, avbøyes det sentrale deformerbare regionen 36 mest sannsynlig mot det øvre rammeelementet 34 og gjennomgår en rotasjons- og/eller bøyedeformasjon, fungerende som en plasthengsel, om den sentrale, ettergivbare regionen 36. Hindringen skyver det sentrale, ettergivbare regionen 36 videre inn i kjøretøykabinen 12. Imidlertid forhindrer det øvre rammeelementet 34, grunnet sin stivhet, gjenstanden fra å trenge inn i og/eller punktere kjørtøykabinen 12. Dette er når hele overflatearealet til kjøretøykabinen 12 begynner å dramatisk absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet, og til slutt stoppe fremfarten til hindringen.

Samtidig gjennomgår det ettergivbare øvre, nedre, første tak- andre tak- og bunnregioner 38, 31,42, 46 og 22 ytterligere rotasjonsdeformasjon som absorberer energien fra sammenstøtet så mye som mulig. Den resterende støtenergien blir også overført via de nedre og øvre ettergivbare regioner 31 og 38 mot de langsgående bunn og tak-støtteelementene 20, 40 og 44 av den ytterligere kompresjonen til de nedre og øvre ettergivbare regioner 31 og 38. Til slutt blir denne energien spredd i de ettergivbare bunn- og takregioner 22,42 og 46 ved en langsgående kompresjon av disse rammeelementene. Den kinetiske energien fra sammenstøtet blir effektivt overført vekk fra de som befinner seg i kjøretøykabinen 12. Frontpartiet 62 vil tilpasses formen til hindringen og absorbere så mye kinetisk energi som mulig ved deformasjon av det sentrale ettergivbare regionen 36 og de andre ettergivbare regioner.

Under sammenstøtet kan de som befinner seg i kjøretøykabinen 12 bli skjøvet tilbake, av den deformerende frontpartiet 62, inn i den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen 60. Alternativt kan de som befinner seg der bli skjøvet mot den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen 60 av førerkonsollen som kan være anordnet i frontpartiet 62 til kjøretøykabinen 12, eller de kan søke tilflukt i den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen 60.

Etter en kollisjon med en hindring bør den deformerte kjøretøykabinen 12 ha absorbert mesteparten av kinetiske energien fra sammenstøtet og etterlate den sentrale seksjonen 10 intakt. Kjøretøykabinen 12 kan helt enkelt enten blir reparert eller skiftet ut mens den sentrale seksjonen 10 benyttes på nytt. Dette gir en øket innsparing på vedlikehold og operasjonskostnader for jernbanekjøretøyet.

Ved nå å henvise til figur 2 er det tilveiebrakt et tverrsnittsriss av en alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, og jernbanekjøretøyet 2 kan bli tilsvarende beskrevet som i utførelsesformen i figurene la, lb, lc og/eller ld.

Figur 2 viser operasjonen av de ettergivbare regioner, nemlig de ettergivbare bunn-, nedre, sentrale, øvre, tak- og andre takregioner, respektivt 22, 31, 36, 38,46 og 42 i en midtfrontkollisjon med en hindring 60 som har en flat overflate. Som det kan sees, deformeres de nedre, sentrale, øvre ettergivbare regioner, respektivt 31, 36 og 38, ikke fullstendig siden hindringen har en flat overfalte og ikke trenger inn i kjøretøykabinen 12. De ettergivbare bunn-, tak- og andre takregioner, respektivt 22, 46 og 42, vil absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet i lengderetningen og komprimere bunn-, første tak- og andre takrammeelementer 20, 40 og 42.

Ved nå å henvise til figurene 3 a og 3b er tilveiebrakt et tverrsnittsriss av en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse som viser en kollisjon med en svært profilert hindring, hvor jernbanekjøretøyet 2 er tilsvarende beskrevet som i utførelsesformen i figurene la, lb, lc og/eller ld.

Figur 3a viser en kollisjon mot kjøretøykabinen 12 i det innledende trinnet av sammenstøtet, og figur 3b viser et senere trinn i kollisjonen mot kjøretøykabinen 12. Samvirke mellom de ettergivbare regioner, nemlig de ettergivbare bunn-, nedre, sentrale, øvre, tak- og andre takregioner, respektivt 22, 31, 36, 38, 46 og 42, mot en høy hindring 62 er vist.

Intielt, i figur 3a, utfører tak- og bunnrammeelementene 40,44 og 20 en rotasjonsdeformasjon når hindringen treffer over det sentrale ettergivbare regionen 36. Videre, i figur 3b, treffer hindringen mot det øvre rammeelementet 34, idet den sentrale ettergivbare regionen 36 (også kjent som en hengselbar, ettergivbar region), avbøyes og gjennomgår en rotasjonsdeformasjon, fungerende som en plasthengsel, i forhold til de nedre og øvre rammeelmentene 30 og 34. Hindringen skyver det sentrale, ettergivbare regionen 36 ytterligere inn i kjøretøykabinen 12. Imidlertid er de øvre rammeelementet 34 laget av et stivt materiale, og forhindrer hindringen fra faktisk å trenge inn i kjøretøykabinen 12. Dette er når hele overflatearealet til kjøretøykabinen 12 begynner å dramatisk absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet, og til slutt stopper fremfarten til hindringen.

Samtidig gjennomgår de ettergivbare øvre, nedre, tak- andre tak- og bunnregioner (38, 31, 46, 42 og 22 respektivt) en rotasjonsdeformasjon som absorberer energien fra

sammenstøtet så mye som mulig. Videre blir støtenergien overført via de nedre og øvre ettergivbare regionene 31 og 38 mot bunn- og takrammeelementene 20,40 og 44 ved en ytterligere kompresjon av de nedre og øvre svake elementer 31 g 38. Til slutt blir denne energien spredd i ettergivbare bunn- og takområder 22, 46 og 42, respektivt, som ytterligere komprimerer disse respektive ettergivbare regioner som mye som mulig og absorberer så mye kinetisk energi som mulig. Den kinetiske energien fra sammenstøtet blir effektivt omledet vekk fra de som befinner seg i kjøretøykabinen 12. Frontpartiet avpasses også til formen til hindringen og absorberer så mye kinetisk energi som mulig gjennom deformasjon av den sentrale, ettergivbare regionen 36.

Det vil forstås at den foreliggende oppfinnelse generelt og ved hjelp av spesifikke aspekter og utførelsesformer tilveiebringer et middel slik at kjøretøykabinen til et kjøretøy kan absorbere så mye kinetisk energi fra en kollisjon som mulig på en kontrollerbar og forutsigbar måte, ved bruk av multiple ettergivbare regioner strategisk plassert i det vesentlige i front- tak- bunn- og sidepartiene og ytterligere ved å omlede den kinetiske energien vekk fra de som befinner seg i kjøretøykabinen. I dette henseende representerer oppfinnelsen en vesentlig fordel i forhold til de etablerte og konvensjonelle former for energiabsorbsjon for en kjøretøykabin til et kjøretøy, som på grunn av disses iboende natur ikke forbedrer sikkerheten, reparasjonen og gjenbruken av kjøretøyskonstruksjonen.

Selv om det i den foreliggende beskrivelse har blitt henvist til skinnekjøretøy, er det også vurdert slik at læren i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet like fullt på andre kjøretøy. Som sådan skal henvisninger til et "kjøretøy" eller "kjøretøy" ikke ansees som begrenset til en bestemt type transport, men skal fortolkes som å innbefatte alle typer kjøretøy, inkludert, men ikke begrenset til skinnekjøretøy, tog, passasjervogner, lastevogner, lokomotiver, førte kjøretøy og transport, busser, luftfartøy, lastebiler, campingbiler, campingvogner, trailere, trekkvogner o.l. Betegnelsen "kjøretøy" blir benyttet heri for å henvise til denne generiske gruppen av gjenstander, med mindre det er spesifisert annet.

Claims (16)

1. Ramme for en kjøretøykabin (12) omfattende et antall rammeelementer (26, 32, 30, 34, 20, 40, 44) som definerer front- (62), bunn- (64), tak- (66) og sidepartier (68) av kjøretøykabinen,karakterisertveda at rammen omfatter et antall ettergivbare regioner (22, 31, 36, 38, 42, 46) fordelt i rammeelementene, inkluderer en sentral ettergivbar region (36) hvori rammeelementene definerer frontpartiet (62), anbrakt generelt sentralt i et punkt mellom bunn- (64) og takpartiet (66), en flerhet av ettergivbare regioner (42, 46) er anordnet i et eller flere rammeelementer som definerer takpartiet (66) og en flerhet av ettergivbare regioner (22, 31) er anordnet i et eller flere rammeelementer som definerer bunnpartiet (64), hvorved i en kollisjon med en svært profilert hindring som treffer i en høyde som er sentral mellom tak- og bunnpartiene (66, 64) samvirker de ettergivbare regionene for å avpasses til profilene til hindringen og absorbere den kinetiske energien fra sammenstøtet.

2. Ramme i henhold til krav 1, hvori et eller flere rammeelementer (30, 34) i frontpartiet er forbundet mellom et eller flere elementer (20,40) som definerer tak- og/eller bunnpartiene.

3. Ramme i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, hvori det minst ene ettergivbare regionen (24, 36) i rammeelementene er dannet av et eller flere reduserte partier hos rammeelementene.

4. Ramme i henhold til krav 3, hvori det minst ene reduserte partiet er definert av et eller flere hull (24) i rammeelementene.

5. Ramme i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, hvori en eller flere ettergivbare regioner (26, 36, 42) omfatter en eller flere mekaniske hengsler.

6. Ramme i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, hvori en eller flere ettergivbare regioner (31,46) omfatter et eller flere krasj energiabsorsjonselementer.

7. Ramme i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, hvori minst et av rammeelementene er en energiabsorberende avstiver (31).

8. Ramme i henhold til krav 7, hvori rammeelementene er anordnet i et triangel dannet ved å tilkoble minst en energiabsorberened avstiver (31) mellom to rammeelementer (26, 30).

9. Ramme i henhold til krav 8, hvori et (30) av rammeelementene (26, 36) anordnet i triangelen strekker seg i en avstand fra triangelet til en hengslebar ettergivbar region (36), hvori ved sammenstøtet deformeres nevnte rammeelement (30) i den hengselbare ettergivbare regionen (36) for å tillate energiabsorbsjon i avstiveren (31).

10. Ramme i henhold til et hvilket som helst av kravene 8 til 9, hvori triangelet er dannet ved å tilkoble den energiabsorberende avstiveren (31) mellom et eller flere rammeelementer (30) i frontpartiet og et eller flere rammeelementer (26) i bunnpartiet.

11. Ramme i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, omfattende en deformerbar del og en ikke-deformerbar sikkerhetsboks (50) anordnet bak den deformerbare delen i retningen av det forventede sammenstøtet.

12. Ramme i henhold til krav 11, hvori den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen (50) omfatter to eller flere stive rammeelementer (52) i sidepartiene (68) koblet til et eller flere rammeelementer (20, 40) i tak- og bunnpartiene.

13. Ramme i henhold til et hvilket som helst av kravene 11 eller 12, hvori den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen (50) omfatter et eller flere stive rammeelementer i takpartiet som er koblet til en eller flere rammeelementer i sidepartiene.

14. Ramme i henhold til et hvilket som helst av kravene 12 eller 13, hvori de stive rammeelementene til den ikke-deformerbare sikkerhetsboksen omfatter en dørramme for en nødutgang.

15. Anvendelse av en ramme i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav i et jernbanekjøretøy (2).

16. Jernbanekjøretøy (2) omfattende rammen i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 15.