Тяговое и толкающее устройство и узел передачи усилия с подобным тяговым и толкающим устройством

Группа изобретений относится к области железнодорожного транспорта, в частности к тяговым и толкающим устройствам и к узлам передачи тяговых и толкающих усилий. Устройство содержит два элемента для передачи тяговых и толкающих усилий и необратимое устройство гашения энергии. Необратимое устройство включает в себя не менее одного необратимого элемента гашения энергии и не менее одного устройства гашения энергии. Необратимый элемент частично или полностью состоит из волокнистого композиционного материала. Необратимое устройство размещено в элементе передачи усилий и содержит сопловый участок. При превышении максимально допустимого толкающего усилия необратимый элемент надавливается сополовым участком и расщепляется на волокна. Повышается ремонтопригодность тягового устройства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Изобретение относится к тяговому и толкающему устройству, в частности с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к узлу передачи усилия с подобным тяговым и толкающим устройством.

Узлы передачи усилия в виде соединительных штанг, в частности для использования в рельсовых транспортных средствах для передачи усилий между соединительной головкой и присоединительным элементом для, как минимум, опосредованного присоединения к кузову вагона, например опорным блоком с тяговыми и толкающими устройствами, известны из уровня техники в различных исполнениях. Подобные соединительные штанги могут быть в зависимости от требования снабжены наряду с функцией передачи усилия обратимым и/или необратимым гашением энергии. Соединительные штанги характеризуются двумя соединенными друг с другом передающим усилие образом элементами передачи усилия. Обратимые (реверсивные) устройства гашения энергии расположены при этом, по меньшей мере, опосредованно, то есть непосредственно или с промежуточным расположением дальнейших конструктивных элементов между обоими элементами передачи усилия, таким образом, что они могут поглощать энергию толчка посредством обратимого изменения длины. Это имеет место, как правило, до критической нагрузки. Для того чтобы при перегрузке, то есть при превышении максимально допустимого толкающего усилия, не направлять введенное в соединительную штангу усилие свободно на последующие присоединительные элементы с их значительным повреждением или повреждением окрестных областей присоединения, предусмотрены необратимые устройства гашения энергии. Говоря о них, речь идет об элементах деформации, которые используются при перегрузке и характеризуются постоянной и задаваемой нагрузкой по всему своему пути деформации. При этом в зависимости от исполнения и принципа введенная за счет перегрузки энергия используется в работе пластической деформации или для отслаивания. Так, например, используются стальные деформируемые трубы, которые упруго-пластично расширяются коническим кольцом.

Из WO 2009/034123 A1 известна противоударная защита, которая подходит в частности для использования в качестве дополнительной необратимой ступени противоударной защиты вместе с конструктивным элементом для передачи усилия. Эта противоударная защита имеет элемент гашения энергии в виде деформируемой трубы, а также ответный элемент в виде элемента передачи усилия. Ответный элемент (элемент передачи усилия) взаимодействует при этом с элементом гашения энергии таким образом, что после превышения заранее задаваемого характеристического толкающего усилия выполненный в виде деформируемой трубы элемент гашения энергии пластически деформируется и при этом поглощает, по меньшей мере, часть возникающей при передаче толкающего усилия энергии. При пластической деформации деформируемой трубы деформируемая труба (элемент гашения энергии) и элемент передачи усилия (ответный элемент) приближаются друг относительно друга друг к другу.

Подобные исполнения спроектированы таким образом, что пластическая деформация должна уже одновременно учитываться при расчете параметров и после столкновения, как правило, не может также просто устраняться. В этом случае после срабатывания, в частности в случае столкновения, весь узел передачи усилия должен, как правило, изготавливаться заново. Также способность деформироваться привязана к свойствам материала, а также геометрии и размерам этих стальных труб, так что преобразовываемый в работе деформации ввод энергии зачастую ограничен заданными значениями установочного пространства. Так как при расширении, как правило, происходит лишь ограниченное укорочение, использование при крайне незначительном, имеющемся в распоряжении установочном пространстве не просто реализовать.

Лежащая в основе данного изобретения задача заключается, исходя из этого, в том, чтобы предоставить тяговое и толкающее устройство, которое наряду с передачей усилия при нормальной эксплуатации допускает в случае столкновения поглощение больших усилий также в коротком, имеющемся в распоряжении установочном пространстве. В случае столкновения необратимое гашение энергии не должно при срабатывании повреждать по возможности другие компоненты, в частности элементы передачи усилия, так что они имеют высокий потенциал повторного использования для восстановления тягового и толкающего устройства.

Соответствующее изобретению решение задачи характеризуется признаками пунктов 1 и 19 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Тяговое и толкающее устройство, в частности для сцепок направляемых (в рельсовой колее) транспортных средств, с двумя распространяющимися вдоль продольной оси элементами передачи усилия, которые для передачи тяговых и толкающих усилий соединены друг с другом с возможностью передачи усилия и при превышении максимально допустимого толкающего усилия могут перемещаться друг относительно друга, имеет необратимое, соответственно, разрушаемое устройство гашения энергии, которое выполнено и расположено таким образом, чтобы реагировать при превышении максимально допустимого толкающего усилия. Согласно изобретению предусмотрено, что необратимое устройство гашения энергии включает в себя, по меньшей мере, один элемент гашения энергии, который, по меньшей мере, частично или в отдельных областях, предпочтительно полностью, состоит из волокнистого композиционного материала, в частности пластикового волокнистого композиционного материала, и необратимое устройство гашения энергии, по меньшей мере, в отдельных областях размещено в первом из обоих элементов передачи усилия. Этот первый элемент передачи усилия имеет сопловый участок или образует его. Необратимый элемент гашения энергии расположен по отношению к сопловому участку и другому второму элементу передачи усилия таким образом, что при вводе в тяговое/толкающее устройство толкающего усилия, превышающего максимально допустимое толкающее усилие, необратимый элемент гашения энергии надавливается сопловым участком при по меньшей мере частичном, предпочтительно полном, расщеплении на волокна образованных из волокнистого композиционного материала областей.

Под тяговым/толкающим устройством понимается в частности устройство, при помощи которого тяговые усилия и толкающие усилия вплоть до максимально допустимой величины могут передаваться между двумя присоединительными элементами. То есть под ним в частности понимается устройство, которое может располагаться в силовом потоке между двумя присоединительными элементами в качестве устройства передачи усилия и делает возможной передачу усилий от одного на другой элемент передачи усилия.

Понятие ʺэлементʺ следует понимать функционально. Оно относится и к исполнению в виде отдельного конструктивного элемента, и к сборке из нескольких компонентов в один конструктивный элемент, который служит для реализации определенной функции. Следовательно, элемент передачи усилия может состоять из одной части или также из нескольких частей.

В качестве волокнистого композиционного материала, как правило, понимается состоящий из поддерживающей матрицы, а также армирующих волокон многофазный или композиционный материал. Функция матрицы заключается в том, чтобы удерживать волокна в заданном положении, передавать напряжения между волокнами и защищать волокна от внешних воздействий. Армирующие волокна ответственны за несущие механические свойства. В качестве армирующих волокон подходят, в частности стеклянные и углеродные волокна.

В соответствующем изобретению решении, по меньшей мере, часть введенной в тяговое/толкающее устройство энергии удара поглощается вследствие того, что элемент гашения энергии не деформируется пластически, как это имеет место у элементов гашения энергии из стали, а, по меньшей мере, частично расщепляется на отдельные части. То есть при срабатывании устройства гашения энергии введенная в него энергия удара используется для расщепления на волокна областей волокнистого композиционного материала и таким образом, по меньшей мере, частично поглощается. Так как расщепление на волокна и растирание в порошок требует по сравнению с обычной пластической деформацией существенно больше энергии, соответствующее изобретению тяговое/толкающее устройство подходит, в частности также для применений, при которых должны поглощаться высокие удельно-весовые энергии удара. Под понятием «расщепление на волокна» образованной из волокнистого композиционного материала области необратимого элемента гашения энергии следует в этой связи понимать, в частности разрушение волокнистой структуры волокнистого композиционного материала, соответственно, области из волокнистого композиционного материала, причем его расщепление на отдельные части, в частности фрагменты, происходит вплоть до растирания в порошок.

Соответствующее изобретению исполнение позволяет интеграцию необратимого гашения энергии для поглощения очень высоких усилий также при незначительном, имеющемся в распоряжении установочном пространстве в тяговое/толкающее устройство. Благодаря, по меньшей мере, частичному исполнению необратимого элемента гашения энергии из волокнистого композиционного материала гашение энергии может устанавливаться заданным образом, и повреждения элементов передачи усилия, возникающие в противном случае при пластической деформации известных из уровня техники стальных труб, могут предотвращаться. Использование выполненного из волокнистого композиционного материала элемента гашения энергии отличается далее своей легковесной конструкцией, которая может использоваться для сокращения общего веса тягового/толкающего устройства.

В предпочтительном исполнении в первом элементе передачи усилия, если смотреть в направлении продвижения элемента гашения энергии через сопловый участок, в области соплового участка и/или, будучи расположена за сопловым участком, предусмотрена область полого пространства. В стенке первого элемента передачи усилия предусмотрено, по меньшей мере, одно, предпочтительно несколько сквозных отверстий, которые расположены в окружном направлении первого элемента передачи усилия и распространяются сквозь стенку от области полого пространства до внешнего периметра. Отдельное сквозное отверстие расположено и выполнено таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, отводить возникающие при продавливании необратимого элемента гашения энергии через сопловый участок волокна или частицы за пределы первого элемента передачи усилия. Благодаря пространственно близкому отводу возникающих при расщеплении фрагментов и волокон предотвращается закупорка непрерывно создаваемыми из также более длинных элементов гашения энергии фрагментами и волокнами. Это создает условия для очень компактно выполненных тяговых и толкающих устройств, в частности с незначительной длиной в продольном направлении, так как с сопловыми областями не должны согласовываться большие области полого пространства для приема возникающих при расщеплении фрагментов и волокон, и элементы гашения энергии могут иметь, несмотря на это, относительно длинную конструкцию при рассмотрении в продольном направлении тягового и толкающего устройства и предоставлять тем самым способность поглощения высокой энергии.

В дальнейшем усовершенствовании, которое может быть предусмотрено дополнительно или альтернативно к вышеуказанному исполнению с выполненными в виде сквозных отверстий отводящими отверстиями, предусмотренная в первом элементе передачи усилия в области соплового участка и/или за сопловым участком область полого пространства выполнена и расположена таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, принимать возникающие при продавливании необратимого элемента гашения энергии через сопловый участок волокна или частицы. В последнем случае можно полностью отказаться от действующих в качестве отводящих отверстий сквозных отверстий.

Наиболее предпочтительно свойства подобных элементов гашения энергии из волокнистого композиционного материала могут заданным образом адаптироваться к ожидаемому случаю нагрузки как функция, по меньшей мере, одного из указанных ниже параметров:

- архитектура волокон и/или структура слоя волокон,

- форма и/или размеры.

Так, например, прочность и характер срабатывания устройства гашения энергии могут предварительно устанавливаться заданным образом, благодаря тому, что доля проложенных в направлении передачи толкающего усилия волокон варьируется.

В отношении исполнения отдельного необратимого элемента гашения энергии существует в принципе множество возможностей. Он может быть выполнен в виде элемента, выбранного из группы следующих элементов:

- полое тело, в частности полое тело с цилиндрическим или эллиптическим поперечным сечением,

- втулка,

- элемент сплошного профиля.

При этом отдельный необратимый элемент гашения энергии может быть выполнен, при рассмотрении по его протяженности вдоль продольной оси, с постоянным или же переменным поперечным сечением.

Необратимое устройство гашения энергии может образовываться одним единственным необратимым элементом гашения энергии или несколькими такими элементами гашения энергии. В указанном первым случае отдельный необратимый элемент гашения энергии согласно предпочтительному исполнению расположен для равномерного поглощения энергии соосно с элементами передачи усилия, соответственно, с продольной осью. В этом случае он предпочтительно выполнен симметричным, в частности вращательно-симметричным.

Во втором случае предусмотрено множество необратимых элементов гашения энергии. При выбранном последовательном расположении они подключены друг за другом и срабатывают благодаря нагрузке друг с другом. Общая способность поглощения определяется суммой отдельных способностей поглощения. Это решение позволяет для тяговых и толкающих устройств различной протяженности в продольном направлении применение выполненных стандартизировано необратимых элементов гашения энергии за счет их комбинирования и сокращает тем самым разнообразие деталей.

При параллельном расположении отдельные элементы гашения энергии могут в первом исполнении располагаться, по меньшей мере, частично в отношении своей протяженности в продольном направлении тягового и толкающего устройства друг в друге. Они могут быть при этом выполнены и расположены при рассмотрении в направлении продольной оси, либо полностью перекрывая друг друга в отношении области своей протяженности в этом направлении. Либо для достижения происходящего последовательно срабатывания и для воздействия на величину и характер гашения энергии существует возможность выполнять отдельные элементы гашения энергии с различной протяженностью в продольном направлении тягового/толкающего устройства.

Во втором исполнении параллельного расположения имеющий сопловый участок первый элемент передачи усилия имеет множество расположенных в окружном направлении вокруг продольной оси отдельных сопловых элементов. Необратимое устройство гашения энергии включает в себя несколько подобных элементов гашения энергии, которые расположены параллельно друг относительно друга, причем расположение осуществляется в окружном направлении вокруг продольной оси на расстоянии друг от друга. Расположение, в частности согласование с сопловыми элементами, осуществляется таким образом, чтобы при превышении максимально допустимого толкающего усилия надавливались отдельные сопловые элементы.

Расположение и согласование необратимого элемента гашения энергии с первым элементом передачи усилия может осуществляться по-разному. В первом варианте отдельный необратимый элемент гашения энергии расположен за пределами силового потока и проводится в первом элементе передачи усилия без соединения с ним. В простейшем случае необратимый элемент гашения энергии введен для этого в первый элемент передачи усилия лишь с посадкой с зазором.

Во втором варианте отдельный необратимый элемент гашения энергии проводится для фиксации положения на первом элементе передачи усилия и/или на втором элементе передачи усилия или на, по меньшей мере, опосредованно нагруженном усилием от второго элемента передачи усилия элементе для нагружения элемента гашения энергии.

В третьем варианте отдельный необратимый элемент гашения энергии закреплен на первом элементе передачи усилия или расположен с предварительным напряжением между ним и вторым элементом передачи усилия или нагруженным им элементом. Закрепление на первом элементе передачи усилия может происходить посредством силового замыкания, геометрического замыкания или замыкания материала. В простейшем случае необратимый элемент гашения энергии лишь вклеен для фиксации положения.

В отношении конструктивного исполнения элементов передачи усилия существует множество возможностей. В одном предпочтительном исполнении первый элемент передачи усилия выполнен в виде открытого, по меньшей мере, с одной стороны полого тела, предпочтительно трубообразного тела, а второй элемент передачи усилия выполнен в виде тяговой штанги, причем тяговая штанга своей указывающей к первому элементу передачи усилия концевой областью размещена в первом элементе передачи усилия. Оба элемента через передающее усилие соединение соединены друг с другом, по меньшей мере, опосредовано, то если либо напрямую, либо с промежуточным расположением дальнейших элементов в силовом потоке. Для нагружения необратимого элемента гашения энергии предусмотрен элемент нагружения. Он либо образуется непосредственно вторым элементом передачи усилия, либо же второй элемент передачи усилия воздействует на него под действием усилия, превышающего максимально допустимое толкающее усилие, таким образом, что через элемент нагружения это повышенное усилие вводится в необратимый элемент гашения энергии.

Передающее усилие соединение между первым и вторым элементом передачи усилия осуществляется в первом исполнении напрямую, причем в соединение интегрировано заданное место разрыва, которое срабатывает при допустимом максимальном толкающем усилии и при устранении передающего усилие соединения допускает относительное движение первого и второго элемента передачи усилия друг относительно друга. Заданное место разрыва обеспечивается в простейшем случае соединительными устройствами. Они включают в себя, например, разрывные элементы в виде разрывных винтов. Другие исполнения возможны, например соединения с замыканием материала при помощи сварных швов и т.д. Тяговая штанга имеет в этом случае область, которая наряду с функцией установления соединения с первым элементом передачи усилия также предоставляет поверхностную область для взаимодействия с необратимым элементом гашения энергии. Это реализуется в простейшем случае посредством интегрированного фланца или посредством области с увеличением поперечного сечения. Соединяемый отдельно с тяговой штангой фланцевый элемент также возможен.

Если соединение осуществляется не напрямую, то в усовершенствовании всех вышеописанных исполнений передающие усилие соединения между первым и вторым элементом передачи усилия могут происходить в направлении тягового усилия с промежуточным включением демпфирующего устройства. Альтернативно или же дополнительно передающее усилие соединение происходит в направлении толкающего усилия с промежуточным включением демпфирующего устройства. Демпфирующие устройства выполнены при этом в виде обратимых устройств гашения энергии, причем отдельное демпфирующее устройство выполнено в виде устройства, выбранного из следующей группы:

- пружинное устройство,

- газо-гидравлическое демпфирующее устройство,

- гидростатическое демпфирующее устройство

или комбинация из вышеуказанных устройств.

Они делают возможным благодаря обратимому изменению длины поглощение толчков.

В этих исполнениях предусмотрен, например, образующий нажимную тарелку дискообразный или пластинчатый элемент, который соединен с первым элементом передачи усилия в направлении толчка, будучи расположен перед сопловым участком при рассмотрении в продольном направлении, и имеет поверхностную область для нагружения необратимого элемента гашения энергии. В этом случае нажимная тарелка принимает две функции, с одной стороны она является составной частью передающего усилие соединения, а с другой стороны она образует элемент нагружения при устранении этого соединения для необратимого элемента гашения энергии. Тяговая штанга проводится для этого сквозь нажимную тарелку и имеет тяговый упор и ударный упор, причем они расположены в осевом направлении, то есть продольном направлении тяговой штанги, на расстоянии друг от друга. В соединении между нажимной тарелкой и первым элементом передачи усилия предусмотрено заданное место разрыва. Нажимная тарелка может быть выполнена для этого за одно целое с элементом передачи усилия, и заданное место разрыва может реализовываться посредством сильного изменения поперечного сечения. Однако предпочтительно она выполнена в виде отдельного конструктивного элемента, который через соединительные устройства, предпочтительно через разрывные устройства соединен с элементом передачи усилия. Нажимная тарелка имеет поверхностную область для взаимодействия с тяговым упором тяговой штанги для передачи усилия в направлении тягового усилия и поверхностную область для взаимодействия с ударным упором тяговой штанги для передачи усилия в направлении толчка. Эти поверхностные области расположены на противоположных торцевых сторонах нажимной тарелки.

Как уже было указано, в каждом случае между тяговым упором и нажимной тарелкой или между ударным упором и нажимной тарелкой может дополнительно предусматриваться обратимое устройство гашения энергии.

Во всех исполнениях при превышении заданного максимально допустимого толкающего усилия происходит устранение соединения при одновременном относительном движении элементов передачи усилия, предпочтительно друг относительно друга, причем в этом случае второй элемент передачи усилия либо напрямую, либо через нажимную тарелку воздействует в качестве исполнительного элемента на необратимый элемент гашения энергии.

Следует понимать, что функции первого и второго элемента передачи усилия в их согласовании с тяговой штангой и ответным элементом можно также менять местами. При этом терминология ʺпервый и второй элемент передачи усилияʺ не задает направление силового потока, а служит для их различия.

Исполнение соплового участка может во всех вариантах осуществления осуществляться за одно целое с элементом передачи усилия, то есть либо посредством сужения поперечного сечения, либо посредством наличия выступа. Сопловый участок может далее образовываться отдельным установленным в элементе передачи усилия конструктивным элементом. В этом случае он может быть соединен, например, посредством силового, геометрического или материального замыкания с элементом передачи усилия для фиксации положения. Сопло может при этом выполняться, например, с постоянным изменением поперечного сечения в продольном направлении или со ступенчатым изменением.

В наиболее предпочтительном исполнении подобные тяговые/толкающие устройства находят применение в узлах передачи усилия. Наиболее предпочтительно применение в соединительной штанге рельсового транспортного средства, причем в этом случае один из элементов передачи усилия соединен, по меньшей мере, опосредованно с соединительной головкой, а другой с присоединительным элементом на кузове вагона.

Соответствующее изобретению решение разъясняется далее на основе фигур.

Тяговые/толкающие устройства 1 соответствующих изобретению исполнений включают в себя, по меньшей мере, два элемента 2 и 3 передачи усилия, которые расположены с распространением вдоль теоретической и ориентированной в продольном направлении тягового/толкающего устройства 1 продольной оси L и, по меньшей мере, опосредованно соединены друг с другом с возможностью передачи усилия, по меньшей мере, для передачи тяговых усилий, предпочтительно также толкающих усилий. Продольное направление соответствует при этом направлению, в котором ориентированы составляющие основного направления тяговых и толкающих усилий. Соединение может при этом осуществляться напрямую или через передаточные элементы, в частности с промежуточным расположением демпфирующих элементов. По меньшей мере, один из обоих элементов 2 или 3 передачи усилия образует внутреннее пространство 5, по меньшей мере, для частичного приема, по меньшей мере, одного необратимого элемента 10 гашения энергии. Элемент 10 гашения энергии, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, образован из волокнистого пластикового композита. По меньшей мере, частично вмещающий элемент 10 гашения энергии элемент 2 или 3 передачи усилия имеет далее сопловый участок 4 или образует его. Разрушаемый элемент 10 гашения энергии, по меньшей мере, частично размещен при этом в имеющем сопловый участок 4 элементе 2 или 3 передачи усилия таким образом, что при происходящем при превышении допустимого максимального толкающего усилия относительном движении обоих элементов 2, 3 передачи усилия друг относительно друга он продавливается через сопловый участок 4 (или надавливается им) и при этом испытывает разрушающую деформацию и при необходимости расщепление на волокна.

Элемент 10 гашения энергии может либо свободно, то есть без соединения с вмещающим его элементом передачи усилия, вводиться в него, и тем самым он не участвует при нормальной эксплуатации в передаче усилий. Либо согласно альтернативному исполнению он может также закрепляться на элементе передачи усилия или же устанавливаться с предварительным напряжением. Предпочтительно элемент 10 гашения энергии выполнен в виде цилиндрического конструктивного элемента, который в окружном направлении выполнен вокруг продольной оси.

При превышении максимально допустимого толкающего усилия происходит при этом устранение передающего усилие соединения между обоими элементами 2, 3 передачи усилия, что создает условия для упомянутого относительного движения. Элемент 10 гашения энергии нагружается затем либо непосредственно в каждом случае другим элементом передачи усилия, либо опосредованно через конструктивные элементы, на которые воздействует этот элемент передачи усилия, и продавливается через сопловый участок 4. В отношении отвода разрушенного или расщепленного на волокна материала существует в основном две возможности. Первая характеризуется наличием отверстий 7 на имеющем сопловый участок 4 элементе передачи усилия. Эти отверстия 7 расположены в направлении толкающего усилия за сопловым участком 4. Вторая возможность характеризуется наличием внутренним пространством внутри элемента передачи усилия.

Предпочтительно первый и второй элемент 2, 3 передачи усилия имеют цилиндрическое или эллиптическое поперечное сечение. Первый и второй элемент передачи усилия расположены соосно друг с другом. Все исполнения выполнены предпочтительно в виде тяговых/толкающих устройств 1 узла 100 передачи усилия в виде соединительной штанги 101. Элементы 2, 3 передачи усилия образуются при этом элементами соединительной штанги. При этом один элемент 2 или 3 передачи усилия, по меньшей мере, опосредованно соединен с не изображенной здесь соединительной головкой для соединения с ответной соединительной головкой. В этом случае другой элемент 3 передачи усилия сцеплен или соединен, например, при помощи шарнирной системы, по меньшей мере, опосредованно с присоединительным элементом для присоединения к кузову вагона. Предпочтительно элемент 2 передачи усилия выполнен в виде тяговой штанги. Элемент 3 передачи усилия образует в этом случае соединенный с тяговой штангой ответный элемент. Возможность расположения в узле 100 передачи усилия между соединительной головкой 15 и кузовом 16 вагона показана в качестве примера на фиг.9.

Каждый из элементов 2, 3 передачи усилия может состоять из одной или нескольких частей.

Фиг.1-5 показывают на схематично упрощенном изображении основную конструкцию и основную функцию различных исполнений тягового и толкающего устройства 1 согласно первому и наиболее предпочтительному варианту осуществления. Основная конструкция одинакова, вследствие чего для одинаковых элементов используются одинаковые ссылочные позиции.

Фиг.1a и 1b показывают на сильно и схематично упрощенном изображении первое исполнение тягового и толкающего устройства 1 согласно первому варианту осуществления в двух функциональных положениях. У этого устройства первый элемент 2 передачи усилия образуется тяговой штангой. Второй элемент 3 передачи усилия образуется распространяющимся вдоль продольной оси L цилиндрическим элементом с различными областями поперечного сечения. Цилиндрический элемент окружает при этом внутреннее пространство 5 при рассмотрении в окружном направлении вокруг продольной оси L. Сопловый участок 4 на элементе 3 передачи усилия образован либо внутренним периметром 11 цилиндрического элемента, либо же дополнительным, расположенным во внутреннем пространстве 5 и здесь не изображенным конструктивным элементом, который соединен с цилиндрическим элементом. Соединение может осуществляться посредством силового, геометрического или материального замыкания или посредством комбинации этих типов соединения.

Первый элемент 2 передачи усилия размещен здесь при рассмотрении вдоль своей протяженности в продольном направлении, по меньшей мере, частично во втором элементе 3 передачи усилия.

Первый и второй элемент 2, 3 передачи усилия соединены друг с другом с возможностью передачи усилия. То есть силовой поток проходит через оба элемента. Соединение осуществляется согласно фиг.1a таким образом, что элемент 2 передачи усилия упирается под действием тягового усилия тяговым упором 13 во второй элемент 3 передачи усилия, здесь в образованную отдельным конструктивным элементом и соединенную с ним нажимную тарелку 8. Нажимная тарелка 8 имеет для этого поверхностную область 17 упора тягового усилия. Соединение между нажимной тарелкой 8 и стенкой 12 элемента 3 передачи усилия может осуществляться посредством силового, геометрического или материального замыкания. Возможна также комбинация. Соединение рассчитано при этом на максимально допустимое усилие, в частности тяговое или толкающее усилие. В него интегрировано заданное место 9 разрыва, которое при превышении этого максимально допустимого усилия - тягового или толкающего усилия - срабатывает и устраняет соединение. Под воздействием тягового усилия тяговый упор 13 упирается в поверхностную область 17 упора тягового усилия и передает тем самым усилие на нажимную тарелку 8 и через соединение с цилиндрическим элементом на этот элемент. Если возникают толкающие усилия, то элемент 2 передачи усилия перемещается относительно элемента 3 передачи усилия в направлении толкающего усилия, то есть в данном случае друг к другу, и вступает ударным упором 14 в контакт с поверхностной областью 18 упора ударного усилия на нажимной тарелке 8. Ударный упор 14 и тяговый упор 13 расположены в осевом направлении со смещением друг относительно друга, то есть на расстоянии друг от друга. В зависимости от величины толкающего усилия оно передается через нажимную тарелку 8 на цилиндрический элемент, или же при превышении максимально допустимого толкающего усилия соединение устраняется, благодаря тому, что заданное место 9 разрыва срабатывает. Нажимная тарелка 8 действует в этом случае как элемент 19 нагружения для элемента 10 гашения энергии. Она перемещается под действием толкающего усилия в направлении элемента 10 гашения энергии и нагружает его. Нажимная тарелка 8 имеет для этого в представленном случае поверхностную область 20 нагружения. Поверхностная область 20 нагружения расположена в представленном случае со смещением в радиальном направлении относительно поверхностной области 17 упора тягового усилия. Элемент 10 гашения энергии продавливается через сопловый участок 4 и необратимо деформируется или разрушается. Возникающие при этом обломки отводятся предпочтительно через расположенные на втором элементе 3 передачи усилия за сопловым участком 4 в направлении толкающего усилия отверстия 7. Это состояние показано на фиг.1b. Также возможно, что часть обломков и волокон или же все они остаются во втором элементе 3 передачи усилия. В этом случае второй элемент 3 передачи усилия выполнен с расположенным за сопловым участком 4 в направлении толкающего усилия удлиненным внутренним пространством, как это показано в качестве примера на фиг.1c.

Во всех описанных ниже и выше исполнениях, в зависимости от исполнения элемента 2 передачи усилия в виде тяговой штанги ее участки, в частности радиальные поверхностные области на образующих тяговый и ударный упоры 13, 14 увеличениях поперечного сечения, могут принимать функцию проведения тяговой штанги при относительном движении относительно элемента 3 передачи усилия. Образующие тяговый и ударный упоры 13, 14 увеличения поперечного сечения выполнены при этом либо за одно целое с тяговой штангой, либо образуются отдельными конструктивными элементами, в частности дискообразными элементами, которые соединяются с тяговой штангой.

Фиг.2 показывает упрощенное исполнение согласно фиг.1a в режиме нормальной эксплуатации или же в ненагруженном состоянии. Здесь нажимная тарелка 8 образована непосредственно тяговой штангой, то есть первым элементом 2 передачи усилия. Передающее усилие соединение 30 между обоими элементами 2, 3 передачи усилия осуществляется напрямую. Элемент 2 передачи усилия выполнен для этого в области обращенного к элементу 3 передачи усилия конца с увеличением поперечного сечения. Оно образует нажимную тарелку 8 и одновременно элемент 19 нагружения для элемента 10 гашения энергии. Заданное место 9 разрыва интегрировано непосредственно в соединение 30. Это достигается, например, благодаря тому, что разрывные элементы соединяют тяговую штангу или нажимную тарелку с элементом 3 передачи усилия. В режиме нормальной эксплуатации, то есть при передаче тяговых усилий и до максимально допустимого толкающего усилия, эти усилия передаются через соединение между обоими элементами передачи усилия. При превышении заданного, максимально допустимого толкающего усилия они срабатывают, и соединение устраняется. Концевой участок тяговой штанги или образующая нажимную тарелку 8 область со своей поверхностной областью 20 действует теперь как элемент 19 нагружения для элемента 10 гашения энергии и продавливает его через сопловый участок 4 с показанным на фиг.1b и 1c результатом.

Если фиг. 1 и 2 показывают исполнения тягового и толкающего устройства 1 только с разрушаемым гашением энергии, фиг.3-5 показывают усовершенствования с обратимым гашением энергии.

Фиг.3 показывает исполнение согласно фиг.1a с дополнительным обратимым устройством 21 гашения энергии, в частности элементом гашения энергии. Оно расположено при рассмотрении в направлении введенного через тяговую штангу толкающего усилия перед необратимым элементом 10 гашения энергии. Обратимое устройство 21 гашения энергии действует как демпфер. Оно включает в себя наиболее предпочтительно, по меньшей мере, один пружинный элемент F1. Говоря о нем, речь может идти об отдельных пружинных элементах, возможны также пакеты пружин, в частности пакеты резиновых пружин, причем один или несколько пактов могут быть соединены последовательно и/или параллельно. Обратимое устройство 21 гашения энергии опирается при этом с одной стороны на элемент 2 передачи усилия, в частности на ударный упор 14 тяговой штанги, а с другой стороны на нажимную тарелку 8 или элемент 3 передачи усилия. То есть толкающие усилия не передаются непосредственно на элемент 3 передачи усилия, а демпфируются упругими элементами устройства 21 гашения энергии. Устройство 21 гашения энергии снова восстанавливается после устранения усилий.

По сравнению с исполнением на фиг.3 фиг.4 показывает усовершенствование согласно фиг.1a с дополнительным обратимым устройством 22 гашения энергии. Оно расположено при рассмотрении в направлении введенного через тяговую штангу тягового усилия между первым и вторым элементом 2, 3 передачи усилия. Обратимое устройство 22 гашения энергии действует как демпфер и включает в себя наиболее предпочтительно, по меньшей мере, один пружинный элемент F2. Говоря о нем, речь может идти об отдельных пружинных элементах, возможны также пакеты пружин, в частности пакеты резиновых пружин, причем один или несколько пактов могут быть соединены последовательно и/или параллельно. Обратимое устройство 22 гашения энергии опирается при этом с одной стороны на элемент 2 передачи усилия, в частности на тяговый упор 13 тяговой штанги, а с другой стороны на нажимную тарелку 8 или элемент 3 передачи усилия. То есть тяговые усилия не передаются непосредственно на элемент 3 передачи усилия, а демпфируются упругими элементами устройства 22 гашения энергии. Устройство 22 гашения энергии снова восстанавливается после устранения усилий.

Фиг.5a и 5b показывают комбинацию изображенных на фиг.1-4 возможностей по интеграции обратимого гашения энергии. Изображенное здесь исполнение представляет собой наиболее компактное и эффективное тяговое/толкающее устройство, которое в дополнение к разрушаемому элементу 10 гашения энергии предусматривает обратимое гашение энергии как в тяговом, так и в ударном направлении Z и S. Элементы 2 и 3 передачи усилия расположены соосно друг с другом и выполнены таким образом, что один из элементов передачи усилия, в данном случае тяговая штанга, может размещаться своей направленной к другому элементу 3 передачи усилия в виде ответного элемента концевой областью в нем. То есть действующий в качестве ответного элемента элемент 3 передачи усилия образует внутреннее пространство 5, в которое вводится концевая область тяговой штанги. Элемент 3 передачи усилия выполнен для этого в виде трубообразного элемента с цилиндрическим или эллиптическим поперечным сечением. Нажимная тарелка 8 выполнена предпочтительно в виде дискообразного или пластинчатого элемента и образует обращенными друг от друга торцевыми сторонами в каждом случае поверхностную область 17 упора тягового усилия и поверхностную область 18 упора толкающего усилия. Нажимная тарелка 8 соединена с ответным элементом соединительными устройствами, предпочтительно принимающими функцию заданного места разрыва разрывными элементами. Тяговая штанга проведена через отверстие нажимной тарелки. Нажимная тарелка 8 расположена при рассмотрении в продольном направлении между тяговым упором 13 и ударным упором 14 тяговой штанги. Обратимое гашение энергии в тяговом и ударном направлении реализуется обратимыми устройствами 21 и 22 гашения энергии в виде пружинных устройств F1 и F2. При этом одно обратимое устройство 22 гашения энергии предусмотрено в тяговом направлении между тяговым упором 13 и нажимной тарелкой 8, в частности поверхностной областью 17. Другое обратимое устройство 21 гашения энергии предусмотрено между ударным упором 14 и поверхностной областью 18 на нажимной тарелке. Устройство 21 гашения энергии функционально подключено перед необратимым элементом 10 гашения энергии, то есть до достижения максимально допустимого критического толкающего усилия введенные в тяговое и толкающее устройство 1 толкающие усилия могут поглощаться обратимым устройством 21 гашения энергии. Лишь после достижения максимально допустимого толкающего усилия дальнейшее повышение вызывает устранение соединения между первым и вторым элементом передачи усилия и их относительное движение друг относительно друга. Пружинное устройство F1 в этом случае предпочтительно заблокировано. При этом нажимная тарелка проводится по внутреннему периметру 11 элемента 3 передачи усилия и нагружает элемент 10 гашения энергии, продавливая его через сопловый участок 4.

Элемент 10 гашения энергии выполнен в представленном случае в виде цилиндрической втулки, которая свободна от соединения с элементом 3 передачи усилия. Он расположен при рассмотрении в продольном направлении тягового и толкающего устройства 1 лишь между первым и вторым элементом передачи усилия в радиальном направлении. В частности, элемент 10 гашения энергии выполнен предпочтительно с наружным диаметром, который соответствует внутреннему диаметру элемента 3 передачи усилия перед сопловым участком, или с соответствующей посадкой с зазором относительно него. Это справедливо по аналогии с обеспечением функции проведения для тяговой штанги также для образующей тяговый упор области на тяговой штанге. Между наружным периметром этой области и внутренним периметром элемента 10 гашения энергии предусмотрена, по меньшей мере, посадка с зазором.

При рассмотрении в продольном направлении необратимый элемент 10 гашения энергии расположен между нажимной тарелкой 8 и сопловым участком 4. Расположение происходит при рассмотрении в направлении толчка после соединения между элементом 2 и 3 передачи усилия и перед сопловым участком 4.

Если фиг.5a показывает частичный разрез, фиг.5b показывает вид снаружи. Здесь можно увидеть соединительные элементы между нажимной тарелкой 8 и ответным элементом в виде разрывных элементов, в частности разрывных винтов.

Фиг.6a показывает исполнение согласно фиг.3. Фиг.6b показывает исполнение согласно фиг.4. Фиг.7 показывает исполнение согласно фиг.5a. Основная конструкция и основная функция соответствуют конструкции и функции на фиг.3, 4 и 5a. Однако, устройства 21 и 22 гашения энергии выполнены здесь в виде отличающегося от пружинных блоков устройства гашения энергии и потому обозначены ссылочными позициями 23 и 24. Говоря об этих устройствах гашения энергии, речь может идти, например, о гидравлических или газо-гидравлических устройствах гашения энергии. Возможны также комбинации с пружинными устройствами. Каждое из устройств 21 и 22 гашения энергии может состоять в этом случае из соединенных последовательно или параллельно элементов гашения энергии.

Фиг.8 показывает усовершенствование исполнения согласно фиг.5a. Здесь дополнительно предусмотрена область 26 на тяговой штанге, окружающая второй элемент 3 передачи усилия на направленной к первому элементу 2 передачи усилия концевой области в окружном направлении на протяжении частичной области распространения в продольном направлении. Эта область может быть выполнена дополнительно также в виде деформируемой трубы и предоставлять при относительном движении элементов 2, 3 передачи усилия дополнительное гашение энергии за счет расширения.

Фиг.10 показывает в противоположность этому второе исполнение, при котором необратимый элемент 10 гашения энергии расположен на наружном периметре элемента 3 передачи усилия. Соединение 30 выполненного в виде тяговой штанги первого элемента 2 передачи усилия, тяговый и ударный упоры 13, 14, а также соединение нажимной тарелки 8 со вторым элементом 3 передачи усилия и расположение гашения энергии между нажимной тарелкой 8 и тяговой штангой имеют место как описано на фиг.5a. Однако, сопловый участок 4 интегрирован в первый элемент 2 передачи усилия. Для этого он имеет втулкообразный участок 26, который окружает элемент 3 передачи усилия в окружном направлении.

При превышении максимально допустимого толкающего усилия также здесь передающее усилие соединение 30 между элементом 2 и 3 передачи усилия устраняется за счет срабатывания заданных мест 9 разрыва между нажимной тарелкой 8 и ответным элементом, и элементы 2, 3 передачи усилия перемещаются друг относительно друга. При этом элемент 10 гашения энергии упирается в проходящий по наружному периметру фланец в виде элемента 19 нагружения и продавливается при относительном движении элементов 2 и 3 передачи усилия через сопловый участок 4.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 тяговое/толкающее устройство

2 элемент передачи усилия

3 элемент передачи усилия

4 сопловый участок

5 внутреннее пространство

6

7 сквозное отверстие

10 необратимый элемент гашения энергии

11 внутренний периметр

12 стенка

13 тяговый упор

14 ударный упор

15 соединительная головка

16 кузов вагона

17 поверхностная область упора тягового усилия

18 поверхностная область упора толкающего усилия

19 элемент нагружения

20 поверхностная область

21 устройство гашения энергии

22 устройство гашения энергии

23 гидравлическое, газо-гидравлическое устройство гашения энергии

24 гидравлическое, газо-гидравлическое устройство гашения энергии

26 втулкообразная область

30 передающее усилие сцепление/соединение

100 узел передачи усилия

101 соединительная штанга

1. Тяговое и толкающее устройство (1), в частности для сцепок направляемых транспортных средств, с двумя проходящими вдоль продольной оси элементами (2, 3) передачи усилия, которые для передачи тяговых и толкающих усилий соединены друг с другом с возможностью передачи усилия и при превышении максимально допустимого толкающего усилия могут перемещаться относительно друг друга, и

с необратимым устройством гашения энергии, которое выполнено и расположено таким образом, чтобы реагировать при превышении максимально допустимого толкающего усилия,

отличающееся тем, что

необратимое устройство гашения энергии включает в себя, по меньшей мере, один необратимый элемент (10) гашения энергии, который, по меньшей мере, частично или в отдельных областях состоит из волокнистого композиционного материала, в частности пластикового волокнистого композиционного материала, и необратимое устройство гашения энергии, по меньшей мере, в отдельных областях размещено в первом из обоих элементов (3) передачи усилия, причем первый элемент (3) передачи усилия имеет или образует сопловый участок (4), и необратимый элемент (10) гашения энергии расположен по отношению к сопловому участку (4) и другому второму элементу (2) передачи усилия таким образом, что при вводе в тяговое и толкающее устройство (1) толкающего усилия, превышающего максимально допустимое толкающее усилие, необратимый элемент (10) гашения энергии надавливается сопловым участком (4), по меньшей мере, при частичном расщеплении на волокна областей волокнистого композиционного материала.

2. Тяговое и толкающее устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что в первом элементе (3) передачи усилия, если смотреть в направлении продвижения элемента (10) гашения энергии через сопловый участок (4), в области соплового участка (4) и/или, будучи расположена за сопловым участком (4), предусмотрена область полого пространства, которая выполнена и расположена таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, принимать возникающие при продавливании необратимого элемента (10) гашения энергии через сопловый участок (4) волокна или частицы.

3. Тяговое и толкающее устройство (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что в первом элементе (3) передачи усилия, если смотреть в направлении продвижения элемента (10) гашения энергии через сопловый участок (4), в области соплового участка (4) и/или, будучи расположена за сопловым участком (4), предусмотрена область полого пространства, и в стенке (12) первого элемента (3) передачи усилия предусмотрено, по меньшей мере, одно, предпочтительно несколько сквозных отверстий (7), расположенных в окружном направлении первого элемента (3) передачи усилия и распространяющихся сквозь стенку (12) от области полого пространства до внешнего периметра, причем отдельное сквозное отверстие (7) расположено и выполнено таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично отводить возникающие при продавливании необратимого элемента (10) гашения энергии через сопловый участок (4) волокна или частицы.

4. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что характер срабатывания необратимого элемента (10) гашения энергии и/или количество поглощаемой необратимым элементом гашения энергии ударной энергии может заранее устанавливаться как функция, по меньшей мере, одного из указанных ниже параметров элемента (10) гашения энергии:

- архитектура волокон и/или структура слоя,

- форма и/или размеры, в частности длина и/или толщина стенки.

5. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что

отдельный необратимый элемент (10) гашения энергии выполнен в виде элемента, выбранного из группы следующих элементов:

- полое тело, в частности полое тело с цилиндрическим или эллиптическим поперечным сечением,

- втулка,

- элемент сплошного профиля.

6. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что необратимое устройство гашения энергии включает в себя несколько необратимых элементов (10) гашения энергии, которые расположены последовательно.

7. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что необратимое устройство гашения энергии включает в себя несколько элементов (10) гашения энергии, которые расположены параллельно относительно друг друга, причем отдельные, расположенные параллельно относительно друг друга элементы (10) гашения энергии расположены соосно друг с другом.

8. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что имеющий сопловый участок (4) первый элемент (3) передачи усилия имеет множество расположенных в окружном направлении вокруг продольной оси (L) отдельных сопловых элементов, и необратимое устройство гашения энергии включает в себя несколько необратимых элементов (10) гашения энергии, которые расположены параллельно относительно друг друга, причем элементы (10) гашения энергии расположены в окружном направлении вокруг продольной оси на расстоянии относительно друг друга и выполнены таким образом, чтобы при превышении максимально допустимого толкающего усилия надавливаться отдельными сопловыми элементами.

9. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что отдельный необратимый элемент (10) гашения энергии расположен за пределами силового потока и проводится в первом элементе передачи усилия без соединения с ним.

10. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что отдельный необратимый элемент (10) гашения энергии проводится на втором элементе (3) передачи усилия или на, по меньшей мере, опосредованно нагруженном вторым элементом (3) передачи усилия элементе (19).

11. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что отдельный необратимый элемент (10) гашения энергии закреплен на первом элементе (3) передачи усилия или расположен с предварительным напряжением между ним и вторым элементом (2) передачи усилия или, по меньшей мере, опосредованно нагруженным вторым элементом (2) передачи усилия элементом для воздействия на необратимый элемент (10) гашения энергии.

12. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что в передающем усилие соединении (30) элементов (2, 3) передачи усилия предусмотрено, по меньшей мере, одно заданное место разрыва, которое срабатывает при допустимом максимальном толкающем усилии и при устранении передающего усилие соединения допускает относительное движение первого и второго элемента передачи усилия относительно друг друга, причем заданное место разрыва образуется предпочтительно соединительными устройствами, в частности разрывными элементами, разрывными винтами.

13. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что первый элемент (2, 3) передачи усилия выполнен в виде открытого, по меньшей мере, с одной стороны полого тела, предпочтительно трубообразного тела, а второй элемент (2, 3) передачи усилия выполнен в виде тяговой штанги, причем тяговая штанга своей указывающей к первому элементу (2, 3) передачи усилия концевой областью размещена в первом элементе (2, 3) передачи усилия.

14. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что передающее усилие соединение (30) между первым и вторым элементом (2, 3) передачи усилия происходит напрямую, и в соединение (30) интегрировано заданное место разрыва, которое срабатывает при допустимом максимальном толкающем усилии и при устранении передающего усилие соединения допускает относительное движение первого и второго элемента (2, 3) передачи усилия относительно друг друга.

15. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что передающее усилие соединение (30) между первым и вторым элементом (2, 3) передачи усилия происходит в направлении тягового усилия с промежуточным включением демпфирующего устройства (22, 24), в частности обратимого устройства гашения энергии.

16. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что передающее усилие соединение (30) между первым и вторым элементом (2, 3) передачи усилия происходит в направлении толкающего усилия с промежуточным включением демпфирующего устройства (21, 23), в частности обратимого устройства гашения энергии.

17. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что отдельное демпфирующее устройство выполнено в виде устройства, выбранного из следующей группы:

- пружинное устройство, в частности пружинные элементы и пружинные пакеты,

- газо-гидравлическое демпфирующее устройство,

- гидростатическое демпфирующее устройство.

18. Тяговое и толкающее устройство (1) по любому из пп.1-17, отличающееся тем, что предусмотрен образующий нажимную тарелку (8) дискообразный или пластинчатый элемент, который расположен соосно с первым элементом (2) передачи усилия и соединен с первым элементом (2) передачи усилия в направлении толчка, будучи расположен перед сопловым участком (4) при рассмотрении в продольном направлении, и образует поверхностную область для нагружения необратимого элемента (10) гашения энергии, причем нажимная тарелка образует на своих указывающих друг от друга торцевых сторонах в каждом случае поверхностные области для взаимодействия с тяговым или ударным упором второго элемента передачи усилия, в частности тяговой штанги, причем соединение между нажимной тарелкой (8) и первым элементом передачи усилия отличается заданным местом разрыва, которое срабатывает при превышении максимально допустимого толкающего усилия с устранением передающего усилие соединения между первым и вторым элементом передачи усилия.

19. Узел (100) передачи усилия, в частности для применения в рельсовых транспортных средствах, с тяговым и толкающим устройством (1) по любому из пп.1-18.

20. Узел (100) передачи усилия по п.19, отличающийся тем, что он выполнен в виде соединительной штанги (101).