Unsere Erfahrung – Ihr Nutzen: austauschbares Frontend

Vectron – das Produkt unserer Erfahrung für Ihre Zukunft: Auch in der Weiterentwicklung der passiven Sicherheit hat Siemens eine Vorreiterrolle inne. Neben der Erfüllung von normativen Anforderungen steht dabei der Kundennutzen im Vordergrund. Denn, soweit möglich, versuchen wir neben der reinen Erfüllung von Normen, auch immer optimalen Kundennutzen zu generieren. Dies ist für uns auch bei der passiven Sicherheit selbstverständlich.

Die Vorteile im Überblick

  • Sichere Fluchtwege

  • Keine Verformung des Lokrahmens

  • Reparatur ohne Schweiß- und Richtarbeiten möglich

  • Verkürzte Stillstandzeiten

  • Reduzierte Versicherungsprämien wegen reduzierter Reparaturkosten und Stillstandzeiten

  • Frontend als Ersatzteil beschaffbar bzw. kann als Ersatzteil bereitgestellt werden


Hochleistungs-Deformationselemente

Zur Verminderung der Schäden an Lokomotiven im Falle einer Kollision, wurden, seit ca. 1970, sogenannte Verschleißpufferbohlen eingesetzt. Konstruktionsbedingt hatten diese Pufferbohlen den Nachteil, dass sie die über die Puffer wirkenden Kräfte nicht direkt in die Wagenkastenstruktur einleiten. Grund ist die Befestigung der Pufferbohle am Lokkasten, die nicht in der Flucht der Puffer erfolgte. Dadurch ergibt sich eine Biegebeanspruchung der Pufferbohle. Um diesen Missstand zu beseitigen, hat Siemens eine Kombination aus neuartigen Puffern mit Ringfeder und Hydraulikkapsel sowie patentierten Hochleistungs-Deformationselementen entwickelt. Diese wurden 1997 an der Lokomotive Typ BR 152 der DB zum ersten Mal eingesetzt.

Funktionsprinzip der Deformationselemente

Das Prinzip funktioniert folgendermaßen: Durch gezielte Faltung verformt sich das Deformationselement ab einer definierten Pufferkraft, bevor am Lokkasten Schäden auftreten. Die Energieaufnahme erfolgt in einer ersten Stufe durch die Puffer und in einer zweiten Stufe durch die Faltung der Deformationselemente. Dieses Konzept wird seit 1997 auf Siemens-Loks Typ ES64U2, U4 („Taurus"), ES64F4 (BR 189) und ER20 eingesetzt und durch Erhöhung der Energieaufnahme kontinuierlich verbessert. Bemerkenswert ist, dass es sich beim Deformationselement um eine einfache Schweißkonstruktion handelt. Für die Puffer sind zwei Lieferanten verfügbar. Es wurde keine proprietäre Lösung umgesetzt. Die Unfallschäden an Fahrzeugen konnten durch das neue Konzept erwiesenermaßen deutlich reduziert werden. Zudem zeigt die Erfahrung, dass die optimale Kombination aus Hochleistungsdeformationselementen und Führerhausdesign einen sehr guten Schutz für das Personal bietet.

Beispiel Unfall einer Lokomotive Rh1116

Zusammenstoß mit ca. 25 km/h

Auffahren mit ca. 25 km/h: Man sieht, dass die Lok fast unversehrt bleibt, abgesehen von den Deformationselementen und Puffern – so wie es sein soll.

Beispiel Unfall einer Lokomotive Rh2016

Zusammenstoß mit ca. 30 km/h

Unfall mit 30 km/h: Keine Verformung des Lokrahmens – Deformationselemente und Puffer nehmen die Energie komplett auf.

Repräsentative Crash-Szenarien nach EN15227

Die Beispiele zeigen, dass mit dem umgesetzten Sicherheitskonzept ein deutlicher Fortschritt erarbeitet werden konnte. Es blieb jedoch immer noch die bei schweren Unfällen längere Reparatur und damit Standzeit. Vor einigen Jahren wurden auf der normativen Ebene Anstrengungen unternommen, für das Crashverhalten repräsentative Szenarien zu entwickeln und das Verhalten zu normieren. Das European Rail Research Institute (ERRI) hat, mit der Analyse von insgesamt 304 Unfällen, eine Basis der Definition repräsentativer Szenarien geschaffen. Diese sind mittlerweile in der EN15227 festgeschrieben. Die Szenarien decken vier von fünf aller beobachteten Unfälle ab. Eine Absicherung gegen alle möglichen Unfallarten ist verständlicherweise nicht möglich. In der Norm sind Randbedingungen für Verzögerungen, Überlebensräume, Anforderungen an Fluchtwege und das Aufklettern im Kollisionsfall festgelegt. Zusätzlich sind die zu berücksichtigenden Hindernisse genau definiert.

Siemens-Sicherheitskonzept

Die Vorgabe an die Entwicklungsingenieure umfasste selbstverständlich die Einhaltung der normativen Vorgaben aus der EN15227. Zusätzlich sollte aber das Manko der langen unfallbedingten Standzeit, aufgrund von Reparaturen an der Wagenkastenstruktur, behoben werden. Somit war die zusätzliche Vorgabe eine Lösung zu finden, die eine einfache Reparatur erlaubt und die gleichzeitig eine Unversehrtheit des Lokrahmens bzw. Lokkastens sicherstellt. Das Ergebnis der Entwicklungsarbeiten ist eine Kombination aus dem bereits bewährten Konzept reversibler Puffer plus Deformationselemente sowie einem auswechselbaren Frontend. Der Überlebensraum, bestehend aus dem Führerhaus und allen Türen, schützt den Lokführer und erlaubt Zugang bzw. Fluchtmöglichkeiten im Notfall. Der Lokrahmen bleibt bei allen in der TSI definierten Szenarien vor Verformungen geschützt.

Test zur Validierung des Berechnungsmodells

TSI Szenario 3

Die Simulation eines Frontalzusammenstoßes mit einem LKW bei 110 km/h nach TSI Szenario 3: Wie man unschwer erkennt, spielen sich alle Verformungen im Frontbereich in leicht auswechselbaren Strukturen ab. Der Überlebensraum ist gesichert. Zusätzlich zu den Vorgaben bezüglich Überlebensraum und Verzögerungswerten bleibt der Lokrahmen unversehrt.

Demontierbares Frontend im Einsatz

Das demontierbare Frontend wird bereits seit einiger Zeit eingesetzt. Die erste Anwendung erfolgte bei der ER20CF für Litauen. Wegen der Mittelpufferkupplung nach GOST kommt hier nur das tauschbare Frontend zur Anwendung.

Bei der LE4700 für die portugiesische Staatsbahn CP ist das komplette Sicherheitspaket aus Hochleistungsdeformationselementen und auswechselbarem Frontend umgesetzt.

Auch bei den 120 Lokomotiven des Typs HLE18 für die belgische Staatsbahn wird das komplette Sicherheitspaket aus Hochleistungsdeformations-elementen und Frontend umgesetzt.

Vectrons passive Sicherheit

Vectron wird das komplette Sicherheitspaket aus Hochleistungsdeformationselementen und demontierbarem Frontend erhalten. Das Frontend inklusive der Einbauten, z. B der Führertisch, wird bei allen Typen identisch sein.