DISPOSITIVO DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA, EN PARTICULAR EN FORMA DE UNA PROTECCIÓN FRENTE A IMPACTOS PARA UN VEHÍCULO GUIADO POR CARRILES.

Dispositivo (100) de absorción de energía, en particular en forma de una protección frente a impactos para un vehículo guiado por carriles,

con un elemento (10) de absorción de energía y un elemento (20) complementario que actúa conjuntamente con el elemento (10) de absorción de energía de tal manera que al sobrepasar una fuerza de impacto crítica, introducida en el dispositivo (100) de absorción de energía, el elemento (20) complementario y el elemento (10) de absorción de energía se mueven relativamente el uno hacia el otro absorbiendo al mismo tiempo al menos parte de la energía de impacto introducida en el dispositivo (100) de absorción de energía, presentando el elemento (10) de absorción de energía al menos una zona (11) de absorción de energía de material compuesto de fibras, que al moverse el elemento (20) complementario respecto al elemento (10) de absorción de energía se desfibra al menos de manera parcial de manera no dúctil, caracterizado porque el elemento (20) complementario está configurado como cuerpo hueco abierto en su lado (21) frontal dirigido al elemento (10) de absorción de energía de tal manera que los fragmentos que se crean durante el movimiento del elemento (20) complementario respecto al elemento (10) de absorción de energía, de la zona (11) de absorción de energía formada por material compuesto de fibras pueden alojarse al menos parcialmente en el interior del cuerpo hueco

La invención se refiere a un dispositivo de absorción de energía según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un dispositivo de este tipo se conoce, por ejemplo, por el documento US-B1 6.601.886.

Se conoce equipar vehículos guiados por carriles, tal como por ejemplo vehículos ferroviarios, con una protección frente a impactos, que al menos presenta un dispositivo de absorción de energía, que sirve para reducir al menos parcialmente la energía de impacto que se produce en un impacto del vehículo. Por regla general un dispositivo de absorción de energía que se utiliza en una protección frente a impactos presenta uno o varios elementos de absorción de energía. El al menos un elemento de absorción de energía configurado por regla general de manera destructiva debe proteger a este respecto, por ejemplo, el chasis del vehículo guiado por carriles en particular también en el caso de velocidades de impacto mayores.

Por el estado de la técnica se conocen elementos de absorción de energía configurados de manera destructiva en particular tubos de deformación o estructuras deformables, en las que mediante una deformación plástica definida puede transformarse de manera destructiva energía de impacto en trabajo de deformación y calor.

Por ejemplo el documento DE 297 03 351 U1 se refiere a un elemento para la absorción de energía cinética, trabajando este elemento mecánicamente según el principio de la deformación plástica. En detalle se propone en este estado de la técnica un dispositivo de absorción de energía, que presenta una placa base y una placa de conexión, estando un elemento de absorción de energía sujetado entre estas dos placas. En el caso de este elemento de absorción de energía se trata de un tubo de plástico de pared gruesa, que presenta por un lado una cierta elasticidad inicial y por otro lado una carrera de trabajo plástica casi de forma rectangular. De la elasticidad inicial del elemento de absorción de energía resulta una protección frente a la deformación en el caso de pequeños impactos. Después de una carrera de trabajo por encima del límite de estiraje se produce una deformación plástica del elemento de absorción de energía, presentando en consecuencia el elemento de absorción de energía una longitud reducida con un diámetro exterior aumentado de manera abombada.

Por otro lado por el documento WO 2009/034123 A1 se conoce una protección frente a impactos, que en particular es adecuada para el uso como etapa de protección frente a impactos irreversible adicional conjuntamente con un componente para la transmisión de fuerza. Esta protección frente a impactos presenta un elemento de absorción de energía en forma de un tubo de deformación así como un elemento complementario en forma de un elemento de transmisión de fuerza. El elemento complementario (elemento de transmisión de fuerza) actúa a este respecto conjuntamente con el elemento de absorción de energía de tal manera que tras sobrepasar una fuerza de impacto característica que puede fijarse previamente, el elemento de absorción de energía configurado como tubo de deformación se deforma plásticamente, y a este respecto reduce al menos parte de la energía que se genera en la transmisión de fuerza de impacto. En el caso de la deformación plástica del tubo de deformación, el tubo de deformación (elemento de absorción de energía) y el elemento de transmisión de fuerza (elemento complementario) se mueven relativamente el uno hacia el otro.

La invención se basa en el objetivo de perfeccionar en ese sentido un dispositivo de absorción de energía del tipo mencionado al principio y tal como se conoce por ejemplo por el documento US-B1-6.601.886, de tal manera que de un modo fácil de realizar también puedan reducirse altas energías de impacto de manera fiable, simplificando al mismo tiempo la construcción del dispositivo de absorción de energía, y que los fragmentos, que se producen en el impacto, se esparzan peligrosamente.

Este objetivo se soluciona mediante el objeto de la reivindicación independiente 1. Perfeccionamientos ventajosos de la solución según la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

Por el término usado en el presente documento “elemento complementario” se entiende un componente, que al reaccionar el dispositivo de absorción de energía produce la destrucción no dúctil del material compuesto de fibras de la zona de absorción de energía del elemento de absorción de energía. Es concebible, por ejemplo, realizar el elemento complementario como émbolo, que adopta la función de la transmisión de fuerza de impacto a la zona de absorción de energía del elemento de absorción de energía, moviéndose entonces después de la reacción del dispositivo de absorción de energía el elemento complementario respecto a la estructura que debe protegerse, tal como por ejemplo el chasis de un vehículo ferroviario. Por otro lado naturalmente también es concebible, que el elemento complementario esté unido fijamente con la estructura que debe protegerse, moviéndose entonces después de la reacción del dispositivo de absorción de energía el elemento complementario respecto a la estructura que debe protegerse y al elemento complementario y entrando al menos parcialmente en el elemento complementario.

En el caso de la solución según la invención se reduce al menos parte de la energía de impacto introducida en el dispositivo de absorción de energía porque la zona de absorción de energía del elemento de absorción de energía no se deforma plásticamente de esta manera, tal como es el caso en dispositivos de absorción de energía habituales, sino que se descompone al menos parcialmente en componentes individuales. En otras palabras, en el caso de una reacción del dispositivo de absorción de energía se usa la energía de impacto introducida en el dispositivo de absorción de energía para desfibrar la zona de absorción de energía y de este modo se reduce al menos parcialmente. Dado que desfibrar y pulverizar una pieza de trabajo requiere esencialmente más energía en comparación con una deformación plástica habitual, el dispositivo de absorción de energía según la invención es en particular también adecuado para aplicaciones, en las que deben reducirse altas energías de impacto específicas del peso.

Por otro lado un elemento de absorción de energía formado por material compuesto de fibras se caracteriza en comparación con elementos de absorción de energía formados por metal habituales (tubos de deformación) por su modo de construcción ligero, de tal manera que el peso total del dispositivo de absorción de energía puede reducirse. Los materiales compuestos de fibras están formados por fibras de refuerzo incrustadas en sistemas de matriz poliméricos. Mientras que la matriz mantiene las fibras en una posición predeterminada, transmite tensiones entre las fibras y protege las fibras frente a influencias externas, las fibras de refuerzo adoptan las características mecánicas de soporte. Como fibras de refuerzo son adecuadas en particular fibras de aramida, de vidrio y carbono. Dado que las fibras de aramida presentan debido a su dilatabilidad sólo una rigidez relativamente reducida, se prefieren para la formación de la zona de absorción de energía en particular fibras de vidrio y carbono.

Para la construcción de la zona de absorción de energía debería realizarse una arquitectura de fibras o una construcción de capas de las fibras determinada, para obtener las propiedades del elemento de absorción de energía y del dispositivo de absorción de energía adaptadas al caso de carga que puede esperarse. En particular prefiere utilizarse como material de la zona de absorción de energía un plástico reforzado con fibra de carbono, ya que las piezas de trabajo de ese tipo presentan rigideces específicas muya altas. Variando el porcentaje de las fibras colocadas en la dirección de la transmisión de fuerza de impacto, puede ajustarse la rigidez y el comportamiento de reacción del dispositivo de absorción de energía.

Por el término usado en el presente documento “desfibrar la zona de absorción de energía formada por material compuesto de fibras” se entiende una destrucción (provocada a propósito) de la estructura de fibras del material compuesto de fibras, del que se forma la zona de absorción de energía. Desfibrar la zona de absorción de energía formada por material compuesto de fibras no puede compararse en particular con la aparición de sólo una fractura (por fragilidad) en la zona de absorción de energía; más bien se descompone... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (100) de absorción de energía, en particular en forma de una protección frente a impactos para un vehículo guiado por carriles, con un elemento (10) de absorción de energía y un elemento (20) complementario que actúa conjuntamente con el elemento (10) de absorción de energía de tal manera que al sobrepasar una fuerza de impacto crítica, introducida en el dispositivo (100) de absorción de energía, el elemento (20) complementario y el elemento (10) de absorción de energía se mueven relativamente el uno hacia el otro absorbiendo al mismo tiempo al menos parte de la energía de impacto introducida en el dispositivo (100) de absorción de energía, presentando el elemento (10) de absorción de energía al menos una zona (11) de absorción de energía de material compuesto de fibras, que al moverse el elemento (20) complementario respecto al elemento (10) de absorción de energía se desfibra al menos de manera parcial de manera no dúctil, caracterizado porque el elemento (20) complementario está configurado como cuerpo hueco abierto en su lado (21) frontal dirigido al elemento (10) de absorción de energía de tal manera que los fragmentos que se crean durante el movimiento del elemento (20) complementario respecto al elemento

(10) de absorción de energía, de la zona (11) de absorción de energía formada por material compuesto de fibras pueden alojarse al menos parcialmente en el interior del cuerpo hueco.

2. Dispositivo (100) de absorción de energía según la reivindicación 1, en el que la longitud de la zona (11) de absorción de energía, que se desfibra de manera no dúctil durante el movimiento del elemento (20) complementario respecto al elemento (10) de absorción de energía, depende del tramo de movimiento relativo entre el elemento (20) complementario y el elemento (10) de absorción de energía.

3. Dispositivo (100) de absorción de energía según la reivindicación 1 ó 2, estando configurado el elemento

(20) complementario como émbolo y al menos la zona (12) del elemento (10) de absorción de energía dirigida al elemento (20) complementario como cilindro, y estando alojada de manera telescópica la zona

(22) del elemento (20) complementario dirigida al elemento (10) de absorción de energía en el elemento

(10) de absorción de energía de tal manera que el lado (21) frontal de la zona (22) del elemento (20) complementario dirigida al elemento (10) de absorción de energía choca con un tope (13) de la zona (11) de absorción de energía.

4. Dispositivo (100) de absorción de energía según la reivindicación 3, presentando al menos el lado (21) frontal del elemento (20) complementario una mayor rigidez en comparación con la zona (11) de absorción de energía.

5. Dispositivo (100) de absorción de energía según la reivindicación 3 ó 4, estando previsto en el lado (21) frontal del elemento (20) complementario un anillo (23) cónico, que choca con el tope (13) de la zona (11) de absorción de energía.

6. Dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones 3 a 5, presentando el elemento

(10) de absorción de energía un tubo (15) de guiado, cuyo diámetro interior es mayor que el diámetro exterior del elemento (20) complementario, de modo que la zona (22) del elemento (20) complementario dirigida al elemento (10) de absorción de energía puede alojarse de manera telescópica en el elemento (10) de absorción de energía.

7. Dispositivo (100) de absorción de energía según la reivindicación 6, en el que el tubo (15) de guiado y la zona (11) de absorción de energía están formados de una sola pieza de material compuesto de fibras.

8. Dispositivo (100) de absorción de energía según la reivindicación 6, en el que la zona (11) de absorción de energía formada de material compuesto de fibras está dispuesta en el interior del tubo (15) de guiado de tal manera que el lado (21) frontal del elemento (20) complementario choca con un lado (14) frontal de la zona

(11) de absorción de energía dirigido al elemento (20) complementario.

9. Dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que al menos la zona (22) del elemento (20) complementario dirigida al elemento (10) de absorción de energía está configurada como cilindro y el elemento (10) de absorción de energía como émbolo, y en el que la zona

(12) del elemento (10) de absorción de energía dirigida al elemento (20) complementario está alojada de manera telescópica en el elemento (20) complementario de tal manera que el lado (14) frontal de la zona

(11) de absorción de energía dirigido al elemento (20) complementario choca con un tope (24) del elemento

(20) complementario.

10. Dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que está prevista al menos una superficie (15a) de guiado para guiar el movimiento del elemento (20) complementario respecto al elemento (10) de absorción de energía.

11. Dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el

elemento (10) de absorción de energía está formado completamente por material compuesto de fibras.

12. Dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el

elemento (20) complementario está formado por material compuesto de fibras. 5

13. Dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el comportamiento de reacción del dispositivo (100) de absorción de energía y/o la cantidad de energía de impacto que puede absorberse en total con el dispositivo (100) de absorción de energía puede ajustarse previamente mediante una elección adecuada del espesor de pared y/o rigidez de la zona (21) de absorción

10 de energía.

14. Uso del dispositivo (100) de absorción de energía según una de las reivindicaciones anteriores como protección frente a impactos en el chasis o en una estructura de caja de vehículo de un vehículo guiado por carriles, en particular un vehículo ferroviario, o como protección frente a impactos de una instalación

15 estacionaria, en particular un amortiguador de choques.