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Federndes Rad.
Federnde Räder, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge, sind bekannt, bei welchen der Radreifen und die Radnabe durch im Querschnitt vorzugsweise kreisrunde Gummikörper verbunden sind, die als tragende Querverbindungsorgane zwischen Radialflanschen auf dem Radreifen und der Radnabe unter axialer Zusammendrückung eingespannt, mit ihren Endteilen in Ausnehmungen dieser Flanschen eingesetzt sind und zwischen den eingesetzten Endteilen einen freiliegenden Mittelteil besitzen, um die Federung zu ermöglichen. Bei den bekannten federnden Rädern dieser Art hat sich der Nachteil merkbar gemacht, dass die Gummikörper nicht während längerer Zeit aushalten, sondern rasch zerstört werden.
Dieses hängt damit zusammen, dass Gummi ein Material ist, welches wohl imstande ist, grossen Druckbeanspruchungen und von solchen verursachten elastischen Formveränderungen zu widerstehen, aber leicht und rasch von Zugbeanspruchungen und daraus erfolgenden elastischen Formveränderungen sowie durch Reibung entweder der verschiedenen Teile des Gummis gegeneinander oder des Gummis gegen Metall od. dgl. vernichtet wird.
Während die Anbringung der Gummikörper unter einer von einer axialen Zusammendrückung derselben verursachten Vorspannung an sich eine naheliegende und auch früher versuchte Massnahme ist, um die Entstehung von Zugbeanspruchungen in den Gummikörpern und um Bewegungen der Endteile der Gummikörper in deren Fassungen zur Folge der Schub-und Biegungsbeanspruchungen, denen die Gummikörper im Gebrauch ausgesetzt sind, entgegenzuwirken, hat sich diese Massnahme doch nicht genügend gezeigt, um bei der Art und Weise, auf welche die Gummikörper bisher ausgeführt und angeordnet wurden, ein Bestehen der Gummikörper während längerer Zeit zuzusichern.
Die Bewegung der Gummikörper in deren Fassungen mit daraus erfolgender Reibung, die zur raschen Vernichtung des
Gummis führt, ist nämlich bisher nicht durch die Vorspannung, denen die Gummikörper ausgesetzt worden sind, vollständig vermieden worden, oder so ist auch das Gummi im freiliegenden Teile des Körpers, besonders an oder bei den Übergangsstellen vom freiliegenden Teil in die eingefassten Endteile, infolge einer raschen Vernichtung durch Bildung von Rissen oder ähnlichen Schäden zugrunde gegangen.
Zur Verhinderung der Bewegungen oder Reibungen der Endteile der Gummikörper in deren Fassungen ist freilich vorgeschlagen worden, die Enden der Klötze in den Fassungen unabnehmbar zu befestigen, dadurch, dass sie in diesen festvulkanisiert,-zementiert oder in anderer Weise permanent befestigt wurden, aber dieses hat den grossen Nachteil mit sich geführt, dass das Auseinandersetzen und das Wiederzusammensetzen des federnden Rades zur Inspektion oder zum Austausch gegebenenfalls untauglicher Gummikörper oder anderer Teile mit grossen Schwierigkeiten und hohen Kosten verbunden ist, die sich besonders bei Fahrzeugrädern bemerkbar machen, die notwendigerweise in bestimmten Zeitabständen genau untersucht werden müssen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen, mit anderen Worten : die elastisch biegsamen Gummikörper derart auszuführen und anzuordnen, dass sie während längerer Zeit aushalten, jedoch ein einfaches Zusammenstellen und Auseinandernehmen des federnden Rades gestatten. Die Erfindung bezweckt also, die Unterhaltungskosten für federnde Räder der angegebenen Art sowohl durch erhöhte Lebensdauer der Gummikörper sowie durch vereinfachte und erleichterte Auseinandernehmung und Wiederzusammensetzung der Räder zur Inspektion und zum gegebenenfalls erforderlichen Austausch von Gummikörpern oder andern Teilen in möglichstem Masse herabzusetzen. Durch die Erfindung wird auch eine verbesserte Abfederung des Rades erhalten.
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Das für die Erfindung grundsätzlich Kennzeichnende besteht darin, dass der freiliegende Mittel- teil der vorzugsweise in an sich bekannter Weise mit kreisrundem Querschnitt ausgeführten Gummikörper von beiden Enden aus derart stark gegen die Mitte des Körpers hin schmäler wird, dass der freiliegende
Teil eine von beiden Enden gegen die Mitte verjüngte Form auch in dem axial zusammengedrückten
Zustande aufweist, trotzdem die Vorspannung eines jeden Gummikörpers so hoch gewählt wird, dass sie vorzugsweise das Dreifache oder noch mehr der senkrecht zur Achsrichtung des Körpers wirkenden, vom Körper zwischen den durch ihn verbundenen, einander gegenüber beweglichen Teilen bei der höchsten
Belastung der Verbindung, für welche diese berechnet ist, zu übertragenden Kraft beträgt. Wenn z.
B. ein federndes Rad, welches für eine höchste Belastung von 5000 leg berechnet ist, 20 Gummikörper hat, so soll jeder Körper mit einer axialen Vorspannung von etwa 750 kg zusammengedrückt sein. Es hat sich gezeigt, teils dass die Gummikörper bei der oben angegebenen Form trotz sehr hoher Vorspannungen während längerer Zeit ohne Auftreten von Rissen oder anderer Beschädigung des Gummis im freiliegenden Mittelteil des Körpers und besonders auch bei den Übergangsstellen zwischen dem freiliegenden Teil und den eingespannten Endteilen oder in der Nähe derselben aushält,
teils dass diese hohe Vorspannung durch die dadurch hervorgerufene radiale Ausdehnung des Körpers einschliesslich dessen Endteile eine gegenüber den im Betrieb auftretenden Spannungen unbewegliche Festsetzung oder Festklemmung der Endteile des Klotzes in deren Fassungen ohne Zuhilfenahme besonderer Befestigungsmittel zur Folge hat, wenn diese Endteile so ausgeführt sind, dass sie im entspannten Zustande einigermassen in den Fassungen passen und ohne weiteres in diesen einführbar sind.
Auf den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt eines Fahrzeugrades, an dem die Erfindung angebracht ist, wobei der Schnitt ungefähr nach der Linie II in Fig. 3 ausgeführt ist. Fig. 2 zeigt in kleinerem Massstab eine Seitenansicht des Rades und Fig. 3 in gleicher Weise eine Seitenansicht des Rades mit abgenommenem Nabenflansch. Fig. 4 und 5 zeigen in grösserem Massstab Bruchstücke eines
Gummikörpers in entspanntem bzw. eingespanntem Zustand. Fig. 6 zeigt einen Zentrierungs-und Begrenzungsbolzen.
Auf der Zeichnung bezeichnet 1 den Radreifen, 2 die Nabe und 3 die Radachse. Der Radreifen 1 ist mit einem radial nach innen ragenden Flanschen 4 versehen oder auf einem solchen angebracht, und beiderseits dieses Flansches und in bestimmtem Abstand von diesem sind zwei auf der Nabe 2 radial nach aussen ragende Flanschen 5 und 6 angebracht. Die beiden Flanschen 5 und 6 sind vorzugsweise mittels Bolzen 7 auf der Nabe 2 abnehmbar befestigt, obschon der eine derselben in einem Stück mit der Nabe ausgeführt sein könnte. Die Flanschen 5 und 6 sind auch durch Bolzen 8 miteinander verbunden, die mit gegen die Innenseite der Flanschen anliegenden Kragen 8 a versehen sind. Der Flansch 4 ist mit weiten Löchern 9 für die Bolzen 8 versehen, so dass der Radreifen und die Nabe in der Radebene nach allen Richtungen einander gegenüber radial beweglich sind.
Die Flanschen 4, 5 und 6 sind in ihren einander zugewandten Flächen mit ringsherum verteilten, einander gegenüberliegenden Aussparungen oder Fassungen 10 versehen, und zwischen dem Flanschen 4 und jedem der Flanschen 5 und 6 sind eine Reihe von Gummikörpern 11 angebracht, von denen jeder mit seinem einen Ende in eine Aussparung im Flanschen 4 und mit dem andern Ende in die gegenüberliegende Aussparung 10 auf dem Flanschen 5 bzw. 6 eingefasst ist. Die Gummikörper 11 bilden die einzigen tragenden Verbindungsorgane zwischen den Flanschen 4 und den Flanschen 5 und 6 zur elastischen oder federnden Übertragung der sowohl in der Radebene als auch senkrecht zu dieser zwischen Nabe und Radreifen auftretenden Kräfte.
Die mögliche axiale Bewegung zwischen den Flanschen 4 und den Flanschen 5 und 6 ist doch zweckmässig durch Anschläge 12 begrenzt.
Die Körper 11 haben verhältnismässig kurze Endteile 11 a, die in den entsprechenden Aussparungen oder Fassungen 10 eingefasst sind, sowie dazwischen einen freiliegenden Mittelteil 11 b von verhältnismässig grosser axialer Ausdehnung. Der Mittelteil 11 b der Gummikörper, die vorzugsweise in an sich bekannter Weise einen kreisförmigen Querschnitt haben, hat einen von beiden Enden aus gegen die Mitte hin abnehmenden Durchmesser.
Der Mittelteil 11 b hat mit andern Worten eine konkave Erzeugende, die vorzugsweise die Form eines Kreisbogens oder einer ähnlichen Kurve mit einem Radius R (Fig. 4) hat, der im entspannten, also nicht axial vorgespannten Zustand des Körpers geringer ist als die axiale Länge des Mittelteiles 77 & , aber grösser, vorzugsweise doch nur wenig grösser ist als die Hälfte dieser Länge. Die Endteile 11 a haben vorzugsweise eine gegen die freien Enden schwach konisch abnehmende Form, und die Aussparungen 10 sind in entsprechender Weise ausgebildet, so dass die Endteile 11 a der Körper im entspannten Zustande hineinpassen und ohne weiteres in die Aussparungen 10 eingeführt werden können.
Die Länge der Körper 11 ist so im Verhältnis zum vorausbestimmten axialen Abstand zwischen den Böden der einander gegenüberliegenden Aussparungen 10 im Flansch 4 und den Flanschen 5 und 6 abgepasst, dass die Körper beim Zusammensetzen des Rades durch axiales Zusammendrücken unter einer Vorspannung gesetzt werden, die für jeden Körper grösser, vorzugsweise etwa dreimal oder noch mehr grösser ist als die in der Radebene wirkende Kraft, die vom Körper zwischen Nabe und Radreifen überführt werden soll, wenn das Rad der vollen Belastung ausgesetzt wird, für die es berechnet ist.
Durch Einwirkung der durch diese hohe Vorspannung verursachten axialen Zusammendrückung des Körpers und der daraus erfolgenden radialen Ausdehnung desselben einschliesslich der in den Fassungen
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eingesetzten Endteile werden diese Endteile so stark sowohl gegen die Böden wie gegen die Seiten- wände der Aussparungen 10 angepresst, dass sie vollständig fest in den Fassungen sitzen werden, so dass das Gummi durch Reibung beschädigende Bewegungen der Enden der Körper in den Fassungen unter
Einwirkung der Schub- und Biegungsbeanspruchungen, denen der Körper im Betrieb ausgesetzt ist, in wirksamer Weise verhindert werden. Dieses feste Einspannen der Körperenden in den Fassungen ist immerhin an sich nicht genügend, damit die Körper während längerer Zeit aushalten sollen.
Es hat sich nämlich bei der Anwendung zylindrischer oder nahezu zylindrischer Körper gezeigt, dass die frei- liegenden Mittelteile der Körper besonders in der Nähe der Übergänge in die eingespannten Endteile verhältnismässig rasch durch Rissbildung und Abnutzung des Gummis beschädigt werden. Dieses kann wenigstens zum Teil dadurch erklärt werden, dass die Mantelfläche des Mittelteiles der Gummikörper, der es freisteht, elastische Formveränderungen unter Einwirkung der auf die Körper wirkenden Kräfte zu erfahren, durch die durch die Vorspannung verursachte axiale Zusammendrückung und daraus erfolgende radiale Erweiterung einer Vergrösserung ausgesetzt wird, die um so grösser ist, je grösser die angebrachte Vorspannung ist.
Eine Vergrösserung der genannten Mantelfläche verursacht das Auftreten von Streckungen und daraus erfolgenden Zugspannungen in den äusseren Teilen des Gummis. Dieses ist immerhin, wie vorher gesagt, für Streckungen und Zugspannungen empfindlich, was unter anderm dadurch erklärt werden kann, dass Streckungen und Zugbeanspruchungen im Gummi die Neigung haben, im Gummi eventuell vorhandene oder auftretende Risse od. dgl. zu vergrössern, während ein Zusammendrücken des Gummis die Neigung hat, solche im Gummi etwa auftretende Defekte aufzuheben oder zu heilen. Die Grösse der Mantelfläche des freiliegenden Mittelteiles des Körpers wird teils durch die Länge deren Erzeugenden, teils von der Länge des Umkreises bestimmt.
Dieser letztere wird durch die von der angebrachten hohen Vorspannung verursachte radiale Erweiterung des Zwischenteiles 11 b des Körpers wesentlich vergrössert. Bei der bereits beschriebenen konkaven Ausbildung der Erzeugenden des Mittelteiles 11 b erfährt immerhin dieser durch die axiale Zusammendrückung des Körpers eine solche Längenverminderung, welche die Einwirkung der von der radialen Erweiterung verursachten Umfangserweiterung ganz oder teilweise aufhebt, so dass keine oder nur eine verhältnismässig geringe Vergrösserung der Mantelfläche des freiliegenden Teiles 11 b infolge der axialen Vorspannung des Körpers auftritt, so dass für den Bestand des Gummis gefährliche Streckungen oder Zugspannungen im freiliegenden Teil des Gummis nicht entstehen.
Gleichzeitig wird der Vorteil eines verbesserten Federungsvermögens des Gummikörpers infolge der von beiden Enden gegen die Mitte hin schmäler werdenden Form des freiliegenden Mittelteiles erhalten.
Zum erreichten günstigen Ergebnis scheint auch der Umstand beizutragen, dass die Erzeugende des Mittelteiles 11 b an jedem Ende die Ebene, in der sich der innere Rand des eingefassten Endteiles 11 a befindet und die zweckmässig mit dem äusseren Rand der Aussparung 10 zusammenfallen soll, unter einem Winkel a trifft (Fig. 4 und 5), der auch im vorgespannten Zustand des Gummikörpers sowie unter allen denjenigen Zuständen, die der Gummikörper während der Anwendung unter Einwirkung der Schub-und Biegungsbeanspruchungen, denen er ausgesetzt wird, einnimmt, spitz bleibt.
Hiedurch wird nämlich eine wirksame Verhinderung eines Auftretens von Falten auf der Gummifläche mit daraus erfolgenden Reibungen gegeneinander beim oder nahe am Übergang in den eingefassten Endteil 11 a unter Einwirkung der Biegungen und andern Formveränderungen, denen der freiliegende Teil des Körpers unter Einwirkung der von ihm zu überführenden Kräfte ausgesetzt wird, erhalten.
Durch die Erfindung ist bei federnden Rädern der beschriebenen Art erreicht worden, dass die Gummikörper eine gute Federung geben und während längerer Zeit aushalten, wobei das Rad trotzdem leicht zusammenzusetzen und auseinanderzunehmen ist zwecks Inspektion und eventuellen Austausches der Gummikörper oder anderer Teile. Das Zusammensetzen des Rades kann somit auf folgende einfache Weise geschehen. Der Flansch 6 wird mittels besonderer Schrauben 17 auf der Nabe 2 befestigt und in horizontaler Lage mit der mit Aussparungen 10 versehenen Seite nach oben gerichtet gelegt.
Die Körper 11 in der einen Serie werden darauf lose in den Aussparungen 10 im Flansch 6 eingesetzt, und das eine Ende des zur elektrischen Verbindung der sonst durch die Gummikörper voneinander isolierten Ring-und Nabenteile dienenden Kabels M kann am Flansch 6 mittels einer Schraube 14 befestigt werden.
Darauf wird der Flansch 4 über die derart angebrachten Gummikörper gelegt, so dass die oberen Enden derselben in die Aussparungen 10 auf der Unterseite des Flansches 4 eingreifen, wobei der Kabel 13 durch eine Öffnung 15 im Flansch 4 geführt wird und auf der Oberseite desselben mit einer Schraube 16 befestigt wird. Beim Aufsetzen des Flansches 4 wird dieser durch Zentrierungsbolzen 18 (Fig. 6) geführt, die in für diese im Flanschen 6 angebrachte Schraubenlöcher (Fig. 1) eingeschraubt sind und für die Löcher 18 a im Flansch 4 angebracht sind.
Nachdem die Bolzen 8 am Flanschen 5 oder am Flanschen 6 befestigt worden sind und die Gummikörper der andern Serie lose in den Aussparungen 10 auf der Oberseite des Flansches 4 eingesetzt worden sind, wird der Flansch 5 über die letztgenannten Gummikörper derart aufgesetzt, dass die oberen Enden derselben in die Aussparungen 10 auf der Unterseite des Flansches 5 eingreifen, der dabei ebenfalls von den Bolzen 18 geführt wird und zu diesem Zwecke auf der Innenseite mit Löchern für die Enden dieser Bolzen 18 versehen ist. Nachdem die Bolzen 7 angebracht worden sind und die Muttern auf denselben und den Bolzen 8 angezogen worden sind sowie die Bolzen 18
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entfernt worden sind, ist das Rad zur Anwendung bereit.
Die Schraubenlöcher für die Bolzen 18 im Flansch 6 können mittels kurzer Schraubenpfropfen zugeschlossen werden. Die Bolzen 18 werden immerhin zweckmässig auch als Rückhalt für den Radreifen im Verhältnis zur Nabe verwendet, wenn der Radreifen neu abgedreht werden soll, so dass ein solches Abdrehen ohne Auseinandernehmen des Rades geschehen kann. Der Flansch 5 kann mit einem Kragen 19 od. dgl. versehen sein, in der der Mitnehmer auf der Drehbank beim Abdrehen eingreift. Das Auseinandernehmen des Rades geschieht in umgekehrter Reihenfolge in ebenso einfacher Weise wie das oben beschriebene Zusammensetzen.
In dem Falle, wo eine elektrische Verbindung zwischen Radreifen und Nabe erforderlich ist, wird durch die beschriebene Art der Anbringung des Kabels 13 nicht nur der Vorteil erreicht, dass der Kabel für die beschriebene leichte Zusammensetzung und Zerlegung des Rades nicht hinderlich ist, sondern auch, dass der Kabel 13, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine solche Lage und infolge der beim Umlaufen des Rades auftretenden Fliehkraft eine solche freihängende Kettenlinienform einnimmt, dass er bei der gegenseitigen Bewegung der Nabe und des Radreifens keinen nennenswerten Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt wird. so dass ein Knicken des Kabels 13 oder eine Ermüdung desselben infolge wiederholter starker Deformationen nicht zu befürchten ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Federndes Rad, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge, bei welchem der Radreifen und die Radnabe durch im Querschnitt vorzugsweise kreisrunde Gummikörper verbunden sind, die als tragende Querverbindungsorgane zwischen Radialflanschen auf dem Radreifen und der Radnabe unter axialer Zusammendrückung eingespannt, mit ihren Endteilen in Ausnehmungen dieser Flanschen eingesetzt sind und zwischen den eingesetzten Endteilen einen freiliegenden Mittelteil besitzen, um die Federung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der freiliegende Mittelteil (11 b) der Körper (11), welche derart stark axial zusammengedrückt sind, dass die dadurch hervorgerufene radiale Erweiterung der Körper allein genügt, um die im entspannten Zustande in die Ausnehmungen (10)
einpassenden und Leicht einführbaren Endteile (11 a) der Körper in die Ausnehmungen unbeweglich festzuklemmen, auch in seinem durch die genannte starke axiale Zusammendrückung radial erweiterten Zustande eine von beiden Enden gegen die Mitte hin allmählich schmaler werdende Form aufweist.