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Schienenrad
Die Erfindung betrifft ein Schienenrad, bei dem in Ringnuten des Radreifens einerseits und der Radfelge anderseits in Abständen voneinander hochvorgespannte Gummisegmente gelagert sind, die alle Betriebsbeanspruchungen aufnehmen, wobei die die Ringnuten an einer Radseite begrenzenden, im Sinne einer axialen Ausschlagbegrenzung aneinander vorbeigreifenden Schultern von Radreifen und Radfelge in radialer Richtung um etwa das gleiche Mass erhöht sind.
Solchen, z. B. bei Strassenbahnen bewährten Rädern sind in andern Bedarfsfällen, wie z. B. bei Eisenbahnfahrzeugen, durch bestehende Betriebsvorschriften Grenzen gesetzt.
Die Erfindung bezweckt, das Schienenrad der genannten Art derart zu verbessern, dass es auch bei aussergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen, wie z. B. bei einem zufälligen Zusammentreffen von Umständen, wie schneller Durchfahrt verhältnismässig enger Kurven, hoher Fahrzeugbelastung, Schienenstössen, Schienenerweiterungen usw., keine unzulässig grosse Verformung der Gummikörper erfährt.
Hiezu sieht die Erfindungvor, die einander zugekehrten Ringflächen der Schultererhöhungen gleichsinnig konisch auszubilden.
Das erfindungsgemässe Schienenrad erhält durch eine einfache, rein walztechnisch herstellbare und die Fertigung nicht nennenswert verteuernde Formgebung des Radreifens und der Radfelge die Fähigkeit, bei den aussergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen die Gummikörper metallisch sowohl axial als auch radial kurzzuschliessen.
Diese Wirkung in beiden Richtungen ist sehr wesentlich weil sich die Radbelastung in dem gemeinten Zustand fast ausschliesslich aus einer radialen und einer axialen Komponente zusammensetzt. Das erfindungsgemässe Schienenrad gehört zu denjenigen Schienenräder, die man zwar als "gummigefedert"bezeichnet, die diese Bezeichnung aber an sich zu Unrecht führen ; denn die Federungsausschläge der Gummikörper sind vernachlässigbar klein gegenüber den Ausschlägen der Fahrzeugfedern. Daher bedeutet der metallische Kurzschluss nichts anderes als eine kurzzeitige Ausschaltung der wesentlichen Eigenschaft des Rades, die Fahrgeräusche zu dämpfen. Die
Gummikörper solcher Räder dienen tatsächlich in erster Linie der Geräuschdämpfung und zur Schonung von Radsatz und Gleisoberbau.
Gemäss der genannten Problemstellung wird es im praktischen Betrieb selten zu einem metallischen Kurzschluss kommen. Somit ist das erfindungsgemässe Rad dem bisher bewährten Rad betrieblich vollkommen ebenbürtig, obwohl es den strengeren Bedingungen des Eisenbahnverkehrs gerecht wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und an Hand von Zustandsskizzen erklärt. Es zeigen : Fig. l den Querschnitt eines Rades, dessen Schultererhöhungen sich auf der Spurkranzseite befinden, Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch eines Rades, dessen Schultererhöhungen sich auf der andern Radseite befinden, und die Fig. 3-6 Prinzipsskizzen für vier verschiedene Belastungszustände des Rades nach Fig. 1.
Ein Radreifen 1 mit Spurkranz 2 besitzt als innere Mantelfläche eine Ringnut 3, die sich fast über die gesamte Radbreite erstreckt und durch Schultern 4 und 5 begrenzt wird. Desgleichen besitzt eine zu dem Radreifen 1 gehörende Radscheibe 6 auf ihrem Aussenmantel eine Ringnut 7 von gleicher Breite wie die Ringnut 3. Die Ringnut 7 ist seitlich durch Schultern 8 und 9 begrenzt. Die konzentrischen Ringnuten 3 und 7 bilden einen ringförmigen, auf dem ganzen Umfang gleichmässigen Spalt, der in bekannter Weise mit Gummikörpern 10 ausgefüllt ist. Die Gummikörper, deren Dicke senkrecht zur Zeichenebene gemessen nicht grösser als die mit der Breite der Ringnut identische Länge ist, sitzen hochvorgespannt und in gleichmässigen Abständen verteilt in dem genannten Spalt.
Die Gummikörper können sich also in tangentialer Richtung des Rades und in axialer Richtung des Rades verformen. Um die axiale Verformung nicht zu behindern, sind Hohlkehlen 11 vorgesehen.
Die Schultererhöhungen 12 und 13 der Schultern 5 und 9, die etwa gleich gross sind, greifen aneinander vorbei und bilden zwischen ihren ein- ander zugekehrten Ringflächen 14 und 15 einen
Spalt 16. Die Ringflächen 14 und 15 verlaufen parallel zueinander und sind im gleichen Sinne konisch. Die andern Begrenzungsflächen 17 und 18 sind ebenfalls parallel zueinander, sind aber radial gerichtet. Durch diese geometrischen
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Verhältnisse laufen die Schultererhöhungen 12 und 13 verjüngt aus und sind aussen abgerundet.
Die Schultererhöhungen 12 und 13 können in dieser Form bequem walztechnisch so genau hergestellt werden, dass eine mechanische Nachbearbeitung in der Regel unnötig ist oder sich nur auf ein Minimum beschränkt.
Bei dem Rad nach Fig. 2 liegen die gleichen Verhältnisse wie bei dem Rad nach Fig. l vor, jedoch sind die Schultererhöhungen 12 und 13 an der entgegengesetzten Seite des Rades angeordnet.
Bei beiden Rädern liegt die Schultererhöhung 12 in bezug auf die Fig. 1 und 2 links von der Schultererhöhung 13, damit bei einem Axialdruck auf den Spurkranz die Schultererhöhungen sich einander nähern können.
In den Fig. 3-6, die massstäblich verzerrt gezeichnet sind, entspricht die Fig. 3 dem Betriebszustand, der bei der Geradeausfahrt des Fahrzeuges besteht. Hiebei ist der Gummikörper entsprechend der Pfeilrichtung nur radial beansprucht. Die Weite s des Spaltes 16 ist kaum kleiner als beim unbelasteten Rad. Die Fig. 4 zeigt den Betriebszustand des Rades bei Kurvenfahrt mit geringer Geschwindigkeit. Der Spurkranz überträgt auf den Schienenkopf eine Axialkraft. Der Belastungspfeil ist gegenüber dem in Fig. 3 etwas nach rechts geneigt. Der Gummikörper ist leicht verzerrt. Die Weite s des Spaltes ist gegenüber der in Fig. 3 etwas kleiner geworden.
Fig. 5 entspricht dem Betriebszustand des Rades bei einer Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit.
Die bei der Erläuterung der Fig. 4 genannten Verhältnisse sind im Zustand nach Fig. 5 noch markanter vorhanden. Die Weite s des Spaltes 16 ist nahezu Null. Es wird bemerkt, dass s in diesem Zustand immer noch vorhanden ist. Erst in Fig. 6 ist der Spalt 16 gänzlich verschwunden, so dass dort eine metallische Berührung zwischen dem Radreifen und der Radfelge besteht. Der Betriebszustand nach Fig. 6 entspricht dem Betriebszustand nach Fig. 5, allerdings für den Fall, dass zusätzlich ein irgendwie verursachter Stoss aufgefangen wird. Es kann also der Belastungspfeil nach Fig. 6 parallel zum Belastungspfeil nach Fig. 5, jedoch grösser als dieser sein ; oder es kann der Belastungspfeil nach Fig. 6 ebenso gross wie derjenige nach Fig. 5, jedoch etwas mehr nach rechts geneigt sein.
Die beiden in Fig. 6 gestrichelt gezeichneten Belastungspfeile sind in der Summe dem dick ausgezogenen Belastungspfeil gleichwertig.
Nach Fig. 6 entlastet die metallische Berührung der Schultererhöhungen augenscheinlich sowohl axial als auch radial den stark verzerrten und damit in seiner Tragfähigkeit ohnehin benachteiligten Gummikörper. Eine Dämpfung der Laufgeräusche zwischen dem Schienenkopf und dem Radreifen findet in dem Zustand nach Fig. 6 nicht mehr statt, da sich die Geräusche metallisch über die Schultererhöhungen an die Radfelge übertragen. Da der Zustand nach Fig. 6 aber nur bei aussergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen, d. h. äusserst selten auftritt, ist dies kein spürbarer Nachteil. Sobald dieser kurzzeitige Betriebszustand aufhört, besteht wieder ein messbarer Spalt s. Dies ist wesentlich, um ein metallisches Scheuern der beiden Schultererhöhungen zu vermeiden.
Der Fig. 6 ist ferner zu entnehmen, dass es für den Kraftfluss im Rade günstiger ist, die Spurerhöhungen an derjenigen Radseite anzubringen, die den Spurkranz trägt. Ferner ist der Fig. 6 augenscheinlich zu entnehmen, dass die Erhöhung der Schultern um das gleiche Mass und die gleich dicke Ausführung der Schultererhöhungen sind.
Durch den konischen Verlauf der Berührungsflächen erhalten die Schultererhöhungen angenähert die Gestalt eines Trägers gleicher Festigkeit.