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Die Erfindung betrifft ein Schallgedämpftes Schienenrad mit einem Steg zwischen einer Nabe und einem Radkranz, wobei am Steg fallweise eine Radbremsscheibe lösbar befestigt ist und an der Unterseite des Radkranzes beidseitig vom Steg umlaufende Aussparungen zum Einlegen von mit einer Teilung ausgebildeten Dämpfungsringen eingearbeitet sind und zwischen den Ausspa- rungen und den Dämpfungsringen zusätzlich ein aus einem selbstklebenden, viskoelastischen, temperaturbeständigen Material bestehendes Dämpfungsmaterial eingebracht ist.
Bei der Fortbewegung von Schienenfahrzeugen im Gleis treten Geräusche auf, die in den Be- rührungsflächen zwischen Rädern und Schienen entstehen. Die Geräusche resultieren im wesent- lichen aus einer Oberlagerung von Roll- und Gleitvorgängen und aus Rotationsschwingungen. Die derart entstandenen Geräusche werden einmal als Luftschall von dem System Rad - Schiene abgestrahlt, zum anderen werden sie als Körperschall von der Ursprungsstelle durch die Schiene und das Rad weitergeleitet. Bekannt sind schallgedämpfte Schienenräder, bei denen auf die Rad- scheibe eine Kunststoffschicht aufgetragen ist, die von der Nabe über das Scheibenblatt bis in den inneren Rand des Felgenkranzes reicht. Auf diese Kunststoffschicht ist ein den gleichen Bereich abdeckendes Deckblech aufgesetzt, das durch die Klebewirkung des Kunststoffes gehalten wird.
Aus der DE 26 52 874 B2 ist eine Einrichtung zur Schalldämmung an einem Schienenrad mit- tels eines den Körperschall absorbierenden Schirmes bekannt, der an mindestens einer Seite der Radscheibe unter Bildung eines Zwischenraumes zur Radscheibe angeordnet und mit dem Schie- nenrad kraftschlüssig verbunden ist. Der Schirm wird aus in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Schwingungsdämpfern in Form von Hornteilen gebildet.
Aus der DE 31 19 497 C2 ist ein Körperschalldämpfer für ein Laufrad, insbesondere für ein Schienenrad, bekannt, der aus in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Wellen leitern in Form von Hornteilen, welche an der Basisfläche mit dem Laufrad kraftschlüssig verbunden sind und zumindest teilweise mit einer Dämpfungsmasse bedeckt sind. Die Wellenleiter bilden eine Kreisringscheibe und sind derart ausgebildet, dass zumindest je eine Seite eines Wellenleiters tangential an den Innenradius der Kreisringscheibe hin verläuft.
Aus der EP 0 541 494 A1 ist ein Dämpfungssystem für Schienenräder von Untergrundbahnen bekannt, bei dem eine Gegenplatte an der äusseren Seite des Radkranzes angeordnet ist. Zwi- schen Radkranz und der Gegenplatte ist eine viskoelastische und eine wärmeisolierende Zwi- schenlage angeordnet.
Ein weiteres Dämpfungssystem für Schienenräder von Untergrundbahnen ist aus der EP 0 559 999 A1 bekannt, bei dem die Dämpfungseinrichtung aus zwei metallischen Halbringen besteht, die einen winkelförmigen Querschnitt aufweisen. Die Halbringe sind mit der äusseren Seite des Radkranzes verklebt, wobei zwischen Radkranz und Halbring eine Lage aus viskoelastischem Material eingelegt ist. Das andere Ende des Halbringes ist mittels Befestigungselementen in der gekrümmten Radscheibe lösbar befestigt.
Die bekannten Dämpfungsvorrichtungen mit in Umfangsrichtung angeordneten Schwingungs- dämpfern in Form von Hornteilen und viskoelastischen Zwischenlagen am inneren oder äusseren Teil des Radkranzes sind nur bei Schienenrädern ohne Radbremsscheiben möglich.
In der DE 31 20 068 A1 ist darüber hinaus ein geräuschgedämpftes Schienenrad beschrieben, bei dem das Dämpfungsglied aus ringförmigen koaxial ineinander angeordneten Elementen aus Metall und Kunststoffmaterial besteht und die ringförmigen Metallelemente weder untereinander noch mit dem Rad akustisch kurzgeschlossen sind. Das Dämpfungsglied steht hierbei unter einer im wesentlichen radialen Vorspannung. Über die Eigenschaft des Kunststoffmaterials ist hierbei nichts näher ausgesagt.
Die EP 0 050 567 A1 zeigt schliesslich eine Vorrichtung zur Schalldämpfung eines Eisenbahn- rades, wobei ein Schalldämpfungsring aus einem kreisförmigen metallischen Band aussen mit einer Isolierschicht überzogen ist und die Isolierschicht sich nach dem Einbau zwischen dem Ring und dem Radkranz befindet. Die Isolierschicht soll danach aus einem elastischen Material bestehen, das mit dem Radkranz und dem Ring verklebt wird. Die näheren Eigenschaften und insbesondere Abmessungen der Isolierschicht sind in dieser Schrift nicht angegeben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schalldämpfungsvorrichtungen für Schienenräder, die mit oder auch ohne Radbremsscheiben ausgerüstet sind, zu schaffen, die den heutigen Anfor- derungen in' bezug auf Geräuschdämmung, Temperaturbeständigkeit und Laufruhe, vor allem bei Hochgeschwindigkeitszügen, gerecht werden.
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Die Aufgabe wird bei einem schallgedämpften Schienenrad der eingangs genannten Art erfin- dungsgemäss dadurch gelöst, dass das Dämpfungsmaterial im eingebauten Zustand eine Dicke von maximal 1 mm, vorzugsweise 0,1bis 0,5 mm, besitzt, dass jeweils zwischen dem Dämpfungs- ring und der Aussparung über den Umfang gleichmässig verteilt Abstandshalter eingelegt sind, und dass die Dämpfungsringe im Bereich der Teilung nach dem Einbau durch Schweisspunkte verbun- den sind, wobei das Dämpfungsmaterial ausschliesslich aus einem homogenen Klebstoff oder aus einem Zweikomponenten Klebstoff oder aus einer Folie besteht.
Erfindungsgemäss besteht das Dämpfungsmaterial aus einem selbstklebenden viskoelasti- schen temperaturbeständigen Material, das im eingebauten Zustand nur eine maximale Dicke von 1 mm vorzugsweise nur eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm besitzt. Es hat sich gezeigt, dass mit diesen sehr dünnen Schichten eine optimale Schalldämmung erreicht werden kann. Dazu wird vor der Montage des metallischen Dämpfungsringes nur eine dünne Folie oder ein homogener Klebstoff in ein oder mehreren Schichten in den Radkranz eingebracht. Es kann auch ein Zweikomponenten- klebstoff in die Aussparung im Radkranz eingebracht werden. Zur Gewährleistung einer späteren gleichmässigen Dicke des Dämpfungsmaterials können in den noch weichen Zweikomponenten- klebstoff gleichmässig am Umfang verteilt Abstandshalter mit einer Dicke von maximal 1 mm eingedrückt werden.
Die Dämpfungsringe weisen in Querschnittsrichtung eine Teilung auf, damit diese während des Einbaus gleichmässig gegen Dämpfungsmaterial und Abstandshalter in die Aussparungen des Radkranzes gedrückt werden können. Befestigt werden die geteilten Dämpfungsringe durch über den Teilquerschnitt verteilte Schweisspunkte.
Die Dämpfungsringe können einen rechteckigen, runden oder quadratischen Querschnitt auf- weisen. Auch dreieckige oder ovale Querschnitte sind grundsätzlich einsetzbar.
Die Radbremsscheiben werden nach der Anbringung der Dämpfungsringe mittels Befesti- gungselementen auf dem Steg des Schienenrades lösbar befestigt. Es hat sich darüber hinaus als günstig erwiesen, als Dämpfungsmaterial eine Folie zu verwenden. Ausserdem sollte das Dämp- fungsmaterial eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 200 C besitzen.
Die Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : 1 einen Schnitt durch eine Hälfte eines schallgedämpften Schienenrades, das für die Anbringung einer Radbremsscheibe vorbereitet ist ; 2 einen weiteren Schnitt durch das gesamte schallge- dämpfte Schienenrad einschliesslich Radbremsscheibe ; Fig. 3 eine Seitenansicht des schallge- dämpften Schienenrades einschliesslich Radbremsscheibe ; Fig. 4 einen Schnitt durch eine Hälfte eines schallgedämpften Schienenrades ohne Radbremsscheibe, und Fig. 5 ein Diagramm der mittleren Restamplitudenerhöhung bei einem Schienenrad, einem Schienenrad mit Radbrems- scheibe und einem Schienenrad mit Radbremsscheibe und Dämpfungsring.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Hälfte eines schallgedämpften Schienenrades, das aus den Grundelementen Nabe 4, Steg 3 mit Bohrung 6 zur Befestigung von nicht dargestellten Rad- bremsscheiben und Radkranz 1 mit einem äusseren umlaufenden Spurkranz 2 besteht. An der Unterseite des Radkranzes 1 sind beidseitig vom Steg 3 Aussparungen 9 eingearbeitet. In die beidseitigen Aussparungen 9 werden an der Innenseite des Radkranzes 1 zunächst das Dämp- fungsmaterial 8 und die Abstandshalter 13 eingebracht. Danach werden geteilte Dämpfungsringe 7 eingedrückt, die an der Teilung 11 mittels Schweisspunkte 12 zusammengeheftet werden. Ein seitlich in der Nabe 4 angeordneter Hydraulikanschluss 14 und eine umlaufende Nut 18 in der Bohrung 15 dienen dazu, um das gesamte Schienenrad in bekannter Weise hydraulisch von der Radsatzwelle 16 zu lösen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt und Fig. 3 eine Seitenansicht durch das gesamte schallgedämpfte Schienenrad nach Einlegen der Dämpfungsringe 7 und nach Befestigung der Radbremsscheiben 5 mittels Befestigungselementen 17 am Steg 3 des schallgedämpften Schienenrades. In der Nabe 4 befindet sich eine Bohrung (15), in die die Welle des Radsatzes eingebracht wird.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Hälfte eines schallgedämpften Schienenrades entspre- chend Fig. 1, das ohne Radbremsscheibe verwendet wird. Auch dieses Schienenrad besteht aus den Grundelementen Nabe 4, Steg 3, Radkranz 1 und Spurkranz 2. Auch hier werden in die bei- derseitigen Aussparungen 9 zunächst Dämpfungsmaterial 8 und Abstandshalter 13 eingebracht, danach werden geteilte Dämpfungsringe 7 eingebracht, die an der Teilung 11 mittels Schweiss- punkten 12 zusammengeheftet werden.
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Fig. 5 zeigt einen Vergleich von Messauswertungen der mittleren Restamplitudenerhöhung a bei einem Schienenrades ohne Dämpfungsringe und ohne Radbremsscheibe, bei b eines Schie- nenrades mit Radbremsscheibe und bei c eines Schienenrades mit Radbremsscheibe und Dämp- fungsringen.
Die Messwerte beziehen sich insbesondere auf die Amplituden der energiereichsten unteren Eigenfrequenzen und zeigen, dass bei schallgedämpften Schienenrädern mit Radbremsscheibe eine Verbesserung von ca. 30% der Restamplitudenerhöhung gegenüber einem nicht schallge- dämpften Schienenrad mit Radbremsscheibe erzielt wurde.
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The invention relates to a sound-damped rail wheel with a web between a hub and a wheel rim, a wheel brake disk being releasably attached to the web in some cases and recesses circumferential on both sides of the wheel rim for inserting damping rings formed with a division and incorporated between the recesses - Stations and the damping rings in addition, a damping material made of a self-adhesive, viscoelastic, temperature-resistant material is introduced.
When rail vehicles move on the track, noises occur that occur in the contact areas between wheels and rails. The noises essentially result from the superposition of rolling and sliding processes and from rotational vibrations. The noises generated in this way are emitted as airborne sound from the wheel-rail system, and secondly they are transmitted as structure-borne sound from the point of origin through the rail and the wheel. Sound-damped rail wheels are known in which a plastic layer is applied to the wheel disc, which extends from the hub via the disc blade to the inner edge of the rim flange. A cover plate covering the same area is placed on this plastic layer and is held by the adhesive effect of the plastic.
DE 26 52 874 B2 discloses a device for soundproofing a rail wheel by means of a structure absorbing structure-borne noise, which is arranged on at least one side of the wheel disc to form a space between it and the wheel disc and is non-positively connected to the rail wheel. The screen is formed from vibration dampers arranged next to one another in the circumferential direction in the form of horn parts.
From DE 31 19 497 C2, a structure-borne noise damper for an impeller, in particular for a rail wheel, is known, which has conductors arranged in the circumferential direction next to one another in the form of horn parts which are non-positively connected to the impeller on the base surface and at least partially with a damping mass are covered. The waveguides form an annular disk and are designed such that at least one side of a waveguide extends tangentially to the inner radius of the annular disk.
EP 0 541 494 A1 discloses a damping system for rail wheels of subways, in which a counter plate is arranged on the outer side of the wheel rim. A viscoelastic and a heat-insulating intermediate layer is arranged between the wheel rim and the counter plate.
A further damping system for rail wheels of underground railways is known from EP 0 559 999 A1, in which the damping device consists of two metallic half rings which have an angular cross section. The half rings are glued to the outer side of the wheel rim, a layer of viscoelastic material being inserted between the wheel rim and the half ring. The other end of the half ring is detachably fastened in the curved wheel disc by means of fastening elements.
The known damping devices with vibration dampers arranged in the circumferential direction in the form of horn parts and viscoelastic intermediate layers on the inner or outer part of the wheel rim are only possible with rail wheels without wheel brake disks.
DE 31 20 068 A1 also describes a noise-damped rail wheel, in which the damping member consists of annular coaxially arranged elements made of metal and plastic material and the ring-shaped metal elements are neither acoustically short-circuited to one another nor to the wheel. The attenuator is under an essentially radial bias. Nothing is said about the property of the plastic material.
Finally, EP 0 050 567 A1 shows a device for soundproofing a railroad wheel, a soundproofing ring made of a circular metallic band being coated on the outside with an insulating layer and the insulating layer being located between the ring and the wheel rim after installation. The insulating layer should then consist of an elastic material that is glued to the wheel rim and the ring. The detailed properties and in particular dimensions of the insulating layer are not specified in this document.
The object of the invention is to provide sound damping devices for rail wheels, which are equipped with or without wheel brake disks, which meet today's requirements with regard to noise insulation, temperature resistance and smoothness, especially in the case of high-speed trains.
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The object is achieved according to the invention in a sound-damped rail wheel of the type mentioned at the outset in that the damping material in the installed state has a maximum thickness of 1 mm, preferably 0.1 to 0.5 mm, that in each case between the damping ring and the The spacers are evenly distributed over the circumference, and that the damping rings are connected by welding points in the area of the division after installation, the damping material consisting exclusively of a homogeneous adhesive or of a two-component adhesive or of a film.
According to the invention, the damping material consists of a self-adhesive, viscoelastic, temperature-resistant material which, when installed, has a maximum thickness of 1 mm, preferably only a thickness of 0.1 to 0.5 mm. It has been shown that optimal sound insulation can be achieved with these very thin layers. For this purpose, only a thin film or a homogeneous adhesive is placed in one or more layers in the wheel rim before the metallic damping ring is installed. A two-component adhesive can also be introduced into the recess in the wheel rim. To ensure a later uniform thickness of the damping material, spacers with a maximum thickness of 1 mm can be pressed into the soft two-component adhesive, evenly distributed over the circumference.
The damping rings have a division in the cross-sectional direction so that they can be pressed evenly against damping material and spacers into the recesses of the wheel rim during installation. The split damping rings are attached by welding spots distributed over the partial cross-section.
The damping rings can have a rectangular, round or square cross-section. Triangular or oval cross sections can also be used.
After the damping rings have been attached, the wheel brake disks are detachably fastened to the web of the rail wheel by means of fastening elements. It has also proven to be advantageous to use a film as the damping material. In addition, the damping material should have a temperature resistance of at least 200 ° C.
The invention is explained in more detail with reference to schematic drawings. 1 shows a section through half of a soundproofed rail wheel which is prepared for the attachment of a wheel brake disc; 2 a further section through the entire soundproofed rail wheel including wheel brake disc; 3 shows a side view of the soundproofed rail wheel including the wheel brake disk; 4 shows a section through half of a sound-damped rail wheel without a wheel brake disc, and FIG. 5 shows a diagram of the mean increase in residual amplitude for a rail wheel, a rail wheel with a wheel brake disc and a rail wheel with a wheel brake disc and a damping ring.
1 shows a section through half of a soundproofed rail wheel, which consists of the basic elements hub 4, web 3 with bore 6 for fastening wheel brake disks (not shown) and wheel rim 1 with an outer circumferential wheel flange 2. On the underside of the wheel rim 1, recesses 9 are incorporated on both sides of the web 3. The damping material 8 and the spacers 13 are first introduced into the recesses 9 on both sides on the inside of the wheel rim 1. Then split damping rings 7 are pressed in, which are stitched together at the division 11 by means of welding points 12. A hydraulic connection 14 arranged laterally in the hub 4 and a circumferential groove 18 in the bore 15 serve to hydraulically detach the entire rail wheel from the wheel set shaft 16 in a known manner.
Fig. 2 shows a section and Fig. 3 is a side view through the entire soundproofed rail wheel after inserting the damping rings 7 and after fastening the wheel brake discs 5 by means of fastening elements 17 on the web 3 of the soundproofed rail wheel. In the hub 4 there is a bore (15) into which the shaft of the wheel set is inserted.
FIG. 4 shows a section through half of a soundproofed rail wheel corresponding to FIG. 1, which is used without a wheel brake disc. This rail wheel also consists of the basic elements hub 4, web 3, wheel rim 1 and wheel flange 2. Here too, damping material 8 and spacers 13 are first introduced into the recesses 9 on both sides, and then divided damping rings 7 are introduced, which are attached to the division 11 by means of Weld points 12 are tacked together.
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5 shows a comparison of measurement evaluations of the mean increase in residual amplitude a for a rail wheel without damping rings and without a wheel brake disc, for b a rail wheel with a wheel brake disc and for c a rail wheel with a wheel brake disc and damping rings.
The measured values relate in particular to the amplitudes of the lowest energy natural frequencies and show that an improvement of approx. 30% in the increase in residual amplitude compared to a non-silenced rail wheel with a wheel brake disc was achieved with sound-damped rail wheels with a wheel brake disc.