Federndes Rad. Die Erfindung betrifft ein federndes Rad, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge, bei welchem der Radreifen und die Radnabe durch Gummikörper verbunden sind, die als tragende Querverbindungsorgane zwischen Radialflanschen auf dem Radreifen und der Radnabe unter achsialer Zusammendrückung eingespannt und mit ihren Endteilen in Aus- nehmungen dieser Flanschen eingesetzt sind und zwischen den eingesetzten Endteilen einen freiliegenden Mittelteil besitzen, um die Federung zu ermöglichen.
Bei den be kannten, federnden Rädern dieser Art hat sich der Nachteil bemerkbar gemacht, dass die C ummil@örper nicht während längerer Zeit aushalten, sondern rasch zerstört werden. Dieses hängt damit zusammen, dass Gummi ein Material ist, welches wohl imstande ist. grossen Druckbeanspruchungen von sol chen verursachten elastischen Formverände rungen zu widerstehen, aber leicht und rasch von Zugbeanspruchungen und daraus erfol genden elastischen Formveränderungen, sowie durch Reibung entwedei# der verschiedenen Teile des Gummis gegeneinander oder des Gummis gegen Metall oder dergleichen ver nichtet wird.
Während die Anbringung der Gummi körper unter einer von einer achsialen Zu- sammendrückung derselben verursachten Vorspannung an sich eine nahehegende und auch früher versuchte Massnahme ist, um die Entstehung von Zugbeanspruchungen in den Gummikörpern und um Bewegungen -der End- teile der Gummikörper in deren Fassun gen zufolge der Schub- und Biegungsbe- anspruchungen, denen die Gummikörper im Gebrauch ausgesetzt sind, entgegenzuwirken,
hat sich diese Massnahme doch nicht als ge nügend gezeigt, um bei der Art und Weise, auf welche die Gummikörper bisher ausge führt und angeordnet wurden, ein Bestehen der Gummikörper während längerer Zeit zu zusichern.
Die Bewegung der Gummikörper in deren Fassungen mit daraus erfolgender Reibung, die zur raschen Vernichtung des Gummis führt, ist nämlich bisher durch die Vorspannui.g, denen die Gummikörper aus gesetzt worden sind, nicht vollständig vermie den worden und im ferneren ist auch der Gummi im freiliegenden Teile des Körpers, besonders an oder bei den Übergangsstellen vom freiliegenden Teil in die eingefassten Endteile,
durch Bildung von Rissen oder ähnlichen @Schäden zugrunde gegangen. Zur Verhinderung der Bewegungen oder Reibun gen der Endteile der Gummikörper in deren Fassungen ist freilich vorgeschlagen worden, die Enden der Klötze in den Fassungen un- abnehmbar 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 Auseinandernehmen und das wieder Zusammensetzen des federnden Ra des zur Inspektion oder zum Austausch ge gebenenfalls untauglicher Gummikörper oder anderer Teile mit grossen iSchwierigkeiten 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 oben erwähnten Nachteile zu beseiti gen, mit andern Worten, die elastisch bieg samen Gummikörper derart auszuführen und anzuordnen, dass sie während längerer Zeit aushalten, jedoch ein einfaches .Zusammen stellen und Auseinandernehmen des federn den Rades gestatten.
Die Erfindung be zweckt also, die Unterhaltungskosten für federnde Räder der angegebenen Art sowohl durch erhöhte Lebensdauer der Gummikör per, sowie durch vereinfachte und erleich= terte Auseinandernehmung und Wiederzu sammensetzung der Räder zur Inspektion und zum gegebenenfalls erforderlichen Aus tausch von Gummikörpern oder andern Tei len im möglichsten Masse herabzusetzen.
Das für die Erfindung kennzeichnende ist, dass der freiliegende Mittelteil der Gummikörper sowohl in seinem entspannten, als auch in seinem durch die achsiale Zu- sammendrückung radial erweiterten Zu stande eine von beiden Enden her gegen die Mitte hin allmählich schmäler werdende Form aufweist, und dass die Gummikörper im entspannten Zustand ohne glemmung, im zusammengedrückten Zustand jedoch mit Klemmung in ihren Ausnehmungen sitzen.
Der Mittelteil ist zweckmässig als Dreh körper mit einer konkaven Erzeugenden aus gebildet, welche die Form eines Kreisbogens oder einer ähnlichen Kurve hat, mit einem Krümmungsradius in. ,der Mitte der Erzeu genden, der bei entspanntem Körper kleiner als die ganze Achslänge des Mittelteils, aber grösser als die Hälfte dieser Länge ist.
Ferner wird ,die Länge der im entspann ten Zustand befindlichen Gummikörper vor zugsweise derart nach dem beim zusammen gebauten Rad vorhandenen Abstand zwi schen den Böden der einander gegenüberlie genden, an den Radflanschen vorgesehenen Ausnehmungen bestimmt, dass. :
die beim Zu sammensetzen des Rades durch achsiales Zu sammendrücken erreichte Vorspannung der einzelnen Gummikörper wenigstens das Drei fache der in der Radebene wirkenden, vom Körper bei voller Radbelastung zwischen Nabe und Reifen zu übertragenden Kraft ist. Wenn zum Beispiel ein federndes Rad, wel ches für eine höchste Belastung von 5000 kg berechnet ist, 20 Gummikörper hat, so soll jeder Körper mit einer achsialen Vorspan- nung von wenigstens 750 kg zusammenge drückt sein.
Es hat sich gezeigt, teils dass die Gummikörper bei der oben angegebenen Form trotz sehr hoher Vorspannungen wäh rend längerer Zeit ohne Auftreten von Rissen oder anderer Beschädigung des Gummis im freiliegenden Mittelteil des Körpers, und be sonders auch bei den Übergangsstellen zwi schen dem freiliegenden Teil und den ein gespannten Endteilen oder in der Nähe der selben aushält, teils dass diese hohe Vor- Spannung durch die dadurch hervorgerufene radiale Ausdehnung des Körpers, einschliess lich dessen Endteile,
eine gegenüber den im Betrieb auftretenden Spannungen unbeweg liche Festsetzung oder Festklemmung der Endteile des Klotzes in deren Fassungen ohne Zuhilfenahme besonderer Befestigungs mittel zur Folge hat.
Auf den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Achsialschnitt eines Ausführungsbeispiels des Fahrzeugrades nach der Erfindung, wo bei der Schnitt ungefähr nach der Linie I-. -I in Fig. 3 ausgeführt ist; Fig. 2 zeigt in kleinerem Massstab eine Seitenansicht des Rades und Fig. 3 in gleicher Weise eine Seitenan sicht des Rades mit abgenommenem Naben flansch; Fig. 4 und 5 zeigen in grösserem Massstab Bruchstücke eines Gummikörpers in ent spanntem, bezw. eingespanntem Zustand;
Fig. 6 zeigt einen Zentrierungs- und Be grenzungsbolzen.
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 beider seits 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 miteinan der verbunden, die mit gegen die Innenseite der Flanschen anliegenden Kragen 8a ver sehen sind.
Der Flansch 4 ist mit weiten Lö chern 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 rings herum verteilten, einander gegenüberliegenden Aussparungen oder Fas sungen 10 versehen, und zwischen dem Flan schen 4 und jedem der Flanschen 5 und 6 sind eine Reihe von Gummikörpern 11 an gebracht, von denen jeder mit seinem einen Ende in eine Aussparung im Flanschen 4 und mit dem andern Ende in die gegenüber- liegende Aussparung 10 auf den Flanschen 5 und 6 hineinragt.
Die Gummikörper 11 bilden die einzigen tragenden Verbindungs organe zwischen den Flanschen 4 und den Flanschen 5 und 6 zur elastischen Über tragung der sowohl in der Radebene, als auch senkrecht zu dieser zwischen Nabe und Radreifen auftretenden Kräfte. Die mögliche achsiale Bewegung zwischen dem Flanschen 4 und den Flanschen 5 und 6 ist zweckmässig durch Anschläge 12 begrenzt.
Die Körper 11 haben verhältnismässig kurze Endteile 11a, die durch die entspre chenden Aussparungen oder Fassungen 10 eingefasst sind, sowie dazwischen einen frei liegenden Mittelteil llb von verhältnismässig grosser aehsialer Ausdehnung. Der Mittelteil llb der Gummikörper, die vorzugsweise in an sich bekannter Weise einen kreisförmigen Querschnitt haben, hat einen von beiden En den aus gegen die Mitte hin abnehmenden Querschnitt.
Der Mittelteil 11b hat mit an dern Worten eine konkave Erzeugende, die vorzugsweise die Form eines Kreisbogens oder einer ähnlichen Kurve mit einem Krüm- mungsradius R (Fig. 4) in der Mitte der Er zeugeraden hat, der im entspannten, also nicht achsial vorgespannten Zustand des Kör pers geringer ist als die achsiale Länge des Mittelteils 11b, aber ,grösser, vorzugsweise doch nur wenig grösser als die Hälfte dieser Länge.
Die Endteile lla haben vor zugsweise eine gegen die freien Enden schwach konisch abnehmende Farm, und die Aussparungen 10 sind in entsprechender Weise ausgebildet, so dass die Endteile lla der Körper im entspannten Zustande ohne Klemmung hineinpassen.
Die Länge der Körper 11 ist so im Verhältnis zum voraus bestimmten achsialen Abstand zwischen den Böden der einander gegenüberliegenden Aus- sparungen 10 im Flansch 4 und den Flan schen 5 und 6 abgepasst, dass die Körper beim Zusammensetzen des Rades durch achsiales Zusammendrücken unter eine Vor spannung gesetzt werden, die für jeden Kör per grösser, vorzugsweise etwa dreimal oder noch grösser ist als die in der Radebene wir- kende Kraft, die vom Körper zwischen Nabe und Radreifen überführt werden soll,
wenn das Rad dervollen Belastung ausgesetzt wird, für die es berechnet ist. Durch Einwir kung,der durch diese hohe Vorspannung ver ursachten achsialen Zusammendrüekung des Körpers und der daraus erfolgenden radialen Ausdehnung desselben, einschliesslich der in den Fassungen eingesetzten Endteile, werden diese Endteile so stark sowohl gegen, dieBöden wie gegen dieSeitenwände 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 Biegungsbean- spruchungen, denen der Körper im Betrieb ausgesetzt ist, in wirksamer Weise verhindert werden. Dieses feste Einspannen der Körper enden 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 freiliegenden Mittelteile der Kör per besonders in .der Nähe der Übergänge in die eingespannten Endteile verhältnismässig rasch durch Rissbildung und Abnutzung des Gummis beschädigt werden.
Dieses kann we nigstens zum. Teil dadurch erklärt werden, dass die Mantelfläche des Mittelteils - der Gummikörper, der es frei steht, elastische Formveränderungen unter Einwirkung der auf die Körper wirkenden Kräfte zu erfah ren, durch die durch die Vorspannung ver ursachte achsiale Zusammendrückung und daraus erfolgende radiale Erweiterung einer Vergrösserung ausgesetzt wird, die umso grö sser ist, je grösser die angebrachte Vorspan- nung ist.
Eine Vergrösserung der genannten Mantelfläche verursacht das Auftreten von Streckungen und daraus erfolgenden Zug spannungen in den äussern Teilen des Gum mis. Dieses ist immerhin, wie vorher gesagt, für Streckungen und Zugspannungen emp findlich, was unter anderem dadurch erklärt werden. kann., dass -Streckungen und Zugbean spruchungen im Gummi die Neigung haben, im Gummi eventuell vorhandene oder auf tretende Risse oder dergleichen zu vergrö ssern, während ein Zusammendrücken des Gummis die Neigung hat,
solche im Gummi etwa auftretende Defekte aufzuheben. Die' Grösse der Mantelfläche des freiliegenden Mittelteils des Körpers wird teils durch die Länge :deren Erzeugenden, teils von der Längei des Umkreises bestimmt. Dieser letz tere wirdi durch die von der angebrachten hohen Vorspannung verursachte radiale Er weiterung des Zwischenteils Ilb des Körpers wesentlich vergrössert.
Bei der bereits be schriebenen konkaven Ausbildung der Er zeugenden des Mittelteils llb erfährt immer hin dieser durch .die achsiale Zusammen drückung des Körpers eine solche Längen verminderung, welche die Einwirkung der von der radialen Erweiterung veursachten Umfangserweiterung ganz oder teilweise aufhebt, dass keine -oder nur eine verhält nismässig geringe Vergrösserung der Mantel fläche des freiliegenden Teils llb infolge der achsialen Vorspannung des Körpers auftritt,
so dass für den Bestand des Gummis gefähr liche Streckungen oder Zugspannungen im freiliegenden Teil des Gummis nicht ent stehen. Gleichzeitig wird der Vorteil eines verbesserten Federungsvermögens des Gummikörpers infolge der von beiden Enden gegen die Mitte hin schmäler werdenden Form des freiliegenden Mittelteils erhalten.
Zum erreichten günstigen Ergebnis scheint auch der Umstand beizutragen, dass die Er zeugende des, Mittelteils llb an jedem Ende die Ebene, in der sich der innere Rand des eingefassten Endteils 11a befindet und die zweckmässig mit dem äussern Land der Aus sparung 10 zusammenfallen soll, unter einem Winkel a trifft (Fig. 4 und 5), der auch im vorgespannten Zustand des Gummikör pers, sowie unter allen denjenigen Zustän den, die der Gummikörper während der An wendung unter Einwirkung der Schub- und BiegungsbeansprIuchungen, denen er ausge setzt wird,
einnimmt, spitz bleibt. Hierdurch wird nämlich eine wirksame Verhinderung eines Auftretens von Falten auf der Gummi fläche mit daraus erfolgenden Reibungen gegeneinander beim oder nahe am Übergang in den eingefassten Endteil lla unter Ein wirkung der Biegungen und andern Form veränderungen, denen der freiliegende Teil des Körpers unter Einwirkung der von ihm zu überführenden Kräfte ausgesetzt wird, erhalten.
Durch die Erfindung ist .die Schaffung von federnden Rädern. ermöglicht worden, bei welchen die Gummikörper eine gute Fe derung geben und während längerer Zeit aushalten, wobei das Rad trotzdem leicht zu sammenzusetzen und auseinanderzunehmen ist zwecks Inspektion und eventuellem Aus tausch -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 horizon taler Lage mit der mit Aussparungen 10 ver- sehenen 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 elek trischen Verbindung der sonst durch die Gummikörper voneinander isolierten Ring- und Nabenteile dienenden Kabels 13 kann am Flansch 6 mittels einer Schraube 14 be festigt werden.
Darauf wird der Flansch 4 über die derart angebrachten Gummikörper gelegt, so dass die obern Enden ,derselben in die Aussparungen 10 auf der Unterseite des Flansches 4 eingreifen, wobei,das Kabel 1.3 durch eine Öffnung 15 im Flansch 4 ge führt 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 fürs diese im Flanschen 6 angebrachte Schraubenlöcher (Fig. 1) eingeschraubt sind und für die Löcher 18a im Flansch 4 an gebracht sind.
Nachdem die Bolzen 8 am Flansch 5 oder am Flansch 6 befestigt wor den 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 letztge nannten Gummikörper derart aufgesetzt, dass die obern Enden derselben in die Aussparun gen 10 auf der Unterseite des Flansches 5 eingreifen, der dabei ebenfalls von den Bol zen 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 und die Muttern auf .denselben und den Bolzen 8 angezogen worden sind, sowie,die Bolzen 18 entfernt worden sind, ist das Rad zur An wendung bereit. Die Schraubenlöcher für die Bolzen 18 im Flansch 6 können mittels kur zer Schraubenpfropfen zugeschlossen wer den.
Die Bolzen 18 werden immerhin zweck mässig auch als Rückhalt für den Radreifen im Verhältnis zur Nabe verwendet, wenn der Radreifen neu abgedreht werden soll, so dass ein solches Abdrehen ohne Ausein andernehmen des Rades geschehen kann. Der Flansch 5 kann mit einem Kragen 19 oder dergleichen versehen sein, in den der Mit nehmer auf der Drehbank beim Abdrehen eingreift.
Das Auseinandernehmendes Rades geschieht in. umgekehrter Reihenfolge in ebenso einfacher Weise wie das oben be schriebene Zusammensetzen. In:
dem Falle, wo eine elektrische Ver bindung zwischen Radreifen und Nabe er forderlich ist, wird durch die beschriebene Art der Anbringung des Kabels 13 nicht nur der Vorteil erreicht, dass das Kabel für die beschriebene leichte Zusammensetzung und Zerlegung des Rades nicht hinderlich ist, sondern auch dass,das Kabel 13, wie aus Fig. 1 ersichtlich,
eine solche Lage und in folge der beim Umlaufen des Rades auftre tenden Fliehkraft eine solche freihängende Kettenlinienf orm einnimmt, dass es bei der gegenseitigen Bewegung der Nabe und des Radreifens keinen nennenswerten Biegungs- beanspruchungen ausgesetzt wird, so dass ein Knicken des Kabels 13 oder eine Er müdung desselben infolge wiederholter star ker Deformationen nicht zu befürchten ist.