CH645174A5 - Mit resonanzabsorbern bestuecktes schienenrad und auf dem untergrund fixierte schiene fuer das schienenrad. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenrad, mit mehreren am Rad (DE-PS P 26 57 860) war man noch davon ausgegangen, dass es

entscheidend für die Verminderung der Riffelbildung darauf ankommt, die Resonanzabsorber auf die vertikale Eigenschwingung der Schiene abzustimmen. Auch mit dieser Massnahme wird die Riffelbildung stark vermindert, doch sind die Ergebnisse ohne zusätzlichen Aufwand wesentlicher günstiger bei den erfindungsgemässen Massnahmen.

Vorzugsweise besteht j eder Resonanzabsorber aus einer in Dämpfungsmaterial eingebetteten und an einem Ende starr mit dem Rad verbundenen, insbesondere plattförmigen, Zunge. Eine günstige Befestigungsmöglichkeit für die Resonanzabsorber besteht darin, dass sie an einem Ring befestigt sind, der in einer Ausdrehung des Übergangs Radscheibe/Radkranz bzw. Felge eingeschrumpft ist. Es ist aber auch möglich, die Resonanzabsorber unmittelbar am Rad zu befestigen.

Die Resonanzabsorber können neben den auf die Eigenfrequenz des Radkranzes für die radiale Grundschwingung abgestimmten Zungen weitere auf die Eigenfrequenzen für die Kreisch-und Rollgeräusche abgestimmte Zungen aufweisen. In diesem Fall sind sämtliche Zungen eines jeden Resonanzabsorbers auf demselben Sockel angeordnet.

Eine zweckmässige Ausführung der Resonanzabsorber besteht aus plattenförmigen Zungen, die die gleiche Höhe und die gleiche Länge aber unterschiedliche Dicke aufweisen. Dabei können die plattenförmigen Zungen durch an einem Ende angeordnete Distanzscheiben auf gegenseitigem Abstand gehalten werden. An der Schiene können die Resonanzabsorber seitlich an den Schienenstegen oder am Schienenfuss befestigt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer an Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein Schienenrad auf einer Schiene in Seitenansicht,

Fig. 2 das Schienenrad auf der Schiene gemäss Fig. 1 im Axialschnitt

Fig. 3 einen Resonanzabsorber in isometrischer Darstellung und

Fig. 4 ein Diagramm für die auftretenden Schwingungen ohne Resonanzabsorber und mit Resonanzabsorber.

Ein aus zwei Schienen 1 bestehendes Gleis ist auf Schwellen 2 befestigt. Die Schiene hat übliches Schienenprofil, z. B. S49 oder UIC-60. Der Schwellenabstand beträgt z. B. 0,6m.

Auf der Schiene rollt ein als Vollrad ausgebildetes Schienenrad 5 eines Schienenfahrzeuges. Das Schienenrad 5 besteht aus Nabe 6, Radscheibe 7 und Radkranz 8. Bei diesem Schienenrad handelt es sich um ein für Eisenbahnwagen, Strassenbahnwagen übliches Schienenrad, das aus Stahl gegossen bzw. geschmiedet ist und einen Durchmesser von 700 bis 1.200mm hat.

Wenn ein Schienenfahrzeug über ein Gleis rollt, wird das Schienenrad durch auch bei einwandfreier Gleisoberfläche nicht zu vermeidende Unregelmässigkeiten zu Schwingungen angeregt. Eine für die Riffelbildung charakteristische Schwingung ist die radiale Grundschwingung (vier Knoten am Umfang), bei der sich das Schienenrad elliptisch verformt. Je nach Ausführung des Schienenrades und des Durchmessers des Schienenrades liegt die Schwingung zwischen 0,9 und 1,5 kHz. Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass diese für die Riffelbildung haupt-

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sächlich verantwortliche Schwingung wirksam gedämpft werden muss. Dazu sind die folgenden Massnahmen einerseits am Schienenrad und andererseits an der Schiene verwirklicht.

In einer zur Radmittelebene leicht konisch abfallenden Ausdrehung 9 im Übergangsbereich zwischen Radscheibe 7 und Radkranz 8 ist ein entsprechend konisch geformter Ring 10 eingeschrumpft. Der Ring 10 wird in diese Ausdrehung 9 eingebracht, indem das Rad 5 durch Wärmen aufgeweitet wird. Über den Innenumfang dieses Ringes 10 sind verteilt Resonanzabsorber 11 angeordnet und mittels Schraubenbolzen 12 am Ring 10 befestigt.

Ausserdem sind entsprechende Resonanzabsorber 13 am Schienenfuss 3 der Schiene 1 mittels Schraubenbolzen 15 in regelmässigen Abständen befestigt. Sie können jedoch auch (nicht dargestellt) ausserhalb des Schienenkopfes, z. B. am Schienensteg 14, befestigt sein.

Die Resonanzabsorber bestehen mindestens aus einer plattenförmigen Zunge, deren eines Ende starr mit der Schiene 1 bzw. dem Rad 5 verbunden ist, damit die Schwingungen der Schiene 1 oder des Rades 5 auf die Zunge übertragen werden können. Die Zunge ist eingebettet in Dämpfungsmaterial. In Fig. 3 ist ein Resonanzabsorber mit mehreren plattenförmigen Zungen 16—18 dargestellt, die die gleiche Länge und die gleiche Breite aber unterschiedliche Dicke aufweisen und die durch Zwischenlagen 21 aus Dämpfungsmaterial voneinander getrennt sind. Sämtliche Zungen werden an einem Ende von einem Sockel 22 getragen, der eine Bohrung 23 für den der Befestigung dienenden Schraubenbolzen aufweist.

Die Zungen bestehen aus Stahl. Die Zunge 20 liegt unmittelbar am Rad oder an der Schiene an und kann deshalb nicht mitschwingen. Die dämpfenden Zwischenschichten 21 zwischen den einzelnen Zungen bestehen vorzugsweise aus Silikonkautschuck. Während das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 aus einem Block hergestellt ist, bei dem für die Zwischenlagen 21 Einschnitte in den Block gemacht worden sind, lässt sich der Resonanzabsorber auch aus einzelnen durchgehenden Platten aufbauen, die im Bereich des Sockels 22 durch Distanzplatten voneinander getrennt gehalten werden.

Die Zungen können auch als Doppelzungen ausgebildet sein, die von einem gemeinsamen Sockel getragen werden, der aus den mittleren Zungenabschnitten und die einzelnen Zungen voneinander getrennt haltenden Distanzplatte aufgebaut ist.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, sind beim Rad 5 die Resonanzabsorber derart angeordnet, dass die Hauptschwingungsebene senkrecht zur Radachse liegt. Bei der Schiene 14 sind die Resonanzabsorber dagegen senkrecht zu den vertikalen Schwingungen angeordnet. Die Wirkung der Resonanzabsorber ist zwar günstiger, wenn ihre bevorzugte Schwingungsebene mit den Schwingungen des Rades bzw. der Schiene übereinstimmt, doch wird die Wirkung auch bei anderer Orientierung spürbar erzielt.

Fig. 4 zeigt das Spektrum der radialen Schwingungen eines ungedämpften und eines mit Resonanzabsorbern gedämpften Rades. Während bei dem ungedämpften Rad hohe Maxima der Radschwingungen vorliegen, sind diese Maxima bei dem gedämpften Rad unterdrückt. Dies gilt insbesondere für das hohe Maximum der radialen Grundschwingung bei 1,4 kHz.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. 645 174 2

   PATENTANSPRÜCHE angeordneten, aus Masse und Dämpfungsmaterial bestehenden

   Resonanzabsorbern und eine Schiene für das genannte Schienenrad. Im Betrieb entstehen auf der Lauffläche der Schiene in 1. Schienenrad mit mehreren am Rad angeordneten, aus Masse Schienenlängsrichtung sich abwechselnde Berge und Täler, soge-und Dämpfungsmaterial bestehenden Resonanzabsorbern, s nannte Riffeln. Ein über eine Schiene mit Riffeln rollendes Rad dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzabsorber (11) auf die erzeugt ein mit der Geschwindigkeit des Rades zunehmendes Eigenfrequenz der Grundschwingung in radialer Richtung mit Geräusch, das im Vergleich zu dem von einem über eine riffel-vier Knoten am Umfang des Rades abgestimmt sind. freie Schiene rollenden Rad stark erhöht ist. Nicht erst in
2. 2. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, jüngster Zeit, wo das Geräuschproblem aus Gründen des dass die Resonanzabsorber am Radkranz, am Radreifen, an der io Umweltschutzes von Bedeutung ist, sondern schon seit vielen Radfelge oder an der Radscheibe angeordnet sind. Jahrzehnten, beschäftigt man sich mit der Entstehung und Besei-
3. 3. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, tigung der Riffeln, denn neben der Lärmbelästigung werden auch dass jeder Resonanzabsorber aus mindestens einer in Dämp- der Schienenunterbau und die Schienenbefestigung durch die fungsmaterial eingebetteten und an einem Ende starr mit dem beim Befahren von Schienen mit Riffeln entstehenden Erschüt-Schienenrad (5) verbundenen insbesondere plattenförmigen 15 terungen stark beansprucht und sogar beschädigt. Entspre-Zunge (16) besteht. chende Gefahren bestehen für das über eine Schiene mit Riffeln
4. 4. Schienenrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- rollende Fahrzeug.

   zeichnet, dass die Resonanzabsorber (11) an einem Ring (10) Ohne den Mechanismus der Entstehung der Riffeln im einzelbefestigt sind, der in einer Ausdrehung (9) des Übergangs nen erklären zu können, hat man bisher allgemein vermutet, dass Radscheibe (7) / Radkranz (8) bzw. Felge eingeschrumpft ist. 20 die Riffelbildung mit den Schwingungen des Systems Schiene-
5. 5. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch Rad zusammenhängt.

   gekennzeichnet, dass jeder Resonanzabsorber (11) neben der auf Zur Verkleinerung bzw. zur Beseitung der Riffelbildung gibt die Eigenfrequenz des Schienenrades (5) für die radiale Grund- es eine Reihe von ausgeführten und nicht ausgeführten Vorschlä-

   schwingung abgestimmten Zungen (16) weitere auf die Eigenfre- gen. So wurde vorgeschlagen «Eisenbahningenieur» 27 (1976

   quenz für die Kreisch- und Rollgeräusche abgestimmte Zungen 25 Seiten 200-207), eine besondere Legierung für das Schienenma-

   (17,18) aufweist, wobei sämtliche Zungen (16,17,18) eines terial zu verwenden und/oder die Schiene auf einem weniger jeden Resonanzabsorbers (11) auf demselben Sockel (22) ange- elastischen Oberbau anzuordnen. Ferner wurde vorgeschlagen,

   ordnetsind. besondereMassnahmenamRadbzw.amRadsatz,z.B.Verklei-
6. 6. Schienenrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, nerung der ungefederten Radsatzmasse, vorzunehmen. Ferner dass die Zungen (16,17,18) auf Platten insbesondere gleicher 30 wurde vorgeschlagen (DE-PS 966 656, CH-PS 321783), zur Höhe und Länge aber unterschiedlicher Dicke bestehen. Dämpfung der Eigenschwingungen der Schiene in ungleichen
7. 7. Schienenrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, Abständen über die Schienenlänge verteilte Querschnittsverän-dass die plattenförmigen Zungen (16,17,18) durch an einem derungen, z. B. in Form von Verdickungen (zusätzliche Massen) Ende angeordnete Distanzscheiben auf gegenseitigem Abstand vorzusehen. Endlich wurde vorgeschlagen (Zeitschrift «ETR» gehalten werden. 35 (25) 6-1976, Seiten 381-391, DE-OS 2 616 393), am Rad (Rad-
8. 8. Auf dem Untergrund fixierte Schiene, für das Schienenrad kränz) angreifende Resonanzabsorber vorzusehen, die in ihrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Eigenfrequenz auf die um die Hälfte verminderte oder vergrös-über sie rollende Rad zu erzwungenen Schwingungen angeregte serte axiale Radkranzbiegeeigenfrequenz eingestellt sind. Schiene mit auf deren Länge verteilt angeordneten, zur Dämp- Alle diese Vorschläge haben bis heute zu keinem befriedigen-fung dieser erzwungenen Schwingung vorgesehen, auf die Eigen- 40 den Ergebnis geführt. Nach wie vor ist es nötig, die Riffeln auf frequenz der Grundschwingung in radialer Richtung mit vier der Oberfläche der Schiene von Zeit zu Zeit abzuschleifen. Knoten am Radumfang des Schienenrads (5) abgestimmten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung Resonanzabsorbern (13) versehen ist. Schienenrad/Schiene dahingehend zu verbessern, dass die Riffel-
9. 9. Schiene nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bildung sich wesentlich vermindert.

   jeder Resonanzabsorber (13) aus einer in Dämpfungsmaterial 45 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Schienenrad eingebetteten und an einem Ende starr mit der Schiene verbun- der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Resonanz-denen insbesondere plattenförmigen Zunge (16) besteht. absorber auf die Eigenfrequenz des Rades für die radiale Grund-
10. 10. Schiene nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Schwingung (vier Knoten am Umfang) abgestimmt sind.

    jeder Resonanzabsorber (13) neben der auf die Eigenfrequenz Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass für die Riffei des Schienenrades (5) für die radiale Grundschwingung abge- 50 bildung nicht in erster Linie die vertikale Eigenschwingung der stimmten Zungen (16) weitere auf die Eigenfrequenz für die Schiene, die in Abhängigkeit vom Schienenprofil (z.B. S49 oder

    Kreisch- und Rollgeräusche abgestimmte Zungen, (17,18) auf- UIC-60) und vom Schwellenabstand (ca. 0,6)m im Bereich von weist, wobei sämtliche Zungen (16,17,18) eines jeden etwa 0,9 bis 1,2kHz liegt, massgebend ist, sondern die radiale

    Resonanzabsorbers (13) auf demselben Sockel (22) angeordnet Grundschwingung (vier Konten am Umfang) des darüberrollen-sind. 55 den Rades, die bei den heute üblichen Schienenrädern mit einem
11. 11. Schienenach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Durchmesser von etwa 700 bis 1.200mmzwischen0,9und 1,5 die Zungen (16,17,18) aus Platten insbesondere gleicher Höhe kHz liegt.

    und Länge aber unterschiedlicher Dicke bestehen. Optimale Ergebnisse hinsichtlich der Verminderung der Rif-
12. 12. Schiene nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass felbildung erzielt man erfindungsgemäss, wenn bei der Schiene die plattenförmigen Zungen (16,17,18) durch an einem Ende 60 zur Dämpfung der Schwingungen an der Schiene über deren angeordnete Distanzscheiben auf gegenseitigem Abstand gehal- Länge verteilt, auf die Eigenfrequenz des Schienenrades für die ten werden. radiale Grundschwingung (vier Knoten am Umfang) abgestimmte Resonanzabsorber befestigt sind. Obgleich die Eigenfrequenz der Schiene in der Regel von der Eigenfrequenz des

    65 Schienenrades für die radiale Grundschwingung abweicht, wird der Schiene die Eigenfrequenz des Schienenrades für die radiale Grundschwingung aufgezwungen. Bei einem älteren Vorschlag