DE10115370A1 - Dämpfungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein energieabsorbierendes elastisches Dämpfungselement, das zwischen zwei gegeneinander beweglichen starren Teilen angeordnet ist. DOLLAR A Das Dämpfungselement besteht aus einem Polytetrafluorethylen-Material (PTFE), das in besonders vorteilhafter Weise in einem zwischen Radreifen (3) und Scheibenradkörper (4) angeordneten Ringspalt (9) eines Schienenrades (1) untergebracht ist. DOLLAR A Auf diese Weise wird ein besonders vibrations- und geräuscharmer Lauf des Schienenrades (1) möglich.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein energieabsorbierendes elastisches Dämpfungsele­ ment, das zwischen zwei gegeneinander beweglichen starren Teilen angeord­ net ist.

Hintergrund der Erfindung

Es ist bereits seit langem bekannt, zur Verhinderung der Fortleitung mechani­ scher bzw. akustischer Schwingungen oder Stöße an geeigneten Stellen Stoffe anzubringen, durch die die Schwingungs- bzw. Stoßenergie durch innere mole­ kulare Vorgänge in diesen Stoffen mehr oder weniger vernichtet wird. So ist es in diesem Zusammenhang allgemein bekannt, für die Dämpfung von Schwin­ gungen Kunststoffe einzusetzen (Stoeckhert Kunststofflexikon, Carl Hanser Verlag München Wien 1992). Dämpfung beruht auf Umwandlung periodisch zugeführter Energie in andere Energieformen. Bei einer schwingenden Bean­ spruchung von Werkstoffen wird ein Teil der mechanischen Energie in Wärme umgesetzt. Derartige Dämpfungsmaterialien sind beispielhaft in der DE-AS 11 18 543 und in der DE 43 30 389 A1 vorbeschrieben.

In diesem Zusammenhang sind auch gefederte Schienenräder mit einem Spur­ kranz für gleisgeführte Wagen und Fahrzeuge bekannt. Diese werden in der Regel hergestellt, um die durch Unebenheiten, Vibrationen sowie durch hohe Umdrehungszahlen entstehenden Druckspitzen auf den Laufflächen der Radreifen abzubauen. Dadurch wird der Verschleiß vermindert und gleichzeitig werden die Laufgeräusche des Schienenrades reduziert. Als elastische Körper werden ein- oder mehrteilige Gummikörper verwendet. Solche gummigefederte Eisenbahnräder sind beispielsweise in der DE 30 12 378 A1, DE 41 25 885 A1 und in der DE 196 10 780 A1 vorbeschrieben. Durch den zwischen Radreifen und Scheibenradkörper angeordneten Gummi wird durch dessen innere Rei­ bung Energie vermindert, so daß die Amplitude der Schwingungen verringert wird. Dies hat zur Folge, daß der Scheibenradkörper weit weniger zu Schwin­ gungen angeregt wird als es ohne dämpfende Zwischeneinlage der Fall wäre.

Nachteilig dabei ist, daß derartige Schienenräder aufgrund der erforderlichen Gummistärke eine relativ große radiale Ausdehnung aufweisen und auch zu großer Verformung neigen, d. h. instabil sind. Durch die große Verformung der dicken Gummischicht sind die Räder stark bruchgefährdet. Außerdem sind sie nur für relativ geringe Belastungen geeignet.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Dämpfungselement zu entwickeln, das sich insbesondere für Schienenräder eignet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß das elastische Dämpfungselement auf der Basis von einem Polytetrafluorethylen-Material (PTFE) besteht.

Dieser an sich bekannte Werkstoff wird nach dem bisherigen Stand der Tech­ nik auch als Gleitmaterial verwendet. So sind im INA-Katalog 236 "Gelenklager, Gleitbuchsen und Gelenkköpfe" auf den Seiten 48, 49, und 50 wartungsfreie Gelenklager beschrieben, deren Gleitschichten auf Basis von PTFE aufgebaut sind. In ihrer Leistungsfähigkeit aufsteigend sind das PTFE-Verbundwerkstoff, PTFE-Folie und PTFE-Gewebe. In überraschender Weise wurde nun festge­ stellt, dass sich derartige Materialien auch hervorragend als Dämpfungsmateri­ al eignen. Es wurde weiter festgestellt, dass die hervorragende dämpfende Wirkung bereits im Bereich unter 1 mm einsetzt.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, daß das PTFE-Material als ein Gewebe ausgebildet ist, bei dem PTFE-Fasern durch Stützfasern verstärkt sind und beide in einer Harzmatrix eingebettet sind. Die Stützfasern sollen nach An­ spruch 3 als Polytetrafluorethylen- (PTFE), Polyamid- (PA), Polyester- (PE), Baumwoll- oder Glas-Fasern ausgebildet sein. Die Harzmatrix gemäß An­ spruch 4 besteht aus Phenol- oder Epoxidharz.

In besonders vorteilhafter Weise wird dieses Dämpfungselement nach An­ spruch 5 in einem zwischen Radreifen und Scheibenradkörper liegenden Ringspalt eines Schienenrades eingesetzt. Die Folge ist ein wesentlich ruhige­ rer und ein wesentlich geräuschärmerer Lauf der erfindungsgemäß ausgebil­ deten Schienenräder. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass derartige Radein­ heiten steifer und damit stabiler sind um demzufolge auch höhere Lasten tra­ gen können.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 6 soll der Ring­ spalt unter einem Winkel α zur Drehachse verlaufen, wobei dieser Winkel nach Anspruch 7 einen Wert im Bereich von 1° bis 5° nimmt. Durch diese kegelför­ mige Ausbildung von Radreifen und Scheibenradkörper wird durch deren axia­ les Verschieben zueinander eine spielfreie Verbindung beider Teile geschaffen.

Schließlich ist nach einem letzten weiteren Merkmal gemäß Anspruch 8 vorge­ sehen, dass das zwischen Radreifen und Scheibenradkörper angeordnete Dämpfungselement eine Stärke im Bereich von 0,5 bis 2 mm aufweist.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt durch ein erfindungs­ gemäß ausgebildetes Schienenrad und

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein PTFE-Gewebe Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist ein teilgeschnittenes mehrteiliges Eisenbahnrad 1 dargestellt, dessen mit dem Spurkranz 2 versehener Radreifen 3 mit dem die Nabe 10 aufweisenden Scheibenradkörper 4 über einen als PTFE-Gewebe ausgebilde­ ten elatischen Körper 5 verbunden ist. Die feste Verbindung zwischen Radrei­ fen 3 und Scheibradkörper 4 kann beispielsweise durch einen Sprengring oder durch einen keilförmigen Spannring erfolgen, ist aber zeichnerisch nicht darge­ stellt, weil nicht erfindungswesentlich. Sowohl Radreifen 3 als auch Scheiben­ radkörper 4 besitzen eine unter dem Winkel α geneigt zur Drehachse 6 verlau­ fende innere und äußere Mantelfläche 7, 8, so daß ein ebenfalls geneigt ver­ laufender Ringspalt 9 gebildet ist, der den elastischen Körper 5 aufnimmt. Ela­ stischer Körper 5 und Ringspalt 9 sind demnach kegelstumpfförmig gestaltet.

Der in Fig. 2 gezeigte Werkstoffverbund besteht aus als Kettfäden wirkenden PTFE-Fasern 11, die in mehreren Ebenen übereinanderliegend angeordnet sind. Diese werden ebenfalls in mehreren Ebenen von als Stützfasern 12 wir­ kenden Schußfäden durchquert, so daß ein textilartiges PTFE-Gewebe gebildet ist, das in einer Harzmatrix 13 eingebettet ist. Die Stützfasern 13 bestehen aus Baumwolle und ein Phenolharz bettet beide Faserarten ein. Die radiale Dicke des PTFE-Gewebes im Ausführungsbeispiel beträgt etwa 0,5 mm. Im Vergleich zu gummigefederten Rädern wird damit eine sehr stabile Radeinheit geschaf­ fen, die sich weit weniger verformt, so daß Radbrüche vermieden sind. Außer­ dem sind derartige Räder viel höher belastbar, so daß sie im Gegensatz zu gummigefederten Rädern auch in Güterzügen einsetzbar sind.

Bezugszeichen

1

Eisenbahnrad

2

Spurkranz

3

Radreifen

4

Scheibenradkörper

5

elastischer Körper

6

Drehachse

7

innere Mantelfläche

8

äußere Mantelfläche

9

Ringspalt

10

Nabe

11

PTFE-Faser

12

Stützfaser

13

Harzmatrix
α Neigungswinkel

Claims (8)

1. Energieabsorbierendes elastisches Dämpfungselement, das zwischen zwei gegeneinander beweglichen starren Teilen angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es auf der Basis von einem Polytetrafluorethylen- Material (PTFE) besteht.

2. Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-Material als ein Gewebe ausgebildet ist, bei dem PTFE-Fasern (11) durch Stützfasern (12) verstärkt und beide in einer Harzmatrix (13) einge­ bettet sind.

3. Dämpfungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfasern (12) als Polytetrafluorethylen- (PTFE), Polyamid- (PA), Poly­ esther- (PE), Baumwoll- oder Glas-Fasern ausgebildet sind.

4. Dämpfungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzmatrix (13) ein Phenol- oder ein Epoxidharz ist.

5. Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem zwischen Radreifen (3) und Scheibenradkörper (4) liegenden Ring­ spalt (9) eines Schienenrades (1) angeordnet ist.

6. Schienenrad (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (9) unter einem Winkel α zu einer Drehachse (6) des Schienen­ rades (1) verläuft.

7. Schienenrad (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α einen Wert von 1 bis 5° annimmt.

8. Dämpfungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stärke im Bereich von 0,5 bis 2 mm aufweist.