DE102010053754B4

DE102010053754B4 - Rad-Schiene-System

Info

Publication number: DE102010053754B4
Application number: DE102010053754.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Thome; Ralf Berger
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: DE102010053754A1

Abstract

Rad-Schiene-System, wobei ein Rad auf einer Lauffläche eines Schienenteils abrollbar angeordnet ist, wobei das Rad eine von Speichen gehaltene Felge aufweist, an deren äußerem Umfang ein Randbereich aus einem ersten Material angeordnet ist, wobei der Randbereich stoffschlüssig verbunden ist mit der Felge, wobei die Felge aus einem zweiten Material gefertigt ist, wobei das erste Material elastischer als das zweite Material ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Leichtmetall ist, wie Aluminium oder eine Aluminiumhaltige Legierung, wobei Felge und Speichen einstückig ausgeführt sind mit einem Nabenbereich, in den die jeweils von der Felge abgewandten Endbereiche der Speichen münden, wobei der Nabenbereich ein Lager aufnimmt zur Lagerung des Rades an einer Achse oder Welle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad-Schiene-System.
Es ist allgemein bekannt, dass Fahrräder eine Felge aufweisen, die mit Speichen lösbar verbunden ist und an deren Umfang ein Reifen aus Gummi lösbar angebracht wird. Innerhalb des Reifens ist üblicherweise ein ebenfalls lösbar verbundener, also nicht stoffschlüssig verbundener Luftschlauch angeordnet.
Aus der DE 699 03 414 T2 ist als nächstliegender Stand der Technik mit den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 1 ein Schienenfahrzeugrad mit Dämpfungseigenschaften bekannt.
Ebenfalls allgemein bekannt ist, dass Straßenbahnen oder Lokomotiven des Öffentlichen Transports Stahlräder aufweisen, die auf einer Stahl-Schiene abrollen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Rad-Schiene-System zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Rad-Schiene-System nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Rad-Schiene-System sind, dass ein Rad auf einer Lauffläche eines Schienenteils abrollbar angeordnet ist,
wobei das Rad eine von Speichen gehaltene Felge aufweist, an deren äußerem Umfang ein Randbereich aus einem ersten Material angeordnet ist,
wobei der Randbereich stoffschlüssig verbunden ist mit der Felge,
wobei die Felge aus einem zweiten Material gefertigt ist,
wobei das erste Material elastischer als das zweite Material ist, insbesondere einen mindestens zehnmal, insbesondere mindestens hundertmal, größeren Elastizitätsmodul aufweist.
Von Vorteil ist dabei, dass die Schiene metallisch ausführbar ist, insbesondere aus Stahl oder Leichtmetall, wie Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung. Weiter von Vorteil ist auch, dass mittels des elastischen Belags, also des Randbereichs, eine Dämpfung von Schwingungen erreichbar ist. Außerdem ist eine hohe mechanische Stabilität erreichbar durch die einstückige Ausführung. Mittels der Speichen ist ein besonders geringes Trägheitsmoment erreichbar, das trotzdem eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
Erfindungsgemäß ist das zweite Material ein Leichtmetall, wie Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders leichtes Rad erzeugbar ist mit geringem Trägheitsmoment.
Erfindungsgemäß sind Felge und Speichen einstückig ausgeführt, insbesondere mit einem Nabenbereich, in den die jeweils von der Felge abgewandten Endbereiche der Speichen münden,
insbesondere wobei der Nabenbereich ein Lager aufnimmt, insbesondere zur Lagerung des Rades an einer Achse oder Welle. Von Vorteil ist dabei, dass die mechanische Durchleitung von Kraftströmen zwischen Lagerung und Randbereich ohne Unterbrechung erfolgt und somit eine hohe mechanische Stabilität und geringe Bruchwahrscheinlichkeit erreichbar ist. Außerdem ist die Fertigung kostengünstig und einfach.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Material Kunststoff oder Gummi, insbesondere Vollkunststoff oder Vollgummi, insbesondere also ohne luftgefüllte Ausnehmungen. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Standzeit erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Felge mit dem Randbereich ein Verbundteil und/oder die Felge ist mit dem ersten Material bandagiert ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der stoffschlüssigen Verbindung eine hohe Standzeit erreichbar ist und Reibungsarbeit und Walkarbeit verminderbar ist, insbesondere zwischen Randbereich und Felge.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lauffläche eine Krümmung derart auf, dass das Rad mit der Schiene im Wesentlichen eine Linienberührung aufweist, also keine Punktberührung. Von Vorteil ist dabei, dass ein stabiles Laufverhalten erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Radialabstand der Lauffläche des Rades als Funktion der axialen Richtung der Radachse ein punktförmiges Maximum auf, insbesondere so dass also der maximale Radialabstand nur genau einer einzigen axialen Position zuordenbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach herstellbar Krümmung erzeugbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Rad an einer seiner axialen Seiten eine Bremsscheibe und/oder an seiner anderen Seite eine Geberscheibe verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass einerseits ein direkt am Rad wirkendes Bremsen ermöglicht ist, also ein Einbringen der Bremskraft direkt am Rad. Die Geberscheibe ist zur Wirkverbindung mit einem Sensor verwendbar, so dass die Winkelerfassung des Rades oder Winkelgeschwindigkeitserfassung des Rades einfach ermöglicht ist und der Antrieb des Fahrzeugs mit einer Regelung ausführbar ist, die auf einen Sollwert an Winkelgeschwindigkeit oder Winkelwert hin regelt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Bremsscheibe Ausnehmungen auf und fungiert als Reaktionsfläche für eine Wirbelstrombremse. Von Vorteil ist dabei, dass Wirbelstromverluste verringerbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schienenteil zwei zueinander spiegelsymmetrisch angeordnete Laufflächen auf für zwei Räder eines Fahrzeugs, so dass jedes Rad mit dem Schienenteil ein Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche ist,
insbesondere wobei die Radachsen nicht parallel sondern einen nicht-verschwindenden Winkel zueinander aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Selbststabilisierung des Fahrzeuges erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Rad und ein gleichartiges zweites Rad in einem Fahrzeug gelagert,
wobei die beiden zu den Rädern zugeordneten Laufflächen derart gegeneinander verdreht am Schienenteil angeordnet sind und die Radachsen einen entsprechend derartigen Winkel zueinander einschließen, dass das Fahrzeug bei Auslenkung aus der Gleichgewichtslage eine Rückstellkraft erfährt, insbesondere eine bei Auslenkungen in verschiedenen Richtungen eine gleich starke. Von Vorteil ist dabei, dass bei kleinen Auslenkungen aus der Ruhelage ein rückstellende Kraft wirkt und somit die stabile Lage erreichbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist eine Vorderansicht auf zwei an einer angeschnittenen Schiene 2 abrollende Räder 1 gezeigt.
In der 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt der 1 gezeigt, so dass die gekrümmte, konkave Ausformung der Lauffläche 20 an der Schiene 2 und am Rad 1 besser erkennbar ist.
In der 3 ist ein Rad 1 mit Lager 3 in Explosionsdarstellung gezeigt.
Wie in 3 gezeigt, ist das Rad 1 vorzugsweise als Speichenrad ausgeführt, so dass sich von der Nabe mit Lager 3 aus die Speichen 30 im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und die Felge des Rades tragen.
Die Felge ist bandagiert mit einem im Vergleich zum Leichtmetall mindestens hundertmal elastischeren Material, wie Kunststoff und/oder Gummi. Vorzugsweise ist das Material stoffschlüssig mit der Felge des Rades verbunden, also als Verbundteil ausgeführt. Bei Verwendung von Kunststoff ist hierbei ein Anspritzen des Kunststoffs vorteilhaft ausführbar.
Felge, Speichen und Nabe sind aus Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium oder aluminiumhaltige Legierung, gefertigt und vorzugsweise einstückig ausgeführt.
Das Schienenteil weist Laufflächen auf, die eine konkave Krümmung in einer Ebene, deren Normalenrichtung die Schienenrichtung ist, zeigen.
Das elastische Material an der Felge des Rades 1 und/oder die Felge des Rades 1 ist dabei ebenfalls mit einer entsprechenden Krümmung ausgeführt, so dass das Rad mit der Schiene im Wesentlichen eine Linienberührung aufweist, also keine Punktberührung.
Somit weist der Radialabstand der Oberfläche des Rades als Funktion der axialen Richtung ein punktförmiges Maximum auf. Somit ist also der maximale Radialabstand nur genau einer axialen Position zuordenbar.
An einer der Stirnseiten des Rades ist eine Bremsfläche 31 anbringbar, die mittels einer Lochscheibe beispielhaft ausführbar ist. Die Lochscheibe weist vorzugsweise eine Vielzahl von zusätzlichen Löchern auf, so dass eine Wirbelstrombremsung ermöglicht ist und dabei die Wärmeentwicklung gering haltbar ist. Die Lochscheibe ist vorzugsweise lösbar verbindbar, insbesondere schraubverbindbar.
An einer der Stirnseiten ist auch eine Geberscheibe 32 anbringbar, insbesondere lösbar verbindbar, insbesondere schraubverbindbar. Dabei weist die Geberscheibe in Umfangsrichtung hintereinander Bereiche auf, mit einem jeweils unterschiedlichen Wert einer physikalischen Größe. Somit ist mittels eines Sensors, der einen Wert für diese physikalische Größe detektiert bei Drehbewegung des Rades der zurückgelegte Drehwinkel diskret bestimmbar. Die physikalische Größe ist beispielsweise die Reflexionsfähigkeit für Licht, eine magnetische Eigenschaft oder eine elektrische Leitfähigkeit.
In besonders einfacher Weise ist die Geberscheibe 32 mit in Umfangsrichtung voneinander jeweils regelmäßig beabstandeten Ausnehmungen herstellbar.
Das Schienenteil weist außerdem ein Schwert 4 auf, das als Reaktionsteil für einen Linearmotor dienen kann, wie beispielsweise einen Synchronlinearmotor oder linearer Wirbelstromantrieb.
Die beiden Achsen der Räder 1 der 1 sind nicht parallel sondern zueinander mit einem Winkel vorgesehen. Somit ist eine Selbstzentrierung des Fahrzeugs, an welchem beide Räder gelagert sind, erreichbar. Dies bedeutet, dass bei einer Auslenkung des Schwerpunktes des Fahrzeugs aus der Gleichgewichtslage eine Rückstellkraft an den Laufflächen erzeugt wird, die derart gerichtet ist, dass das Fahrzeug eine entsprechend gerichtete Rückstellkraft erfährt.
Die Laufflächen 20 der Schienen sind entsprechend der Krümmung der Lauffläche der Räder gekrümmt.
Dabei weisen aber die Räder 1 der 1 vom Schnittpunkt ihrer Achsen den gleichen Abstand auf. Somit ist der Rückstellkraftbetrag gleichmäßig erzeugbar für beide Auslenkungsrichtungen.
Die Bremsscheibe ist mittels Abstandshülsen von den Speichen des Rades auf einen vorgegebenen Abstand festlegbar, so dass die zugehörigen Verbindungsschrauben nur die Festigkeit der Verbindung bestimmen nicht aber die Beabstandung. Somit sind auch die bestrombaren Elektromagneten der am Fahrzeug angeordneten Wirbelstrombremse zwar nahe an der Bremsscheibe 31 anbringbar, aber weit genug von den Speichen 30 entfernt.
Bezugszeichenliste

1: Rad
2: Schiene
3: Lager
4: Schwert
20: Lauffläche
30: Speichen
31: Bremsfläche
32: Geberscheibe

Claims

Rad-Schiene-System, wobei ein Rad auf einer Lauffläche eines Schienenteils abrollbar angeordnet ist, wobei das Rad eine von Speichen gehaltene Felge aufweist, an deren äußerem Umfang ein Randbereich aus einem ersten Material angeordnet ist, wobei der Randbereich stoffschlüssig verbunden ist mit der Felge, wobei die Felge aus einem zweiten Material gefertigt ist, wobei das erste Material elastischer als das zweite Material ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Leichtmetall ist, wie Aluminium oder eine Aluminiumhaltige Legierung, wobei Felge und Speichen einstückig ausgeführt sind mit einem Nabenbereich, in den die jeweils von der Felge abgewandten Endbereiche der Speichen münden, wobei der Nabenbereich ein Lager aufnimmt zur Lagerung des Rades an einer Achse oder Welle.
Rad-Schiene-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material Kunststoff oder Gummi ist.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge mit dem Randbereich ein Verbundteil bildet und/oder dass die Felge mit dem ersten Material bandagiert ausgebildet ist.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen mindestens zehnmal größeren Elastizitätsmodul als das zweite Material aufweist.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche eine Krümmung derart aufweist, dass das Rad mit dem Schienenteil im Wesentlichen eine Linienberührung aufweist, also keine Punktberührung.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialabstand der Lauffläche des Rades als Funktion der axialen Richtung der Radachse ein punktförmiges Maximum aufweist, so dass also der maximale Radialabstand nur genau einer einzigen axialen Position zuordenbar ist.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rad an einer seiner axialen Seiten eine Bremsscheibe und/oder an seiner anderen Seite eine Geberscheibe verbunden ist.
Rad-Schiene-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe Ausnehmungen aufweist und als Reaktionsfläche für eine Wirbelstrombremse fungiert.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenteil zwei zueinander spiegelsymmetrisch angeordnete Laufflächen aufweist für zwei Räder eines Fahrzeugs, so dass jedes Rad mit dem Schienenteil ein Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche ist, wobei die Radachsen nicht parallel sondern einen nicht-verschwindenden Winkel zueinander aufweisen.
Rad-Schiene-System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad und ein gleichartiges zweites Rad in einem Fahrzeug gelagert sind, wobei die beiden zu den Rädern zugeordneten Laufflächen derart gegeneinander verdreht am Schienenteil angeordnet sind und die Radachsen einen entsprechend derartigen Winkel zueinander einschließen, dass das Fahrzeug bei Auslenkung aus der Gleichgewichtslage eine Rückstellkraft erfährt.