DE102015007139A1

DE102015007139A1 - Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad

Info

Publication number: DE102015007139A1
Application number: DE102015007139.4A
Authority: DE
Inventors: Armin Huber
Original assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08
Also published as: WO2016193197A1; DE112016000918A5

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad, insbesondere ein Übertragungselement, wobei das Kraftübertragungsbauteil zur Anordnung zwischen einem Radreifen und einem Radkörper eines Schienenfahrzeugrades ausgebildet ist. Das Kraftübertragungsbauteil weist wenigstens einen elastischen Körper und wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf. Die Schwingungstilgungseinrichtung umfasst wenigstens eine Tilgermasse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad, das beispielsweise bei Straßenbahnen eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Rad für ein Schienenfahrzeug mit einem derartigen Kraftübertragungsbauteil.
Räder für Schienenfahrzeuge, d. h. für Eisenbahnen, U-Bahnen und insbesondere für Straßenbahnen, unterliegen allesamt der bekannten Problematik, dass bei der Kurvendurchfahrt mit derartigen Schienenfahrzeugrädern unerwünschte Geräuschemissionen entstehen. Anders ausgedrückt, „quietschen” die aus dem Stand der Technik bekannten Räder für Schienenfahrzeuge bei engen Kurvendurchfahrten. Ein derartiges Quietschen entsteht bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Schienenfahrzeugrädern, unabhängig von der Bauart des Rades. Ferner ist es bekannt, dass in bestimmten Betriebssituationen ein Dröhnen einzelner Räder von Schienenfahrzeugen auftreten kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schienenfahrzeugräder umfassen mindestens einen die Nabe des Rades aufweisenden Radkörper und einen den Radkörper umgebenden Radreifen. An dem Radreifen ist der Spurkranz vorgesehen, der das Rad bzw. den Radsatz in der Spur hält.
Schienenfahrzeugräder mit einem derartigen Aufbau sind beispielsweise aus den Dokumenten EP 0 872 358 A1 , DE 196 10 780 A1 und DE 2 324 117 bekannt.
Die Dokumente DE 196 10 780 A1 und DE 2 324 117 offenbaren gummigelagerte Schienenfahrzeugräder, die heutzutage weitverbreitet im Einsatz sind. Bei diesen Schienenfahrzeugrädern ist zwischen dem Radkörper und dem Radreifen mindestens eine Gummieinlage vorgesehen. Die Gummieinlagen dienen jedoch primär der Federung der Schienenfahrzeugräder und nicht der Bekämpfung der unerwünschten Geräuschemissionen.
Im Gegensatz zu den beiden vorgenannten Dokumenten befasst sich das Dokument EP 0 872 358 A1 mit den unerwünschten Geräuschemissionen eines Schienenfahrzeugrades. Das Schienenfahrzeugrad gemäß EP 0 872 358 A1 umfasst einen scheibenförmigen Radkörper und einen den Radkörper umgebenden Laufkranz bzw. den Radreifen. An zumindest einer Oberfläche des scheibenförmigen Radkörpers ist ein Radschallabsorber in Form einer Zwischenschicht aus einer viskoelastischen Masse und einer auf der Zwischenschicht haftenden Deckschicht aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem kohlefaserverstärkten Werkstoff vorgesehen. Der Radschallabsorber bedeckt den mittleren Scheibenteil des scheibenförmigen Radkörpers ausgehend von einer Radnabe bis zum Übergang auf den Radreifen.
Neben einer beschränkten Wirkung gegen die unerwünschten Geräuschemissionen eines Schienenfahrzeugrades sind bei derartigen Radschallabsorbern unter anderem die an den Oberflächen des Radkörpers vorgesehene Zusatzmasse, der zusätzlich benötigte Bauraum, sowie die damit einhergehenden hohen Kosten als nachteilig anzusehen.
Ferner offenbaren die Dokumente DE 195 01 613 A1 , DE 196 17 684 A1 , EP 0 050 567 A1 und EP 0 822 102 A2 weitere Ausführungen von aus dem Stand der Technik bekannten Radschallabsorbern.
Am weitesten verbreitet sind, wie bereits erwähnt, derzeit Schienenfahrzeugräder der in dem Dokument DE 2 324 117 offenbarten Art, bei denen zwischen dem Radreifen und dem scheibenförmigen Radkörper Gummieinlagen vorgesehen sind.
Die unerwünschten Geräuschemissionen, wie Quietschen oder Dröhnen, entstehen bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rädern durch das Anlaufen des Spurkranzes des kurvenäußeren Rades an die Schiene, wodurch eine Verspannung in einem aus zwei Rädern bestehenden Radsatz eingebracht wird. Durch das Anlaufen des kurvenäußeren Rades mit dem Spurkranz an die Schiene gerät das kurveninnere Rad aufgrund der durch das Anlaufen in dem Radsatz entstehenden Verspannung in Schwingung. Dabei schwingt das Rad in einem Frequenzbereich, in dem die unerwünschten Geräuschemissionen bzw. die Quietschgeräusche erzeugt werden.
Gummigefederte Räder erwärmen sich ferner stark durch die aus der Federung sowie der Schwingungsdämpfung resultierende Verformung. Dies führt insbesondere bei stark einfedernden Rädern mit relativ großen Federwegen beim Abrollen des Rades zu einem Energieverlust, welcher zu einer Eigenerwärmung der Gummifederung im Rad führt. Ferner kann dann die Motorleistung nur mit einem reduzierten Wirkungsgrad auf die Schiene gebracht werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftübertragungsbauteil für Schienenfahrzeugräder bereitzustellen, mit dem die unerwünschten Geräuschemissionen unterdrückt und gleichzeitig unnötige Energieverluste vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann sowohl bei Radsätzen als auch bei Losradsätzen eingesetzt werden. Bei einem Radsatz sind zwei Räder drehfest auf einer Radsatzwelle gelagert. Bei einem Losradsatz sind zwei Räder drehbar auf einem Radträger gelagert. Wenn im Folgenden von einem „Radsatz” oder „Rädern” gesprochen wird, beziehen sich dieses Ausführungen sowohl auf die beiden voranstehend genannten Formen von Radsätzen bzw. auf die Räder dieser beiden Formen von Radsätzen.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad ist zur Anordnung zwischen einem Radreifen und einem Radkörper eines Schienenfahrzeugrades ausgebildet und dient zur Übertragung von Kräften zwischen diesen Komponenten beim Abrollen des Schienenfahrzeugrades auf Schienen. Der Radreifen kann sich über das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil an dem Radkörper abstützen. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil weist wenigstens einen elastischen Körper und wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf. Die Schwingungstilgungseinrichtung umfasst wenigstens eine Tilgermasse.
Über die wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung können die den unerwünschten Geräuschemissionen zugrunde liegenden Schwingungen getilgt bzw. gedämpft werden. Die Schwingungen entstehen durch das Anlaufen des kurvenäußeren Schienenfahrzeugsrads an die Schiene. Durch dieses Anlaufen kommt es zu einer Verspannung im Radsatz zwischen dem kurvenäußeren Rad und dem kurveninneren Rad, wodurch Schwingungen im Bereich eine Eigenform des kurveninneren Rades erzeugt werden. Die Schwingungstilgungseinrichtung ist mit ihrer Eigenfrequenz bzw. mit ihren Eigenfrequenzen auf die Eigenformschwingungen abgestimmt und unterbindet durch Dämpfung die unerwünschten Geräuschemissionen, wie Quietschen oder Dröhnen, mittels des erfindungsgemäßen Kraftübertragungsbauteils.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann in Form eines einzelnen Klotzes oder alternativ als geschlossener Ring ausgebildet sein. Ferner kann das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil als Ringsegment ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann in gewünschter Anzahl zwischen dem Radreifen und dem Radkörper des Schienenfahrzeugs kraftübertragend angeordnet sein. Der elastische Körper kann aus Gummi, einem Elastomer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Silikon hergestellt sein. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann unterschiedliche Steifigkeiten in verschiedenen Richtungen und damit auch ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten in verschiedenen Richtungen bereitstellen. Das Kraftübertragungsbauteil kann dabei in Querkraftrichtung eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, wobei die Steifigkeit in Normalkraftrichtung und in Umfangsrichtung weniger hoch ist, damit das Schienenfahrzeugrad weiter einen ausreichenden Federweg in Normalkraftrichtung bereitstellen kann. In Normalkraftrichtung und in Umfangsrichtung kann das Kraftübertragungsbauteil gemäß der Erfindung demnach relativ weich sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung wenigstens ein Federelement aufweisen. Das wenigstens eine Federelement kann mit der wenigstens einen Tilgermasse verbunden sein. Das wenigstens eine Federelement kann unter anderem die zulässige Schwingungsamplitude der Tilgermasse bestimmen. Das wenigstens eine Federelement kann mit dem wenigstens einen elastischen Körper verbunden sein. Das wenigstens eine Federelement kann vorgespannt sein. Auf diese Weise kann das Federelement eine hohe Dämpfung bereitstellen. Das wenigstens eine Federelement kann derart mit dem elastischen Körper verbunden sein, dass der elastische Körper das wenigstens eine Federelement im im Schienenfahrzeugrad eingebauten Zustand vorspannt. Dazu kann der elastische Körper die wenigstens eine Tilgermasse abschnittsweise umgeben. Das wenigstens eine Federelement kann an einem Abschnitt des Kraftübertragungsbauteils angeordnet sein, der zur Anlage an dem Radreifen ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Tilgermasse in Richtung des Radkörpers unter Belastung des wenigstens einen Federelements schwingen.
In dem wenigstens einen elastischen Körper kann wenigstens eine zusätzliche Versteifungsstruktur vorgesehen sein. Über die wenigstens eine Versteifungsstruktur kann die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils eingestellt werden. Die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils in Querkraftrichtung kann über die wenigstens eine Versteifungsstruktur hoch eingestellt werden, um die Spurführung des Schienenfahrzeugrades gewährleisten zu können. In Normalkraftrichtung kann die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils über die wenigstens eine Versteifungsstruktur geringer eingestellt werden, damit das Kraftübertragungsbauteil einen ausreichend großen Federweg in dieser Richtung bereitstellen kann. Durch die wenigstens eine Versteifungsstruktur wird die Leistungsdichte des Kraftübertragungsbauteils bzw. des elastischen Körpers des Kraftübertragungsbauteils erhöht. Das Kraftübertragungsbauteil benötigt dementsprechend weniger Bauraum, der für die Dimensionierung und Anordnung der wenigstens einen Schwingungstilgungseinrichtung verwendet werden kann.
In dem wenigstens einen elastischen Körper kann wenigstens eine Ausnehmung ausgebildet sein. Die wenigstens eine Versteifungsstruktur kann in der wenigstens einen Ausnehmung in dem elastischen Körper aufgenommen sein. Dadurch kann die Herstellung des wenigstens einen Kraftübertragungsbauteils vereinfacht werden, da sich Ausnehmungen in dem elastischen Körper relativ schnell und einfach über beispielsweise ein Spritzgussverfahren herstellen lassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine Versteifungsstruktur wenigstens eine Fadeneinlage umfassen. Die wenigstens eine Fadeneinlage kann in Querkraftrichtung eine hohe Steifigkeit erzeugen. In der wenigstens einen Fadeneinlage kann wenigstens ein weiterer elastischer Körper aufgenommen sein. Der wenigstens eine elastische Körper kann aus einem anderen Material wie dem Material des elastischen Körpers des Kraftübertragungsbauteils hergestellt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der in der Fadeneinlage aufgenommene weitere elastische Körper aus dem gleichen Material wie der elastische Körper des Kraftübertragungsbauteils hergestellt ist. Der in der Fadeneinlage aufgenommene elastische Körper kann somit wie die Fadeneinlage ein Teil der wenigstens einen Versteifungsstruktur bilden. Die wenigstens eine Fadeneinlage kann den weiteren elastischen Körper umschließen. Anstelle der wenigstens einen Fadeneinlage kann auch wenigstens ein Element aus einem sich von dem Material des elastischen Körpers unterscheidenden Material verwendet werden. Dieses Material muss jedoch zum Bereitstellen der gewünschten Eigenschaften des Übertragungsbauteils geeignet sein. Dieses Material kann beispielsweise ein faserverstärktes Material sein.
Die wenigstens eine Fadeneinlage kann gemäß einer Ausführungsform im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein. Durch die kreisförmig ausgebildete wenigstens eine Fadeneinlage kann das Kraftübertragungsbauteil in Querkraftrichtung eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen. Die Steifigkeit in Normalkraftrichtung bzw. in der Richtung, in der Druckkräfte auf das Kraftübertragungsbauteil wirken, kann über die wenigstens einen Fadeneinlage relativ gering eingestellt werden. Die kreisförmig ausgebildete Fadeneinlage lässt sich in Normalkraftrichtung durch relativ geringe Kräfte verformen. Bei einer Druckbelastung des Kraftübertragungsbauteils kann sich der kreisförmige Querschnitt der wenigstens einen Fadeneinlage in einen elipsenförmigen Querschnitt deformieren. In Normalkraftrichtung kann die Dämpfung und auch der Federweg hauptsächlich über den elastischen Körper des Kraftübertragungsbauteils eingestellt werden.
Die wenigstens eine Fadeneinlage ermöglicht somit, dass das Schienenfahrzeugrad über einen relativ großen Federweg in Normalkraftrichtung einfedern und dennoch eine erhöhte Steifigkeit in Querkraftrichtung aufweisen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schwingungstilgungseinrichtung in radialer Richtung betrachtet wenigstens eine im Einbauzustand im Schienenfahrzeugrad radial äußere Tilgermasse und wenigstens eine im Einbauzustand im Schienenfahrzeugrad radial innere Tilgermasse aufweisen. Die beiden Tilgermassen können also in radialer Richtung bzw. in Normalkraftrichtung übereinander angeordnet sein. Zwischen der wenigstens einen radial äußeren Tilgermasse und der wenigstens einen radial inneren Tilgermasse ist wenigstens ein Federelement vorgesehen. Die wenigstens eine radial äußere Tilgermasse kann einen stufenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die wenigstens eine radial äußere Tilgermasse an ihrer dem Radreifen zugewandten Fläche einen vergrößerten Querschnitt aufweisen kann. Die radial äußere Tilgermasse und die radial innere Tilgermasse können sich relativ zueinander bewegen, um Schwingungen dämpfen zu können.
Das wenigstens eine Federelement kann zwischen der radial äußeren Tilgermasse und der radial inneren Tilgermasse vorgesehen sein. Das wenigstens eine Federelement kann über die wenigstens eine radial äußere Tilgermasse und die wenigstens eine radial innere Tilgermasse vorgespannt werden. Dazu können die Tilgermassen mit dem elastischen Körper zusammenwirken, der die beiden Tilgermassen gegeneinander drücken kann, um das Federelement vorzuspannen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftübertragungsbauteil wenigstens zwei elastische Körper aufweisen, zwischen denen die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung angeordnet ist. Die wenigstens zwei elastischen Körper können voneinander beabstandet sein, um die Schwingungstilgungseinrichtung zwischen sich aufnehmen zu können. Wenn zwei elastische Körper angeordnet sind, kann sich das Kraftübertragungsbauteil über diese beiden elastischen Körper an dem Radreifen und dem Radkörper abstützen. Der zwischen den beiden elastischen Körpern entstehende Freiraum vereinfacht die Montage des Kraftübertragungsbauteils, da die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung aufgrund ihrer Tilgermasse(n) nur geringfügig komprimierbar ist. Da das Kraftübertragungsbauteil bei der Montage unter Vorspannung in ein Schienenfahrzeugrad eingebaut wird, können die beiden elastischen Körper zur Montage komprimiert werden, ohne dass die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung die Montage beeinträchtigen würde.
Da der elastische Körper durch die Versteifungsstruktur eine erhöhte Leistungsdichte aufweist, benötigt er weniger Bauraum in dem Schienenfahrzeugrad. Dadurch kann ausreichend Bauraum für die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung geschaffen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Kraftübertragungsbauteil wenigstens ein als Strombrücke dienendes Element aufweisen. Strombrücken werden benötigt, um den zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs notwendigen Stromkreis schließen zu können. Der Strom von der Stromquelle, beispielsweise der Oberleitung oder Stromschienen, muss über die Räder auf die Schienen und über die Schienen zurückgeführt werden können. Falls der elastische Körper des Kraftübertragungsbauteils isolierend ausgebildet ist bzw. isolierend wirkt und somit den Radreifen von dem Radkörper isoliert, muss über die wenigstens eine Strombrücke in dem Kraftübertragungsbauteil eine stromleitende Verbindung zwischen dem Radreifen und dem Radkörper hergestellt werden.
Das Kraftübertragungsbauteil kann wenigstens eine Anlagefläche zur Anlage am Radreifen und wenigstens eine Anlagefläche zur Anlage am Radkörper aufweisen. Die Anlageflächen können aus dem Material des elastischen Körpers gebildet werden. Das elastische Material des elastischen Körpers kann einen relativ hohen Reibwert aufweisen. Weist das Material des elastischen Körpers einen relativ hohen Reibwert auf, kann über das Kraftübertragungsbauteil eine gute Traktion zwischen dem Radkörper und dem Radreifen bereitgestellt werden. Eine gute Traktion zwischen dem Radreifen und dem Radkörper ist notwendig, da die Antriebsmomente von dem angetriebenen Radkörper über das Kraftübertragungsbauteil reibschlüssig an den Radreifen übertragen werden müssen. Gummi oder ein Elastomer als Material für den elastischen Körper weisen einen hohen Reibwert auf und können somit hohe Traktionsmomente übertragen.
Im Bereich der Anlageflächen kann ferner wenigstens ein Blechelement oder wenigstens ein Metallteil vorgesehen sein. Das wenigstens eine Blechelement bzw. das wenigstens eine Metallteil kann mit dem wenigstens einen Federelement der Schwingungstilgungseinrichtung verbunden sein, so dass sich das wenigstens eine Federelement zwischen dem wenigstens einen Blechelement oder dem wenigstens einen Metallteil und Tilgermasse erstrecken. Das wenigstens eine Metallteil bzw. das wenigstens eine Blech können eine vorbestimmte Wölbung aufweisen und zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Radreifen und dem Kraftübertragungsbauteil bzw. zwischen dem Radkörper und dem Kraftübertragungsbauteil herstellen. Das Blech oder das Metallteil kann auch die Anlagefläche bilden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf vorbestimmte Schwingungsfrequenzen einstellbar sein. Die in einem Radreifen auftretenden Schwingungsfrequenzen, die die unerwünschten Geräuschemissionen, das Quietschen oder das Dröhnen, erzeugen sind abhängig vom Abfahrzustand des Schienenfahrzeugrads. Über den elastischen Körper des wenigstens einen Kraftübertragungsbauteils können bereits die unerwünschte Geräusche unterdrückende Schwingungsdämpfungseigenschaften des Kraftübertragungsbauteils eingestellt werden. Dies kann insbesondere über die Materialwahl für den elastischen Körper bzw. die Shore-Härte des Materials für den elastischen Körper eingestellt werden. Über den elastischen Körper kann das Kraftübertragungsbauteil auf ein vorbestimmtes Frequenzband von zu dämpfenden Frequenzen eingestellt werden. Der Frequenzbereich, auf den die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung eingestellt wird, entspricht vorzugsweise nicht den Schwingungsfrequenzen des Schienenfahrzeugrades im Neuzustand, sondern den Schwingungsfrequenzen, die bei einem teilweise abgefahrenen Schienenfahrzeugrad auftreten. Dadurch werden möglichst geringe Abweichungen zwischen dem voreingestellten Frequenzbereich der Schwingungstilgungseinrichtung und den im Betrieb des Schienenfahrzeugrads auftretenden Schwingungen erreicht, so dass auch in verschiedenen Abfahrzuständen des Schienenfahrzeugrades auftretende Schwingungen von der Schwingungstilgungseinrichtung ausreichend getilgt werden können.
Die wenigstens eine Versteifungsstruktur kann ein Federelement sein. Das wenigstens eine Federelement kann einen Basisabschnitt und wenigstens zwei sich von dem Basisabschnitt weg erstreckende Federarme aufweisen. Der Basisabschnitt kann als eine Anlagefläche zur Anlage an einem Radreifen eines Schienenfahrzeugrades festlegen. Die Federarme des Federelements können sich in Richtung des wenigstens einen Radkörpers erstrecken. Die beiden Federarme können jeweils einen Anlageabschnitt zur Anlage an dem Radkörper aufweisen. Damit das Federelement vorbestimmte Federwege zur Federung des Rades bzw. des Radreifens bereitstellen kann, können die Federarme Abschnitte in Form eines um 90 Grad gedrehten „V” aufweisen. Zwischen den beiden Federarmen kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung mit der wenigstens einen Tilgermasse vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Rad für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Straßenbahn. Das Rad weist einen eine Nabe aufweisenden Radkörper und einem den Radkörper radial umgebenden Radreifen auf. Der Radreifen stützt sich über wenigstens ein Kraftübertragungsbauteil der voranstehend beschriebenen Art an dem Radkörper ab.
Die Kraftübertragungsbauteile können unter Vorspannung zwischen dem Radreifen und dem Radkörper angeordnet werden. Das Kraftübertragungsbauteil kann sich an eine Außenumfangsfläche des Radkörpers und eine Innenumfangsfläche des Radreifens anlegen. Das Kraftübertragungsbauteil kann einen stromleitenden Kontakt zwischen dem Radkörper und dem Radreifen herstellen.
Gemäß einer Ausführungsform können zwischen Radreifen und Radkörper mehrere Kraftübertragungsbauteile vorgesehen sein. Die Schwingungstilgungseinrichtungen diese Kraftübertragungsbauteile können auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Auf diese Weise können verschiedene von einem Schienenfahrzeugrad erzeugte Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen gedämpft werden.
Die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung kann auf mehrere Schwingungstilgungsfrequenzen eingestellt werden. Beispielsweise kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf einen oberen Schwingungsfrequenzbereich und einen unteren Schwingungsfrequenzbereich eingestellt werden. Wenn die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung mehrere Tilgermassen aufweist, kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf eine Mehrzahl von Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Dabei kann die Anzahl der Tilgermassen die Anzahl der einstellbaren Schwingungsfrequenzen festlegen. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine Schwingungstilgungseinrichtung mit zwei Tilgermassen zwei Eigenformen aufweist, bzw. auf zwei Schwingungsfrequenzen einstellbar ist.
Die wenigstens eine Fadeneinlage weist sehr gute Festigkeitswerte auf. Aufgrund der hohen Festigkeit der wenigstens einen Fadeneinlage kann auch der wenigstens eine elastische Körper eine erhöhte Festigkeit aufweisen.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann durch die wenigstens eine Versteifungsstruktur gezielt in seinen Steifigkeiten und Festigkeiten variiert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Steifigkeit in Querkraftrichtung, die die Spurführung gewährleisten soll, relativ hoch ist. Die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils in Normalkraftrichtung soll relativ gering eingestellt werden, so dass das Kraftübertragungsbauteil relativ große Federwege bereitstellt und den Körperschalleintrag in die Schienen bzw. in den Untergrund reduziert.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es stellen dar:
1 und 2 perspektivische Ansichten eines Kraftübertragungsbauteils gemäß der Erfindung;
3 eine Vorderansicht des Kraftübertragungsbauteils gemäß der Erfindung;
4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in 3; und
5 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V in 3.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kraftübertragungsbauteils 10.
Das Kraftübertragungsbauteil 10 weist einen ersten elastischen Körper 12 und zweiten elastischen Körper 14 auf. Zwischen den elastischen Körpern 12, 14 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 erkennbar. Der erste elastische Körper 12 und der zweite elastische Körper 14 sind über einen Anlageabschnitt 18 verbunden. Der Anlageabschnitt 18 weist eine Anlagefläche 20 auf. Der Anlageabschnitt 18 ist mit seiner Anlagefläche 20 zur Anlage an einem in 1 nicht gezeigten Radreifen ausgebildet. Der Anlageabschnitt 18 ist an das Profil der Innenumfangsfläche eines Radreifens (nicht gezeigt) angepasst. Dementsprechend weist die Anlagefläche 18 einen Knick 22 auf, der einen Vorsprung eines Radreifens (nicht gezeigt) aufnehmen kann.
Die elastischen Körper 12, 14 sind mit Ausnehmungen 24, 26 versehen. In den kreisförmigen Ausnehmungen 24, 26 sind Versteifungsstrukturen 28, 30 aufgenommen, die kreiszylinderförmig ausgebildet sind. Auf die Versteifungsstrukturen 28, 30 wird im weiteren Verlauf dieser Beschreibung im Detail eingegangen.
Die Schwingungstilgungseinrichtung 16 weist im späteren Einbauzustand eine radial äußere Tilgermasse 32 und eine radial innere Tilgermasse 34 auf. Zwischen der radial äußeren Tilgermasse 32 und der radial inneren Tilgermasse 34 ist ein Federelement 36 vorgesehen. Die Tilgermassen 32 und 34 sind teilweise in das Material der elastischen Körper 12, 14 und des Anlageabschnitts 18 eingebettet. Die elastischen Körper 12 und 14 erstrecken sich ausgehend von dem Anlageabschnitt 18. An den elastischen Körpern 12, 14 sind der Anlagefläche 20 entgegengesetzte Anlageflächen 38 und 40 ausgebildet. Zwischen den elastischen Körpern 12 und 14 wird ein Freiraum gebildet.
2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Kraftübertragungsbauteils 10.
In 2 sind die Anlageflächen 38, 40 an den dem Anlageabschnitt 18 entgegengesetzten Enden der elastischen Körper 12, 14 erkennbar. Die Anlageflächen 38, 40 sind gewölbt ausgebildet, wobei sich die Wölbung der Anlageflächen 38, 40 von der Wölbung der Anlagefläche 10 unterscheiden kann. Die Wölbung der Anlagenflächen 18, 38 und 40 kann jedoch auch gleich sein.
Zwischen den elastischen Körpern 12, 14 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 erkennbar. Der Schwingungstilgungseinrichtung 16 ist ein Freiraum zwischen den elastischen Körpern 12 und 14 zugeordnet. Zwischen den Tilgermassen 32, 34 ist das Federelement 36 erkennbar, dass die Schwingungsamplitude der Schwingungstilgungseinrichtung 16 mitbestimmt.
3 zeigt eine Vorderansicht des Kraftübertragungsbauteils 10.
Die Ausnehmungen 24, 26 in den elastischen Körpern 12, 14 sind kreisförmig ausgebildet. Die kreisförmigen Ausnehmungen 24, 26 nehmen im Wesentlichen kreiszylinderförmige Versteifungsstrukturen 28, 30 auf. Die Versteifungsstrukturen 28, 30 dienen dazu, die Steifigkeit und die Festigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 in verschiedenen Richtungen einzustellen. Zwischen den elastischen Körpern 12, 14 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 vorgesehen.
Zwischen den elastischen Körpern 12 und 14 wird ein Freiraum FS ausgebildet. Anders ausgedrückt sind die elastischen Körper 12 und 14 in X-Richtung zueinander versetzt, um zwischen sich die Schwingungstilgungseinrichtung 16 aufnehmen zu können. Durch den Freiraum FS beeinträchtigt die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung 16 die Montage des Kraftübertragungsbauteils 10 nicht. Bei der Montage werden die beiden elastischen Körper 12 und 14 im wesentlichen in Z-Richtung komprimiert, um das Kraftübertragungsbauteil 10 unter Vorspannung in ein Schienenfahrzeugrad (nicht gezeigt) einbauen zu können. Aufgrund ihrer Tilgermassen 32, 34 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 jedoch nur geringfügig komprimierbar. Der Freiraum FS stellt somit den Weg bereit, den die elastischen Körper 12 und 14 bei der Montageohne Beeinträchtigung durch die Schwingungstilgungseinrichtung 16 komprimiert werden können, damit das Kraftübertragungsbauteil 10 in den Zwischenraum zwischen Radkörper und Radreifen eines Schienenfahrzeugrades (nicht gezeigt) unter Vorspannung eingebracht werden kann. Durch die Versteifungsstrukturen 28, 30 wird insbesondere die Steifigkeit in Y-Richtung erhöht. Die Steifigkeit in Z-Richtung wird über die elastischen Körper 12 und 14 und die Versteifungsstrukturen 28 und 30 derart eingestellt, dass das Kraftübertragungsbauteil 10 in Z-Richtung relativ große Federwege bereitstellen kann, d. h. das Kraftübertragungsbauteil ist in Z-Richtung relativ weich. Dadurch wird der Körperschalleintrag über ein Schienenfahrzeugrad mit dem Kraftübertragungsbauteil 10 auf den Untergrund bzw. die Schienen (nicht gezeigt) reduziert.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in 3.
In 4 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 mit der oberen Tilgermasse 32 und der unteren Tilgermasse 34 erkennbar. Ebenso wie der Anlageabschnitt 18 ist die obere Tilgermasse 32 an die Kontur der Innenumfangsfläche eines Radreifens (nicht gezeigt) angepasst. Die obere Tilgermasse 32 ist mit einer im Querschnitt V-förmigen Ausnehmung 42 ausgebildet. Die Ausnehmung 42 entspricht im Wesentlichen dem Knick 22 der Anlagefläche 20 bzw. des Anlageabschnitts 18 (siehe 1). Die untere Tilgermasse 34 ist mit der oberen Tilgermasse 32 über das Federelemnt 36 verbunden. Das Federelement 36 kann eine Gummispur oder eine Elastomerspur sein. Das Federelement 36 lässt Relativbewegungen zwischen den Tilgermassen 32 und 34 zu. Die Tilgermassen 32 und 34 können insbesondere in Z-Richtung schwingen.
5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V in 3.
In 5 ist die Ausnehmung 26 in dem elastischen Körper 14 erkennbar. In der kreisförmigen Ausnehmung 26 ist die Versteifungsstruktur 28 aufgenommen. Die Versteifungsstruktur 28 ist kreiszylinderförmig ausgebildet. Die Versteifungsstruktur 28 weist eine kreisförmige Fadeneinlage 44 auf. Das heißt die Fadeneinlage 44 ist im Querschnitt als geschlossener Kreis ausgebildet. Die Fadeneinlage 44 nimmt einen elastischen Körper 46 auf. Die Fadeneinlage 44 stellt einen Kontakt zwischen der Versteifungsstruktur 28 und dem elastischen Körper 14 her. Über die Versteifungsstruktur 28 können die Steifigkeiten und die Festigkeiten des Kraftübertragungsbauteils 10 eingestellt werden. Die Versteifungsstruktur 28 dient insbesondere zur Einstellung der Steifigkeit in X-Richtung und in Y-Richtung. Die Fadeneinlage 44 weist in Y-Richtung eine sehr hohe Steifigkeit auf. In Y-Richtung muss das Kraftübertragungsbauteil 10 relativ steif sein. Da von der Steifigkeit in Y-Richtung bzw. in Querkraftrichtung des Schienenfahrzeugrads die Spurführung des Rads abhängt. Die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 in Y-Richtung muss hoch sein, damit über die Kombination aus Radkörper, Kraftübertragungsbauteil und Radreifen die Spur halten kann.
In Z-Richtung wird die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 über die Versteifungsstruktur 28 und das Material der elastischen Körper 12, 14 relativ weich eingestellt, so dass das Kraftübertragungsbauteil 10 in Z-Richtung relativ große Federwege bereitstellen kann. In Z-Richtung kann sich die in Querschnitt kreisförmig ausgebildete Fadeneinlage 44 unter Deformation des in der Fadeneinlage 44 aufgenommenen elastischen Körpers 46 zu einer Ellipse deformieren. Auch der elastische Körper 46 bzw. das für den elastischen Körper 46 gewählte Material trägt zur Einstellung der Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 bei. Der elastische Körper nimmt insbesondere Druckkräfte auf, die im Betrieb des Rades auftreten. Der elastische Körper 46 dient jedoch auch als Rückstellelement für die Fadeneinlage 44, damit die Fadeneinlage 44 nach der Belastung wieder ihren kreisförmigen Querschnitt einnehmen kann. Mit anderen Worten wird bei der Aufnahme von Kräften in Z-Richtung, das heißt bei der Aufnahme von Druckkräften, der elastische Körper 14 und die Versteifungsstruktur 28 mit ihrer Fadeneinlage 44 elastisch deformiert. Dadurch wir ein Einfedern des Schienenfahrzeugrades 10 ermöglicht.
Die Erfindung ermöglicht es über die Versteifungsstrukturen 28, 30 gezielt die Steifigkeiten und Festigkeiten des Kraftübertragungsbauteils 10 einzustellen. Über die Versteifungsstrukturen 28, 30 und die Materialwahl für die elastischen Körper 12 und 14 lassen sich in unterschiedlichen Richtungen X, Y, Z verschiedene Steifigkeiten einstellen. Gleichzeitig ermöglich das Kraftübertragungsbauteil gemäß der Erfindung aufgrund der Schwingungstilgungsrichtung 16 in einem Schienenfahrzeugrad erzeugte Schwingungen wirksam zu dämpfen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0872358 A1 [0004, 0006, 0006]
DE 19610780 A1 [0004, 0005]
DE 2324117 [0004, 0005, 0009]
DE 19501613 A1 [0008]
DE 19617684 A1 [0008]
EP 0050567 A1 [0008]
EP 0822102 A2 [0008]

Claims

Kraftübertragungsbauteil (10) für ein Schienenfahrzeugrad, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) zur Anordnung zwischen einem Radreifen und einem Radkörper eines Schienenfahrzeugrades ausgebildet ist, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens einen elastischen Körper (12, 14) und wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) aufweist, wobei die Schwingungstilgungseinrichtung wenigstens eine Tilgermasse (32, 34) umfasst.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) wenigstens ein Federelement (36) aufweist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem wenigstens einen elastischen Körper (12, 14) wenigstens eine Versteifungsstruktur (28, 30) vorgesehen ist.
Kraftübertragungsbauteil nach Anspruch 3, wobei die wenigstens eine Versteifungsstruktur (28, 30) in wenigstens einer Ausnehmung (24, 26) in dem wenigstens einen elastischen Körper (12, 14) aufgenommen ist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die wenigstens eine Versteifungsstruktur (28, 30) wenigstens eine Fadeneinlage (44) umfasst.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine Fadeneinlage (44) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schwingungstilgungseinrichtung (16) wenigstens eine im Einbauzustand radial äußere Tilgermasse (32) und wenigstens eine im Einbauzustand radial innere Tilgermasse (34) aufweist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Federelement (36) zwischen der radial äußeren Tilgermasse (32) und der radial inneren Tilgermasse (34) vorgesehen ist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens zwei elastische Körper (12, 14) aufweist, zwischen denen die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) angeordnet ist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens ein als Strombrücke wirkendes Element aufweist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens eine Anlagefläche (20) zur Anlage am Radreifen und wenigstens eine Anlagefläche (38, 40) zur Anlage am Radkörper aufweist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 11, wobei im Bereich der Anlageflächen (20, 38, 40) wenigstens ein Blechelement oder wenigstens ein Metallteil vorgesehen ist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) auf wenigstens eine vorbestimmte Schwingungsfrequenz einstellbar ist.
Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei die wenigstens eine Versteifungsstruktur (20, 30) ein Federelement ist, wobei das Federelement einen Basisabschnitt und wenigstens zwei sich von dem Basisabschnitt weg erstreckende Federarme aufweist.
Rad für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Straßenbahn, mit: – einem eine Nabe des Rades aufweisenden Radkörper, und – einem den Radkörper radial umgebenden Radreifen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Radreifen über wenigstens ein Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 an dem Radkörper abstützt.
Rad nach Anspruch 15, wobei sich das Kraftübertragungsbauteil (10) mit einer seiner Anlageflächen (20, 38, 40) an die Innenumfangsfläche des Radreifens und mit einer weiteren seiner Anlageflächen (20, 38, 40) an die Außenumfangsfläche des Radkörpers anlegt.
Rad nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) einen stromleitenden Kontakt zwischen Radkörper und Radreifen herstellt.
Rad nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei zwischen Radreifen und Radkörper mehrere Kraftübertragungsbauteile (10) vorgesehen sind, deren Schwingungstilgungseinrichtungen (16) auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen eingestellt sind.