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Gummigefedertes Schienenrad Die Erfindung betrifft ein Schienenrad
derjenigen bekannten Art, bei der in Ringnuten des Radreifens und der Radfelge hochvorgespannte
Gummikörper in Abständen voneinander eingebettet sind, die sämtliche normalen Betriebsbeanspruchungen
des Rades aufnehmen. Der Verwendung solcher bei Straßenbahnen bewährter Räder sind
jedoch in anderen Bedarfsfällen, wie z. B. bei Eisenbahnfahrzeugen, durch strengere
Betriebsvorschriften Grenzen gesetzt.
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Die Erfindung bezweckt, das Schienenrad der genannten Art derart zu
verbessern, daß auch bei außergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen, wie z. B. bei
einem zufälligen Zusammentreffen ungünstiger Umstände wie schnelle Durchfahrt verhältnismäßig
enger Kurven, hohe Fahrzeugbelastung, starke Schienenstöße, Schienenerweiterungen
usw., keine unzulässig große Verformung der Gummikörper eintritt.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
die die Ringnuten an einer Radseite begrenzenden Schultern des Radreifens einerseits
und der Radfelge andererseits unter Belassung eines Spaltes einander überlappend
ohne Materialunterbrechung etwa um das gleiche Maß erhöht. Hierbei sind die einander
zugekehrten seitlichen Ringflächen der Schultererhöhungen im Querschnitt konisch
und verlaufen parallel zueinander.
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Das erfindungsgemäße Schienenrad erhält durch dieses einfache, rein
walztechnisch herstellbare und die Fertigung nicht nennenswert verteuernde Formgebung
des Radreifens und der Radfelge die Fähigkeit, bei außergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen
die Gummikörper metallisch sowohl axial als auch radial nahezu ohne Reibung der
metallischen Flächen kurzzuschließen. Diese Wirkung in axialer und in radialer Richtung
ist sehr wesentlich, weil sich die Radbelastung im Betrieb fast ausschließlich aus
einer radialen und einer axialen Komponente zusamensetzt. Die Schultererhöhungen
sind trotz ihres verhältnismäßig geringen Querschnittes wegen ihrer verhältnismäßig
breiten Basis ausreichend biegefest, kommen ohne Beeinträchtigung der Abmessung
der Gummikörper mit einem geringen Platz aus, behindern nicht den in der deutschen
Patentschrift 947 288 beschriebenen Zusammenbau des Rades und bewirken eine stetige
Verkleinerung des Spieles mit zunehmender Radlast.
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Das erfindungsgemäße Schienenrad gehört zu denjenigen Schienenrädern,
die man zwar als gummigefedert bezeichnet, die diese Bezeichnung aber an sich zu
Unrecht führen; denn die Federungsausschläge der Gummikörper sind vernachlässigbar
klein gegenüber den Ausschlägen der Fahrzeugfedern. Daher bedeutet die metallische
Überbrückung der Gummikörper nichts anderes als eine kurzzeitige Ausschaltung der
wesentlichen Eigenschaften des Rades, die Fahrgeräusche zu dämpfen. Die Gummikörper
solcher Räder dienen tatsächlich in erster Linie der Geräuschdämpfung und zur Schonung
von Radsatz und Gleisoberbau. Gemäß der genannten Problemstellung wird es im praktischen
Betrieb selten zu einem metallischen Kurzschluß kommen. Somit ist das erfindungsgemäße
Rad dem bisher bewährten gummigefederten Rad betrieblich vollkommen ebenbürtig,
obwohl es nun den strengeren Bedingungen des Eisenbahnverkehrs gerecht wird.
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Gummigefederte Schienenräder durch Anschlagschultern in der Federung
zu begrenzen, ist an sich bei Rädern bekannt, die jedoch nicht die oben bezeichneten
Merkmale der Gattung des erfindungsgemäßen Rades aufweisen. Die Schultern eines
der bekannten Räder erstrecken sich von der Felge bis nahezu an die Lauffläche des
Radreifens. Es ist aber bei einem anderen Rad schon bekannt, Schultern von Radreifen
und Radfelge nahezu um das gleiche Maß zu erhöhen und einander zu überlappen und
mit ihren Berührungsflächen parallel zueinander verlaufen zu lassen. Der anderen
Gattung solcher Räder entsprechend dienen die bekannten Schultererhöhungen bereits
im normalen Fahrbetrieb als Ausschlagbegrenzung der Gummifederung. Die bekannten
Räder »scheuern« häufig metallisch und weisen, wenn keine Konizität der Berührungsflächen
besteht, nicht die
Stetigkeit der Spielverkleinerung mit zunehmender
Radlast auf.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können bei dem erfindungsgemäßen
Rad die einander abgewandten Ringflächen der Schultererhöhungen im wesentlichen
parallel zur Stirnfläche des Rades verlaufen. Ferner ist es zweckmäßig, die Schultererhöhungen
auf derjenigen Radseite anzuordnen, auf der, sich der Spurkranz des Rades befindet.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
und an Hand mehrerer Zustandsskizzen näher erklärt. Es zeigt Fig. 1 ausschnittsweise
den Querschnitt eines gummigefederten Rades, dessen Schultererhöhungen sich auf
der Spurkranzseite befinden, Fig.2 einen Querschnitt entsprechend Fig.l, jedoch
eines Rades, dessen Schultererhöhungen sich auf der anderen Radseite befinden, Fig.
3, 4, 5 und 6 Prinzipskizzen für vier verschiedene Belastungszustänge des Rades
nach Fig.1. Der Radreifen 1 mit dem Spurkranz 2 trägt als innere Mantelfläche eine
Ringnut 3, die sich fast über die gesamte Radbreite erstreckt und durch Schultern.
4 und 5 seitlich begrenzt wird. Desgleichen trägt eine zu dem Radreifen 1 gehörende
Radfelge 6 auf ihrem Außenmantel eine Ringnut 7 von gleicher Breite wie die Ringnut
3. Die Ringnut 7 ist seitlich durch Schultern 8 und 9 begrenzt. Die beiden konzentrischen
Ringnuten 3 und 7 bilden zusammen einen ringförmigen, auf dem ganzen Umfang gleichmäßigen
Spalt, der in bekannter Weise mit Gummikörpern 10 gleichmäßig ausgefüllt ist. Die
Gummikörper 10, deren Länge (senkrecht zur Zeichenebene gemessen) nicht größer ist
als die mit der Breite der Ringnut identische Breite, befinden sich hochvorgespannt
und in gleichmäßigen Abständen verteilt in dem Spalt. Die Gummikörper 10 können
sich also in tangentialer Richtung des Rades und in axialer Richtung des Rades verformen.
Um die axiale Verformung nicht zu behindern, sind an beiden Seiten jedes Gummikörpers
10 Hohlkehlen 11 vorgesehen.
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Ein Schienenrad, das nur diese Teile aufweist, ist bekannt und in
der Lage, alle gewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen des Schienenverkehrs aufzunehmen.
Der Unterschied des erfindungsgemäßen Rades gegenüber dem bekannten besteht nun
darin, daß die Schultern 5 und 9 erhöht sind. Die Schultererhöhungen 12 und 13,
die etwa gleich groß sind, überlappen einander und bilden zwischen ihren einander
zugekehrten seitlichen Ringflächen 14 und 15 einen Spalt 16. Die Ringflächen 14
und 15 verlaufen parallel zueinander und sind im gleichen Sinne konisch. Die anderen,
einander abgewandten Begrenzungsflächen 17 und 18 liegen ebenfalls parallel zueinander,
sind aber radial gerichtet. Durch diese geometrischen Verhältnisse laufen die Schultererhöhungen
12 und 13 verjüngt aus und sind außen abgerundet. Die Schultererhöhungen 12 und
13 können in dieser Form bequem walztechnisch so genau hergestellt werden, daß eine
mechanische Nachbearbeitung in der Regel unnötig ist oder sich nur auf ein Minimum
beschränkt. Sie sind auf derjenigen Radseite angeordnet, auf welcher sich der Spurkranz
2 des Rades befindet.
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Bei dem Schienenrad nach Fig. 2 liegen die gleichen Verhältnisse wie
bei dem Rad nach Fig.1 vor, jedoch sind die Schultererhöhungen 12 und 13 an der
entgegengesetzten Seite, .des Rades angeordnet. Bei beiden Rändern liegt -die Schultererhöhung
12 links von der Schultererhöhung 13, damit bei einem Axialdruck auf den Spurkranz
2 die beiden Schultererhöhungen 12 und 13 sich einander nähern können.
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In Fig. 3 bis 6, die maßstäblich verzerrt gezeichnet sind, entspricht
die Fig.3 dem Betriebszustand des Rades, der bei der Geradeausfahrt des Fahrzeuges
besteht. Hierbei wird jeder Gummikörper 10 entsprechend der Pfeilrichtung nur radial
beansprucht. Die Weite s des Spaltes 16 ist kaum kleiner als beim unbelasteten Rad.
Die Fig.4 zeigt den Betriebszustand des Rades bei Kurvenfahrt mit geringer Geschwindigkeit.
Der Spurkranz 2 überträgt auf den Schienenkopf eine geringe Axialkraft. Der Belastungspfeil
ist gegenüber Fig. 3 etwas geneigt. Der Gummikörper 10 ist leicht auf Schub beansprucht.
Die Weites des Spaltes 16 ist gegenüber Fig. 3 etwas kleiner geworden. Fig.5 entspricht
dem Betriebszustand des Rades bei einer Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit. Die
bei der Erläuterung der Fig.4 genannten Verhältnisse sind im Zustand nach Fig. 5
noch markanter vorhanden. Die Weite s des Spaltes 16 ist nahezu Null. Es wird jedoch
bemerkt, daß die Spaltweite s in diesemZustand immer hochvorhanden ist. Erst in
Fig. 6 ist der Spalt 16 gänzlich verschwunden, so daß dort eine metallische Berührung
zwischen dem Radreifen 1 und der Felge 6 besteht. Der Betriebszustand nach Fig.6
entspricht dem Betriebszustand nach Fig. 5, allerdings für den Fall, daß zusätzlich
ein irgendwie verursachter Stoß aufgefangen wird. Es kann also der Belastungspfeil
nach Fig.6 parallel, jedoch größer als der Belastungspfeil nach Fig.5 sein; oder
es kann der Belastungspfeil nach Fig. 6 ebenso groß wie derjenige nach Fig. 5, jedoch
noch etwas mehr geneigt sein. Die in Fig.6 gestrichelt gezeichneten beiden Belastungspfeile
sind in der Summe dem dick ausgezogenen Belastungspfeil gleichwertig.
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Nach Fig.6 entlastet die metallische Berührung der beiden Schultererhöhungen
12 und 13 augenscheinlich sowohl axial als auch radial die stark auf Schub beanspruchten
und damit in ihrer Tragfähigkeit ohnehin benachteiligten Gummikörper 10. Eine Dämpfung
der Laufgeräusche zwischen dem Schienenkopf und dem Radreifen 1 findet in dem Zustand
nach Fig. 6 nicht mehr statt, da sich die Geräusche metallisch über die Schultererhöhungen
12 und 13 auf die Radfelge 6 übertragen. Da der Belastungszustand nach Fig. 6 aber
selten, d. h. nur bei außergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen auftritt, ist dies
kein spürbarer Nachteil. Sobald dieser kurzzeitige Betriebszustand aufhört, besteht
wieder ein meßbarer Spalt s. Das ist wesentlich, um ein ständiges metallisches Scheuern
der beiden Schultererhöhungen 12 und 13 zu vermeiden.
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Der Fig. 6 ist ferner zu entnehmen, daß es für den Kraftfluß im Rade
günstiger ist, die beiden Schultererhöhungen 12 und 13 an derjenigen Radseite anzubringen,
die den Spurkranz 2 trägt. Ferner ist der Fig. 6 augenscheinlich zu entnehmen, daß
die Erhöhung der beiden Schultern um das gleiche Maß und die gleich starke Ausführung
beider Schultererhöhungen 12 und 13 vorteilhaft für die Biegebeanspruchungen der
Schultererhöhungen sind. Durch den konischen Verlauf der Berührungsflächen erhalten
die Schultererhöhungen 12 und 13 angenähert die Gestalt eines Trägers gleicher Festigkeit.
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Gegenstand des Anspruchs 1 ist nur die Gesamtkombination der in diesem
Anspruch enthaltenen
Merkmale; die Ansprüche 2 und 3 gelten als
echte Unteransprüche nur in Verbindung mit dem Anspruch 1.