DE1275568B

DE1275568B - Rail wheel

Info

Publication number: DE1275568B
Application number: DEG32360A
Authority: DE
Original assignee: Amsted Industries Inc
Current assignee: Amsted Industries Inc
Priority date: 1960-06-06
Filing date: 1961-05-27
Publication date: 1968-08-22
Also published as: GB969233A

Description

Schienenrad Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge und bezieht sich im besonderen auf Gußstahlräder für Eisenbahnwagen. Seit langen Jahren werden umfangreiche Versuche unternommen, um ein Schienenrad für Eisenbahnwagen zu entwickeln, das eine lange Lebensdauer gewährleistet und wirtschaftlich hergestellt werden kann.Rail wheel The invention is in the field of rail vehicles and relates in particular to cast steel wheels for railroad cars. For a long time Extensive attempts have been made for a rail wheel for railroad cars for years to develop that guarantees a long service life and is manufactured economically can be.

Obwohl viele Arten von Rädern vorgeschlagen worden sind, die mannigfaltige Formen und Abmessungen im Hinblick auf Felgen, Kranz und Nabe offenbaren, sind alle diese Räder grundsätzlich gleichartig mit Bezug auf die ihnen zugrunde liegende Entwurfstheorie. Alle bekannten Räder unterliegen daher in einem größeren oder geringeren Ausmaß Spannungsrissen der Radscheiben in den Bereichen, welche an Nabe und Kranz anschließen.Although many types of wheels have been proposed, the many are varied Shapes and dimensions in terms of rims, rim and hub reveal are all these wheels are basically the same with respect to the one on which they are based Design theory. All known wheels are therefore subject to a greater or lesser degree Extent of stress cracks in the wheel disks in the areas on the hub and rim connect.

Es wurde gefunden, daß Spannungsrisse im Felgenteil des Rades in erster Linie durch häufiges Bremsen verursacht werden. Während einer Bremsung werden große Wärmemengen auf Grund der Reibung zwischen Bremsschuh und Radkranz erzeugt. Der Temperaturanstieg im Radkranz hat dessen Ausdehnung in radialer Richtung zur Folge. Diese Ausdehnung ruft hohe Dehnungsspannungen in der Felge des Rades hervor. Die dadurch hochbeanspruchten Bereiche neigen dazu, Risse zu entwickeln. Diese dehnen sich aus, wenn die eingeleitete Bremsung anhält oder neue, durch Wärme bedingte Spannungen auf die Felge einwirken. Am Ende dieser Entwicklung steht der Bruch des Rades.It has been found that stress cracks in the rim portion of the wheel are primarily Line caused by frequent braking. During a braking, they become large Amounts of heat generated due to the friction between the brake shoe and the wheel rim. Of the A rise in temperature in the wheel rim causes it to expand in the radial direction. This expansion causes high tensile stresses in the rim of the wheel. the As a result, highly stressed areas tend to develop cracks. Stretch this if the initiated braking continues or new ones caused by heat Tensions act on the rim. At the end of this development is the break of the Wheel.

Um dieser Entwicklung vorzubeugen, ist unter anderem schon vorgeschlagen worden, den Radius zwischen Nabe und Radscheibe zu vergrößern sowie ebenfalls den Radius zwischen Radscheibe und Kranz. Außerdem ist es bekannt, die übergänge zwischen diesen Teilen - ganz allgemein gesprochen - allmählich zu gestalten. Ein anderer Vorschlag zielt außer auf eine beträchtliche Vergrößerung des Radius für die Kehlflanken auf eine stärkere Wanddicke ab.In order to prevent this development, it has already been proposed, among other things been to increase the radius between the hub and wheel disc as well as the Radius between the wheel disc and the rim. It is also known to have transitions between to shape these parts - very generally speaking - gradually. Another The proposal aims at a considerable increase in the radius for the valley flanks on a thicker wall.

Eine reine Vergrößerung des jeweiligen Kehlflankenradius führt jedoch nur zu einer Verlagerung des Bereichs, in dem Spannungsrisse auftreten. Eine Verstärkung der Wanddicke ist als Lösung für Probleme der Wärmeabführung bzw. für die Vermeidung von Dehnungsspannungen infolge Erwärmung unangebracht, da dann die Wärmeabfuhr infolge des ungünstigeren Verhältnisses von Inhalt zu Oberfläche noch erschwert würde.However, a pure increase in the respective valley flank radius leads only to a shift in the area where stress cracks occur. Reinforcement the wall thickness is a solution to problems of heat dissipation or to avoidance of tensile stresses due to warming inappropriate, since then the heat dissipation as a result the unfavorable ratio of content to surface would be made even more difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenrad zu schaffen, das widerstandsfähig gegen Spannungsrisse ist und eine lange Lebensdauer gewährleistet, auch wenn es im Betrieb häufigen Bremsbeanspruchungen unterworfen wird. Das Schienenrad soll ferner verbesserte Oberflächeneigenschaften aufweisen, und seine Radscheibe soll derart gestaltet sein, daß sie keine Neigung entwickelt, Spannungsrisse zu bilden.The invention is based on the object of creating a rail wheel, that is resistant to stress cracks and ensures a long service life, even if it is subjected to frequent braking loads during operation. The rail wheel should also have improved surface properties, and its wheel disc should be designed in such a way that it does not tend to develop stress cracks form.

Bei einem Schienenrad, dessen Nabe und Kranz durch eine Radscheibe unter Bildung von Kehlflanken mit allmählichen Übergängen untereinander verbunden sind, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Übergang mindestens einer der Kehlflanken nach einer Kurve verläuft, deren Krümmungsradien mit wachsendem Abstand von der Radachse kontinuierlich zunehmen.In the case of a rail wheel, its hub and rim are supported by a wheel disc connected to one another with the formation of throat flanks with gradual transitions are, the object is achieved according to the invention in that the transition at least one of the throat flanks follows a curve whose radii of curvature increase continuously with increasing distance from the wheel axle.

Eine Weiterbildung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kehlflanken nach Kurven verlaufen, deren Krümmungsradien mit wachsendem Abstand von der Radachse kontinuierlich zu- bzw. abnehmen. Außerdem wird vorgeschlagen, daß die Kehlflanken im wesentlichen parabolisch gekrümmt sind.A further development according to the invention is characterized in that that all throat flanks run after curves, the radii of curvature of which with increasing The distance from the wheel axle increases or decreases continuously. It is also suggested that that the throat flanks are essentially curved parabolically.

Eine weiter gehende Anwendung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die Kehlflanken sich über einen größeren Teil der Radscheibe ausdehnen, als zum übergang von Nabe und Radkranz zur Radscheibe erforderlich wäre. Hierzu wird erfindungsgemäß ergänzend vorgeschlagen, daß die Mittellinie der gebogenen Radscheibe die Nabe in deren Mitte und den Radkranz etwa in dessen Schwerlinie schneidet.A more extensive application of the inventive concept consists in that the throat flanks extend over a larger part of the wheel disc than would be required for the transition from the hub and rim to the wheel disc. This is done proposed additionally according to the invention that the center line of the curved wheel disc the hub intersects in the middle and the rim roughly in its median line.

Die Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines Anwendungsbeispiels deutlich, die auf die Zeichnung Bezug nimmt. Die Zeichnung zeigt einen Schienenradteil, von der Seite gesehen, mit Nabe, Radscheibe und Kranz im Schnitt.The advantages of the invention will be apparent from the following description of a Application example clearly referring to the drawing. the Drawing shows a rail wheel part, seen from the side, with hub, wheel disk and wreath in the cut.

Man erkennt in der Zeichnung, daß das Rad eine Nabe 10 mit einer zentralen Bohrung 12 enthält, welche in üblicher Weise ein Ende der nicht dargestellten Radachse aufnimmt. Einstückig mit der Nabe 10 und sich im allgemeinen radial von ihr erstreckend schließt sich an diese eine Radscheibe 14 an. Die Außenkante dieser Scheibe 14 geht in einen Radkranz 16 über. Dieser umfaßt eine Lauffläche 18 und einen Spurkranz 20, der sich radial vorstehend an die Lauffläche 18 der Innenseite des Rades anschließt. Man erkennt ferner, daß die Lauffläche 18 in üblicher Weise zur Außenseite des Rades hin gegenüber der Nabe 10 versetzt ist.It can be seen in the drawing that the wheel has a hub 10 with a central one Bore 12 contains which in the usual manner one end of the wheel axle, not shown records. Integral with the hub 10 and extending generally radially therefrom this is followed by a wheel disk 14. The outer edge of this disc 14 goes into a rim 16 over. This comprises a tread 18 and a wheel flange 20, which adjoins the running surface 18 on the inside of the wheel, protruding radially. It can also be seen that the tread 18 in the usual way to the outside of the wheel towards the hub 10 is offset.

Nach der Erfindung sind die Außenflächen der Radscheibe 14 ebenso wie sie selbst, wie aus der Darstellung ihres Querschnitts hervorgeht, in besonderer Weise geschwungen ausgebildet. Die Mittellinie 30 der Radscheibe 14 bildet eine Tangente an eine Linie 31, welche in der Mittelebene zwischen der äußeren und der inneren Stirnfläche der Nabe 10 liegt und senkrecht zur Drehachse des Rades steht. Der Berührungspunkt der Linie 31 mit der Mittelebene liegt vorzugsweise in der Mitte 32 der Nabe 10 selbst.According to the invention, the outer surfaces of the wheel disk 14, like itself, as can be seen from the illustration of its cross section, are designed to be curved in a special way. The center line 30 of the wheel disk 14 forms a tangent to a line 31 which lies in the center plane between the outer and inner end faces of the hub 10 and is perpendicular to the axis of rotation of the wheel. The point of contact of the line 31 with the center plane is preferably in the center 32 of the hub 10 itself.

Der Radius der Mittellinie 30 hat außerdem eine solche Länge, daß die Mittellinie 30 auch eine Schwerlinie 34 schneidet, die dem Schwerpunkt des Radkranzes 16 benachbart ist. Die Schwerlinie 34 kann jedoch eine etwas verschiedene Lage vom Schwerpunkt des Radkranzes 16 haben, um eine ausgewogene Gestalt der Radscheibe 14 zu erhalten. Die Innen- und Außenflächen der Radscheibe 14, welche mit den Bezugszeichen 36 bzw. 38 versehen sind, werden im Querschnitt aus Bögen gebildet, die konzentrisch zur Mittellinie 30 verlaufen. Kehlflanken 40, 42, 44 und 46 leiten das Scheibenprofil in dasjenige der Nabe 10 und des Radkranzes 16 über. Diese Kehlflanken sind aus Kurven gebildet, deren Krümmungsradien mit wachsendem Abstand von der Radachse kontinuierlich zu- bzw. abnehmen. Vorzugsweise sind diese übergangskurven parabolisch. Der Ausdruck parabolisch im Sinn der Erfindung umfaßt sowohl die Parabel in ihrer mathematischen Definition wie auch alle anderen Kurven, welche zwar den allgemeinen Merkmalen einer Parabel entsprechen, jedoch vielfach einer anderen, komplizierteren Gleichung entsprechen.The radius of the center line 30 also has such a length that the center line 30 also intersects a median line 34 which is the center of gravity of the wheel rim 16 is adjacent. The median line 34 can, however, have a slightly different position from The center of gravity of the rim 16 is to have a balanced shape of the wheel disc 14 to get. The inner and outer surfaces of the wheel disc 14, which are identified by the reference numerals 36 and 38 are provided, are formed in cross section from arcs that are concentric run to the center line 30. Fillet flanks 40, 42, 44 and 46 guide the disc profile into that of the hub 10 and the wheel rim 16. These throat flanks are off Curves formed whose radii of curvature continuously with increasing distance from the wheel axis increase or decrease. These transition curves are preferably parabolic. The expression parabolic in the sense of the invention includes both the parabola in its mathematical Definition like all other curves, which admittedly have the general characteristics of a Correspond to a parabola, but often correspond to another, more complicated equation.

Der Grund, Kehlflanken dieser Form zu verwenden, liegt darin, daß Versuche bewiesen haben, daß Spannungen in solchen Bereichen vergrößert werden, in denen sich der Kurvenradius plötzlich ändert. Diese Regel gilt sehr streng, wenn ein Kurventeil ein geradliniges Kurvenstück tangiert. Sie herrscht jedoch ebenfalls dort, wo Berührungspunkte aufeinanderfolgender Bögen mit wesentlich verschiedenen Radien vorliegen. Aus diesem Grund können. Bereiche hoher Spannungsbeanspruchung nicht dadurch beseitigt werden, daß man die Radscheibe mit der Nabe und dem Radkranz mittels Bögen mit großem Radius anschließt. Es ist jedoch festgestellt worden, daß mit Rücksicht auf die schnell zunehmende Scheibendicke im Bereich der anschließenden Nabe der endgültige i Übergang der Kehlflanke in die Nabe die Gestalt eines Kreisbogens haben darf. Ferner wurde ermittelt, das während des Bremsvorganges der Scheibenteil im Bereich der Kehlflanken 46, 40 unter Spannung am stärksten gefährdet ist, während der Scheibenteil im Bereich der Kehlflanken 44 und 42 jeweils gedrückt wird und daher weniger beansprucht ist. Aus dieser Feststellung ist ersichtlich, daß ein verbessertes Rad im Vergleich mit solchen nach dem Stand der Technik erhalten werden könnte, indem parabolische Kehlflanken nur in den Bereichen 46 und 40 vorgesehen werden oder im einfachsten Fall nur eine parabolische Kehlflanke 46; vorzugsweise wird jedoch ein neues Rad nach der Erfindung mit vier parabolischen Kehlflanken 40, 42, 44 und 46 ausgerüstet.The reason to use throat flanks of this shape is that Experiments have shown that tensions are increased in such areas in which the curve radius suddenly changes. This rule is very strict, though a part of a curve is tangent to a straight curve segment. However, it also rules where there are points of contact between successive arcs and significantly different ones Radii are available. Because of this, you can. Areas of high stress cannot be eliminated by placing the wheel disc with the hub and rim connected by means of arches with a large radius. However, it has been found that taking into account the rapidly increasing slice thickness in the area of the subsequent Hub the final i transition of the throat flank into the hub has the shape of an arc of a circle may have. It was also determined that the disc part was during the braking process in the area of the throat flanks 46, 40 is most at risk under tension, while the disc part is pressed in the area of the throat flanks 44 and 42, and is therefore less stressed. From this finding it can be seen that a improved wheel compared to prior art ones could be provided by having parabolic throat flanks only in areas 46 and 40 or in the simplest case only a parabolic valley flank 46; preferably however, a new wheel according to the invention with four parabolic throat flanks 40, 42, 44 and 46 equipped.

Die besondere parabolische Kurve für jede einzelne Kehlflanke ändert sich mit der jeweiligen Größe und der Bauart des gegossenen Rades, bei welchem die Erfindung angewendet wird. Daher ist die Art, wie in der Zeichnung die parabolische Kehlflanke 46 erläutert ist, beispielhaft für die Art, solche Kehlflanken für jedes beliebige Rad zu gestalten.The particular parabolic curve changes for each individual throat flank depends on the size and type of cast wheel in which the Invention is applied. Hence the way in which the drawing is parabolic Fillet flank 46 is explained, exemplary of the type, such fillet flanks for each to design any wheel.

Die erste Maßnahme zur Ausbildung der neuen Kehlflanken besteht in der Praxis darin, bestimmte Punkte auszusuchen, wie die Punkte 48 auf der Nabe 10 und 50 auf der Radscheibe 14, welche die gewünschten Endpunkte für einen Kehlflankenbogen sein sollen; vorzugsweise soll die Länge der Kehlflanke längs der Radscheibe 14 größer sein. als die Länge der Kehlflanke längs der Nabe 10 oder des Radkranzes 16. Als nächstes wird der Abstand zwischen dem Punkt 48 und beispielsweise einem Punkt 52 in zwei oder mehr gleiche Teile unterteilt. Im dargestellten Beispiel sind zehn gleiche Teile angeordnet (52,a bis i und 48). Der Punkt 52 ist etwa der theoretische Schnittpunkt der verlängerten Nabenwandung mit der Außenfläche 38 der Radscheibe 14. Der Abstand zwischen den Punkten 50 und 52 wird ebenso in zehn gleiche Teile geteilt. Wünscht man einen noch stärker angepaßten Übergang durch die Kehlflanke 46, so kann man zehn Teile wählen, welche jeweils um einen bestimmten Zuwachs länger sind als der vorhergehende Teil. Diese Unterteilung ist von 52, k bis s und 50 bezeichnet.The first measure to form the new throat flanks is in practice to choose certain points, such as the points 48 on the hub 10 and 50 on the wheel disc 14, which should be the desired end points for a throat flank arc; The length of the fillet flank along the wheel disk 14 should preferably be greater. than the length of the fillet flank along the hub 10 or the wheel rim 16. Next, the distance between the point 48 and, for example, a point 52 is divided into two or more equal parts. In the example shown, ten identical parts are arranged (52, a to i and 48). Point 52 is approximately the theoretical intersection of the extended hub wall with the outer surface 38 of wheel disk 14. The distance between points 50 and 52 is also divided into ten equal parts. If you want an even more closely matched transition through the fillet flank 46, you can choose ten parts, each of which is longer than the previous part by a certain increase. This division is labeled from 52, k to s and 50.

Anschließend wird nun der Punkt a durch eine gerade Linie mit dem Punkt 50 verbunden; Punkt b wird mit einer geraden Linie mit Punkts verbunden. Diese Verbindungslinien werden fortgesetzt, bis der Punkt i mit Punkt k verbunden worden ist. Dann wird eine Kehlflankenkurve 46 gezeichnet, welche die Nabe 10 und die Radscheibe 14 tangiert und ebenfalls alle außenliegenden Teile der geraden Verbindungslinien. Diese Kurve ist ihrer Herkunft nach parabolisch von Gestalt. Was aber für die Erfindung viel wesentlicher ist, ist die Tatsache, daß sie einen sich kontinuierlich ändernden Krümmungsradius aufweist. Jede der anderen Kehlflanken 40, 42 und 44 wird in entsprechender Weise konstruiert.Then the point a is now connected to the point 50 by a straight line; Point b is connected to point with a straight line. These connecting lines are continued until point i has been connected to point k . A throat flank curve 46 is then drawn, which is tangent to the hub 10 and the wheel disk 14 and also to all outer parts of the straight connecting lines. According to its origin, this curve is parabolic in shape. But what is much more essential for the invention is the fact that it has a continuously changing radius of curvature. Each of the other fillet flanks 40, 42 and 44 are constructed in a corresponding manner.

Es wurde gefunden, daß ein Rad mit einer erfindungsgemäß geschwungenen Scheibe 14, die sich an Nabe 10 und Radkranz 16 mittels Kehlflanken 40 bis 46 anschließt, die sich im Sinn der Erfindung allmählich ändernde Kurvenradien haben, in wesentlich geringerem Maße einer Stoßermüdung und Spannungsrissen erliegen. Sie sind darüber hinaus auch im ganzen stärker als bekannte Räder. Wegen dieser verbesserten physikalischen Merkmale hat es sich als möglich gezeigt, das Radgewicht merklich zu verändern und trotzdem die Betriebsdauer solcher Räder zu verlängern und ihre Haltbarkeit gegenüber bekannten Radformen zu verbessern.It has been found that a wheel with a curved according to the invention Disc 14, which connects to hub 10 and rim 16 by means of fillet flanks 40 to 46, which have gradually changing curve radii in the sense of the invention, in essential succumb to less impact fatigue and stress cracking. You are about it also on the whole stronger than known bikes. Because of this improved physical Features it has been shown to be possible to noticeably change the wheel weight and anyway the service life of such Extend wheels and their Improve durability over known wheel shapes.

Die Ansprüche 2 bis 5 gelten als echte Unteransprüche nur in Verbindung mit dem Anspruch 1.Claims 2 to 5 are considered genuine subclaims only in conjunction with claim 1.

Claims

Claims: 1. Rail wheel, its hub and rim. by a Wheel disc with the formation of throat flanks with gradual transitions with one another are connected, characterized in that the transition to at least one of the valley flanks (40 to 46) follows a curve whose radii of curvature increase with increasing distance increase continuously from the wheel axle.

2. Rail wheel according to claim 1, characterized characterized in that all the throat flanks (40 to 46) run according to curves, their Radii of curvature continuously increase or decrease with increasing distance from the wheel axle. decrease.

3. Rail wheel according to claims 1 and 2, characterized in that the Throat flanks (40 to 46) are curved essentially parabolically.

4. Rail wheel according to Claims 1 to 3, characterized in that the throat flanks (40 to 46) extend over a larger part of the wheel disk (14) than would be required for the transition from the hub (10) and wheel rim (16) to the wheel disk.

5. Rail wheel according to claims 1 and 4, characterized in that the center line (30) of the curved wheel disc (14 ) intersects the hub (10) in its center (32) and the wheel rim (16) approximately in its median line (34). Considered publications: German Patent Nos. 603 374, 652 915, 814167; Austrian Patent No. 178106; News bulletin of the "AGM Leichtbau" from December 1956, p. 1 to 4.