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Rad für Schienenfahrzeuge -;-riff t Die Erfindung bezieht sich auf
Rädere und sie beu insbesondere Räder für Eisenbahnfahrzeuge wie Eiaenbaftwageng
Triebwagen und andere Fahrzeugeg deren Räder mit Reifen aus )4etall ausgerüstet
sind.
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Das erfindungsgemäße Rad ist so aufgebaut, daß es zu einer Verbesserung
der Lauf- und Fahreigenschaften führt, daß sich eine Verringerung der Abnutzung
von Radreifen und Schienen dadurch ergib.t, daß Geräusche und Schwingungen in einem
geringeren Ausmaß übertragen werden, und daß die zwischen dem Reifan und der Schiene
sowie zwischen dem Reifen und der Radnabe auftretenden Stöße abgebehwächt werden;
ferner werden die thermischen und mechanischen Beanspruchungen des Reifens und der
Radnabe verringert. Wie nachstehend näher erläutertg kann der Reifen die verschiedensten
Querschnittsformen erhalten.
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Allgemein gesprochen weist der Reifen einen erfindungegemäßen Radea
radial naoh innen gerichtetag in der Umfangerichtung
verlaufende
Vorsprünge aufg die gegenüber radial nach außen gerichteteng sich in der Umfangerichtung
erstreckenden Vorsprüngen der -.#Cangsfläche den Nabenteils seitlich versetzt und
in einem radialen Abstand davon angeordnbt sind. Ein zur Schalldämpfung dienenden
Blaatomermaterial ist mit den einander zugewandten Flächen der beiden Sätze von
Vorsprüngen verbunden. Bei dem schalldämpfenden Material kann en sich um ein elastischen
Material handeln, a*B* UM 300pZ0n&'U=t# ein synthetischen Elagtoneri
ein flexibles Poljrurdthang ein flexible* Epoxfflterial oder dergleichen.
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lerner sieht die Erfindung ein Rad für Schlenenfahrzeuge vorg das
mit einem gelt*4 au» Metall ausgerüstet ist# der auf seiner Innentliohe GewindegAnge
oder Rippen trägt, welche zu entsprechenden Gewindegängen oder Rippen auf der äußeren
UIR-fangefläche den Naben- oder Pelgenteils passen. Jeder dieser Gewindegänge bzw.
jede Rippe ist mit einem zur Schalldämpfung dienenden'Elastomermaterial verbunden.
Die äußere Umfangsfläehe des Metallreifens ist allgemein glatt, kann jedoch mit
einem radial nach außen gerichteten Plansch oder Spurkranz versehen sein# der gegenüber
einer Seitenkante des Beifens vorspringt.
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Ein Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein neuartigen Rad vorzusehen.
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Ein weite et Ziel der Erfindung besteht In der Schaffung einen
Baden für.Schlenenfabrzeugeg das eine Verbesserung der laut- bzw# Pahreigenochaften,
bewirkt.
Ferner sieht die Erfindung ein Rad vor, das mit einem Reifen
aus Metall versehen und so ausgebildet ist, das es eine Verringerung der Übertragung
von Geräuschen und/oder Schwingungen zu/oder von dem Beifen'bewirkt.
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Weiterhin sieht die Erfindung ein Rad vor, bei dem eine Sehiaht aus
einem schalldämpfenden Material zwischen dem Reifen aus Metall und dem Radkörper
aus Metall vorgesehen ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einen neuartigen
Radaggregats.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben ci sioh aus
der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen,-Fig.
1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ra-des.
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Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine auseinandergez6gene pereFektivische Di.-Arstellung
des Rades nach Fig. 1.
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Fig. 4 ist ein Fig. 2 ähnelnder Teilschnitt, der eineweitere Ausbildungsform
der Erfindung zeigt.
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Fig. 5 ähnelt ebenfalls Fig. 29 zeigt jedoch eine weitere
Ausbildungsform der Erfindung.
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Ag. 6 ist eine Seitenansicht einer weiteren ab;-eänderten Au
s'bil --#ur..,
Fig. 7 ist ein Schnitt durch das Rad nach
Fig. 6, wobei die Bestandteile des Rades teilweise voneinander getrennt sind.
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Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig.
6.
Fig. 9 ist ein Teilechnitt längs der Linie 9-9 in Fig.
6.
In Fig. 1 erkennt man>e in indgesamt mit 10 bezeichnetes
erfindungsgemäßes Rad füZ ein Schienenfahrzeug.
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Das Rad 10 umfaßt ein Nabenteil 12 mit einer Bohrung
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zum Aufnehmen einer hier nicht gezeigten Achse. Die Umfangsfläche der Nabe
12 geht nach außen in einen dünnwandigen tellerförmigen Steg 14 über. Die Nabe 12
und der Steg 14 könlien aus Metall wie Aluminium, Magnesium oder Stahlg aus einem
verstärkten Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein. Das Rad 10 ist
mit einem Reifen 18 versehen, der aus einem harten Metall, z.B. Stahl oder
einer geeigneten Legierung, besteht.
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Der Reifen 18 ist an seiner Umfangsfläche 22 auf einer Seite
mit einem radial nach außen vorspringenden Flansch oder Spurkranz 20 versehen. Die
Umfangsfläche 22 ist allgemein glatt und auf der von dem Spurkranz 20 abgewandten
Seite bei 23 leicht abgeschrägt bzw. konisch. Ein Neigungsverhältnis Von
1:20 ist als zweckmäßig zu betrachten. Gemäß Fig. 2 ragt die innere Fläche 24 der
Nabe 12 weiter über die innere Stirnfläche des Reifens hinaus als die andere Stirnfläche
26 der Nabe über die andere Stirnfläche des Reifens 18 hinausragt.
Das Rad kann jedoch auch so ausgebildet werden, daß die äußere Stirnfiäche nicht
über die entsprechende Fläche des Reifens 18
hinaus vorspringt.
Gemäß
Fig, 2 geht der äußere Rand des StegDs 14 in eine. Felge 28 überg deren Breite
der Breite des Reifens 18 entspricht. Die Umfangsfläche der Felge
28 ist mit Gewindegängen 30 versehen. Die innere Umfangsfläche des
Reifens 18 weist Gewindegänge 32 auf, die zu den Gewindegängen
30 der Felge 28
passen. Bei den Gewindegängen 30 und
32 handelt es sich um modifizierte Gewindegänge von allgemein V-förmigem
Querschnitt. Die Gewindegänge 30 der Felge sind bei 34 an ihrem dem Grund
36 ger Gewindegänge 32 des Reifens benachbarten Scheiteln abgerundet.
Die Gewindegänge 32 des Reifens umfassen abgerundete Scheitel 38,
die dem Grund 40 der Gewindegänge 30
der Felge benachbart sind. % Die Gewindegänge
30 und 32 sind d",rch einen Spalt von-.einander getrennt. Der Abstand
von Scheitel zu Scheitel kann bei einem Rad mit einem Durchmesser von etwa
710 mm zwischen etwa 8 mm und etwa 11 mm betrageng während
der Abstand zwischen den Flanken der Gewindegänge 30 und 32 et-Na
1,6 mm betragen kann. Die Höhe der Gewindegänge kann etwa 8 mm betragen.
Diese konstruktive Beziehung zwischen der Felge 28 und dem Reifen
18
ist vorgesehen, um den Inhalt der einander zugewandten Flächen dieser B.1,uteile
mehr als do'ppelt so groß zu machen,'und um das Einbringen einer Schicht 42 aus
einem flexiblen oder elastischen Schalldämpfenden Mgterial zu erleichtern. Die beschriebene
Konstruktion bewirkt eine optimale Verteilung der Beansiruchungen in dem elastischen
Material, die auf Scherbeanspruchungen zurückzuführen sind, welche bei Beschleunigungs-und
Verzögerungsvorgängen auftreten. Ferner bewirkt die CD konstruktion einen guten.Abgleich
zwischen den Druck-, Zug- und.
Scherkräften, die durch radJale Belastungen
hervorgerufen werdeng welche -hrerseite auf das Gewicht der Achse zurückzuführen
sind. Schließlich gewährleistet die beschriebene Konstruktion einen optimalen Ausgleich
der7Druckbeanspruchungen in axialer Richtung, die von auf den Steg 14 wirkenden
Kräften herrühren. Somit führt die beschriebene Konstruktion dazu, daß in dem elastischen
Material Spannungen.erzeugt werden, die praktisch zu einer Verlängerung der Lebensdauer
des Na#eriala führen.
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Das Material 42 wird auf Abscherung beansprucht, um Beschleunigungs-
und Verzögerungskräfte der dynamischen Last aufzunehmen, und es kann neben Druck-
und/oder Zugkräften, die auf den Reifen 18 wirken, hochfrequente Schwingungen
aufnehmen und verhindern, daß Schwingungen und Geräusche zwischen dem Reifen
18 und der Felge 28 übertragen werden. Das Material 42 kann aus einer
Gruppe gewählt werden, welche die ver--chiedenaten Elästomermaterialien umfaßt,
z.B. Gummi, Polysulphidkompositionen, flexible Epoxyharze und Polyuräthane,
die mit oder ohne geeignete Füllstoffe verwendet werden können. Damit der durch
das Material 42 gebildete Ring, der auf beiden Seiten des Rades 10 sichtbar
ist, ein gleichmäßiges Aussehen erhält, wobei dieses Aussehen auf beiden Seiten
des Rades das gleiche ist, kann man den Reifen 18 mit einer Nut 44 vers6hen,
die von dem Material 42 ausgefüllt wird.
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Um das Rad 10 zusammenzubauent wird der Reifen auf die Felge
28 aufgesehraubt. Dann wird das Rad in wa,---lgerechter Lage in eine Vorrichtung
eingesetzt, und das Material 42, das
sich im flüssigen Zustand befindetg
wird in den Spalt zwischen den Gewindegängen 30 und 32 von der Unterseite
der Vorrichtung aus oder von oben her eingeführt, wobei man das Material nach oben
bzw. nach unten strömen läßt, damit es die Luft aus den Opalt verdrängt und
der Spalt von dem elastischen Material vollständig ausgefüllt wird. Sobald das verflüssigte
Material 42 an der Oberseite des Reifens und der Felge erscheint, wird
die Zuführung des Materials 42, das z.B. unter einem niedrigen DMok mittels
einer Pumpe zugeführt w.-"Lrd, unterbrochen. HiergLut kann man den Reifen und die
Felge auf geeignete Weise erhitzen# um das Material 42 gegebenenfalls zu härten.
SobL,.ld das katerial 42 erstarrt und/oder gehärtet worden ist, ist es fest mit
den Gewindegängen 30 und 3,2 verbunden, so daß der leifen auf der
Felge in seiner Lage gehalten wird. Der nächste Arbeitenehritt besteht darin, das
Rad durch Wegschneiden oder Abschleifen des überschüssigen Materials 42 fertigzus:,ellen,
so daß das Material 42 auf beiden Seiten mit den benachbarten Yläohen des Reifens
und der Felge abschließt.
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In Fig. 4 ist ein Teil eines R?des 46 dargestellt, das mit Auenahme
der im folgenden behandelten Abweichungen dem bebehriebenen Rad 10 entspricht.
Daher sind in Fig. 4 Teileg die ßus Fig. 1,ersichtliahen Teilen entsprechen, jeweils
mit den gleichen Bezugezahlen unter BeifÜgung einen Kennetrichs bezeichnet. Der.Reifen
18u Ist an seiner Umfangefläche 22f nicht konisch geformtg wie es gemäß Fig.
2 bei dem Rad 10 bei 23 vorgesehen ist. Vielmehr sei der Reifen
182 zwei in der UmfangsrIchtung verlaufende Plansche oder Spurkränze 20t
und
48 auf, die auf beiden Seiten der Lauffläche 22t angeordnet
sind.
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In Fig. 5 ist eine weitere Ausbildungsform 52 eines
erfindungsgemäßen Rades dargestellt, das von den nachstehend behandelten Abweichungen
abg'esehen dem Rad 10 nach Fig. 1 entspricht. Daher sind in Fig. 5"Teile49
die in Fig. 1 und 2 dargestellten Teilen entsprechen, jeweils mit den gleichen
Bezugszahlen, jedoch unter Beifügung von zwei Kennstrichen, bezeichnet. Der Reifen
18" ist mit einer glatten bzw. allgemein zylindrischen Umfangsfläche 2211
versehen.
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Fig. 6 bis 9 zeigen eine weitere insgesamt mit
56 bezeichnete Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Rades. Das Rad
56 entspricht mit Ausnahme der im folgenden behandelten Abweichungen dem
beschriebenen Rad 10 nach Fig. 1. Das Rad 56
umfaßt einen Reifen
58, der eine Nabe 62 und eine Felge umschließt, welch letztere mit
der Nabe durch einen Steg 64 verbunden ist# wie es vorstehend beschrieben* wurde.
Der Reifen 56 besteht aus einem Material der vorstehend genannten Art und
kann gegebenenfalls eine erheblich grö2ere radiale Breite aufweisen vls der Reifen
18 nach Fig. 2. Die Felge trägt an ihrer äußeren Umfangsfläche
67 keine Gewindegänge 309 sondern Eip.Pen 66. Der Reifen
58 ist an seiner inneren Umfangsfläche mit gegenüber den Eilpen
66 versetzten, zu diesen passenden Rippen CD versehen. Die innere Umfjngsfläche
des Reifens 58 und die äußere .UmfangsflKchen der Rippen 66 haben
eine kreisrunde Form. Auf
einander diametral geDenüber liegenden
Seiten der Felge sind die Rippen 66 bis zu ihrem Grund weggeschnitten, so
daß gemäß Fig. 6 an diesen Stellen ebene Flächen 69 und
71 vorhanden sind. Gemäß Fig. 9 ermöglichen es diese Anflächungen,
die Nabe und die Felge in den Reifen einzubauen, da längs eines genügend großen
Teils der Umfangsfläche 67 der Felge keine Überschneidung zwischen den Rippen
der Felge und den Rippen des Beifans vorhanden ist.
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Um den Reifen 58 anzubringen, werden die Felge und die Nabe
zuerst gemäß Fig. 7 in den Reifen 58 eingeführt und dann quer zu der.Öffnung
des Reifens hin- und herbewegt, bis die Teile des Rades die in Fig. 8 gezeigte
Lage einnehmen. Das Vorhandensein der Anflächungen 69 und 71 ermöglicht
es, die Felge in den Reifen einzuführen, da die Rippen 66 der Felge die hl
0
Eip,-en des Reifens nicht über den ganzen Bereich von 360
überlappen.
Nach der beschriebenen Vereinigung der Teile wird das Material 70 in den
Spalt z.vischen den Rippen eingeführt. Das Material 70 kann das gleiche sein
wie das beschriebene Material 429 und man kann es in der gleichen Weise einführen,
Währcnd der Spalt zi#ischen den Rippen eine ähnliche Umrißform hat wie der Spalt
des RC-Aes 10, wird der Spalt bei dem Rad 56
durch konzentrische Nut3n
und Rippen abgegrenzt.
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ri Die Kon',truktion der vorstehend beschriebenen Räder ist derart,
daß bei einem Reifen mit einer Breite von etwa 153 mm und beim Vorhandensein
der beschriebenen Ge-windegänge die Flä-CD CD
chey welche Sjherspannungen
auagesetzt ist, die bei einer -83.3chleunigung oder Verzögerung einer L.,st von
etwa 5-;7 Tonnen
je Rad auftreten, wenn man eine G--schwindigkeitsända-rung
um etwa 5,6 vorau;waetztg etwa 6.400 cm 2 (990 square inches), und
die Scherspannung in dein elasti2chen Material 2 beträ--t etwa 0,175 kg/cm Eine
r3diole L?st von etwa 5t7 Tonnen je R5d erzeugt eine Druckspannung in dem
elastischen Material, Nimmt man an, daß nur ein Anteil von 70% der projizierten
Fläche bei'der Aufnahme &er Druckbeanspruchung zur Wirkung kommtg wird eine
gleich große Fläche an der Oberseite des Rades auf Zug beansprucht, und eine 5,5-fach
größere Fläche iird durch Scherkräfte beansprucht. Da im Bereich geringer Dehnungswerte
die Verformung in Abhängigkeit von der Beanspruchung bei Druck-, Zug- und Scherspannungen
annähernd gleich groß ist, d.h.
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weniger als 15%e beträgt die resultierende Spannung in dem
2 Material etwa 2,4 kg/cm Die Last, die auf den Spurkranz des Rades parallel zur
Achse wirken kann, z.B. wenn das Fahrzeug einen Gleisbogen befährt, kann bis zu
etwa 10 Tonnen je Rad betragen. Diese Last wird durch die Flanken
der Gewindegänge aufgenommen, -vobei eine Seite auf Druck und die andere Seite auf
Zug beansprucht wird. Die gesamte auf D2:uck beanspruchte Fläche beträgt etwa 2200
cm 2 , und eine gleich große Fläche ist auf Zug beansprucht. Da die Bennspruchungen
am B8rührungspunkt mit der #chi3r.e sowie an einem diesem Punkt diametral liegenden
Punkt ain höchsten sindp_##d,da Uie an zwei Punkten auf Null
zurückgehen#
die gegenüber den erwähnten Punkten um 900 versetzt sind# wobei an diesen
Punkten ein Ubergang von der Beanspruchung auf Druck auf eine Beanspruchung auf
Zug bzw. im umgekehrten Sinne stattfindet.'beträgt die wirksame Fläche, welche die
Belastung durch den Spurkranz aufnimmt, 70% der' Pläohe der zur Wirkung kommenden
Gewindeflanken. Der wirksame Radius entspricht ebenfalls 70% des mittleren
Radius bis zum Plankendurchmesser (pitchd line) der beiden Gewinde.
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Betrachtet man diese geometrischen Verhältnisse, erkennt wan, daß
die Zug- und Druckspannungen in dem elastischen Material etwa 295 kg/cm 2
betragen.
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Die vektorielle Simmierung sämtlicher gleichzeitig auftretenden maximalen
Spannungen führt somit zu einem Wert von etwa 4y2 kg/am 2. Diese Beanspruchung liegt
durchaus innerhalb der zulässigen Beansprumhungsgrenzen für die weiter oben erwähnten
elastischen Materialien.
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Es sei bemerkt, daß man bei den vorstehend beschriebenen Austührungebeispielen
die verschiedenszen Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den B reich
der Erfindung zu verlassen.