DE20106481U1 - Double track ring gear for rail vehicles - Google Patents

Double track ring gear for rail vehicles

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Description

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Beschreibung Gebiet der TechnikDescription Field of technology

Doppelspurkranz-Rad mit Verschleißreifen für SchienenfahrzeugeDouble flange wheel with wear tyre for rail vehicles

Bisheriger Stand der TechnikCurrent state of the art

Neben den bisherigen, handelsüblichen Monoblockrädern, sind mehrteilige Räder, oder zusammengesetzte Räder für Schienenfahrzeuge bekannt. Radscheiben mit Gummi-Einlagen auf Felgenkonstruktionen, gummigefederte Schienenräder ,oder elastisch gefederte, mehrteilige Schienenräder, mit einer Vielzahl von Kleinteilen und unterschiedlichen Materialen wurden hergestellt und erprobt, ebenso wie Räder aus einem einzigen Material mit unterschiedlichen Härteprofilen.In addition to the existing, commercially available monoblock wheels, multi-part wheels or composite wheels for rail vehicles are known. Wheel discs with rubber inserts on rim constructions, rubber-sprung rail wheels, or elastically sprung, multi-part rail wheels, with a large number of small parts and different materials have been manufactured and tested, as have wheels made of a single material with different hardness profiles.

Der markanteste Nachteil dieser und aller anderen Radkonstruktionen besteht darin, daß die technischen Voraussetzungen bisher nur eine einseitige, innenläufige Spurkranzkonstruktion erlauben und die rollenden Räder nicht das gleiche geometrische Profil des Schienenkopfes haben, sondern von innen unten (Spurkranz) nach außen oben ( äußere Radseite) unterschiedliche Krümmungsradien in der Lauflinie in Bezug auf das Schienenkopfprofil aufweisen, so daß das rollende Rad bestrebt ist, nach innen zu rotieren und nur durch den Wellenlauf des jeweils gegenüberliegenden Spurreifens davon abgehalten wird, den Schienenkopf zu verlassen. Dieser konstruktionsbedingt ständige, in Toleranzwerten gehaltene, Hin- und Her-Zwangslauf der Räder, bewirkt eine schon nach geringer Laufleistung deutliche Rundlaufabweichung, die bei fortschreitender Unrundheit zu höheren Biege-Schwingungen der Achsenpaare und damit zu gefährlichen radialen Brüchen der Räder führte und zwangsläufig in der Vergangenheit katastrophale Unfälle verursacht hat. Ein weiterer Nachteil (Schwachstelle) besteht darin, daß ein z.B.mit einem Sprengring aufgepresster Radreifen zwar den Radlaufkomfort erhöht, aber lediglich über ein Dämpfungsmaterial (Rubber Block) mit dem Radkörper verbunden ist, so daß bei einem Bruch des Radreifens keine Weiterfahrt mehr möglich ist. Als wichtigste Konstruktions-Komponenete aber sollte der maximal zulässige Abnutzungsgrad des Radmaterials betrachtet werden. Im Neuzustand beträgt z.B.der Durchmesser 920 mm (ICE der DB), der maximale Abnutzungsgrenzwert wurde mit 854 mm festgelegt, mithin eine Durchmesserverringerung durch Verschleiß um^öömn^pder. jn Materialstärke ausgedrückt -33 mm. Die stetige asymetrische Beanspruchung der Laufkreisebenen, verursacht durch heftige vertikale Schläge in Schienenstößen und im Weichenbereich, so wie die Abnutzung der Räder, (Stahl auf Stahl) als auch die unregelmäßige Abnutzung der Spurreifen durch stetige Zug- und Druckbeanspruchung, sind begründete, negative Voraussetzungen für die vorgenannten technischen Probleme.The most significant disadvantage of this and all other wheel designs is that the technical requirements so far only allow a one-sided, internal flange design and the rolling wheels do not have the same geometric profile of the rail head, but have different radii of curvature in the running line in relation to the rail head profile from the inside bottom (flange) to the outside top (outer wheel side), so that the rolling wheel strives to rotate inwards and is only prevented from leaving the rail head by the wave run of the opposite wheel tire. This constant forced back and forth movement of the wheels, which is kept within tolerance values, due to the design, causes a significant runout deviation even after a short mileage, which, as the runout progresses, leads to greater bending vibrations of the axle pairs and thus to dangerous radial fractures of the wheels and has inevitably caused catastrophic accidents in the past. A further disadvantage (weak point) is that a wheel rim pressed on with a snap ring, for example, increases wheel running comfort, but is only connected to the wheel body via a damping material (rubber block), so that if the wheel rim breaks, it is no longer possible to continue driving. The most important design component, however, should be the maximum permissible degree of wear of the wheel material. When new, for example, the diameter is 920 mm (DB ICE), the maximum wear limit was set at 854 mm, thus a diameter reduction due to wear of -33 mm expressed in material thickness. The constant asymmetrical stress on the running circle planes, caused by heavy vertical impacts in rail joints and in the switch area, as well as the wear of the wheels (steel on steel) and the irregular wear of the track tires due to constant tensile and compressive stress, are justified, negative prerequisites for the aforementioned technical problems.

Wesen der technischen LösungEssence of the technical solution

Die vorstehenden Nachteile werden durch die Konstruktion eines -Doppelspurkranz-Rades mit Verschleißreifen- nahezu eliminiert. Das Prinzip ist einerseits die Konstruktions- Umkehr und andererseits ein aufgeschraubter, zweiter Spurreifen. Die Umkehr der Konstruktion besteht darin ,daß das Monoblockrad von einem Radreifen (Verschleißreifen) mit der gesamten Lauffläche umgriffen wird und dieser separate Radreifen im direkten Schienenkontakt, sowohl die Tragfunktion, als auch die der Geräuschdämpfung und der Abnutzung durch Schlupf übernimmt und zusätzlich die geforderte Laufsicherheit durch geeignete Mittel zur Wasserverdrängung inne hat. Auf Streckenabschnitten ohne Weichen ist dieses Modell ohne weiteres einsetzbar, im Weichenbereich ist eine geänderte, angepasste Konstruktion erforderlich.
( siehe Gebrauchsmuster 200 19 757.6 )
The above disadvantages are almost eliminated by the design of a double flange wheel with wear tires. The principle is on the one hand the reversal of the design and on the other hand a screwed-on, second track tire. The reversal of the design consists in the monoblock wheel being surrounded by a wheel tire (wear tire) with the entire tread and this separate wheel tire in direct contact with the rails takes on both the load-bearing function and that of sound dampening and wear due to slippage and also provides the required running safety through suitable means of water displacement. This model can be used without any problems on sections of track without switches, but a modified, adapted design is required in the switch area.
(see utility model 200 19 757.6)

AusfuhrungsbeispielExample

Das in Fig. A schematisch gezeigte Bauteil des Rad- Teilabschnittes,besteht aus dem Schienenkopf 1, dem Radreifen 2, der Befestigungsschraube 3, der Konstruktionsachse Rad-Schiene 4, dem Vollradkörper 5 und dem Außenspurkranzring 6. Schematisch deshalb, weil bei der Verwendung von glockenförmigen, eigenspanungsarmen Rädern, der äußere Spurreifen dem Radprofil angepasst werden muß.The component of the wheel section shown schematically in Fig. A consists of the rail head 1, the wheel tire 2, the fastening screw 3, the wheel-rail construction axis 4, the solid wheel body 5 and the outer flange ring 6. Schematic because when using bell-shaped, low-stress wheels, the outer flange tire must be adapted to the wheel profile.

Der Vollradkörper (5) wird mit dem herkömmlichen Innenspurkranz-Durchmesser, aber im Laufkreisbereich schon mit dem reduzierten Maß (R2= max. Abnutzung) hergestellt. Die gezeigte Höhe (5c) addiert die Höhen (2a) max.Abnutzung und (5b), Abstand vom bisherigen Neuzustand der Lauffläche zum Außendurchmesser des inneren Spurkranzes. Außerdem wird am Vollradkörper (5) eine um die Radnabe achsiale ,äußere Aussparung mit der Mindesttiefe (6a) hergestellt, damit der äußere Spurkranzring (6) mit den radial angeordneten Schrauben (3) aufgeflanscht werden kann. Bevor der äußere Spurkranzring aufgeschraubt wird,The solid wheel body (5) is manufactured with the conventional inner flange diameter, but in the running circle area with the reduced dimension (R2 = max. wear). The height shown (5c) adds the heights (2a) max. wear and (5b), distance from the previous new state of the running surface to the outer diameter of the inner flange. In addition, an outer recess with the minimum depth (6a) is made on the solid wheel body (5) around the wheel hub so that the outer flange ring (6) can be flanged on with the radially arranged screws (3). Before the outer flange ring is screwed on,

erhält das Rad einen in der Lauffläche umlaufenden Radreifen (2), der hauptsächlich die Tragefunktion übernimmt. Dieser Reifen wird in der Höhe (2a = Differenz aus Rl-Rl) bestimmt durch den vorgegebenen maximalen Abnutzungsgrad und in der Breite (2b + Toleranzwert) durch die Schienenkopfbreite, zzgl. Toleranzwerte, (2b) ,im Ausfuhrungsbeispiel das UIC 60 Profil. (1) Das Vollrad spiegelt mit seiner halben Laufkreisebene (14 2b) das Schienenkopfbrofil wieder und ist ab der Laufkreisachse (4) achsial gerade geformt, so daß der Radreifen (oben-außen rechtwinkelig) passgenau über das Vollrad gepresst werden kann.the wheel is fitted with a tire (2) running around the running surface, which mainly performs the load-bearing function. The height (2a = difference between Rl-Rl) of this tire is determined by the specified maximum degree of wear and the width (2b + tolerance value) by the rail head width, plus tolerance values, (2b), in the example the UIC 60 profile. (1) The solid wheel reflects the rail head profile with its half running circle plane (14 2b) and is axially straight from the running circle axis (4) so that the tire (top-outside at a right angle) can be pressed precisely over the solid wheel.

20 Der Radreifen mit seiner vorgegebenen Tragefiinktion und der Abriebfunktion durch Schlupf, wird ebenfalls den Geräuschpegel dämpfen und ist in seiner Lauffläche derart konzipiert, daß eine Wasserverdrängung, ähnlich ~5 dem Autoreifen, möglich ist. Außerdem ist der Radreifen in seiner äußeren Lauffläche im gleichen Profil wie der Schienenkopf geformt, so daß der Reifen im gesamten Profilschnitt aufsteht und genutzt wird. Um die vorgenannten ~ft Eigenschaften zu erreichen sind besondere Anforderungen an das Material zu stellen. Aus Gummi/Metallverbindungen und /oder gehärteten Kunststoffverbindungen ,oder Komponenten in Kombination mit anderen Verbindungen sind ,, zunächst zu testen, so daß die beste Materialverbindung zum Einsatz kommt.20 The wheel tire, with its specified load-bearing function and the abrasion function through slippage, will also dampen the noise level and its tread is designed in such a way that water displacement, similar to a car tire, is possible. In addition, the wheel tire's outer tread is shaped in the same profile as the rail head, so that the tire stands up and is used across the entire profile section. In order to achieve the aforementioned properties, special requirements must be placed on the material. Rubber/metal compounds and/or hardened plastic compounds, or components in combination with other compounds, must first be tested so that the best material combination is used.

Weitere Vorteile der vorgenanntenFurther advantages of the above

Konstruktion:Construction:

Ein Vorteil des sichtbaren Radreifens besteht darin, daß der Radreifen durch einen oder mehrere farbliche Einlagen seinen Abnutzungsgrad visuell anzeigt, ohne bei dieser Kontrolle Röntgengeräte oder andere technische Möglichkeiten zu benutzen. Ein anderer Vorteil ist mit der Sicherheit begründet, da bei einem beschädigten oder gebrochenen und /oder gänzlich abgefahrenen Radreifen eine spursichere Weiterfahrt gewährleistet ist, denn je größer der Abnutzungsgrad, um so tiefer wird der Schienenkopf von den beiden Spurreifen umgriffen.One advantage of the visible wheel rim is that the wheel rim visually indicates its degree of wear through one or more colored inserts, without the need for X-ray machines or other technical options. Another advantage is safety, as if the wheel rim is damaged, broken and/or completely worn out, the train can continue to travel safely on the track, because the greater the degree of wear, the deeper the two track rims grip the rail head.

55 Anmerkung:55 Note:

Das schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel ist nicht auf die angegebene Form beschränkt. Insbesondere kann die Form und Neigung der Spurkränze in Bezug auf den Schienenkopf variiert werden.The schematically illustrated embodiment is not limited to the specified shape. In particular, the shape and inclination of the wheel flanges in relation to the rail head can be varied.

Claims (6)

1. Doppelspurkranz-Rad für Schienenfahrzeuge mit Verschleißreifen, dadurch gekennzeichnet, daß ein herkömmlicher Radkörper (Vollrad) (5) mit dem minimalen Laufkreisdurchmesser (R2) und der bisherigen Spurkranzdicke (5a) und einer Spurkranzhöhe (5c) im äußeren radialen Bereich eine derartige Aussparung erhält, daß ein mit Schrauben (3) ringförmiger, zweiter Spurkranz (6) mit der Spurkranzdicke (6a) im Höhenabstand vom Schienenkopf (6b = 5b) und einer statisch erforderlichen Gesamthöhe derartig angeflanscht wird, daß zwischen den beiden Spurkränzen ein Hohlraum (2) entsteht, welcher mit einem Radreifen (2c) gefüllt wird. 1. Double flange wheel for rail vehicles with wear tires, characterized in that a conventional wheel body (solid wheel) ( 5 ) with the minimum running circle diameter (R2) and the previous flange thickness ( 5a ) and a flange height ( 5c ) in the outer radial area is given a recess such that a second flange ( 6 ) in the form of a ring with screws ( 3 ) with the flange thickness ( 6a ) at the height distance from the rail head (6b = 5b) and a statically required total height is flanged on in such a way that a hollow space ( 2 ) is created between the two flanges, which hollow space is filled with a wheel tire ( 2c ). 2. Doppelspurkranz-Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesamte technische Radbreite (5d) dem gebräuchlichen Einbaumaß entspricht und die statische Laufkreisebene (4) durch eine Abstandsteilung (5e-5f) derart bestimmt wird,
daß diese mit der Schienenkopfachse übereinstimmt.
2. Double flange wheel according to claim 1, characterized in
that the total technical wheel width ( 5 d) corresponds to the usual installation dimension and the static running circle plane ( 4 ) is determined by a spacing division ( 5 e- 5 f) in such a way,
that it coincides with the rail head axis.
3. Doppelspurkranz-Rad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spurkränze (5a) und (6a) die Spurführungsfunktionen übernehmen und der eingelegte Radreifen (2) die Tragfunktion übernimmt, so daß aus statischer Sicht ein getrenntes, mehrteiliges Schienenrad entsteht. 3. Double flange wheel according to claims 1 and 2, characterized in that the two flanges ( 5a ) and ( 6a ) take over the track guidance functions and the inserted wheel tire ( 2 ) takes over the load-bearing function, so that from a static point of view a separate, multi-part rail wheel is created. 4. Doppelspurkranz-Rad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Laufrad (5) ringförmig umgreifende Radreifen (Verschleißreifen 2) die Bauhöhe (2a) aus der Differenz der beiden Laufkreisdurchmesser (R1-R2) hat und damit den maximalen Abnutzungsgrad vorgibt, wobei die anfängliche Radaufstandslinie des Verschleißreifens die geometrische Wiederholung des Schienenkopfprofils (1) gleicher Breite (2b) ist und lediglich im achsial äußeren Bereich, zwischen Radkörper (5) und Radreifen (2) rechtwinkelig geformt ist, so daß der Radreifen (2) von außen (2c) aufgeschoben wird und mit dem Außenspurkranz (6) gesichert wird. 4. Double flange wheel according to claims 1 to 3, characterized in that the wheel tire (wear tire 2 ) which surrounds the running wheel ( 5 ) in a ring shape has the construction height ( 2 a) from the difference between the two running circle diameters (R1-R2) and thus specifies the maximum degree of wear, the initial wheel contact line of the wear tire being the geometric repetition of the rail head profile ( 1 ) of the same width ( 2 b) and being shaped at a right angle only in the axially outer region, between the wheel body ( 5 ) and the wheel tire ( 2 ), so that the wheel tire ( 2 ) is pushed on from the outside ( 2 c) and is secured with the outer flange ( 6 ). 5. Doppelspurkranz-Rad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radreifen neben der Tragfunktion auch die Funktion einer elastischen Lauffläche übernimmt, in dem der Werkstoff entweder eine Gummi-Metallverbindung und/oder eine glasfaserverstärkte und gehärtete Kunststoffverbindung oder eine solche mit Carbon verstärkte Verbindung oder eine Kombination gleichwertiger vorgenananter Materialien oder Komponenten davon enthält, welche die Lauffläche (2b) komfortabel und dennoch langlebig genug ablaufen läßt. 5. Double flange wheel according to claim 4, characterized in that the wheel tire, in addition to the load-bearing function, also takes on the function of an elastic tread, in that the material contains either a rubber-metal compound and/or a glass fiber reinforced and hardened plastic compound or such a compound reinforced with carbon or a combination of equivalent aforementioned materials or components thereof, which allows the tread ( 2 b) to run comfortably and yet sufficiently long-lasting. 6. Doppelspurkranz-Rad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radreifen Mittel zur Wasserverdrängung auf seiner Lauffläche enthält. Rillen oder Hohlkörper. 6. Double flange wheel according to claim 5, characterized in that the wheel tire contains means for water displacement on its running surface. Grooves or hollow bodies.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013041839A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-28 Jordan Owen Geoffrey A wheel arrangement for a vehicle configured to travel on a pair of rails
US9574607B2 (en) 2012-11-07 2017-02-21 Delaval Holding Ab Roller of a support arrangement for a rotary milking platform
DE102021124409A1 (en) 2021-09-21 2023-03-23 Fachhochschule Bielefeld, Körperschaft des öffentlichen Rechts Rail wheel for a monorail vehicle

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