DE2210581B2 - Vorrichtung zur Verminderung des ungleichförmigen, insbesondere des periodischen Verschleißes und des Geräusches und/oder zur Erhöhung des Gleitbeiwerts beim Abrollen zweier Rollpartner - Google Patents

Description

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Rollkörpern konnte man wegen Fehlens ausreichenkennzeichnet, daß der Ultraschallabsorber ein der Kenntnis über ihre Ursache nicht grundsatzlich fester Stoff ist und fest mit dem Rollpartner ver- entgegenwirken. Aus den reibungschemischen Vorbunden ist. ^a5 gangen in den Berührungsflächen zweier Rollpartiner,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- die für die Riffelbildung verantwortlich gemacht werkennzeichnet, daß der Ultraschallabsorber gegen- den, lassen sich allein nicht die detailreichen Riffeln, über dem Rollkörper beweglich ist. wie sie bei Rollversuchen an Stahlrollen beobachtet

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, da- wurden, deuten. Es hat auch nicht an Versuchen gedurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallabsor- 30 fehlt, die Eisenbahnriffeln auf eine periodische Beber ein Roll- oder Gleitkörper ist. wegung zwischen Rad und Schiene zurückzuführen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, da- Dabei stellte man sich vor, daß Riffelberge bzw. Rifdurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallabsor- feltäler jeweils bestimmten, gegenseitig um 180° verber eine Flüssigkeit ist. setzten Schwingungsphasen entsprechen. Man sah

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- 35 daher als riffelerzeugende Eigenschwingungen solche kennzeichnet, daß die Grenzflächen durch viele an, deren Eigenfrequenz / der obengenannten Bezie-Vorsprünge oder Einlassungen pyramiden-, keil-, hung genügen. Bei solchen niederfrequenten Eigenzylinder-, kegel- oder kugelförmiger oder ande- schwingungen sind die Bewegungen der Volumelerer Gestalt groß gemacht sind. mente des Rads und die Schiene im Bereich der Be-

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 40 rührungsfläche jeweils untereinander gleichphasig. In und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertie- Eisenbahnschienen treten bis etwa 1400 Hz nur fungen und/oder Räume zwischen den Vorsprün- Schwingungsformen auf, bei denen sogar noch der gen mit absorbierendem Material ausgefüllt sind. gesamte Schienenquerschnitt im wesentlichen gleich-

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 7 phasig schwingt. Erst bei 1400 Hz tritt eine Schwin- und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber 45 gungsform auf, bei der Kopf und Fuß der Schiene Reinblei ist. die träge Masse und der Schienensteg die auf Biegung

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, beanspruchte Feder eines Masse-Feder-Systems dar-7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das absor- stellen. Im Bereich der sogenannten Riffelfrequenzen, bierende Material abgedeckt ist. wie sie nach obiger Beziehung definiert sind, werden

so bei einer Eisenbahnschiene Kopf und Fuß von dei Schwingung erfaßt. Es ist daher unerheblich, ob ein Mittel zur Dämpfung von Schwingungen im Riffel-

frequenzbereich im Schienenfuß oder Schienenkopl

angreift. Wenn in der DT-PS 9 66 656 über ein Ver-55 fahren zur Riffelverhinderung bestimmte Formgebungen des Schienenfußes als riffelverhindernd genamv werden, dann zeigt dies, daß dem Schutzanspruch die

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ver- Beeinflussung tonfrequenter Schwingungen als Ur nderung des ungleichförmigen, insbesondere des sache der Riffelbildung bei Schienen zu Grunde ge riodischen Verschleißes und des Geräusches und/ 60 legt wird. Dies bestätigt auch die in der DT-Pi er zur Erhöhung des Gleitbeiwerts beim Abrollen 9 66 656 in Betracht gezogene DT-PS 2 62 330.
eier Rollpartner durch Schwächung der in den Es ist ein der vorliegenden Erfindung zugrundi

)llpartnem auftretenden Ultraschallwellen. liegender Gedanke, die Riffelbildung auf unterteilt!

Bei Rollpaarungen, z. B. bei einem über eine Schwingungen im Querschnitt des Schienenkopf: hiene rollenden Eisenbahnrad, treten mit wachsen- ⁶5 und/oder des Radkranzes zurückzufühien. Nimm r Geschwindigkeit zunehmende Rollgeräusche auf, man die Verfolgung dieses Gedankens beispielsweisi bst wenn die Werkgrenzmaße der Rollkörper ein- an, daß sich in axialer Richtung nach 60 bis 70 mn halten werden und die Laufgüte nicht zu beanstan- — entsprechend der Schienenkopfbreite — dii

Schwingungsphase nur um 180° ändert, dann ist dies 3,.. ist. Bei einem Rollkörper tritt grundsätzlich die

gleichbedeutend mit einer Wellenlänge von etwa Bedingung hinzu, daß nach einem Umlauf der Ultra-

140 mm. Line solche Wellenlänge entspricht bei einer schallwelle wieder die gleiche Phase herrschen muß.

Longitudmalwellengeschwindigkeit in Stahl von Danach ist die Phasenwellenlänge in x-Richtung/x

5900 m/s bereits einer Frequenz von 42 kHz. Diese 5 gleich dem Radumfang « oder einem ganzzahligen

schon weit über der Hörgrenze liegende Frequenz / c

steht nicht mehr in dem sich in obengenannter Bezie- ^Bruchteil davon, also u = m ■ λ_χ = m-^^ = mA-,

hung darstellenden Zusammenhang mit den beispiels- wobei m = 1, 2, 3,... ist. Faßt man beide Bedingun-

weise bei Schienen beobachteten Riffelperiodenlän- gen zusammen, dann zeigt sich, daß grundsätzlich

gen L_x von etwa 45 mm im Durchschnitt und den io ... _ ., ...... m Ib ..

vorkommenden Fahrgeschwindigkeiten ν bei Eisen- ^{bei den Roll}g^escnwindigkeiten ν = — · c die

bahnen. günstigsten Bedingungen für die Ultraschallerzeu-

Der zweite der Erfindung zugrunde liegende Ge- gung bestehen.

danke ist, daß beim Abrollen zweier Körper, z. B. Es ist ein weiterer erfinderischer Gedanke, die in eines Eisenbahnrads auf einer Schiene, durch einen 15 Längsrichtung (.v-Richtung) verlaufenden, meistens der Erzeugung elektromagnetischer Wellen (im cm- äquidistanten Verschleiß- oder Aufhärtungsstreifen Wellenbereich) in der Wanderfe'.dröhre ähnlichen auf Rollkörpern, z. B. auf Eisenbahn- oder Straßen-Selbsterregungsmechanismus Ultraschallwellen ent- bahnschienen, auf das Auftreten von Ultraschallstehen, die in den Rollkörpern (z. B. Schienenkopf, wellen im Verein mit der Erniedrigung der Streck-Radkranz) durch Vielfachreflexion an deren seitli- 20 grenze, des Gleitbeiwertes und der Wechselfestigkeit chen Begrenzungen geführt werden und deren Grup- bei hochfrequenten Schwingungen zurückzuführen, pengeschwindigkeit c_K gleich der Rollgeschwindigkeit In Fortführung des erfinderischen Gedankens ist da^v '^st- von auszugehen, daß in gekoppelten Systemen, wie

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die es au^c"inander abrollende Körper darstellen, in Anaoben beschriebene Riffelbildung und damit den Ver- 25 logie zu gekoppelten Pendeln kopplungsbedingt verschleiß und die Geräuschentwicklung zu vermindern schiedene Eigenfrequenzen auftreten. Wie bei freien und den Gleitwert zu erhöhen. Schwingungen gekoppelter Pendel können solche

Die Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin. Eigenfrequenzdifferenzen zu einem wechselseitigen daß an mindestens einem der Rollpartner Ultraschall- periodischen An- und Abschwellen der Schwingungsabsorber angekoppelt sind oder daß mindestens einer 30 amplituden des Rollkörpers führen. Solche Schweder Rollpartner außerhalb der Rollfläche ultraschall- bungserscheinungen der Ultraschallamplitude unter zerstreuende Grenzflächen aufweist. dem rollenden Rad haben dann außer der Ent-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im fol- stehung tonfrequenter Schwingungen durch nicht-

genden an Hand der Zeichnungen erläutert. In diesen linare Effekte, wie sie z. B. die Festkörperreibung

zeigt 35 darstellt, eine periodische Ausprägung der vor-

F i g. 1 schematisch die Übereinstimmung der genannten äquidistanten längsgerichteten Verschleiß-Gruppengeschwindigkeit selbsterregter Ultraschall- oder Aufhärtuncsstreifen zur Fo'ee. Das vielma^i;oe wellen mit der Rollgeschwindigkeit, Überrollen solcher periodischer Streifengruppen hat

Fig. 2 in schematischer Darstellung die Phasen- schließlich im Rad-Schiene-System die Schienenwellenlängen in .r- und y-Richtung, 40 oder Radreifenriffeln mit ihren charakteristischen

Fig. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele für ultraschall- Riffelbergen und Riffeltälern zum Ergebnis,

zerstreuende und'oder absorbierende Anordnungen Um die vorerwähnten Effekte in Rollkörpern zu

und vermeiden, sind, ohne Einschränkungen hinsichtlich

F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel über die Anord- zulässiger Geschwindigkeiten zu machen, im Sinne

nung von Absorberrollen. ₄₅ der Erfindung Ultraschallwellen im Rollkörper dort

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird unter der Grup- zu unterdrücken, wo sie erzeugt werden oder wohin pengeschwindigkeit c_g der Ultraschallwelle die Pro- sie sich ausbreiten können. Beiden Möglichkeiten jektion des Ausbreitungsgeschwindigkeitsvektors c wird entsprochen, wenn die Rollkörper, z. B. Schieder Wellenfront W auf die Rollrichtung, die mit der nenkopf oder Radkranz, aus ultraschallabsorbierenjc-Richtung gleichgesetzt ist, verstanden. Da die Roll- 50 den Werkstoffen hergestellt werden. Allein der geschwindigkeit ν immer sehr klein gegen die Aus- zweiten Möglichkeit, die Ausbreitung von Ultrabreitungsgeschwindigkeit C₁, der Ultraschallwelle ist, schallwellen und deren phasengleiche Superposition ist der Winkel λ zwischen der Ausbreitungsrichtung mit an den Grenzflächen reflektierten Wellen zu verder Ultraschallwelle und der .v-Achse, gemäß hindern oder zu erschweren, dienen folgende Ver-

COSx= —, nur wenig kleiner als 90°. 55 fahren:

c' ⁶ Ultraschallabsorbierende Stoffe werden so nahe,

Für die Phasenwellenlänge in y-Richtung Iy .vie es der Rollvorgang zuläßt, neben der Rollfläche

₌ J^, die gleich dem Abschnitt auf der y-Achse ^f _R ^est ™^l .f^{m Roll}f^rP^er verbunden Um «Jen große" sin y. ' ° ⁷ Bruchteil der auf die Grenzflache zwischen Kollist, der von zwei im Abstand einner Wellenlänge auf- 60 körperwerkstoff und Absorbermaterial auftretenden einander folgenden Wellenfronten gebildet wird, hat Ultraschallenergie in das Absorbermaterial zu leiten, dies zur Folge, daß wegen sin\s=l/.y praktisch wird der Wellenwiderstand des Absorbermaterials mit /. übereinstimmt, Fi g. 2. Für die Wellenlänge der dem des Radkörperstoffs möglichst angepaßt und die abgestrahlten und an den Seitenflächen reflektierten Grenzflächen zwischen den Stoffen so groß wie mög-Ultraschallwelle gilt dann die Bedingung, daß sie ein 65 lieh gemacht. Wegen seiner hohen echten Absorpganzzahliger Bruchteil der doppelten Querabmcs- tion ist reines Blei ein geeignetes Absorbermaterial, sung 26 des Rollkörpers, z.B. des Radkranzes oder Der Querschnitt des die Rollfläche aufweisenden SrhienenkoDfes ist, also 2b = «/., wobei η =1,2, Teils des Rolllcörpers, z.B. des Radkranzes eines

Eisenbahnrads, wird in Rollrichtung veränderlich gemacht, so daß durch unterschiedliche Reflexion an den Grenzflächen der Aufbau einer Resonanzschwirigung erschwert ist. Einen Rollkörper mit veränderlichem Querschnitt stellt z. B. ein Eisenbahnrad dar, bei dem die äußere Radkranzstirnfläche stimzahnradartig ausgebildet ist (Fig. 3).

Der Umriß eines Rollkörperquerschnitts erhält sägezahnartige oder ähnliche ultraschallzerstreuende Formen, wie Fi g. 4 veranschaulicht.

Die beiden vorgenannten Verfahren zur Verstärkung der zerstreuenden Wirkung werden kombiniert, wie Fi g. 5 verdeutlicht.

Die ultraschällzcrstreuenden Grenzflächen werden überdeckt mit ultraschallabsorbierenden Stoffen.

F i g. 6 zeigt in einem Beispiel einen in eine Sägezahnbegrenzung eingebetteten Ultraschallabsorber. Ein gegenseitiges Durchdringen von Rollkörper- und Absorbermaterial sorgt für einen stetigen Übergang der Mediumeigenschaften als Voraussetzung für einen reflexionsfreien Übergang des Ultraschalls in das Absorbermaterial.

Die Ultraschalldämpfung des Rollkörpers erfolgt durch Ableitung des Ultraschalls auf einen gegen die

ίο Rollfläche gedrückten und auf ihr abrollenden oder gleitenden Absorberkörper. F i g. 7 zeigt ein solches Verfahren am Beispiel eines rollenden Eisenbahnrads. Jeweils zwei Rollen aus einem gummielastischen, ultraschallabsorbierenden Material drücken gegen die Rollflächen der Schiene und des Rades.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

den ist. Kürzere oder längere Beanspruchungen füh- PatentansDriiche- «n auf den La«fflächen 2U inehr oder weniger perio- Patentanspruche. dischen Abnutzungsformen, als Rad- oder Schienen-

1. Vorrichtung zur Verminderung des ungleich- riffeln bekannt. Das überrollen periodischer Abnutförmigen, insbesondere des periodischen Ver- 5 zungsformen verursacht Er^hutterungen. deren schleißes und des Geräusches und/oder zur Er- Grundfrequenz/ gleich dem Quotienten aus Fahrhöhung des Gleitbeiwerts beim Abrollen zweier geschwindigkeit ν und Penodenlange L_x ist, entspre-Rollpartner durch Schwächung der in den Roll- _chend der Beziehung / = -j— ■ Bei den heute von Partnern auftretenden Ultraschallweilen, da- r-u-^i»
durch gekennzeichnet, daß an minde- io den Eisenbahnen gefahrenen Geschwindigkeiten und stens einem der Rollpartner Ultraschallabsorber den bekannten Riffelabstanden von wenigen Zentiangekoppelt sind metcrn folgen daraus Frequenzen von nicht mehr als

2. Vorrichtung zur Verminderung des ungleich- 1400 Hz. Bei den Eisenbahnen führen die Erschüttefönsaigen, insbesondere des periodischen Ver- rungen zu Beanspruchungen des Oberbaues und des schleißes und des Geräusches und/oder zur Er- 15 rollenden Materials. Schienennffeln werden heute bei höhung des Gleitbeiwerts beim Abrollen zweier den Eisenbahnen mit hohem Aufwand durch Schleif-Rollpartner durch Schwächung der in den RoH- fahrzeuge beseitigt. Riffelbildung und Riffelbeseitipartnern auftretenden Ultraschallwellen, dadurch gung tragen beide zu einem stärkeren Verbrauch von gekennzeichnet, daß mindestens einer der Roll- Schienenmaterial und damit zu einer Verkürzung der partner außerhalb der Rollfläche ultraschallzer- ao Liegedauer der Schienen bei.

streuende Grenzflächen aufweist. Der Entstehung periodischer Verschleißformen auf