DE2363403A1

DE2363403A1 - Radsatz fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2363403A1
Application number: DE2363403A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Brinkmann; Ernst-Guenther Dr Ing Kurek
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1975-07-10
Also published as: AT344240B; NL7413388A; CH578954A5; DE2363403B2; ATA745974A

Description

Ii L Ö C E N E R - W E R K E AKTIENGESELLSCHAFT, 4-1 Duisburg, Hülheimer Straße 50

Radsatz für Schienenfahrzeuge

Die Erfindung "betrifft einen Radsatz für Schienenfahrzeuge, dessen Räder mit der Achswelle durch Querpressen verbunden sind.

Nach der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung sind Räder auf den Radsatzweilen so zu befestigen, daß im Betrieb eine seitliche Verschiebung nicht stattfindet.

Im' allgemeinen wird dieses durch einen kraf tschlüss-igen Haftverband-erzielt,, wobei die Räder entweder durch Längspressen oder durch Querpressen (Warmschrumpfen der Räder,-bzw. Unterkühlen der Welle)' auf die Wellen gefügt werden. Eine Sonderform des Querpressens ist das Klebschrumpfen. ■ ' ■ . .·

Unabhängig von der Art des Fügens tritt im praktischen Betrieb am Rande des Radsitzes· eine erhebliche Kerbwirkung durch den Fügeverband auf. Neben dem Spannungssprung am Nebensitzrand.vom gepreßten' zum ungepreßten Bereich wird diese Kerbwirkung durch die Kantenpressüng wegen derungleichen Länge von Radnabe und Welle erzeugte Diese xirird durch die am Rad angreifenden Betriebskräfte wechselnd verstärkt bzw. vermindert. Zusätzlich erfährt die Welle eine Biegung um·das Nabenende auf der Druckseite, wodurch die Biegespannung auf der Zugseite vergrößert wird. Außerdem kommt es an den Sitzenden zu sehr kleinen, die Betriebssicherheit zunächst nicht störenden \ Verschiebungen zwischen Welle und Nabe, die jedoch Pas~

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süngsrost erzeugen und damit eine Aufrauliung der betroffenen Oberflächenbereiche zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Kerbwirkung bei Radsätzen der eingangs erwähnten Gattung he rab zus e t ζ en.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Achswelle jeweils beidseitig der Kabensitze ITabensitzabsätze aufweist und daß die in Richtung der Achswelle/ schlank auslaufenden Radnaben mit ihren Ausläufern jeweils über die Enden ihres Habensitzes ragen. Dadurch, daß die Radnabe schlank ausläuft, wird eine beachtliche Elastizität in diesen Bereichen erzielt, die eine Verminderung der Kantenpressung zur Folge hat. Weiterhin wird gleichzeitig weitgehend eine Zusatzbiegung um die Einspannstelle vermieden. Die Erfindung sieht außerdem eine zweckmäßige Gestaltung der Wellenabsätze vor, wodurch diese an den. Habens it zenden spannungsarm und damit dehnungsarm xferden. Durch diese Maßnahmen wird die Kerb-""wirkung entscheidend vermindert und die· Dehnungen von Nabenende- und Wellensitzende weitgehend aneinander angeglichen. Zusätzlich ergibt sich durch das schlanke ' Auslaufen-der Radnaben eine beachtliche Verminderung des Gewichtes der Räder und somit eine Verminderung des gesamten Radsatzgewichtes.

Zur- Verkleinerung der Kerbwirkung erwies es sich als besonders vorteilhaft, den Außeiidurchmesser d der Habenenden höchstens bis zu 25 % größer zu wählen als den Durchmesser d des Habensitzes. Mit der Verminderung des. Ifabenaußendurchmessers sinkt die spezifische Pressung zwischen Habe und Welle. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt zur Verminderung der Kerbwirkung angestrebt. Dieses Ziel kann aber nur erreicht werden, wenn gleichzeitig die Sicherheit des Radsitzes gewährleistet ist. Der

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Haftwert Welle/Radnabe ist bei quergepreßten Verbänden ■ wesentlich größer als bei längsgepreßten. Darum ist die Kerbwirkungsminderung in dem angestrebten Maß nur bei Querpreßverbänden möglich, bei denen nämlich die Verminderung der spezifischen Pressung infolge der Verkleinerung des Nabenaußendurchmessers kompensiert wird durch die Haftwertvergrößerung beim Übergang vom Längs- zum Querpressen. Damit die Nabe nicht nur an den. äußersten Enden, sondern auch noch in einem größeren Abstand vom Sitzende elastisch ist, ist in weiterer Ausgestaltung· der Erfindung die tragende Nabensitzlänge 1 der Achswelle mindestens um 10 % größer als der Nabensitzdurchnesser d. ..

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens eines der Nabenenden einen überstand auf. Der Überstand ist immer dann erforderlich,wenn das Biegemoment am Ran-, de des Nabensitzes groß ist.· Üblicherweise ist bei Eisen! bahnradsitzen das Biegemdmenf am inneren Wabenende er- f heblich größer -als am äußeren Nabenende. Jn solchen Fällen kann es genügen, wenn nur das innere.Nabenende ' übersteht.. · . ; . . ' ■ .,

Vorteilhafterweise hat. der Überstand am äußeren Nabenende einen als Anschlag dienenden,·nach innen ragenden Ansatz, der beim Engen des Rades- die Nabe. in.axialer Richtung auf der Welle zentriert. Durch .den Anschlag wird mindestens auf der Zugseite eine Mitnahme der Nabe durch die Welle erzielt. So unterbleiben mindestens hier die kleinen Verschiebungen zwischen Welle und Nabe gänzlich. ■ ' - ' . ·' .^: - ■

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung verringert sich bis in die Querschnitt ebene der Sitzkaiite der Nabenaußendurchmesser bis auf d kleiner/gleich 1,25.d und

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steigt im Bereich des Überstandes wieder an. Die so erzielte Verstärkung des NabenüberStandes hat folgenden Vorteil: Beim Querpressen durch Warmschrumpfen kann - ein sehr schlankes Nabenende in der Zeit vom Ziehen aus dem Wärmeofen bis zum endgültigen Fügen vorzeitig abkühlen und sogar vor Erreichen der Endstellung auf der Welle .anschrumpfen. Das." im Überstand verstärkte Nahenende hat eine größere Wärmekapazität' und kühlt somit langsamer ab, wodurch ein vorzeitiges Anschrumpfen vermieden wird.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens wird das Nabensitzende spannungsarm, d.h. dehnungsarm ausgebildet. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Nabensitzabsatz eine kreisbogenförmige Mantelfläche mit einem oberhalb der verlängerten Mantellinie des.Nabensitzes liegenden Mittelpunkt des Kreisbogens hat, wobei der von der Tangente an der Auslaufkante des Kreisbogens und der Mantellinie des Nabensitzes' begrenzte .\'Winkel größer . oder gleich 45° ist. ' ■ ' ■

Der Nabensitzäbsatz kann erfindungsgemäß auch einekreisbogenformige Mantelfläche mit einem auf der Verlängerung der Mantellinie des Nabensitzes liegenden Mittelpunkt des Kreisbogens haben,' wobei der von der Tangente an der Auslaufkante des Kreisbogens und der Mantellinie des Nabeiisitzes e'ingeschrössene Winkel gleich 90 und der'Ra-.diUB des Kreisbogens größer-oder gleich 3:mm ist."

Diöser Übergang ist besonders geeignet, wenn aus kon- . ßtruktiven Gründen der Durchmesserunterschied zwischen Nabeneltz und Wellenschaft nur klein ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die 'Mantelfläche dee N&mensitzabsatzes als Korbbogen aus

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ORIGINAL IMSPECTED

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mindestens zwei Kreisbögen gebildet, wobei die Kreisbögen mit den größeren Radien zur Auslaufseite hin aufeinander folgen, die aufeinanderfolgenden Radien ein Verhältnis von höchstens 5 zu 1 haben, jeder Kreisbogen mindestens 15° umfaßt und der Mittelpunkt des kleinsten Kreisbogens auf der Verlängerung der Nabenmante!linie angeordnet ist.'-Hierdurch ergibt sich fertigungstechnisch eine einfache. Ausbildung der spannungsarmen Zone. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des ITabensitzabsatzes wird bei Biegebean- -spruchungen hinsichtlich des Kraftlinienflusses eine "tote Zone" geschaffen, die spannungs- und damit dehnungsarm ist. Um diese Zone.voll für die Haftung zwischen Radnabe und Welle ausnutzen zu können, muß die Ifabenbohrung voll tragen, d.h. der zylindrische Teil der Habenbohrung soll bis zum äußersten Sitzende reichen. Falls jedoch, die IFabenbohruiig in eine Rundung ausläuft, muß die labe um mindestens- die L|nge des Ra- ' dius dieser. Bohrung über die Sitzkante vorstehen.. Der ' aus mehreren Kreisbögen zusammengesetzte .Korbbogen ist j wegen' seiner parabelähnlichen Form spannungsmäßig der günstigste Übergang für die- Beanspruchung im fellen- : schaft. Bei erfindungsmäßiger· Gestaltung kann die ge- ■ wünschte "tote Zone" geschaffen werden, ohne die Vorteile des Korbbogenüberganges aufzugeben. Die gewünschte. .Ähnlichkeit .mit einer Parabel wird erfindungsgemäß durch. Radiengrößenstufung "Von höchstens 5 zu 1 erreicht und , ■ die anteilige Bogenlänge von mindestens 15 - ' '.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung, ist die Rauhigkeit mindestens einer der beiden Fügeflächen größer als bei bekannten langgepreßten Verbänden. Hier-'' durch wird die axiale Verschiebung noch weiter herabgesetzt. ""'■"'." --"._"'

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Es zeigte sich überraschenderx«/·eise, daß es hierfür genügt, daß in einer Ringzone von mindestens 10 mm Breite - an einem oder beiden Uabenenden die Rauhig— . keit einer oder beider Fügeflachen größer ist als die von langgepreßten Verbänden.

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Vorteilhaft ist erfindungsgemäß das Übermaß zwischen. ITäbensitzdurchmesser der Welle und Babrungsdurchmesser des Rades .kleiner als 1,3 °/oo vom Uabensitzdurchmesser. Beim Längspressen, tritt eine gewisse Einebnung der ^: Oberflächenrauhigkeit beider Kontaktflächen ein, die einen Übermaßverlust bewirkt. Dieser Übermaßverlust ist größer bei größeren. Rauhigkeiten, weshalb, im allgemeinen beim Längspre.ssen geringe Rauhtiefen angestrebt werden. Anders ist es beim Querpressen. Hier tritt keinerlei Einebnung ein; das Übermaß' bleibt voll erhalten^ Durch eine Vergrößerung der Rauhigkeit mindestens in : 10 mm breiten Randzonen an den Mabenenden wird hier' ι der Haftwert weiter vergrößert und es. genügt erfindungsgemäß ein Übermaß von 1,3 /oo des Fabensitzdurch- · messers. ■ ■ .' · /

Zum weiteren Schutz gegen die Entstehung-von Passungsrost ist'erfindungsgemäß der Spalt zwischen iiabeiiüber-. stand und Helle durch eine elastische Masse abgedichtet.

j Vorteile und Merkmale werden anhand von Ausführungsbei-. spielen in der Zeichnung näher erläutert: ...

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Es ζeisen:

Figur'1 ein Rad mit einer .Habe, geschnitten, eines ersten Ausführungsbeispieles;

Figur 2 eine Ansicht entsprechend.Figur 1

eines zweiten Ausführungsbeispieles;

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Figur 3 schematisch die erfindungsgemäße

Ausbildung der spannungs- und deh- ■ nungsfreien Zone im Bereich des Nabensitzabsatzes;

die Figuren 4 - 6 erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele des Nabensitzabsatzes.

In Figur 1 ist auf der Radsatzwelle 1 das'Rad 2 durch Querpressen befestigt. Die Radnabe läuft.an ihren Enden schlank aus, wobei ihre Ausläufer 3 und 4 über den Nabensitz 5 greifen und über die Nabeiisitzabsätze 6 bzw. ragen. Der Außendurchmesser des Nabenendes d ist hoch-

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stens um 25 % größer als der Bohrungs durchmess er d (d_o kleiner/gleich 1,25 d). Hierdurch ist die'Radnabe mit den überstehenden Ausläufern sehr elastisch. Damit die Nabe nicht nur an den äußeren Enden, sondern auch noch im Abstand vom Sitzende elastische Eigenschaften 'aufweist, ist die tragende Nabensitzlänge um 10% größer als der Vellendurchmesser d '(L größer/= 1,1 d). Hierbei stehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Enden der Ausläufer beidseitig um mindestens 3 mm über die Nabensitzlänge, d.h. sie ragen über die Kanten 19 der Nabensitzabsätze um diesen Betrag jeweils hinaus.

In Figur 2 weisen die beiden Nabenenden .einen verstärkten. Überstand. 9 bzw. 10 auf,-, wobei der Überstand -9 b.w..

.äußeren Nabenende einen-nach innen ragenden. Aaiöatζ 11 aufweist, der als Anschlagfläche beim Fügen des Rades ,dient. In Richtung zum inneren Nabehende;;,v'e£j3üftgt "öich ■ der Nabenaußendurchmesser bis auf d = 1,25 ά-Λ^η ö-^e^ Ebene der Kante und nimmt.dann im Bereich dfee ü&erstanaes wieder zu. Zwischen den Ausläufern und den NabenBitzabsätzen befindet sich vor der Kante 19 ein Ähdichtmittel 30 auf Silikon-Basis, das das Entstehen von Passungsrost behindert. In der Nähe der beiden Kanten 19 weist der Nabenriitz zwei Ringzonen -31 und 32 'von erhöhter Rauhigkeit auf, die großer ist als bei längsge-

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ORIGINAL INSPECTED

preßten Verbänden. Es ist naheliegend, auch das äußere Nabenende mit einer äußeren Verstärkung des Überstandes zu versehen.

!Figur 3 dient zur Erläuterung der Entstehung der spannungsarmen, d.h. dehnungsarmen Zone im· Bereich des Nabensitzabsatzes. Bei Biegebeanspruchungen haben die Kraftlinien den durch die Pfeile 13- dargestellten Verlauf, wobei im Bereich der Auslaufkante 19 sich eine spannungsfreie mit 20 bezeichnete Zone ausbildet, die schraffiert dargestellt ist. .■ /

In den Figuren 4 bis 6 sind verschiedene konstruktive Möglichkeiten zur Erzeugung dieser spannungs- d.h. dehnungsarmen Zone dargestellt.

In Figur 4 wird der Übergang vom Nabensitz 21 zum Wellensehaft 22 (Wellensitzabsätz) durch einen Übergangsradius r gebildet, wobei der Mittelpunkt des Kreisbogens oberhalb der verlängerten Mantellinie des Nabensitzes im Bereich des Nabensitzabsatzes liegt und, der Winkel zwischen der Tangente an der·Auslaufkante und dieser Mantellinie-größer, oder etwa gleich'45° ist-.

In. Figur 5 liegt der Mittelpunkt des Kreisbogens ,aufder-Verlängerung der Mantellinie der Nabensitzflache, .-wobei, der von der Tangente und der .Mantellinie des Nabensitzes eingeschlOSsene Winkel 90° beträgt und der Kreisbogen einen Radius- von_; mindestens 3 mm: hat.

In Figur 6 ist der ITabensitzabsatz als Korbbogen ausgebildet und besteht aus drei, aneinander anschließende Kreisbögen, die jeweils einen Zentriwinkel von mindestens 15° haben. Ihre Radien sind r^, Tp und. r^, wobei die Mittelpunkte von r~ und V₇- oberhalb der Mäntellinie der Habensitzfläche im Bereich des" Nabenabsatzes

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liegen und der Mittelpunkt des kleinsten Kreisbogens Vy, auf der Verlängerung der Nabenmantellinie liegt. ■

Es ist für den Fachmann naheliegend, die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht nur bei Radsätzen zur- Verminderung der Kerbwirkung zu verwenden, sondern "beispiels- , weise auch bei Turbinenrädern und anderen.sich schnell drehenden Maschinenteilen. ·

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

Radsatz für Schienenfahrzeuge, dessen Räder mit der Achswelle durch Querpressen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achswelle (1") -jeweils "beidseitig der Habensitze (5) Habensitzabsätze (6) bzw. (7) aufweist und daß die in Richtung der Achswelle schlank auslaufenden Radnaben (2) mit ihren Ausläufern (3) bzw. (4-) jeweils über die Enden ihres Habensitzes ragen.

2. Radsatz liach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, • daß der Außendurchmesser d der Habenenden bis zu

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25 % größer ist als der Durchmesser d des Habensitzes.

3« Radsatz nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die tragende Habensitzlänge 1 der Achswelle mindestens um 10 % größer ist als· der Habensitzdurchmesser d. ■ ' ■

4. Radsatz nach einem der Ansprüche' 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet_? daß mindestens· eines der Habenenden einen überstand (9-7 bzw. (10) aufweist.. .

5. Radsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstand am äußeren Habenende einen als An-

■ '-'"-■ schlag. (11) dienenden, nachsinnen ragenden Ansatz' , : .' .. hat*· Γ;'· ·. . .;■■■■. ° ' ... '""".-

6. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch ge kennzeichnet, daß bis in die Querschnittsebene der Sitzkante (19) der Habenaußendurchmesser sich bis auf d =1,25 d verringert und im Bereich des Überstandes wieder ansteigt.

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7. Radsatz nach, einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch · gekennzeichnet, daß der Nabensitzabsatz eine kreis— "bogenförmige-Mantelfläche mit einem oberhalb des ₍ Nabensitzabsatzes liegenden Mittelpunkt des Kreisbogens hat und daß der von der Tangente an der Auslaufkante des .Kreisbogens und der Mantellinie des Nabensitzes "begrenzte Winkel größer oder gleich 45° ist. (Figur 4-). · . ■

8. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch·

gekennzeichnet, daß der Nabensitzabsatz eine kreisbogenförmige Mantelfläche mit einem auf der Ver-Längerung der Mantellinie des Nabensitzes liegenden 'Mittelpunkt des Kreisbogens hat und daß der von der Tangente an der Auslaufkante des Kreisbogens und der Mantellinie des Nabensitzes begrenzte Winkel ■ gleich. 90° ist und der Radius des Kreisbogens mindestens 3 mm beträgt (Figur 5)·

9· Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6,' dadurch g

kennzeichnet, daß di e Mant e 1 f 1 äche des Nab ens i t z'ab satzes als Korbbpgen aus mindestens zwei Kreisbögen ausgebildet ist, die Kreisbögen mit den größeren Radien zur Auslauf kante hin aufeinander folgen, die ■'. aufeinanderfolgenden Radien höchstens ein -Verhält-^:- . nis 5' ^: 1 haben, daß jeder Kreisbogen einen Zentri-· winkel von mindestens 15° umfaßt.und daß der.Mittelpunkt des kleinsten Kreisbogens auf der Verlängerung der Nabenmäntellinie. angeordnet' ist '(Figur: 6).

Radsatz nach einem oder"mehreren-der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei ohne t, daß die.Rauhigkeit mindestens einer der beiden Fügeflächen'größer' ist als bei bekannten langgepreßten Verbänden.

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11. Radsatz nach einem oder mehreren'der Ansprüche ' 1 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer .Ringzone von mindestens 10 mm Breite an eine iß oder beiden Nabensitzenden die Rauhigkeit einer oder beider Fügeflächen größer ist. als die von langgepreßten Verbänden.

12. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß zwischen Nabensitz-^ durchmesser der Welle und Bohrungsdurchmesser des Rades kleiner als 1,3 °/oo vom Nabensitzdur.chmesser ist. .-.-..

13· Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadruch gekennzeichnet, daß der Spalt (10, 10') zwischen Nabenüberstand und Welle durch eine elastische Masse (30) abgedichtet ist.. - -

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