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Gllmmngefedertes Schienenrad Die Erfindung betrifft ein gummigefedertes
Schienenrad mit einer einen Schenkel einer Radfelge bildenden Radscheibe und einem
auf ihr lösbar befestigten, den anderen Schenkel bildenden Felgenring und mit zwischen
dem Radreifen und der Radfelge auf einer umlaufenden Schulter des Radreifen angeordneten
Gummikörpern, wobei die beiden Schenkel die Schulter seitlich übergreifen.
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Gummigefederte Schienenräder dieser Art sind an sich bereits bekannt
(deutsche Patentschrift 570 434). Die Radfelge ist symmetrisch ausgebildet und hat
einen U-förmigen Querschnitt.
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Die Gummikörper sind z.B. aneinanderliegende Ringe und begrenzen einen
umlaufenden schlauchförmigen Hohlraum, in die sie sich bei Belastungen während des
Betriebes unter konstantem Volumen hineinverformen können. Sie werden ohne Vorspannung
eingelegt, wobei im unverspannten Zustand ihre Breite größer ist als der Abstand
der beiden Schenkel der Radfelge. Beim Befestigen des lösbaren Felgenteils auf der
Badscheibe werden die Gummikörper in axialer Richtung zusammengepreßt und hierdurch
eine axiale Vorspannung erzeugt.
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Gleichzeitig wird Gummimaterial in die radiale Richtung verdrängt,
und hierdurch eine radiale Vorspannung aufgebaut, die jedoch gegenüber der axialen
Vorspannung praktisch vernachlässigbar ist.
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Es ist bekannt, (deutsche Patentschrift 620 298) zwischen einem Radreifen
und einer als zweiteilige Belge ausgebildeten Radscheibe einen Gummiring anzuordnen,
der auf seinem äußeren Umfang einen Außenring und auf seinem inneren Umfang einen
dehnbaren Innenring aufweist. Die Felge weist
zwei gegeneinander
geneigte Konusflächen auf, die beim Befestigen des lösbaren Felgenteiles den auf
ihnen angeordneten Innenring weiten und auf diese Weise eine radiale Vorspannung
erzeugen. Da jedoch der Gummiring seitlich ausweichen kann, wird lediglich in axialer
Richtung eine Vorspannung aufgebaut. Grundsätzlich wäre es möglich, die Felgen mit
seitlichen Schenkeln auszubilden, die ein seitliches Ausweichen des Gummikörpers
verhindern. Auf diese Weise würde zwar beim eiten des Innenringes das Gummimaterial
beim Verdrängen in axialer Richtung unter Erzeugung einer Vorspannung zusammengepreßt
werden, äedoch wäre die hierdurch erzeugte axiale Vorspannung ebenfalls gegenüber
der radialen praktisch vernachlässigbar.
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Es ist auch bekannt (D-PS 594 792) zwei ringförmige, durch einen auf
der Innenseite angeformten umlaufenden Steg von rechteckigem Querschnitt getrennte
Gummikörper in einer Ausnehmung des Radreifens anzuordnen, die in radialer Richtung
sowohl über den Steg als auch über die Schenkel der Ausnehmung hinausragen. Mittels
zweier auf die Radnabe aufschraubbarer Seitenflansche, die in Richtung zur Radachse
egelmantelflächen aufweisen, werden die Gllmmikörper zwischen Radreifen und Radnabe
verspannt. Während des gemeinsamen Aufschraubens der Seitenflansche wird in axialer
Richtung auf die Gummikörper ein Druck ausgeübt. Als Folge davon werden sie zusammengepreßt
und verformen sich, im wesentlich bei konstantem Volumen, in den Raum oberhalb der
Stege und zwischen den Gummikörpern, sowie in die Zwischenräume zwischen den Schultern
und den Seitenflanschen. Auf diese Weise baut sich zunächst eine Vorspannung in
axialer Richtung auf, wobei bei weiterem Anziehen der beiden Flansche infolge der
in radialer Richtung verdrängten und zusammengepressten Gummimasse eine radiale
Vorspannung erzeugt wird, die jedoch ebenfalls vernachlässigbar klein ist.
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Je nach den praktischen Erfordernissen wird demnach entweder eine
radiale bzw. axiale Vorspannung erzeugt, gegenüber der die in dazu senkrechter Richtung
erzeugte Vorspannung (in
axialer bzw. radialer Richtung) vernachlässigbar-
ist.
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Der Grund liegt im wesentlichen darin, daß z.B. die Gummikörper nicht
in beliebig hohem Maße in axialer Richtung zusammengepreßt werden können, um eine
ausreichende Vorspannung in radialer Richtung zu erzeugen, da stets Hohlräume bzw.
Zwischenräume vorhanden sein müssen, in die sich bei Belastungen die Gummikörper
hineinverformen können; zum anderen würde eine allzu hohe Druckausübung eine Zerstörung
der Gummikörper nach sich ziehen. Gleiches gilt auch, falls durch ein Zusammenpressen
der Gummikörper in radialer Richtung das Material in axialer Richtung verdrängt
wird, wobei aus den gleichen Gründen es ebenfalls nicht möglich ist, eine derartige
Verdrängung vorzunehmen, daß hierdurch eine ausreichende Vorspannung erzeugt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schienenräder der eingangs
erwähnten Gattung derart auszubilden, daß beim Zusammenbau eines Schienenrades sowohl
in radialer als auch in axialer Richtung vorgebbare Vorspannungen erzeugt werden,
wobei ihre Richtungsverteilung ebenfalls vorgebbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der =Selgenring
einen den Boden der Radfelge bildenden Ansatz hat und der Pelgenring und der Ansatz
einen durchgehenden radialen Schlitz auSweisen. Zum Zusammenbau des erfindungsgemäßen
Schienenrades werden zunächst die Gummikörper auf der Innenseite des Belgenringes
angeordnet, anschließend der Belgenring mit dem umlaufenden Ansatz zusammengepreßt,
so daß der durch den radialen Schlitz gebildete Spalt sich schließt. Anschließend
wird der Felgenring eingeschoben, dann auseinandergepreßt, so daß der radiale Schlitz
sich wieder öffnet, wobei durch die ausgeübten Kräfte der Felgenring geweitet wird
und hierdurch auf die Gummikörper in radialer Richtung eine Kraft ausüben wird,
so daß hierdurch eine radiale Vorspannung erzeugt wird, die gleichzeitig
den
Radreifen konzentrisch zu dem lösbaren Felgenteil festlegt. Unter Aufrechterhaltung
dieser radialen Vorspannung wird die gesamte Anordnung von Felgenring, Gummikörpern
und Radreifen mit der Radscheibe verbunden, wobei durch ein gegebenenfalls weiteres
t Aufweiten des Felgenringes und des Ansatzes die Bohrungen des lösbaren Felgenringes
mit den Bohrungen der Radscheibe zur Deckung gelangen, in die Schraubbolzen mit
anschließend aufzuschraubenden Muttern zur Herstellung der lösbaren Verbindung geführt
werden. Hierbei werden die beiden Schenkel der auf diese Weise gebildeten Radfelge
auf ihren vorgegebenen Abstand gebracht und gleichzeitig die Gummikörper in axialer
Richtung zusammengepreßt. Die radiale Vorspannung wird demnach erfindungsgemäß durch
das Weiten des Felgenringes einschließlich des Ansatzes und weiterhin die axiale
Vorspannung durch Zusammenpressen der Gummikörper in axialer Richtung beim Zusammenbau
der Radfelge erzeugt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die umlaufende Schulter
einen umlaufenden, oberhalb des umlaufenden Absatzes endenden Steg mit in axialer
Richtung von der Rechteckform abweichenden Querschnitt auf, wobei die Gummikörper
in zwei durch den Steg voneinander getrennten Ringen angeordnet sind. Durch diesen
erfindungsgemäß von der Rechteckform abweichenden Querschnitt des Steges kann die
Richtungserteilung der auf die Gummikörper ausgeübten Kräfte sowie der erzeugten
Komponenten der Vorspannungen beeinflußt werden und zwar in der Weise, daß die maximalen
Kräfte nicht an den Rändern bzw. kanten der Gummikörper auftreten. Gleichzeitig
erhöht der Steg in an sich bekannter Weise die Steifigkeit des gummigefederten Schienenrades
in axialer wichtung.
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In vorteilhafter Weiterführung fällt erfindungsgemäß die Auflagefläche
der umlaufenden Schulter für die Gummipolster zu ihrer Mittelebene ab. Durch diese
Maßnahme Trird erreicht, daß bei auftretenden radialen Drücken in axialer Richtung
die Gummikörper in Richtung zur Mittelebene der Schulter ausweichen und eine Verdrängung
des Gummimaterials zwischen die Flanken der Schulter und der Schenkel der Radfelge
vermieden wird.
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Vorteilhaft ist erfindungsgemäß die Umrißlinie des Steges abgerundet,
so daß beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Schienenrades eine Zerstörung der
Gummikörper an ihren Rändern bzw. Kanten vermieden wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung weist der Steg einen trapezförmigen
Querschnitt auf und ragt mit seiner breiteren Basis zwischen die beiden ringförmigen
Gummikörper, so daß die maximalen Vorspannkräfte in axialer Richtung etwa in halber
Höhe der Gummikörper erzeugt werden und eine weitgehende Entlastung der Gummikörper
an ihren Rändern gewährleistet ist.
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In vorteilhafter Weiterführung ist erfindungsgemäß die Auflagerfläche
der Radscheibe für den Ansatz eine in Richtung zum Schenkel der Radscheibe hin ansteigende
Kegelfläche.
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Hierdurch wird erreicht, daß beim Zusammenfügen des lösbaren Felgenringes
mit der Radscheibe dieser zusätzlich geweitet wird und somit eine weitere Steigerung
der radialen Vorspannung möglich ist. Der Ansatz der lösbaren Radfelge ist auf der
Seite zur Anlagefläche der Radscheibe ebenfalls als Kegelfläche ausgebildet, wobei
die Neigung der Mantellinien dieser Kegelfläche zur Achse des Schienenrades derart
gewählt ist, daß eine Selbsthemmung eintritt, so daß bei Belastung sich ein Preßsitz
ergibt, der die Schraubverbindungen weitgehend entlastet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Auflagefläche der
Radscheibe im Ubergangsbereich zum angeformten Schenkel eine ringförmige Ausnehmung
und der Ansatz eine komplementär ausgebildete Wulst auf, so daß für sehr hohe axiale
Beanspruchungen ein Formschluß zur Aufnahme der Axialkräfte gebildet ist. Gleichzeitig
werden hierdurch die Schraubenverbindungen entlastet.
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Weitere Vorteile und Merkmale werden anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eisen Radialschnitt eines ersten
Ausfi:irungsbeispieles im Ausschnitt; Fig. 2 eine Draufsicht in Pfeilrichtung der
Fig. 1 auf den lösbaren Felgenring im unverspannten Zustand; Fig. - den erfindungsgemäßen
Felgenring im zusammengepreßten Zustand; Fig. 4 u. 5 den Zusammenbau des erfindungsgemäßen
Schienenrades nach Fig. 1 und die dabei auftretenden Verformungen der Gummikörper;
Fig. 6 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Schienenrades nach Fig. 1 im Ausschnitt;
Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenrades; Fig.
8 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenrades.
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In Fig. 1 weist der Radreifen 1 auf seiner der Radscheibe 2 zugewandten
Innenseite eine umlaufende Schulter , auf, mit einem in Richtung zur Radscheibe
angeformten Steg 4.
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Die Breite der Schulter ist geringer als die Breite des Radreifens,
so daß auf beiden Seiten kreisringförmige Rücksprünge 5 bzw. 6 gebildet sind, die
die Enden der Schenkel 7 und 8 der Radfelge aufnehmen und auf diese Weise Anschläge
für die maximal zulässigen Auslenkungen des
Radreifens zur Radscheibe
bilden. Der Schenkel 7 ist an der Radscheibe 2 unter Ausbildung einer sich in axialer
Richtung erstreckenden Auflagefläche 9 für den umlaufenden Ansatz 10 des Felgenringes
11 ausgebildet. Die Radfelge wird demnach von den Schenkeln 7,8 sowie von dem umlaufenden
Ansatz 10 gebildet. Der Felgenring 11 und der umlaufende Ansatz 10 laufen radialer
Richtung in einen scheibenförmigen Flansch 12 aus, der Bohrungen aufweist, die mit
Bohrungen der Radscheibe zur Deckung gebracht werden. Hindurchgeführte Schraubbolzen
1) mit Muttern 14 bilden die lösbare Verbindung zwischen dem Radreifen und der Radscheibe.
Die Auflagefläche 9 der Radscheibe für den Ansatz 10 bildet eine in Richtung zum
Schenkel 7 ansteigende und zur axialen Richtung rotations symmetris ch ausgebildete
Kegelfläche, wobei die ihr zugewandte Seite des umlaufenden Ansatzes 10 ebenfalls
dazu komplementär als Kegelfläche ausgebildet ist. Der Steg 4 hat einen in etwa
in axialer Richtung trapezförmigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten (abgerundete
Umrißlinie) und ist mit seiner schäleren Basislinie an die Innenseite des Rad--reifens
angeformt, wobei die zu beiden Seiten des Steges ausgehenden Flanken 15 und 16 der
Schulter 3 zur Mittelebene des Steges geneigt sind und die Ubergangszone zum Steg
ebenfalls abgerundet ist.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich,weisen der Felgenring 11 sowie der angeformte
umlaufende Ansatz einen gemeinsamen radialen Schlitz 17 auf, der in Fig. 2 in unverspanntem
Zustand des Felgenringes dargestellt ist. Die Gummikörper sind in Form von zwei
Ringen 18 bzw. 19 auf beiden Seiten des Steges angeordnet und begrenzen mit der
abgerundeten Übergangszone der Flanken 15 und 16 mit dem Steg ringförmige Hohlräume
19', 20 sowie mit der Stirnfläche 21 des Steges und der zum Steg weisenden Fläche
22 des umlaufenden Ansatzes einen ringförmigen Hohlraum 23, in die sich die Gummikörper
bei auftretenden Belastungen hineinverformen
können. Zu den gleichen
Zwecke bildet der ringförmige Gummikörper 19 mit dem Felgenring ebenfalls einen
ringförmigen Hohlraum 25, 5-Jah-rend der ringförmige Gummikörper 18 im Bereich der
Stirnfläche 26 und der Innenseite des Schenlels 7 unter Ausbildung eines keilförmigen
Ringraumes 27 abgeschrägt ist, so daß bei axialen Beanspruchungen die Kanten des
ringförmigen Gummikörpers sich nicht in den Bereichen der Stirnflächen 26 und der
Innenseite des Schenkels 7 hineinverformen können. Zu dem gleichen Zwecke weisen
die beiden ringförmigen Gummikörper in dem Ubergangsbereich zwischen der Innenseite
der Enden der Schenkel 7 und 8 sowie der Kanten 29 und 0 der umlaufenden Schulter
Auskehlungen auf, die im verspannten Zustand eine etwa kreisbogenförmige Begrenzung
1 ergeben.
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Die Höhe des Steges 4 ist so bemessen, daß zwischen seiner Stirnkante
21 und der ihr zugewandten Fläche 22 des umlaufenden Ansatzes 10 ein Abstand a eingehalten
ist, der größer ist als der Abstand b zwischen den Stirnkanten der Schenkel 8 bzw.
7 und der Innenwandung 29 bzw. a0 der Ausnehmungen des Radreifens. Hierdurch wird
erreicht, daß bei extrem hohen radialen Belastungen, bei denen die Stirnkanten der
Schenkel 8 u. 7 auf den Flanken 29 und )0 aufstehen, stets ein Ringspalt zwischen
der Stirnkante und der ihr gegenüberliegenden Fläche des umlaufenden Ansatzes verbleibt,
so daß die ringförmigen Gummikörper 18, 19 nicht zerstört werden, falls bei ihrer
Verformung sie sich in den Spalt 2, hineinverformen. Dadurch, daß der Steg oberhalb
des Ansatzes mit seiner breiteren Basis endet, wird in dem angrenzenden Bereich
der Gummikörper die maximale Vorspannung in axialer Richtung erzeugt.
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Zum Zusammensetzen des erfindungsgemäßen Schienenrades werden zunächst
die ringförmigen Gummikörper 18, 19 in den Radreifen eingelgt, anschließend durch
eine an sich
bekannte Vorrichtung, die in die Bohrungen )2, >
des Felgenringes greift (Fig. )-), dieser unter Verringerung seines Durchmessers
zusammengezogen, so daP sich der Spalt nach Fig. > schließt, anschließend in
axialer Richtung auf die Radscheibe 2 aufgeschoben und sobald der umlaufende Ansatz
sich auf die Auflagefläche 9 aufschiebt, die Spamlvorrichtung wieder außer Tätigkeit
gesetzt, so daß sich der Schlitz öffnet. Beim weiteren Abschieben wird infolge dieser
kegelflächenartigen Ausbildung der BelgezDing auseinandergespreizt, so daß sich
der Spalt immer weiter öffnet. Hierdurch wird auf die ringförmigen Gummikörper in
radialer Richtung die radial gerichtete Vaspannung erzeugt. Beim Aufschieben werden
gleichzeitig die Gummikörper in axialer Richtung zusammengedrückt, so daß hierdurch
die axiale Vorspannung erzeugt vrird. Sobald die Bohrungen, des Felgenringes und
der Radscheibe zur Deckung gelangt sind, wird der Felgenring auf der Radscheibe
mit den Schraubbolzen 1, und Muttern 14 fest verschraubt.
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In Fig. 1 zeigen die Pfeile 35 die aufgebrachten Axialvorspannungnohne
Berücksichtigung der Reaktionskräfte an, während die Pfeile 56 die durch das Aufschieben
in axialer Richtung erzeugten Vorspannungen darstellen. Die Neigung der Kegelflächen,
d.h. ihre Offnungswinkel,sind so gewählt, daß ein selbsthemmender Sitz des Felgenringes
mit ihrem umlaufenden Ansatz auf der Radscheibe erzielt wird. Hierdurch ergibt sich
auch bei Belastung ein Presssitz, der die Schraubbolzen weitgehend entlastet.
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Fig. 4 zeigt den Querschnitt der Gummikörper in unbelastetem Zustand,
während Fig. 5 die Deformation des Querschnittes beim Aufschieben des Felgenringes,
d.h. unter der beginnenden Belastung zeigt. Die Richtungsverteilung der an den Gummikörpern
erzeugten Vorspannungen ist bestimmt einerseits durch die Abmessungen und die Querschnittsform
der Gummikörper vor ihrem Verspannen im
Radreifen, sowie von den
Abmessungen des Steges und dem Verlauf seiner Umrißlinien, und von der Ausbildung
der Flanken,der umlaufenden Schulter sowie der Neigung dieser Flanken zu den Seitenflächen
des Steges.
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Fig. 6 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen
gummigefederten Schienenrades im montierten Zustand, aus der ersichtlich ist, daß
jeder Gummikörper aus einzelnen Gummiabschnitten besteht, die unter Ausbildung von
zusätzlichen Hohlräumen aneinandergrenzen.
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In Abwandlung der Fig. 1 weist das Ausführungsbeispiel in Fig. 7 einen
auf dem umlaufenden Ansatz angeordneten in radialer Richtung geschlitzten Ringkörper
)5 von U-förmigem Querschnitt auf, der den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Schienenrades
erleichtert und insbesondere dann vorteilhaft anzuwenden ist, falls die umlaufende
Schulter keinen Steg aufweist. In diesem Falle sorgt der geschlitzte Haltering dafür,
daß die Gummikörper und der Radreifen,mit ihm eine unverlierbare Reinheit bildet,
die sehr leicht zu montieren ist.
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Die eingezeichneten Pfeile geben den jeweiligen Kräftefluß aus der
Betriebsradlas-t, der Führungskraft und dem Gleitreibu-lgsTriderstand an.
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In einer weiteren Abwandlung der Fig. 1 weist in Fig. 8 die Auflagefläche
9 der Radscheibe für den umlaufenden Ansatz 10 des Felgenringes im Übergangsbereich
zum Schenkel 7 eine ringförmige Ausnehmung 40 auf, zu der an der Kante des umlaufenden
Ansatzes eine komplementär dazu ausgebildete v-ulst 41 angeformt ist. Beim Zusammenbau
des erfindungsgemäßen Schienenrades, der in gleicher Weise wie in Fig. 1 erfolgt,
schnappt in der Endstellung die Wulst in die ringförmige Ausnehmung ein, so daß
ein Formschluß zur Aufnahme von AxialIiräften gebildet ist. Diese Ausführung ist
insbesondere vorteilhaft für sehr hohe Axialbeanseruchungen.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein Schienenrad geschaffen,
dessen Gummikörper sowohl radial als auch axial vorgebbare Vorspannungen aufweisen,
wobei die Beträge dieser Vorspannungen durch die entsprechende Formgebung der einzelnen
Teile vorgegeben werden kann.
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Ansprüche