DE2406880A1

DE2406880A1 - Radsatz fuer ein drehgestell eines schienenfahrzeuges

Info

Publication number: DE2406880A1
Application number: DE19742406880
Authority: DE
Inventors: Helmut Licht; Erwin Dr Rer Nat Raquet; Manfred Dipl Ing Schindehuette
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG; Wegmann and Co GmbH
Current assignee: Schmiedewerke Krupp Kloeckner GmbH
Priority date: 1974-02-13
Filing date: 1974-02-13
Publication date: 1975-08-21
Also published as: US4010972A; CH576876A5; JPS5312283B2; SE7501559L; GB1484795A; DE2406880B2; DD116169A5; RO64075A; AT339950B; ATA103275A; NL7501225A; FR2260459B1; ES435508A1; FR2260459A1; IT1029412B; ES434511A1; JPS50114715A; BE824743A

Description

Γ AVBWTANW^VrSBÜRO
4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUS? · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

Anmelder: Fried. Krupp Hüttenwerke Aktiengesellschaft, 463 Bochum und
Wegmann & Co Waggonfabrik und Fahrzeugbau, 35 Kassel

Radsatz für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges

Die Erfindung betrifft einen Radsatz für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges für Fahrgeschwindigkeiten über 200 km/h, der aus einer in Achslagern des Drehgestellrahmens drehbar gelagerten Achse und drehfest auf der Achse sitzenden Rädern, die jeweils durch eine zwischen Radnabe und Radkranz angeordnete, dünne, breite, insbesondere sich etwa über die gesamte Breite der Radnabe, erstreckende gummielastische Einlage abgefedert sind.

Es ist bekannt, daß die Höchstgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges dadurch begrenzt ist, daß die Radsätze zwischen den Schienen eine hin- und hergehende Bewegung, den sogenannten Sinuslauf, ausführen. Die Wellenlänge des Sinuslaufes ist; bei den bekannten Drehgestellen unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit, so daß bei Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit sich die Frequenz der Querschwingungen des Radsatzes entsprechend erhöht. Oberhalb einer bestimmten Frequenz führen

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die Massenkräfte zu einem Aufschaukeln der Querschwingungen des Radsatzes im Gleis, und diese kritische Geschwindigkeit ist die Grenzgeschwindigkeit, die bei dem Schienenfahrzeug nicht überschritten werden darf.

Es ist bekannt, daß sich an den Radsätzen von Schienenfahrzeugen durch den natürlichen Verschleiß ein ganz bestimmtes Profil herausbildet, welches praktisch unabhängig vom Ausgangsprofil der Laufflächen ist. Dieses natürliche Verschleißprofil ist konturstabil, so daß sehr große Laufwege ohne Profilkorrekturen erreichbar sind. Ein von dem Verschleißprofil abweichendes Profil mit flacher Kegelneigung ergibt zwar eine Verlängerung der Wellenlänge des Sinuslaufes und damit eine Erhöhung der Grenzgeschwindigkeit, die Radkränze nehmen aber nach verhältnismäßig kurzer Fahrstrecke das natürliche Verschleißprofil an und müssen deshalb häufig abgedreht oder abgeschliffen werden. Will man mit einem Fahrzeug mehrere hunderttausend Kilometer ohne Profilkorrekturen fahren, dann ist das natürliche Verschleißprofil eine gegebene Größe, die nicht geändert werden kann.

Es ist bekannt, daß die Querschwingungen des Radsatzes dadurch vermindert und die kritische Geschwindigkeit entsprechend erhöht werden können,wenn das Drehgestell mit dem Wagenkasten über eine Drehhemmung verbunden ist, durch die die Drehschwingungen des Drehgestellrahmens um seine senkrechte Achse gedämpft werden. Es ist ferner bekannt, die Länge des Sinuslaufes dadurch zu strecken, daß die Radsätze im Drehgestell bzw. am Wagen so gelagert sind, daß Bewegungen der Radachslager in Fahrtrichtung hohe Kräfte entgegenwirken, d.h. die Federkonstante in Fahrtrichtung groß ist.

Es wurde von einer der beiden Anmelderinnen bereits vorgeschlagen, den Sinuslauf dadurch noch weiter zu strecken, daß bei in Fahrtrichtung steif, entweder direkt am Wagenkasten

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oder in einem mit dem Wagenkasten über eine Drehhemmung verbundenen Drehgestell gelagerten Radsätze die Radkränze mit den Radnaben in Umfangsrichtung elastisch verbunden sind, so daß die Radkränze sich gegenüber der Radsatzachse gegen eine elas-tische Gegenkraft verdrehen können.

Versuche, dieses Ziel mit einem mit bekannten gummigefederten Rädern bekanntenRadsatz zu erreichen, brachten nicht den gewünschten Erfolg, weil bei diesen Rädern die Zwischeneinlagen danach ausgelegt waren, die das Rad treffenden Stöße zu mildern, um die Lager zu schützen und einen möglichst geräuschlosen und erschütterungsfreien Lauf der Fahrzeuge zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radsatz für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges zu schaffen, der sowohl bei einfachen Drehgestellen als auch bei Drehgestellen mit Drehhemmung wesentlich höhere Geschwindigkeiten des Schienenfahrzeuges als bisher bei geringem Verschleiß und großer Entgleisungssxeherheit zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Radsatz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die gummielastische Einlage zur Erzielung einer kleinen tangentialen sowie großen radialen und axialen Federsteifigkeit eine kleine Höhe in radialer Richtung hat und in der Nähe der Nabenbohrung angeordnet ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man zur Beseitigung bzw. wesentlichen Minderung der störenden Schwingungen ein torsionselastisches Rad mit großer axialer und radialer Federsteifigkeit braucht. Die Torsionselastizität (kleine tangentiale Federsteifigkeit·) erzielt man beim erfindungsgemäßen Rad dadurch, daß die gummielastische Einlage bezüglich

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des Freiheitsgrades in tangentialer Richtung nur auf Scherung und wegen des als Hebelarm wirkenden großen Radius des Laufkreises des Rades mit großer Kraft beansprucht wird. Bezüglich der beiden anderen Preiheitsgrade wird die Gummieinlage im wesentlichen nur auf Druck beansprucht. Da in Richtung des Druckes die Gummieinlage nur wenig nachgeben kann, weil sie eine kleine Höhe hat und gegebenenfalls im Ausweichen . durch die besondere Form der Anlageflächen des Rades eingeschränkt ist, ergibt sich für das Rad eine große radiale und axiale Federsteifigkeit. Mit den bekannten gummigefederten Schienenrädern, bei denen die Gummieinlage in Radkranznähe oder Radscheibenmitte angeordnet war, konnte die Aufgabe der Erfindung nicht gelöst werden, weil diese Schienenräder nicht gleichzeitig eine kleine tangentiale sowie große axiale und radiale Federsteifigkeit aufwiesen.

Unter "kleiner Höhe" wird eine im Verhältnis zum Raddurchmesser kleine Höhe verstanden. Vorzugsweise beträgt sie 0,5 bis k%_f insbesondere 2% des Radhalbmessers,

Die gummielastische Einlage kann verschiedene Formen haben. Vorzugsweise ist sie im axialen Querschnitt wellenförmig, zick-zackförmig, bogenförmig oder V-förmig. Eine so geformte Einlage stellt sicher, daß bei achsparallelen Kräften in der einen oder der anderen entgegengesetzten Richtung die Einlage in jedem Fall auf Druck beansprucht wird.

Bei einer solchen Ausbildung der Einlage, die über ihre Breite in Achsrichtung in einem unterschiedlichen Abstand von der Radachse angeordnet ist, kann eine Vergleichmäßigung ihrer Scherbeanspruchung dadurch erzielt werden, daß die Höhe der Gummieinlage über die Nabenbreite derart unterschiedlich ist, daß sie mit zunehmendem Abstand von der Radachse zunimmt.

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Damit in jedem Fall gewährleistet ist, daß die Einlage im Betrieb nicht verrutscht, ist sie zweckmäßigerweise an ihrer Innen- und Außenseite am Rad befestigt, insbesondere festgeklebt oder festvulkanisiert.

Der Zusammenbau des Rades unter Aufbringung einer Vorspannung ist besonders einfach, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Einlage zwischen einem ringförmigen inneren Teil und einem äußeren, sich aus einzelnen Kreissegmenten zusammensetzenden zweiten Teil befindet, wobei die Segmente des zweiten Teils mit Preßsitz im Rad angeordnet sind.

Diese Ausbildung der Erfindung ist besonders dann von Vorteil, ■wenn die Einlage auf der gesamten Innen- und Außenseite am Rad festvulkanisiert sein soll. Der Zusammenbau des Rades erfolgt dann vorzugsweise in der Weise, daß vor dem Einsetzen der beiden die gummielastische Einlage erfassenden Teile der von diesen Teilen gebildete Ringspalt mit gummielastischem Material ausgegossen wird, wobei zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Segmente ein Spalt belassen wird, der nicht mit dem gummielastischen Material ausgefüllt wird und der beim Einsetzen der Teile in das Rad zur Erzeugung einer Vorspannung in der Einlage wesentlich, insbesondere bis auf Null, verkleinert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Radsatz mti auf der Radsatzwelle drehfest sitzenden Rädern,

Fig. 2 ein Rad des Radsatzes gemäß Fig. 1 im halben Axialschnitt,

Fig. 3 das Rad gemäß Fig. 2 im Teilquerschnitt nach Linie I-I der Fig. 2

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Jeder der Radsätze eines Drehgestells besteht aus einer Radachse 1 und zwei auf der Radachse 1 drehfest, z.B. durch Preßsitz oder Schrumpfsitz, sitzenden gummigefederten Rädern 2. Damit die Räder 2 sich drehen können, sind die Radachsen 1 in den Lagern des Drehgestellrahmens drehbar gelagert.

Jedes Rad 2 besteht aus einem Radkranz 3, einer Radscheibe und einer Radnabe 5. In der Radnabe 5 ist in einem konzentrisch zur Radachse 1 angeordneten, sich über die gesamte Breite der Radnabe 5 erstreckenden Ringspalt 6 eine Einlage 7 aus gummielastischem Material eingebettet. Sie ist dünn und derart angeordnet, daß sie eine kleine radiale Höhe H hat. Die radiale Höhe H beträgt etwa 0,5 bis 4 % des Radhalbmessers. Sie besteht aus einem Material mit einer Härte von 40. bis 80 Shore. Dadurch, daß die Einlage 7 sich in unmittelbarer Nähe der Radachse 1 befindet und wegen des wirksamen großen Hebelarmes der Radscheibe 4 mit einer großen Kraft auf Scherung beansprucht wird,, ergibt sich eine kleine tangentiale Pedersteifigkeit. Große Federsteifigkeiten ergeben sich in radialer und axialer Richtung, weil bei radial oder axial auf den Radkranz 3 einwirkenden Kräften die Einlage 7 auf Druck beansprucht wird.

Grundsätzlich ist es möglich, eine zylinderförmige Einlage zu verwenden. Vorzugsweise ist die Einlage 7 aber symmetrisch zur Mittelebene 8der Radnabe 5 gegensinnig geneigt angeordnet. Man erreicht dadurch eine günstigere Belastung der Einlage 7 auf Druck bei am Radkranz 3 angreifenden, eine Verschwenkung des Rades 2 bewirkenden achsparallelen Kräften. Die symmetrische Anordnung der Einlage 7 bei gleichzeitiger geneigter Lage läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. Im Ausführungsbeispiel ist die Einlage 7 im axialen Querschnitt V-förmig. Möglich ist aber auch eine bogenförmige Einlage 7, eine gewellte Einlage 7 oder eine zick-zackförmig verlaufende Einlage 7· Der Grad der Neigung

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richtet sich nach den gewünschten Federsteifigkeiten in den verschiedenen Richtungen.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Radnabe 5 mehrteilig ausgeführt. Sie besteht aus einem inneren einstückigen ringförmigen Teil 93 einem äußeren, sich aus mehreren Segmenten zusammensetzenden Teil 10 und einem die Segmente zusammenhaltenden Teil 11 am inneren Rand der Radscheibe 4. Zwischen dem inneren Teil 9 und dem äußeren Teil 10 ist die Einlage 7 unter einer erheblichen Vorspannung eingebettet. Die Vorspannung bewirkt, daß das Teil 10 mit Preßsitz dreh- und axialfest im Teil 11 gehalten ist.

Der Nabenbereich kann statt der bevorzugten beschriebenen Ausführungsform auch anders ausgebildet sein. Z.B. kann der äußere Teil 10 und der ihn umgebende Teil 11 einstückig sein, während der innere Teil aus zwei ringförmigen Teilen besteht, die zu einem dem Teil 9 entsprechenden Teil axial zusammensetzbar sind. Die oben im einzelnen beschriebene Ausführungsform ist aber günstiger, weil sie bei einfacher Montage und " sicherem Zusammenhalt eine hohe Vorspannung der gummielastischen Einlage ermöglicht.

Der Zusammenbau des Rades 2 erfolgt auf folgende Weise: Zunächst werden die einzelnen Segmente des äußeren Teils unter Distanz ihrer benachbarten Stirnseiten zu einem Ring zusammengestellt, in dessen Mitte koaxial das innere Teil 9 sich befindet. Damit die Segmente stirnseitig auf Distanz bleiben, befinden sich zwischen ihren Stirnseiten Distanzscheiben.

Wenn die Segmente auf Distanz liegen, wird der von dem inneren Teil 9 und dem äußeren Teil 10 gebildete Ringspalt mit

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gummie last is chem Material zuijBildung der gummielastischen Einlage 7 ausgegossen. Diese Einlage 7 ist dann an das innere bzw. das äußere Teil 9, 10 festvulkanisiert. Die Distanzscheiben zwischen den Stirnseiten der einzelnen Segmente ragen innenseitig etwas in den Ringspalt hinein, so daß sie im Bereich der aneinanderstoßenden Stirnseiten im gummielastischen Material Einschnitte geringer Tiefe bilden. Diese Einschnitte ermöglichen nach Entfernen der Distanzscheiben das Komprimieren der gummielastischen Einlage 7, ohne daß es zu Scherbeanspruchungen der gummielastischen Einlage 7 im Bereich der Stirnseiten kommt Nach Entfernen der Distanzscheiben werden die über die gummielastische Einlage 7 miteinander verbundenen Teile 9» 10 in das Rad 2 eingesetzt, wobei durch radialen Druck auf die Segmente der Durchmesser des äußeren Teils 10 so weit verkleinert wird, daß das Teil 10 in das Teil 11 eingeschoben werden kann. Die Vorspannung in der gummielastischen Einlage 7 bewirkt, daß das äußere Teil 10 in tangentialer und axialer Richtung fest in dem Teil 11 sitzt.

Ansprüche:

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Claims

24Q6880 - 9 Ansprüche:

1. sRadsatz für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges, insbe- ^^^/sondere eines Schienenfahrzeuges für Geschwindigkeiten über 200 km/h, bestehend aus einer in Achslagern des Drehgestellrahmens drehbar lagerbaren Achse und drehfest auf der Achse sitzenden Rädern, die jeweils durch eine zwischen Radnabe und Radkranz angeordnete, dünne, breite, insbesondere sich etwa über die gesamte Breite der Radnabe erstreckende gummielastische Einlage abgefedert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gummielastische Einlage (7) zur Erzielung einer kleinen tangentialen sowie großen radialen und axialen Pedersteifigkeit eine kleine Höhe (H) in radialer Richtung hat und in der Nähe der Nabenbohrung angeordnet ist.

2. Radsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) etwa 0,5 bis 4 %, insbesondere 2 % des Radhalbmessers beträgt.

3. Radsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (7) im axial- radialen Querschnitt wellenförmig, ziek-zackförmig, bogenförmige oder V-förmig ist.

4. Radsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung der Scherbeanspruchung der in einem unterschiedlichen Abstand von der Radachse (1) angeordneten gummielastischen Einlage (7) die Höhe (H) der Einlage (7) über die Breite der Radnabe (5) derart unterschiedlich ist, daß sie mit zunehmendem Abstand von der Radachse (1) zunimmt.

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5. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die gummielastische Einlage (7) an ihrer Innen und Außenseite am Rad (2) rutschfest befestigt, insbesondere festvulkanisiert oder festgeklebt ist.

6. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5s dadurch gekennzeichnet, daß die gummielastische Einlage (7) zwischen einem ringförmigen inneren Teil (9) und einem äußeren, sich aus einzelnen Kreisringsegmenten zusammensetzenden zweiten Teil (10) angeordnet ist, wobei die Segmente des zweiten Teils (10) mit Preßsitz im Rad (2) angeordnet sind.

7. Verfahren zum Zusammenbau eines Rades gemäß Anspruch 4 und 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen der beiden die gummielastische Einlage (7) einfassenden Teile (9₃1O) der von diesen Teilen (9_s10) gebildete Ringspalt mit gummielastischem Material ausgegossen wird, wobei zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Segmente jeweils ein ^aIt belassen wird, der nicht mit dem gummielastischen Material ausgefüllt wird und der beim Einsetzen der Teile (9>10) in das Rad (2) zur Erzeugung einer Vorspannung in der Einlage (7) wesentlich, insbesondere bis auf Null, verkleinert wird.

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