DE2428078B2

DE2428078B2 - Radsatz für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2428078B2
Application number: DE2428078A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 3502 Vellmar Thum
Original assignee: Wegmann and Co GmbH
Current assignee: Wegmann and Co GmbH
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1974-06-11
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2428078C3; DE2428078A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Radsatz für Schienenfahrzeuge mit drehfest auf der Achswelle sitzenden Radkörpern, insbesondere einen Radsatz mit Verschleißprofilen an den Radreifen.

Unter einem Verschleißprofil wird dabei ein Profil verstanden, das von Anfang an dem Profil entspricht, das sich durch den natürlichen Verschleiß im Laufe der Zeit einstellt. Derartige Verschleißprofile werden von vielen Eisenbahngesellschaften heuzutage als Einheitsradprofile vorgeschrieben.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Radsatz, bei dem der Spurkranz von Radreifen getrennt angeordnet und starr mit dem Radkörper verbunden ist, während der Radreifen als Laufring ausgebildet ist und zwischen Radreifen und Radkörper eine aus im Querschnitt im wesentlichen V-förmig ausgebildeten Gummikörpern aufgebaute Federung angeordnet ist, durch die der Radreifen tangential, radial, axial und kardanisch zum Radkörper federnd gelagert ist. Ein solcher Radsatz ist an sich bekannt und beispielsweise in der FR-PS 36 170 und der FR-PS 10 46 755 beschrieben.

Dieser bekannte Radsatz weist den Nachteil auf, daß die Radreifen bei hohen Geschwindigkeiten zum Flattern neigen und keine Stabilisierung des Sinuslaufes durch die Radreifen erfolgt

In der GB-PS 4 17 817 ist weiterhin ein Radsatz beschrieben bei dem die Spurkränze über Gummikörper federnd gegenüber der Achswelle gelagert sind. Bei diesem bekannten Radsatz sind also die Spurkränze nicht starr mit dem Radkörper verbunden. Ein derartiger Radsatz ist für hohe Geschwindigkeiten im Eisenbahnbetrieb nicht verwendbar.

Bei einem weiteren, in der US-PS 19 82 043 beschriebenen Radsatz sind die Spurkränze fest mit dem Radreifen verbunden, der seinerseits über ein Gummiteil mit dem Radkörper verbunden ist. Bei diesem Radsatz entstehen große unabgefederte Massen, und ein veränderliches Spurmaß beim Anlaufen der Spurkränze gegen die Schienen. Weiterhin kann bei diesem bekannten Radsatz der Radkranz nur radial einfedern. Es erfolgt keine Schwingungsdämpfung in axialer Richtung und es ist keine Vorspureinstellung des Sinuslaufes möglich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin, einen Radsatz der oben angegebenen Art zu schaffen, der für sehr hohe Fahrgeschwindigkeiten geeignet ist, ohne daß ein Flattern der Radreifen auftritt und bei dem der Sinuslauf stabilisiert wird. Weiterhin sollte der Laufring auf eine Vorspur eingestellt sein und eine einfache Montage des Laufringes, die eine sichere Verbindung schafft, ermöglicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Radsatz der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Gummikörper so angeordnet sind, daß ihre senkrechte Mittelebene gegen den Radaufstandspunkt am Laufring axial nach außen versetzt ist, wobei der Betrag der Versetzung größer oder gleich dem Spurspiel des Radsatzes im Spurkanal ist und die Gummikörper am Radumfang zwischen dem Laufring und dem Radkörper segmentförmig angeordnet und durch einen konischen Spannring axial und radial vorgespannt sind, wobei der Spannring durch einen Sprengring im Radkörper axial festgelegt ist.

Durch diese außermittige Anordnung der Federung wird ein kardanisches Moment erzeugt, das den Laufring auf eine Vorspur von ca. 0,1° einstellt. Durch die segmentförmig angeordneten Gummikörper wird erreicht, daß zwischen den einzelnen Segmenten ein Luftdurchtritt möglich ist, der zur Kühlung der Anordnung beiträgt. Die durch den Spannring an den Gummikörpern erzeugte Vorspannung bewirkt eine

so sichere Verbindung der zusammengefügten Teile. Ein Losrütteln durch Schwingungen, wie dies bei Schraubenverbindungen möglich ist, kann nicht auftreten. Außerdem ist bei dieser Befestigungsart eine einfache Montage des Laufringes und der Gummikörper mit Hilfe einer normalen Vertikalpresse möglich.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der tangentiale Federkennwert am Radaufstandspunkt des Laufringes 350 bis 500 kp/mm beträgt. Hierdurch wird ein Wegausgleich beim Wenden des Radsatzes während des Sinuslaufes erreicht mit der Wirkung, daß die Wellenlänge des Sinuslaufes gestreckt und seine Frequenz gesenkt wird. Insbesondere durch die Kombination der Maßnahmen, Vorspur und Wegausgleich in der oben angegebenen Weise wird eine Stabilisierung der Radsatzbewegung erreicht, durch die Fahrgeschwindigkeiten bis 350 km/h ermöglicht werden.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform

des Gegenstandes der Erfindung ist der Sprengring in einer umlaufenden Nute des Radkörpers und in einer dieser gegenüberliegenden Nute des Spannringes durch den Axialdruck der vorgespannten Gummikörper und radial festgelegt Weiterhin hat es sich noch als vorteilhaft erwiesen, wenn in jedem Gummikörper mindestens ein die radiale, axiale und kardanische Federsteife erhöhendes Metallblech angeordnet ist, das gleichzeitig zur besseren Wärmeabfuhr dient.

Der erfindungsgemäße Radsatz hat neben den bereits erwähnten Vorteilen noch den weiteren Vorteil, daß durch das infolge der außermittigen Anordnung der Federung auftretende Moment aus Radlast, Reibungskoeffizient und der obengenannten Versetzung der Laufring so in Sturzstellung gebracht wird, daß er sich immer dem Schienenkopf anschmiegt Dadurch wird die Schmiegung Rad-Schiene verbessert und weitgehend unabhängig von der Spurweite und Schienenneigung gemacht Die ursprüngliche Profilform des Rades bleibt weitgehend erhalten und der Verschleiß wird infolge der breiteren Beriihrungszone zwischen Laufring und Schiene herabgesetzt. Insbesondere der Verschleiß der Spurkränze und die Riffelbiidung der Schienen werden vermindert

Im folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung näher erläutert

F i g. 1 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung einen Radsatz für ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung,

Fig.2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Teil des in F i g. 1 geschnittenen Teiles,

Fig.3 ist ein Schnitt nach der Linie X-Yin Fig.2 durch das ganze Rad,

F i g. 4 ist eine Darstellung analog F i g. 2 im Zustand der Montage des Radsatzes,

F i g. 5 zeigt ein Einheitsradprofil.

Der in den F i g. 1 bis 5 dargestellte Radsatz soll mit einem Verschleißprofil ausgerüstet sein, wie es in F i g. 5 näher dargestellt ist und vom Internationalen Eisenbahnverband (UIC) derzeit empfohlen wird.

Bei dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Radsatz sitzen die Radkörper 4 drehfest auf der sie verbindenden Achswelle 12. Mit den Radkörpern 4 sind jeweils die Spurkränze 3 in der insbesondere aus den F i g. 1 und 2 ersichtlichen Weise einstückig verbunden. Durch den Abstand der Innenflächen der Spurkränze 3 ist das Spurmaß S(Fig. 1) gegeben. An dem Radkörper 4 ist jeweils ein Laufring 1 angeordnet, dessen Außenfläche die eigentliche Lauffläche des Rades darstellt. Wie aus einem Vergleich der F i g. 2 und 5 entnommen werden kann, wird der Bereich der Punkte A\ bis Di des Verschleißprofiles von der äußeren Oberfläche des Laufringes 1 dargestellt, während der Bereicii zwischen den Punkten D\ bis H₂ von der äußeren Oberfläche des fest mit dem Radkörper 4 verbundenen Spurkranzes 3 gebildet wird.

Zwischen dem Laufring 1 und dem Radkörper 4 sind, wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, Gummikörper 2 angeordnet die im Querschnitt V-förmig ausgebildet sind. Durch die Gummikörper 2 wird der Laufring 1 tangential, radial, axial und kardanisch gegen den Radkörper 4 federnd abgestützt. Durch die besondere Ausbildung und Anordnung dieser Gummikörper 2 wird erreicht, daß die Federhärte radial, axial und kardanisch wesentlich größer ist als tangential, zur noch weiteren Erhöhung der radialen, axialen und kardanischen Federsteife sind die Gummikörper 2 weiterhin mit einem einvulkanisierten Metallblech 10, das ebenfalls V-förmig ausgebildet ist, versehen. An der Außenseite werden die Gummikörper 2 durch einen konischen Spannring 5 (s. Fig.2) gehalten und in axialer und radialer Richtung vorgespannt. Der Spannring 5 isi durch einen Sprengring 6 axial festgelegt, der in einer umlaufenden Nute 7 des Radkörpers 4 und in einer dieser gegenüberliegenden Nute 8 des Spannringes 5 durch die Vorspannung des Gummikörpers 2 in axialer

ίο und radialer Richtung festgehalten wird.

Die Montage des Spannringes 5 ist in Fig.4 dargestellt. Zur Montage wird das Rad mit der Innenseite des Spurkranzes 3 auf eine ebene Unterlage 14 aufgelegt Der Laufring 1 mit den zwischen Laufring und Radkörper 4 angeordneten Gummikörpern 2 wird so aufgesetzt, daß die eine Außenfläche 2a der Gummikörper 2 jeweils auf einer inneren Schrägfläche 4a des Radkörpers 4 liegt. Sodann wird der Spannring 5 auf die äußere Schrägfläche 26 des Gummikörpers 2 aufgesetzt und mittels einer Presse in Pfeilrichtung A nach unten gedrückt Der Sprengring 6 ist dabei in einer zusätzlichen Nute 9 des Spannringes A angeordnet und wird durch eine zusätzliche Schrägfläche 11 an der Außenseite des Radkörpers 4 beim Eindrücken des Spannringes 5 in die Nute 9 hineingedrückt, so daß der Spannring 5 bis in eine Stellung hineingedrückt werden kann, in der sich die Nuten 7 und 9 direkt gegenüberliegen. In dieser Stellung rastet der Sprengring 6 in die Nute 7 ein.

jo Gleichzeitig mit der Bewegung des Spannringes 5 in Richtung A werden auch der Laufring 1 und die Gummikörper 2 in diese Richtung verschoben. Gleichzeitig werden die Gummikörper 2 in radialer und axialer Richtung vorgespannt Nach dem Einrasten des Sprengringes 6 in die Nute 7 wird der Spannring 5 durch die entstehenden Federkräfte in die in F i g. 2 dargestellte Stellung zurückgedrückt und bleibt in dieser fixiert.

Durch den V-förmigen Querschnitt der Gummikörper 2 zusammen mit dem einvulkanisierten Metallblech 10 wird erreicht, daß die Gummikörper 2 relativ geringe Tangentialsteifigkeit bei hoher axialer, radialer und kardanischer Steifigkeit aufweisen. Dies ist die Voraussetzung zur Stabilisierung der Radsatzbewegung und Anhebung der Geschwindigkeitsgrenze. Außerdem ist eine ausreichende Horizontal- und Vertikalabfederung sichergestellt zum Abbau der Beschleunigungsspitzen beim Überfahren von Gleisstörstellen bereits an der Störquelle, d. h. an der Berührungsstelle zwischen Laufring 1 und Schiene 13.

so Nachstehend sind als Beispiel die Federkennungswerte am Radaufstandspunkt B (F i g. 2) bei zwei verschiedenen Gummikörperarten angegeben:

1. Gummikörper mit einer Härte von ca. 60 sh

Tangential Ct= 500 kp/mm
Radial Cr= 5000 kp/mm
Axial C_A = 2800 kp/mm

2. Gummikörper mit einer Härte von ca. 50 sh

Tangential Cr= 350 kp/rnm

Radial Cr= 3500 kp/mm

Axial Ca = 2000 kp/mm

Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind Laufring 1 und Gummikörper 2 so angeordnet, daß die Längsmittelebene Z-Z der Gummikörper 2 gegen den Radaufstandspunkt B nach außen um den Betrag e versetzt ist. Dies hat zur Folge, daß um die Z-Achse der Gummikörper 2 ein Moment Q χ μ χ e entsteht, das den Laufring 1 auf

eine Vorspur von ca. 0,1° einstellt (Q= Radlast, μ = Reibungskoeffizient Rad/Schiene).

Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist der Laufring 1 so angeordnet daß zwischen ihm und dem Spurkranz 3 ein schmaler Spalt der Größe a freibleibt. Bei der Bewegung des Radsatzes tritt daher die Luft von außen in Pfeilrichtung »ein« zwischen den einzelnen Segmenten der Gummikörper 2 hindurch, umströmt dabei die Gummikörper 2 der Federung und tritt schließlich in Pfeilrichtung »aus« durch den Spalt zwischen Spurkranz 3 und Laufring 1 wieder aus. Auf diese Weise wird eine gute Kühlung der Federung sichergestellt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radsatz für Schienenfahrzeuge mit drehfest auf der Achswelle sitzenden Radkörpern, insbesondere Radsatz mit einem Verschleißprofil an den Radreifen, bei dem der Spurkranz vom Radreifen getrennt angeordnet und starr mit dem Radkörper verbunden ist, während der Radreifen als Laufring ausgebildet ist und zwischen Radreifen und Radkörper eine aus im Querschnitt im wesentlichen V-förmig ausgebildeten Gummikörpern aufgebaute Federung angeordnet ist, durch die der Radreifen tangential, radial, axial und kardanisch zum Radkörper federnd gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummikörper (2) so angeordnet sind, daß ihre senkrechte Mittelebene (Z-Z) gegen den Radaufstandspunkt (B) am Laufring axial nach außen versetzt ist, wobei der Betrag (e) der Versetzung größer oder gleich dem Spurspiel des Radsatzes im Spurkanal ist und die Gummikörper am Radumfang zwischen dem Laufring (1) und dem Radkörper (4) segmentförmig angeordnet und durch einen konischen Spannring (5) axial und radial vorgespannt sind, wobei der Spannring durch einen Sprengring (6) im Radkörper axial festgelegt ist.

2. Radsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tangentiale Federkennwert am Radauf standspunkt (B) des Laufringes (1) 350 bis 500 kp/mm beträgt.

3. Radsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengring (6) in einer umlaufenden Nute (7) des Radkörpers (4) und in einer dieser gegenüberliegenden Nute (8) des Spannringes (5) durch den Axialdruck der vorgespannten Gummikörper (2) axial und radial festgelegt ist.

4. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gummikörper (2) mindestens ein die radiale, axiale und kardanische Federsteife erhöhendes Metallblech (10) angeordnet ist.