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Federung für Schienenfahrzeugräder
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Die Erfindung betrifft eine Federung für Schienenfahrzeugräder, die
aus zwischen einem Radkörper mit Spannring und einem Radreifen konzentrisch angeordneten
elastischen Formkörpern besteht.
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Unter elastischen Formkörpern sind sowohl Formkörper aus Gummimaterial
als auch solche aus Elastomeren zu verstehen.
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Gefederte Schienenräder sind an sich bereits bekannt (US-PS 623 883).
Der Radkörper weist hierbei einen bis zur Radnabe gehenden Spannring auf, der mit
dem Radkörper mittels kranzartig angeordneten Nieten verbunden ist.
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Beide begrenzen mit dem Radreifen einen konzentrischen V-förmigen
Ringraum und einen sich in Richtung zum Radreifen öffnenden Ringraum. In diesem
Ringraum ist ein ringförmiger Gummikörper eingelegt, der V-förmig abgewinkelt ist
und mit dem Spannring und dem Radkörper einen umlaufenden Hohlraum begrenzt. Der
Spannring wird beim Zusammenfügen des Schienenrades verspannt. Während dieses Verspannens
wird der Gummikörper in axialer Richtung zusammengepreßt, wobei er teilweise in
den umlaufenden Hohlraum verdrängt wird. Auf diese Weise wird die im Betrieb erforderliche
axiale Vorspannung erzeugt, jedoch ist die hierbei erzielte radiale Vorspannung
praktisch vernachlässigbar. Eine ausreichende radiale Vorspannung ist jedoch im
praktischen Betrieb unerlässlich, damit auch bei stoßartigen Belastungen in dieser
Richtung nur geringe Auslenkungen stattfinden. Ein besonderer Nachteil besteht darin,
daß bei extremer Belastung der ringförmige Gummikörper derart verformt wird,
daß
er den umlaufenden Spalt völlig ausfüllt, wobei der auf ihn ausgeübte Druck so hoch
werden kann, daß es zu Zerstörungen des Gummikörpers kommt.
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Es ist weiterhin bekannt (DT-GM 1 705 433) den Radreifen mit einem
an seiner in Richtung zum Radkörper zeigenden Innenwandung mit einem angeformten
umlaufenden Steg zu versehen, einen schlauchförmigen Gummikörper um diesen Steg
V-förmig zu falten und ihn mittels eines Spanurings zwischen dem Radreifen und dem
Radkörper zu verspannen, wobei ebenfalls ein umlaufender Luftspalt verbE.?ibt, in
den sich der Gummikörper bei Belastungen hinein verformen kann. Es treten hierbei
jedoch die gleichen Nachteile auf.
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Es ist weiterhin bekannt (GB-PS 791 371) mittels eines vom Radreifen
ausgehenden umlaufenden Steges zwei ringförmige Gummikörper voneinander zu trennen,
der in den freibleibenden Spalt zwischen den Gummikörpern und den symmetrisch aus
zwei Scheiben bestehenden Radkörper eintaucht. Die Gummikörper, getrennt durch diesen
Steg, sind in einem in Richtung des Radreifens sich öffnenden V-förmigen Ringraum
eingebracht. Beim Zusammenfügen des Rades werden die Gummikörper in axialer Richtung
zusammengepreßt, so daß hierdurch die axiale Vorspannung erzeugt wird, wobei gleichzeitig
durch die Verdrängung des Materials in die radiale Richtung im Bereich des umlaufenden
Steges die radiale Vorspannung erzeugt wird.
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Die die Gummikörper zusammenpressende Kraft muß jedoch ebenfalls sehr
hoch sein, um die Vorspannung in radialer Richtung in befriedigendem Maße erzeugen
zu können.
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Es ist weiterhin bekannt,(DT-GM 1 755 848) zwischen konzentrisch zueinander
angeordneten äußeren und inneren Metallringen jeweils einen ringförmigen Gummikörper
bzw.
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Formkörper anzuvulkanisieren und diese Bauteile mit einem
Radkörper
und einem Radreifen derart zusammenzufügen, daß nach Fertigstellung des gummigefederten
Schienenrades die beiden Gummikörper zueinander V-förmig unter Ausbildung eines
umläufenden Ringraumes angeordnet sind.
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Hierbei erfolgt beim Zusammenfügen des Rades ein Zusammenpressen der
Formkörper in axialer Richtung, wobei gleichzeitig die äußeren Metallringe auf der
kegel förmigen Bodenfläche der Innenwandung des Radreifens bis zu einem am Rande
angeformten Ansatz aufgeschoben werden.
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Es ist weiterhin bekannt (FR-PS 735 243) bei einem gummigefederten
Schienenrad drei ringförmige Formkörper vorzusehen, von denen zwei beidseitig eines
von dem Radreifen ausgehenden umlaufenden I-Profils angeordnet und mittels eines
Spannringes unter Erzeugung der axialen Vorspannungen verspannt sind, während/tte
ringförmige Formkörper zwischen dem Spannring, dem Radkörper und dem umlaufenden
I-Profil ohne Vorspannung eingelegt ist, und die radiale Federung übernimmt.
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Allen diesen bekannten Schienenrädern ist gemeinsam, daß die Formkörper
stets in axialer Richtung oder in radialer Richtung stark zusammengepreßt werden,
um eine gewisse Vorspannung in radialer bzw. axialer Richtung überhaupt erzielen
zu können. Es ist festzuhalten, daß hierdurch für alle Betriebsbedingungen gleichzeitig
ausreichende axiale und radiale Vorspannungen nicht erzeugt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federung für Schienenfahrzeugräder
der eingangs erwähnten Gattung derart auszubilden, daß die axialen und radialen
Vorspannungen beim Zusammenfügen des Schienenrades gleichzeitig für alle Betriebsbedingungen
in ausreichendem Maße aufgebracht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannring
und der Radkörper an ihren freien Rändern jeweils eine umlaufende Schulter aufweisen,
daß die Schultern als Widerlager für die anliegenden Kanten der ringförmig angeordneten
elastischen Formkörper dienen und daß der Winkel der Forskörper zwischen der außenliegenden
Freifläche und der Anlagefläche auf dem Radkörper bzw. Spannring sowie sein Gegenwinkel
im unverspannten Zustand der Formkörper kleiner als 900 sind. Durch diese Maßnahmen
wird erreicht, daß nach Einlegen der elastischen Formkörper zwischen dem Radreifen
und dem Spannring bzw. dem Radreifen und dem Radkörper diese Schultern Widerlager
bilden, gegen die die Formkörper anstehen. Beim Zusammenfügen des Rades werden Radkörper
und Spannring aufeinander zubewegt und miteinander verschraubt.
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Hierbei stützen sich die elastischen Formkörper an diesen Widerlagern
ab und werden beim Annähern von Radkörper und Spannring in axialer Richtung einer
Schubspannung unterworfen, derzufolge eine Änderung der Querschnittsfläche der elastischen
Formkörper so stattfindet, daß hierdurch gleichzeitig die Erzeugung der axialen
und radialen Vorspannungen erzielt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ragt ein umlaufender
Anschlag des Radreifens zwischen die beiden von den elastischen Formkörpern gebildeten
Ringe.
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Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel,
wobei lediglich die obere Hälfte vor dem Zusammenbau dargestellt ist, und Fig. 2
einen Abschnitt des radialen Schnittes nach Fig. 1 nach dem Zusammenbau mit den
schematisch dargestellten Spannungen in den elastischen Formkörpern derRadkerpr.
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In Figur 1 ist mit 1 der Radkörper,mit 2 der Spannring und mit 3 der
konzentrisch zu ihnen angeordnete Radreifen bezeichnet, der auf seiner Innenwandung
4 in Richtung zu dem Spannring und der Radscheibe einen umlaufenden Anschlag 5 hat.
Der Radkörper und der Spannring weisen an ihren freien Rändern jeweils eine umlaufende
Schulter 6 bzw. 7 auf. Der Radkörper weist zur Aufnahme des Spannringes einen umlaufenden
Absatz 8 mit einer als Anschlag dienenden Ringfläche 9 auf. In den umlaufenden Ringraum,
der radial von dem Radkörper mit dem Spannring und dem Radreifen begrenzt ist, sind
in zwei Ringen elastische Formkörper 10 bzw. 11 angeordnet. Diese elastischen Formkörper
eines jeden Ringes sind unter Bildung von Zwischenräumen angeordnet. Der Winkeltir
dastischen Formkörper 10 bzw. 11 zwischen der außenliegenden Freifläche 12 bzw.
13 und der Anlagefläche 14 bzw. 15 auf dem Radkörper 1 bzw. dem Spannring 2 ist
im unverspannten Zu stand der Formkörper kleiner als 900. Auch der zugeordnete Gegenwinkel
ist kleiner als 900.
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Die elastischen Formkörper haben in Figur 1 im unverspannten Zustand
im radialen Schnitt des Schienenrades 09 den Querschnitt eines irallelogramms. Sie
sind Parallelepipede. Sie werden in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise eingelegt
und stehen dann mit den betreffenden Kanten gegen die Schultern 7 bzw. 6 und den
umlaufenden Anschlag5 an. Beim Fügen des Schienenrades wird der Radreifen mittels
einer nicht dargestellten Vorrichtung in seiner Stellung fixiert und der Radkörper
und der Spannring werden in Richtung der Pfeile 16 und 17 gegeneinander angezogen.
Anschließend werden Spannring und Radscheibe miteinander verschraubt, mittels nicht
dargestellter, in die miteinander fluchtenden Bohrungen 18,19 einzuführender Schrauben.
Der Spannring steht dann gegen die als Anschlag dienende Ringfläche 9 an.
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Infolge der durch den umlaufenden Anschlag 5 und die Schultern 6,
7 gebildeten Widerlager bolzen die Formkörper auf dem Radkörper bzw. dem Spannring
und der Radscheibe in der in Fig. 1 dargesXllten Stellung fixiert. Während der anschließenden
weiteren gegenläufigen Bewegung von Radkörper und Spannring werden auf die Gummikörper
in axialer Richtung Schubspannungen ausgeübt. Hierdurch werden die Winkel < größer
und die Querschnitte der Formkörper gehen aus der in Fig. 1 dargestellten Form (Parallelepipede)
in Rechtecke über. In der Endlage nehmen die Formkörper die in Fig. 2 dargestellte
Form an, wobei gleichzeitig zwischen ihnen ein umlauf ender Luftspalt 20 gebildet
ist, in den sie sich bei Belastung verformen können.
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In Figur 2 sind schematisch die Spannungen eingetragen.
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Mit S sind die Schubspannungen, mit N die Normalspannungen und mit
D die Diagonalspannungen bezeichnet.
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In der Fig. 1 ist der Gegenwinkel genauso groß wie der WinkelS( und
deshalb ebenfalls mit mitbezeichnet.
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Erfindungsgemäß erfolgt die gleichzeitige Erzeugung von axialen und
radialen Vorspannungen durch Schubspannungen. Hierdurch wird vermieden, daß radiale
oder axiale Vorspannungen durch extrem hohe Verformungen der elastischen Formkörper
in axialer oder radialer Richtung erzeugt werden.
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Ein besonderer Vorteil des Ausführungsbeispiels ergibt sich in der
sehr einfachen Montage und Demontage des Radreifens.