-
Schwingungsgedämpftes Laufrad
-
Die Erfindung betrifft ein schwingungsgedämpftes Laufrad mit mehreren
über dessen Umfang verteilt am Radkörper, insbesondere in dessen äußerem Bereich,
z.B. am Radkranz bzw.
-
Radreifen bzw. Radfelge angeordneten, aus Masse und Dämpfungs-Material
bestehenden Resonanzabsorbern.
-
Unter Laufrädern werden solche Räder verstanden, die sich auf einem
anderen Gegenstand abwälzen, wie z.B. Schienenräder auf Schienen oder Zahnräder
auf Zahnstangen oder anderen Zahnrädern. Im Betrieb verursachen solche Räder störende
Geräusche.
-
Bei Schienenrädern hat man versucht, die für das Kreischgeräusch verantwortlichen
axialen Schwingungen mit einem am Radkranz angebrachten Ring aus dämpfendem Material
zu därnpfen. Der, damit erzielte Effekt befriedigt aber nicht (DE-OS 1 605 065).
-
Ferner hat man versucht, die Fahrgeräusche der Schienenräder durch
in Ringnuten im Radkranz eingelagerte Dämpfungskörper oder Ringkörperteile, die
aus einzelnen Plättchen, Kreisringausschnitten oder Ringscheiben bestehen und an
ihren Anlageflächen mit einem schmiermittelartigen Werkstoff höchster Zähigkeit
überzogen sind, zu dämpfen. Auch dieser auf die Anmelderin zurückgehende Versuch
hat sich in der Praxis nicht durchsetzen können.
-
Bei einem anderen bekannten Schienenrad der eingangs genannten Art
sind die Resonanzabsorber in der Nähe des Radkranzes an der Radscheibe befestigt.
Jeder Resonanzabsorber besteht aus einem zylindrischen Gummipuffer, auf dessen Stirnfläche
zwei Metallscheiben mit eingelassenen Schraubenbolzen anvulkanisiert sind. Bei diesem
in der Praxis erprobten schwingungsgedämpften Schienenrad zeigt sich aber bereits
nach einer verhältnismäßig kurzen Betriebszeit von einem Jahr, daß die Wirksamkeit
der Dämpfung wesentlich nachließ. Aus diesem Grunde hat sich ein derart schwingungsgedämpftes
Schienenrad in der Praxis nicht durchsetzen können (Zeitschrift VDI Bd. 96, Nr.
6, 21.2.1954, Seiten 171-175).
-
Auch bei Zahnrädern treten ähnliche Schwingungsprobleme auf, die man
durch Aufbringen von dämpfenden Stoffen zu überwinden versuchte. Befriedigende Ergebnisse
wurden damit aber nicht erzielt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Resonanzabsorber für
Laufräder zu schaffen, der wirksamer und vor allen Dingen auch für eine längere
Standzeit die am Rad, insbesondere einem Zahnrad, auftretenden Schwingungen dämpft.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Resonanzabsorber
aus mehreren, durch Zwischenlagen aus Dämpfungmaterial voneinander getrennten, auf
verschiedene Eigenfrequenzen des Rades abgestimmte Zungen besteht.
-
Bei einem solchen Laufrad werden die Schwingungen auf Dauer wirksam
gedämpft.
-
Die jweils einen Satz bildenden, auf verschiedene Eigenfrequenzen
des Rades abgestimmten Zungen können auf verschiedene Art und Weise ausgebildet
sein. Nach einer ersten Ausgestaltung können die Zungen durch ringförmiges Ausdrehen
des Radkranzes bei einem Vollrad bzw. der Radfelge bei einem bereiften Rad hergestellt
sein, wobei die so entstehenden Ringe durch radiale Schnitte in einzelne, den Resonanzabsorbern
entsprechende Sätze aufgeteilt sind. Nach einer anderen Ausgestaltung
können
die Zungen durch Ausdrehen von mit Schraubenbolzen am Radreifen bzw. am Radkranz
befestigten Ringen hergestellt sein, wobei die so entstehenden Ringe durch radiale
Schnitte in einzelne, den Resonanzabsorbern entsprechende Sätze aufgeteilt sind
Nach- einer weiteren herstellungstechnisch einfacheren Ausgespaltung bestehen die
Zungen aus Platten insbesondere gleicher Höhe und Länge aber unterschiedlicher Dicke
und sind parallel oder mäanderförmig (in Reihe) auf demselben Sockel angeordnet.
-
Hierbei können die auf demselben Sockel angeordneten Zungen jeweils
einen starr am Radkörper befestigten Block bilden.
-
Die Blöcke können unmittelbar am Radkörper befestigt sen.
-
Vorzugsweise sind sie aber an einem Ring, der in einer Ausdrehung
des Radkörpers, insbesondere des Radkranzes, des Radreifens oder der Radfelge eingeschrumpft
ist, insbesondere durch Schraubverbindungen befestigt.
-
Den konstruktiven Aufwand für die Befestigung der einzelnen Sätze
von Zungen kann man gering halten, wenn man jeweils zwei benachbarte Sätze von Zungen
einem gemeinsamen Sockel zuordnet.
-
Der die plattenförmigen Zungen tragende Sockel ist vorzugsweise als
Paket aus den Zungenenden oder bei von einem gemeinsamen Sockel getragenen Doppel
zungen aus den mittleren Zungenabschnitten und insbesondere damit verschweißten
Distanzplatten und gegebenenfalls Deckplatten aufgebaut. Ein solcher Sockel ist
sowohl von der Herstellung als auch von der Montage her günstig, da nur die plattenförmigen
Zungen und die Distanzplatten aufeinander geschichtet und miteinander und dem Radkörper
verspannt zu werden brauchen.
-
An Stelle von plattenförmigen Zungen können aber auch stabförmige
Zungen, insbesondere aus Rundmaterial unterschi dlicher Abmessung, insbesondere
unterschiedlichen Durchmessers, verwendet werden. Als Stäbe eignen sich z.B. Hohlstäbe
mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere unterschiedlichem Durchmesser und/oder
unterschiedlicher Wandstärke. In einem solchen Fall können sie teilweise koaxial
zueinander und mit Abstand voneinander angeordnet werden, wobei die Zwischenräume
zwischen den Stäben mit Dämpfungsmaterial ausgefüllt und der innere Stab entweder
ein Vollstab oder ein mit Dämpfungsmaterial ausgefüllter Hohlstab ist. Obgleich
es auch hier grundsätzlich möglich ist, den Sockel aus den Stabenden bzw.
-
Stabmitten und Distanzelementen aufzubauen und miteinander zu verspannen
oder zu verschweißen, kann der Sockel auch aus einem kompakten oder gelochten Block
bestehen, an dem bzw.
-
in dem die Stäbe angeschweißt bzw. eingesteckt sind.
-
Die jeweils einen Block bildenden und über ihren Sockel starr mit
dem Radkranz bzw. dem Radreifen bzw. der Radfelge verbundenen Zungen liegen vorzugsweise
in einer Ringnut des Radkranzes bzw. Radreifens bzw. Radfelge insbesondere in Dämpfungsmaterial
eingebettet. Bei dieser Anordnung ergibt sich nicht nur ein kompakter Aufbau von
Laufrad und Resonanzabsorbern, sondern auch auf einfache Weise eine für die Ableitung
der Radschwingungen günstige Kopplung zwischen Radkranz, Radreifen oder Radfelge
und Resonanzabsorbern. Die für das Ausdrehen der Ringnuten erforderlichen zusätzlichen
Herstellungskosten fallen kaum ins Gewicht, weil das Rad ohnehin zum Zwecke des
Überdrehens der Außenkontur in eine Drehbank eingespannt werden muß. Die Ringnuten
schützen die Blöcke im Betrieb vor äußeren Einwirkungen und geben ihnen außerdem
in Verbindung mit dem sie einbettenden Dämpfungsmaterial einen guten Halt, so daß
zu ihrer Befestigung z.B. jeweils nur ein einziger mittiger Schraubenbolzen vorgesehen
zu sein braucht. Die im
Rad eingebettet angeordneten Zungen erzeugen
wegen dieser Anordnung auch keine Eigengeräusche, wie z.B. Windgeräusche.
-
Vorzugsweise ist auf jeder Seite des Radkranzes bzw. des Radreifens
bzw. der Radfelge eine Ringnut mit darin angeordneten Zungen vorgesehen. Durch diese
beidseitige Anordnung wird die Dämpfung weiter verbessert.
-
Um den durch die Ringnut gegebenen Raum optimal auszunutzen, sind
die Zungen entsprechend dem Krümmungsradius der Ringnut gekrümmt.
-
Sofern es sich um ein gummigefedertes Laufrad handelt, bei dem der
Radreifen über eine Gummieinlage mit der Radfelge verbunden ist, sind die Resonanzabsorber
am Radreifen, insbesondere in den Ringnuten, angeordnet. Die Kombination von gummigefedertem
Laufrad und am Radkörper angebrachten Resonanzabsorbern bringt besonders gute Dämpfungsergebnisse.
-
Als Material für die Zungen eignen sich Aluminium und Stahl.
-
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Laufrades mit in Ringnuten des
Radkranzes bzw. des Radreifens bzw. der Radfelge eingebetteten Resonanzabsorbern
geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß nach Befestigung der auf demselben Sockel
angeordneten Zungen in der Ringnut des Radkranzes bzw. des Radreifens bzw. der Radfelge
die verbleibenden Zwischenräume einerseits zwischen den Zungen selbst und andererseits
zwischen den Zungen und den Nutenseiten sowie dem Nutengrund mit Dämpfungsmaterial
ausgegossen werden. Als Dämpfungsmaterial wird vorzugsweise eine vor dem Aushärten
fließfähige Masse~ verwendet, die nach dem Aushärten eine plastische Masse mit einer
Shore-Härte von 20 bis 60 Shore und hoher innerer Dämpfung ergibt, wie Silikon-Kautschuk.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 ein als Vollrad
ausgebildetes Zahnrad mit seitlich am Radkranz angeordneten Zungen in Seitenansicht,
Fig. 2 einen Teil des Zahnrades gemäß Fig. 1-im Axialschnitt, Fig. 3 einen Teil
eines als bereiftes Rad ausgebildeten Zahnradsim Axialschnitt, wobei die Zungen
an der Felge angeordnet sind, Fig. 8 t ' nen Teil eines als bereiftes Rad ausgebildeten
Zahnrades im Axialschnitt, wobei die Zungen in am Radreifen befestigten, separaten
Ringen angeordnet sind, Fig. 5 einen Abschnitt eines als Vollrad ausgebildeten Zahnrades
im Bereich des Radkranzes in Seitenansicht, Fig. 6 einen Teil des Zahnrades gemäß
Fig. 5 im Axialschnitt mit zu Blöcken zusammengefaßten, zueinander mäanderförmig
angeordneten Zungensätzen, Fig. 7 einen Teil des Zahnrades gemäß Fig. 5 im Axialschnitt
mit im Unterschied zu den zueinander mäanderförmig angeordneten Zungen der Fig.
6 parallel angeordneten Zungen, Fig. 8 einen Teil des Zahnrades im Axialschnitt
ähnlich dem der Fig. 5 mit einer zu Fig. 6 und 7 abgewandelten Befestigung der zu
Blöcken zusammengefaßten Zungen,
Fig. 9 ein zu den Zahnrädern der
Fig. 1 bis 8 anderes Zahnrad mit in einer seitlichen Ringnut des Radkranzes eingebetteten
Zungen in Aufsicht, Fig. 10 einen Teil des Zahnrades gemäß Fig. 9 im Axialschnitt
nach Linie I - I, Fig. 11 einen einen Block bildenden Zungensatz in Aufsicht, Fig.
12 den Block gemäß Fig 11 im Schnitt nach Linie II-II, Fig. 13 den Block gemäß Fig.
11 im Schnitt nach Linie III - III, Fig. 14 einen weiteren einen Block bildenden
Zungensatz in Aufsicht, Fig. 15 den Block gemäß Fig. 14 im Schnitt nach Linie IV-IV,
Fig. 16 u.17 den Zungensatz gemäß Fig. 11 im Schnitt nach Linie V - V in zwei verschiedenen
Ausführungsformell, Fig. 18 ein entsprechend Fig. 5-7 ausgeführtes, als Vollrad
ausgebildetes Zahnrad, links oben im halben Axialschnitt, rechts oben im Ausschnitt
in Auf sicht, rechts Mitte die verwendeten Resonanzabsorber Typ A und Typ B in isometrischer
Darstellung, unten die Verteilung der Resonanzabsorber Typ A, B auf den Umfang-des
Rades.
-
Das in Fig. 1 dargestellte Zahnrad ist als Vollrad ausgebildet und
besteht im wesentlichen aus Nabe 1, Radscheibe 2 und dem als Zahnkranz ausgebildeten
Radkranz 3. Die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 und 4 zeigen Zahnräder, bei denen
der Radkranz in einen mit Zähnen bestückten Reifen 4 und eine Felge 5 aufgeteilt
ist.
-
Der Radkranz 3 bzw. der Radreifen 4 bzw. die Radfelge 5 tragen auf
der der Nabe 1 zugekehrten Innenseite eine Vielzahl von über den Umfang verteilt
angeordneten Resonanzabsorbern 6, die aus Zungen 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 und zwischen
ihnen angeordneten Einlagen 14 aus schwingungsdämpfendem Material bestehen. Die
einzelnen Zungen 7 bis 13 werden durch ringförmiges Ausdrehen aus dem vollen Material
des Rades hergestellt, wobei die so entstehenden Ringe anschließend durch radiale
Schnitte 6a gemäß Fig. 1 in einzelne Sätze aufgeteilt werden. Die Länge und die
Dicke der Zungen 7 bis 13 ist maßgebend für die Abstimmung auf die Eigenfrequenzen
des Rades. Die Lage der Zungen 7 bis 13 ist maßgebend für die Richtung der zu tilgenden
Schwingungen. Zur Tilgung der axialen Schwingungen sind die Zungen 7, 8, 9 vorgesehen,
die in hintereinanderliegenden radialen Ebenen angeordnet sind und in axialer Richtung
schwingen können. Für die Tilgung der radialen Schwingungen sind die Zungen 10 bis
13 vorgesehen, die in koaxialen Flächen übereinander angeordnet sind. Da in jedem
Umfangsabschnitt sowohl auf radiale als auch auf axiale Schwingungen verschiedener
Eigenfrequenzen ansprechende Zungen vorgesehen sind, werden sowohl die axialen als
auch die radialen Radschwingungen am Ort ihres Entstehens, nämlich am Radkranz und
am Radreifen, getilgt, so daß die Geräuschdämpfung optimal ist.
-
Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, können die Zungen entweder bei einem
Vollrad (Fig. 2) aus dem Radkranz, oder bei einem bereiften Rad (Fig. 3) aus der
Radfelge oder bei einem anderen bereiften Rad (Fig. 4) aus mit Schraubenbolzen am
Radreifen befestigten separaten Ringen 15 durch ringförmiges Ausdrehen und anschließendes
radiales Unterteilen hergestellt sein.
-
Bei dem Ausführungbeispiel der Fig. 5 und 6 sind die einzelnen Sätze
der Zungen nicht aus einem Stück mit dem Rad gearbeitet, sondern bilden einzelne,
am Rad befestigte Blöcke 18. Jeder
Block 18 besteht aus mehreren
Zungen 20 bis 23, die die gleiche Höhe, die gleiche Länge aber verschiedene Dicke
haben und zwischen denen jeweils eine Einlgage 24 aus schwingungsdämpfendem Material
vorgesehen ist.
-
Die Zungen 20 bis 23 sind auf die Eigenfrequenz des Rades durch die
Auswahl ihrer verschiedenen Dicken abgestimmt. Die Zungen 20 bis 23 sind mäanderförmig
übereinander auf demselben Sockel 25 angeordnet. Die so gebildeten Einzelblöcke
18 sind an einem Ring 16, der in einer Ausdrehung 17 des Radkranzes 26 eingeschrumpt
ist, mittels Schraubenbolzen 19 angeschraubt.
-
Die Blöcke 18 sind auf der Rückseite der Ringe 16 derart angeordnet,
daß die Zungen 20 bis 23 in dem freien Raum des Übergangs vom Radkranz 26 in die
Radscheibe 27 liegen, wobei die Zungenebenen zu der Radscheibenachse senkrecht liegen.
-
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist der Sockel 25 der Blöcke 18 Ansätze
25a, 25b auf, in denen die Bohrungen für die Schraubenbolzen 19 vorgesehen sind.
-
Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel der Fig, 5 und 6 können gemäß
dem Ausführungsbeispiel der Fìgr 7 die Blöcke 28 auch aus parallel zueinander angeordneten-und--über
ein gemeinsames Querhaupt mit dem Sockel 35 verbundenen Zungen 29 bis 33 bestehen,
zwischen denen Einlagen 34 aus schwingungsdämpfendem Material vorgesehen sind, Beim
Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und
6, die Blöcke 38 mäanderförmig übereinander angeordnet und durch Einlagen 44 aus
schwingungsdämpfendem Material voneinander getrennten Zungen 40 bis 43 gebildet.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 und dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 7 sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Blöcke 38 an dem Innenrand eingeschrumpfter
Ringe 36 mit Schraubenbolzen 39 befestigt. Die
Lage der einzelnen
Zungen 40 bis 43 in dem freien Raum des Übergangs vom Radkranz 26 in die Radscheibe
27 bleibt von dieser unterschiedlichen Befestigungsart unberührt.
-
Alternativ ist es auch möglich, die beschriebenen Blöcke 18, 28 mit
Schraubenbolzen unmittelbar an der Radscheibe 27, vorzugsweise in der Nähe der Felge
oder des Radkranzes 26, zu befestigen. In diesem Fall sollte der Übergangsbereich
stärker als üblich ausgedreht werden, um die Befestigung möglichst nahe an dem Radkranz
bzw. der Felge vornehmen zu können.
-
Das in den Fig. 9 bis 13 dargestellte, bevorzugte AusfAhrungsbeispiel
eines Zahnrades weist in seinem Radkranz 51 der Nabe zugekehrt auf beiden gegenüberliegenden
Seiten 52, 53 jeweils eine Ringnut 54, 55 auf. In diesen Ringnuten 54, 55 sind in
Umfang ;ichtung hintereinander eine Vielzahl von Blöcken 56 bis 58 angeordnet. Jeder
Block 56 bis 58 besteht aus mehreren plattenförmigen Zungen 61 bis 65 gleicher Länge
und Höhe aber unterschiedlicher Dicke. Die Zungen 61 bis 65 werden in der Mitte
durch kurze Distanzplatten 66 gleicher Dicke auf Abstand gehalten und durch eine
gleich kurze und gleich dicke untere Platte 67 und eine gleich kurze aber zum Zwecke
einer höheren Steifigkeit dickere obere Platte 68 abgedeckt. Die Zungen 61 bis 65
und die Distanzplatten 66 sowie die Deckplatten 67, 68 bilden ein kompaktes Paket
und werden von über die Außenränder gezogenen Schweißraupen 69 zusammengehalten.
Auf diese Weise bilden die Mittelabschnitte der Zungen 61 bis 65 mit den Distanz-
und Abdeckplatten 66 bis 68 einen starren Sockel 46 für die sonst freien Zungen
61 bis 65 der Blöcke 56 bis 58.
-
Um die derart aufgebauten Blöcke 56 bis 58 am Radkranz 51 befestigen
zu können, weisen sie im Sockel 46 eine zentrale
Bohrung 70 für
einen Schraubenbolzen 71 auf. Um jeweils mit einem einzigen Schraubenbolzen 71 die
in den Ringnuten 54, 55 jeweils gegenüberliegenden Blöcke 56 bis 58 verbinden zu
können, sind im Radkranz 51 im Bereich der Ringnuten 54, 55 verteilt angeordnete
axiale Bohrungen 72 vorgesehen. Mit ihren unteren Deckplatten 67 liegen die gegenüberliegenden
Blöcke 56 bis 58 unmittelbar auf dem Nutengrund, so daß sich durch Verspannen des
Schraubenbolzens 71 eine starre Verbindung zwischen den kompakten Sockeln 46, 47
für jeweils gegenüberliegende Blöcke und dem Radkranz 51 ergibt.
-
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, liegen die hintereinander angeordneten
Blöcke 56 bis 58 auf Lücke. Sowohl zwischen dem Nutengrund und den Blöcken 56 bis
58 als auch zwischen den Seitenwänden der Nuten 54, 55 und den Blöcken 56 bis 58
ist Abstand gelassen. Sobald die Blöcke 56 bis 58 mit den Schraubenbolzen 71 verspannt
sind, werden die Ringnuten 54, 55 mit Dämpfungsmaterial, z.B. mit Silikon-Kautschuk,
ausgegossen, das durch die Abstandslücken fließen kann und die Zwischenräume 75
zwischen den einzelnen Zungen 61 bis 65 und alle weiteren Hohlräume in den Nuten
54, 55, wie z.B. die Spalten 73, 74 zwischen den Seitenwänden der Ringnuten 54,
55 und den Außenseiten der Blöcke.56 bis 58, ausfüllt, so daß endlich die Zungen
61 bis 65 insgesamt völlig eingebettet im Dämpfungsmaterial liegen. Nach Erstarren
des fließfähigen Dämpfungsmaterials bilden die Zungen 61 bis 65 gleicher Länge und
gleicher Breite aber unterschiedlicher Dicke zusammen mit den zwischen ihnen liegenden,
aus Dämpfungsmaterial gebildeten Einlagen 75 die auf verschiedene Frequenzen abgestimmten
Resonanzabsorber.
-
Bei dem in den Fig. 14 bis lt dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Zungen entweder als parallel zueinander angeordnete
Rundstäbe
82 verschiedener Dicke (Fig. 16) oder als konzentrisch ineinander angeordnete Rohre
83 mit einem stabförmigen Kern 84 (Fig. 17) ausgebildet. Die Zungen 82 bis 84 sind
an den gegenüberliegenden Seiten des kompakten Blockes 76 angeschweißt. Der Block
76 mit den Zungen 82 bis 84 liegt in gegenüberliegenden Nuten des Zahnrades, wie
in Fig. 10 dargestellt.
-
Da die Nuten mit schwindungsdämpfendem Material völlig ausgegossen
sind, liegen die Zungen 82 bis 84 völlig eingebettet in diesem schwingungsdämpfenden
Material.
-
Bei dem in Fig. 18 dargestellten Zahnrad sind die Resonanzabsorber
vom Typ A und Typ B, wie anhand der Fig. 5 bis 7 im einzelnen erläutert, über in
Ausdrehungen des Radkranzes sitzen de Ringe mit dem Rad verbunden. Aus Fig. 18 unten
ergibt sich die Anzahl und die Verteilung der beiden verwendeten Typen A, B der
Resonanzabsorber. Auf beiden Seiten des Rades ist die dargestellte Verteilung der
Resonanzabsorber vorgesehen.