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Verwendung eines schwingungsgedämpften Rades zur
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Erhöhung der Haftung zwischen Schiene und Rad bei einem Schienenfahrzeug
Bei Radsätzen für Schienenfahrzeuge ist ein wesentliches Kriterium für deren Funktionstüchtigkeit
die Haftung zwischen Rad und Schiene. Bei angetriebenen Radsätzen ist die Haftung
verantwortlich für das Zugvermögen (Traktionsfähigkeit) des Fahrzeuges, während
bei nicht angetriebenen Radsätzen die Haftung für die Laufstabilität des Fahrzeuges
verantwortlich ist. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt sowohl das Zugvermögen
als auch die Laufstabilität ab.
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Man hat versucht, das Zugvermögen des angetriebenen Fahrzeuges dadurch
zu erhöhen, daß man dem Fahrzeug Ballast auf lud. Diese Maßnahme ist sicher nur
ein Behelf, weil damit auch die Belastung für den Antrieb des Fahrzeuges und damit
auch dessen Energiebedarf vergrößert wird. Auch Werkstoffkombinationen (z.B. Eisen-Titan)
haben sich als Maßnahmen zur Erhöhung der Haftung nicht bewährt, weil sie zu teuer
sind und die so ausgelegten Partner (Rad/Schiene) zum Fressen neigen.
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Versuche, die Haftung dadurch zu erhöhen, daß die Radsätze mit gummigefederten
Rädern ausgestattet wurden, wobei zwischen der Radfelge und dem Radreifen eine Gummieinlage
aus einer Vielzahl von unter hoher Vorspannung stehenden Gummiklötzchen vorgesehen
wurde, brachten ebenfalls nicht den gewünschten Erfolg, weil bei diesen Rädern die
Einlage
danach ausgelegt war, die das Rad treffenden Stöße zu mildern
und die Lager zu stützen und einm möglichst geräuschlosen, erschütterungsfreien
Lauf des Fahrzeuges zu gewährleisten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, mit
denen die Haftreibung zwischen Rad und Schiene erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines
schwingungsgedämpften Schienenrades und/oder einer schwingungsgedämpften Schiene
zur Erhöhung der Haftreibung zwischen Schienenlauffläche und Radlauffläche bei Schienenrädern
während des Laufes, wobei das System Rad-Schiene zur Schwingungsdämpfung auf die
Eigenfrequenzen des Systems abgestimmte Schwingungsabsorber aufweist.
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Die Schwingungsabsorber können entweder am Radkörper oder an der Schiene
angekoppelt sein. Vorzugsweise bestehenadie Schwingungsabsorber aus mehreren, auf
verschiedene Eigenfrequenzen des Systems Rad-Schiene abgestimmten, in Dämpfungsmaterial
eingebetteten Zungen, die von einem gemeinsamen, am Radkörper und/oder der Schiene
befestigten Sockel getragen werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung können die Zungen aus Platten insbesondere
gleicher Höhe und Länge aber unterschiedlicher Dicke bestehen. Zweckmäßigerweise
sind die Resonanzabsorber an einem Ring befestigt, der in einer Ausdrehung des ueberganges
Radscheibe/Radkranz bzw. Radfelge eingeschrumpft ist
Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß die mit größer werdender Geschwindigkeit sich sehr
stark vermindernde Haftreibung zwischen Rad und Schiene ihre Ursache darin hat,
daß das System Schiene-Rad zu immer stärker werdenden Schwingungen angeregt wird
und diese Schwingungen dazu führen, daß in den Phasen des Auseinanderschwingens
von Rad und Schiene der Kontakt zwischen Rad und Schiene verlorengeht.
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Die Schwingungen, die dies bewirken, sind vornehmlich Schwingungen
des Rades in radialer Richtung und Vertikalschwingungen der Schiene. Die Frequenzen
dieser Eigenschwingungen liegen hauptsächlich im Gebiet der Schallschwingungen.
Durch die mit den Resonanzabsorbern am Rad und/oder der Schiene bewirkten Dämpfung
dieser Schwingungen erreicht man eine wesentliche Verbesserung der Haftreibung.
Aufgrund der verbesserten Haftreibung ergibt sich für die angetriebenen Radsätze
ein vergrößertes Zugvermögen und für die nicht angetriebenen Radsätze eine höhere
Laufstabilität. Für das angetriebene Fahrzeug bedeutet das, daß auf Ballastgewicht
zumindest teilweise verzichtet werden kann. Die Verminderung des Ballastgewichtes
wirkt sich nicht nur günstig auf den Energiebedarf des antreibenden Fahrzeuges aus,
sondern auch auf die gesamte Fahrzeugkonstruktion, die nicht länger nach dem zusätzlichen
Ballastgewicht ausgelegt zu werden braucht. Für das nicht angetriebene Fahrzeug
bedeutet die höhere Laufstabilität eine Verminderung der Belastung der Fahrzeugkonstruktion,
die deshalb ebenfalls entsprechend schwächer dimensioniert werden kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 ein Schienenrad
mit am Radkörper angebrachten Schwingungsabsorbern, Fig. 2 das Rad gemäß Fig. 1
im Schnitt nach Linie 1 - 1 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schwingungsabsorber mit zwei
Zungenpaaren in Aufsicht, Fig. 4 den Schwingungsabsorber gemäß Fig. 3 im Schnitt
nach Linie II - II der Fig. 3, Fig. 5 den Schwingungsabsorber gemäß Fig. 3 im Schnitt
nach Linie III - III der Fig. 3, Fig. 6 einen Schwingungsabsorber mit zwei Zungenpaaren
in zu Fig. 3 anderer Ausführung, Fig. 7 den Schwingungsabsorber gemäß Fig. 6 mit
Stäben als Zungen im Schnitt nach der Linie V - V der Fig. 6, Fig. 8 den Schwingungsabsorber
gemäß Fig. 6 im Schnitt nach der Linie IV - IV der Fig. 6, Fig. 9 den Schwingungsabsorber
gemäß Fig. 6 mit koaxial zueinander angeordneten Rohren als Zungen im Schnitt nach
der Linie V - V der Fig. 6 und Fig. 10 das System Rad/Schiene mit am Rad und an
der Schiene angebrachten Schwingungsabsorbern in Seitenansicht.
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Das in Fig. 1 als Vollrad ausgeführte Schienenrad besteht aus Nabe
1, die auf einer nicht dargestellten Radsatzwelle aufgeschrumpft werden kann, Radscheibe
2 und Radkranz 3.
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Radnabe 1, Radscheibe 2 und Radkranz 3 sind aus einem Stück aus Stahl
geschmiedet. Solche Räder sind in der Regel auf Achsen paarweise aufgeschrumpft.
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Der Radkranz 3 trägt auf beiden Seiten der Nabe 1 zugekehrt Ausdrehungen
4, 5, in denen jeweils ein Ring 6, 7 eingeschrumpft ist. Ín den Ringräumen, die
von den Rückseiten der Ringe 6, 7 und den Übergangsbereichen von der Radscheibe
2 in den Radkranz 3 gebildet werden, sind jeweils im Kreis angeordnete Schwingungsabsorber
8, 9 vorgesehen. Sie sind mit Schraubenbolzen 10, 11 an den Ringen 6, 7 befestigt.
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Sie sind bogenförmig gekrümmt, wobei ihr Krümmungsradius dem Radius
ihrer Befestigungsstelle am Rad entspricht.
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Jeder Schwingungsabsorber besteht aus zwei Paar Zungensätzen 15, 16,
17, 18. Die Zungen 15 bis 18 haben im wesentlichen die gleiche Länge. Sie sind voneinander
durch Zwischenlagen 12 aus Dämpfungsmaterial getrennt oder in Dämpfungsmaterial
13, 14 eingebettet. Die Zungen 15 bis 18 eines jeden Zungensatzes werden an einem
Ende von einem Sockel 19, 20 getragen.
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In den beiden Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei benachbarte
Zungensätzen einem.gemeinsamen Sockel 19, 20 zugeordnet.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bis 5 bestehen die Zungen aus
einzelnen gleich breiten, gleich langen Zungen 15 verschiedener Dicke. Im mittleren
Bereich dieser Doppelzungen werden die Zungen 15 durch Distanzplatten 21 auf Abstand
voneinander gehalten. Unterseitig und oberseitig sind zusätzlich Abdeckplatten 22,
23 vorgesehen. Die Zungenenden und die Distanz- und Abdeckplatten sind über Schweißraupen
24 miteinander zu dem Sockel 19 verbunden. Für den Schraubenbolzen 10 sind die gemeinsamen
Enden der Zungen 15, die Distanzplatten 21 und die Abdeckplatten- 22, 23 durchbohrt.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 bis 8 ist der Sockel 20 ein einheitlicher
Block, an dem die Zungen 16, die als Stäbe verschiedenen Durchmessers ausgebildet
sind, angeschweißt sind.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9 sind anstelle von Einzelstäben
konzentrisch zueinander angeordnete Rohre 17 mit einem mittleren Stab 18 vorgesehen.
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Bei allen Ausführungsbeispielen ermöglichen die Zungen verschiedener
Stärke die Abstimmung auf verschiedene Eigenfrequenzen des Systems Rad - Schiene.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 werden vorzugsweise die Schwingungen in
axialer Richtung gedämpft, wogegen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 bis 9 keine
bevorzugte Richtung der Dämpfung besteht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 tragen sowohl das Rad als
auch die Schiene Schwingungsabsorber Die Schwingungsabsorber sind so am Rad und
an der Schiene angebracht, daß sie vorzugsweise radiale und vertikale Schwingungen
dämpfen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 sind die Schwingungsabsorber nur schematisch
dargestellt. Ihre konstruktive Ausführung kann der detailliert beschriebenen Ausführung
der vorangehenden Ausführungsbeispiele entsprechen.