DE4430342A1 - Gummigefedertes Schienenrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein aus Radkörper und Radreifen bestehendes Schienenrad mit gummielastischen Elementen, die beidseits der Radmittelebene in von einander überlappenden Anlageflächen des Radkörpers und des Radreifens begrenzten Ringräumen unter Vorspannung zwischen den Anlageflächen liegen und die axiale und radiale Bewegung zwischen Radreifen und Radkörper begrenzen.

Bei einem bekannten Schienenrad der eingangs genannten Art (DE 24 06 206 C3) ragt in eine im Querschnitt U-förmige äußere Nut des Radkörpers der Radreifen mit einem Steg hinein, so daß beidseits der Radmittelebene Ringräume für die gummielastischen Elemente gebildet sind. Diese Ringräume werden jeweils von zwei zylindrischen Anlageflächen des Radkörpers und des Radreifens einer radialen Anlagefläche des Radkörpers und einer zur Radmittelebene geneigten Anlagefläche des Steges des Radreifens begrenzt. Die gummielastischen Elemente liegen in diesen Ringräumen an allen Seiten in Anlage an den Anlageflächen. Bei einem solchen Schienenrad werden aufgrund dieser Gestaltung die gummielastischen Elemente bei Achslast im Schienenbereich im wesentlichen auf Druck belastet, während im Zenitbereich eine Entlastung der gummielastischen Elemente eintritt.

Bei einem anderen bekannten Schienenrad (DE 33 28 321 B) mit parallel zueinander und parallel zur Radebene liegenden überlappenden Teilen, die durch dazwischenliegende Gummischeiben verbunden sind, werden bei Achslast die Gummischeiben nur auf Schub beansprucht. Bei einer Überlappung, die etwa V-förmige Ringräume für die Gummischeiben oder eine Anzahl auf den entsprechenden Teilkreisen verteilte Gummikörper beidseits der Radebene aufweist, führt ein Einfedern des Schienenrades unter Last zu einer Schubbelastung und zu einer Komprimierung der Gummikörper. Die V-Form kann dabei durch zwei getrennte, entsprechend zueinander beidseits der Radebene angeordnete konische Gummischeiben, schräg zueinander angeordnete Gummikörperreihen oder über insgesamt V-förmig gestaltete Gummiringe oder V-förmig gestaltete Gummikörper gebildet sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäßen gummigefederten Schienenräder bezüglich des Fahrkomforts, den sie bieten, noch weiter zu verfeinern, wie auch das Schallabstrahlverhalten im Sinne einer möglichst geringen Geräuschentwicklung im Kontaktbereich Schiene - Rad zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flächennormalen der Anlageflächen mit einer Komponenten auf die Radachse derart gerichtet sind, daß unter einer Achslast die gummielastischen Elemente im Zenitbereich des Schienenrades über die Vorspanung hinaus komprimiert und im Schienenbereich des Schienenrades entlastet sind.

Beim Einfedern eines herkömmlichen gummigefederten Schienenrades der eingangs genannten Art werden dagegen die gummielastischen Elemente im Schienenbereich des Rades komprimiert und im Zenitbereich des Rades entlastet. Der auf den gummielastischen Elementen im Schienenbereich lastende Druck macht diese durch die Einfederung relativ steif und behindert jedenfalls die Schallabstrahlung im Berührungsbereich Rad - Schiene nicht. Das konventionelle Schienenrad ist also im Aufstandspunkt hart mit geringer axialer Einstellbarkeit.

Beim erfindungsgemäß gestalteten Schienenrad ist das Einfederungsverhalten den konventionellen Schienenrädern gegenüber entgegengesetzt. Gerade im Kontaktbereich Rad - Schiene sind die gummielastischen Elemente bei Achslast etwas entspannt und deshalb relativ weich, so daß sich für das Schienenrad ein neues, eine geringere Abstrahlung von Schall bewirkendes Verhalten ergibt und bei Kurvenfahrten weniger Kreischgeräusche entstehen. Bei Kurvenfahrten, insbesondere bei engen Kurven von Straßenbahnen, vermag der axial weiche Rad-Schiene-Kontaktbereich auch seitliche Stöße besser aufzufangen, wodurch sich der Fahrkomfort verbessert. Insgesamt läßt das erfindungsgemäß "hängende" Schienenrad demselben mehr Feiheitsgrade. Die Schwingungsanregung ist reduziert.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich das Prinzip der erfindungsgemäßen Lösung dadurch verwirklichen, daß die Anlageflächen des einen Ringraums zu denen des anderen Ringraums bezogen auf die Radmittelebene spiegelbildlich liegen und die Form von Kegelstumpfmänteln haben. Dabei wird unter "Kegelstumpfmäntel" auch ein Mantel mit einer nicht geraden, sondern gebogenen Erzeugenden verstanden. In jedem Fall ist eine Ausführung denkbar, bei der die gedachten Spitzen der Kegelstumpfmäntel voneinander weg oder aufeinander zugerichtet sind.

Vorzugsweise liegen die demselben Ringraum zugeordneten Anlageflächen einander parallel.

Die Erzeugenden der Kegelstumpfmäntel können auf den Parallelen eines äußeren und eines inneren Rhombus liegen, deren eine mit der Radachse zusammenfallende Diagonale kürzer als die andere ist.

Um die Montage des Schienenrades zu erleichtern, sollte von den Anlageflächen eine äußere Anlagefläche an einem am Radkörper bzw. Radreifen befestigbaren Ring ausgebildet sein.

Um bei einem radialen Durchfedern des Rades einen metallischen Berührungskontakt zu vermeiden, kann zwischen den Ringräumen ein weiterer axialer Ringraum zwischen dem Radkörper und dem Radreifen vorgesehen sein, in dem ein radial wirkender elastischer Anschlag mit radialem Spiel sitzt.

Um bei einem Schienenrad sowohl große Anlagefläche zu erhalten, ohne daß das Schienenrad eine zu große axiale Breite erhält, können mehrere gleichartige Ringräume mit darin angeordneten gummielastischen Elementen in verschiedenen radialen Bereichen angeordnet sein. Es ergibt sich dann ein "kaskadenförmiger" Aufbau.

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

Fig. 1 ein Schienenrad mit einem einstückigen Radreifen im axialen Querschnitt,

Fig. 2 ein Schienenrad in einer zur Fig. 1 abgewandelten Ausführung im axialen Halbquerschnitt,

Fig. 3 ein Schienenrad mit einem zweiteiligen Radreifen im axialen Querschnitt,

Fig. 4 das Schienenrad gemäß Fig. 1 im axialen Querschnitt mit ineinanderliegenden Rhomben als geometrische Orte für Anlageflächen für gummielastische Elemente,

Fig. 5 ein Schienenrad mit einer zur Fig. 1 abgewandelten Ausführung im axialen Halbquerschnitt,

Fig. 6 ein Schienenrad in einer zur Fig. 1 abgewandelten weiteren Ausführung im axialen Halbquerschnitt,

Fig. 7 ein Schienenrad in einer zu Fig. 6 abgewandelten Ausführung im axialen Halbquerschnitt und

Fig. 8 ein Schienenrad in einer zu den Fig. 1-7 abgewandelten Ausführung im axialen Halbquerschnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Schienenrad besteht aus einem Radkörper 1 und einem einstückigen Radreifen 2 sowie zwischen Radkörper 1 und Radreifen 2 unter Vorspannung eingesetzten gummielastischen Elementen 3.

Zum Radkörper 1 gehört eine Radnabe 4, in der eine als strichpunktierte Linie angedeutete Radachse 5 sitzt. Der Radkörper 1 umfaßt ferner eine Felge 6 mit einer Felgenschulter 7 und einer als ein mittels Schraubenbolzen 9 an der Felge 6 anschraubbarer Ring ausgebildeten Felgenschulter 8. Die Felgenschultern 7, 8 bilden zwischen sich eine Nut 10, in der zwei bei maximaler Durchfederung einen inneren elastischen Anschlag 11 bildende Hartgummiringe liegen.

Der Radreifen 2 weist innenseitig einen ringförmigen, im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Steg 12 auf. Dieser Steg 12 überlappt in radialer Richtung mit den Felgenschultern 7, 8. Die gummielastischen Elemente 3 liegen beidseits der Radmittelebene 13 in Ringräumen, die von am Steg 12 ausgebildeten Anlageflächen 15, 16 und Anlageflächen 7a, 8a der Felgenschultern 7, 8 begrenzt sind.

Wie vor allem aus Fig. 4 hervorgeht, liegen die Anlageflächen 7a, 8a, 15, 16 auf den Mänteln von Kegelstümpfen, deren Erzeugende auch die Parallelen eines äußeren und inneren Rhombus mit Eckpunkten A, B, C, D bzw. E, F, G, H haben. Bei dieser Ausführung ist die Lage der paarweise zugeordneten Anlageflächen 7a, 15 bzw. 8a, 16 spiegelbildlich zur Radmittelebene 13. Ihre Neigung wird dadurch bestimmt, daß die mit der Radachse 5 zusammenfallende Diagonale mit den Eckpunkten B-D bzw. F-H kleiner ist als die andere Diagonale mit den Eckpunkten A-C bzw. E-G. über die Neigung der Anlageflächen 7a, 8a, 15, 16 läßt sich die axiale und radiale Steifigkeit des Rades bestimmen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 darin, daß die Anlageflächen 7a, 8a, 15, 16 keine geraden Erzeugenden, sondern gekrümmte Erzeugende haben, d. h. ballig sind.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 nur darin, daß der Radreifen 2 aus einander aufgeschrumpften inneren und äußeren Ringen 19, 20 besteht.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen der Fig. 1-4 vor allem darin, daß eine zwischen Ringschultern 21, 22 ausgebildete Nut 14 sich am Innenrand des Radreifens befindet und ein mit den Ringschultern 21, 22 überlappender Steg 23 am Radkörper 1 ausgebildet ist. Die entsprechenden Anlageflächen 7a*, 8a*, 15*, 16* sind umgekehrt zu denen der Ausführungsbeispiele der Fig. 1-4 orientiert. Aber auch in diesem Fall ist das erfindungsgemäße Prinzip gewahrt, daß unter der besonderen Neigung der Anlageflächen 7a*, 8a*, 15*, 16* bei Achslast eine zusätzliche Kompression der gummielastischen Körper im Zenitbereich Z und eine Entlastung im Schienenbereich S stattfinden.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 6 und 7 unterscheiden sich von dem der Fig. 1 darin, daß mehrere gleichartige Ringräume mit vorgespannten gummielastischen Elementen in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Mit dieser Ausgestaltung wird eine kleine axiale Breite des Rades mit verbesserten radialen und axialen Federeigenschaften erreicht.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 unterscheidet sich von allen vorangehenden vor allem darin, daß die Anlageflächen 7a**, 8a**, 15**, 16** für die gummielastischen Elemente 3* nicht geneigt zur Radachse 5, sondern dazu parallel bzw. senkrecht liegen. Trotz dieser anderen geometrischen Gestaltung ist aber auch hier das Erfindungsprinzip gewahrt, daß die Normalen der koaxial liegenden Anlageflächen 7a**, 8a**, 15**, 16** zur Radachse 5 gerichtet sind, derart, daß bei Achslast die gummielastischen Elemente 3* im Zenitbereich Z zusätzlich druckbelastet und im Schienenbereich S druckentlastet werden.

Claims (7)

1. Aus Radkörper (1) und Radreifen (2) bestehendes Schienenrad mit gummielastischen Elementen (3, 3*), die beidseits der Radmittelebene (13) in von einander überlappenden Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15**, 16**) des Radkörpers (1) und des Radreifens (2) begrenzten Ringräumen unter Vorspannung zwischen den Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15**, 16**) liegen und die axiale und radiale Bewegung zwischen Radreifen (2) und Radkörper (1) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächennormalen der Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15**, 16**) mit jeweils einer Komponenten auf die Radachse (5) derart gerichtet sind, daß unter Achslast (P) die gummielastischen Elemente (3, 3*) im Zenitbereich (Z) des Schienenrades über die Vorspannung hinaus komprimiert und im Schienenbereich (S) des Schienenrades entlastet sind.

2. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15**, 16**) des einen Ringraumes zu denen des anderen Ringraumes bezogen auf die Radmittelebene (13) spiegelbildlich liegen und die Form von Kegelstumpfmänteln haben.

3. Radreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die demselben Ringraum zugeordneten Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15**, 16**) einander parallel liegen.

4. Schienenrad nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugenden der Kegelstumpfmäntel auf den Parallelen eines äußeren und eines inneren Rhombus (A, B, C, D, E, F, G, H) liegen, deren eine mit der Radachse (5) zusammenfallende Diagonale kürzer als die andere Diagonale ist.

5. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16) äußere Anlagefläche (8a) an einem am Radkörper (1) befestigbaren Ring ausgebildet ist.

6. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringräumen für die gummielastischen Elemente (3, 3*) ein weiterer axialer Ringraum zwischen dem Radkörper (1) und dem Radreifen (2) vorgesehen ist, in dem ein radial wirkender elastischer Anschlag (11) mit radialem Spiel sitzt.

7. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartige Ringräume mit darin angeordneten gummielastischen Elementen auf verschiedenen radialen Ebenen angeordnet sind.