DE4430342C2 - Gummigefedertes Schienenrad - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein aus einem Radkörper und einem 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 im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen 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 aber im Aufbau sehr ähnlichen Schienenrad (CH-PS 156 916) ragt ein im Querschnitt schwalbenschwanzförmiger Steg in eine äußere Nut des Radkörpers hinein, deren Seitenflanken entsprechend der Neigung der Flanken des Steges geneigt sind. Der so gebildete Ringspalt zwischen der Nut und dem Steg ist vollständig also auch im Nutgrund und an den radial gegenüberliegenden Zylinderflächen der Oberkanten der Nut und des Radreifens mit einer elastischen Einlage ausgefüllt. Bei einem solchen Schienenrad werden aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des mit gummielastischem Material ausgefüllten Ringspaltes, das gummielastische Material bei einer Achslast im Schienenbereich zum überwiegenden Teil auf Druck belastet.

Bei einem anderen gummigefederten Schienenrad (nachveröffentlichte DE 43 00 553 A1) ist ein am Radreifen angesetzter radialer, im Querschnitt balliger oder rhombenartiger Steg zwischen zwei entsprechend profilierten Ringflanschen des Radkörpers unter Zwischenlage von gummielastischen Ringscheiben eingespannt. Bei einem solchen Schienenrad werden bei Achslast wesentliche Teile sowohl im Schienenbereich als auch im Zenitbereich auf Druck belastet.

Bei einem anderen bekannten Schienenrad (DE 33 28 321 C2) 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 ein weiterer, die gummielastischen Elemente voneinander trennender Ringraum vorgesehen ist und die Anlageflächen zueinander räumlich derart angeordnet sind, daß unter einer Achslast die gummielastischen Elemente im Zenitbereich des Schienenrades über die Vorspannung 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 Freiheitsgrade. 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 die mit der Radachse zusammenfallende Diagonale kürzer ist als die andere.

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 in dem weiteren Ringraum ein radial wirkender elastischer Anschlag mit radialem Spiel sitzen.

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 im axialen Querschnitt ein Schienenrad mit einem einstückigen Radreifen,

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

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

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

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

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

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

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

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 und 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 und 8. Die gummielastischen Elemente 3 liegen beidseits der Radmittelebene 13 in Ringräumen, die von am Steg 12 ausgebildeten Anlageflächen 15 bzw. 16 und Anlageflächen 7a bzw. 8a der Felgenschultern 7 und 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 und 15 bzw. 8a und 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 und 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 und 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 und 20 besteht.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 vor allem darin, daß eine zwischen den Ringschultern 21 und 22 ausgebildete Nut 10 sich am Innenrand des Radreifens befindet und ein mit den Ringschultern 21 und 22 überlappender Steg 12 am Radkörper 1 ausgebildet ist. Die entsprechenden Anlageflächen 7a*, 8a*, 15*, 16* sind umgekehrt zu denen der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 4 orientiert. Aber auch in diesem Fall ist das erfindungsgemäße Prinzip gewahrt, daß unter der besonderen Neigung der Anlageflächen 7a*, 8a*, 15* und 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** und 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 einem Radkörper (1) und einem Radreifen (2) bestehendes Schienenrad mit gummielastischen Elementen (3 bzw. 3*), die beidseits der Radmittelebene (13) in von einander überlappenden Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15** und 16**) des Radkörpers (1) und des Radreifens (2) begrenzten Ringräumen unter Vorspannung zwischen den Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15** und 16**) liegen und die axiale und radiale Bewegung zwischen Radreifen (2) und Radkörper (1) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, die gummielastischen Elemente (3 bzw. 3*) voneinander trennender Ringraum (10 bzw. 14) vorgesehen ist und die Anlageflächen (7a, 8a, 15, 16, 7a*, 8a*, 15*, 16*, 7a**, 8a**, 15** und 16**) zueinander räumlich derart angeordnet sind, daß unter einer Achslast (P) die gummielastischen Elemente (3 bzw. 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** und 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 zueinander parallel liegen (7a zu 15, 8a zu 16 bzw. 7a* zu 15*, 8a* zu 16* sowie 7a** zu 15** und 8a** zu 16**).

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 die mit der Radachse (5) zusammenfallende Diagonale kürzer ist als die andere Diagonale.

5. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Anlageflächen (7a, 8a, 15 und 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 in dem weiteren Ringraum (10 bzw. 14) 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.