DE541455C - Radsatz fuer Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Radsätze, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei denen der Radreifen auf der Radkörperfelge und die Radnabe auf der Achse durch Aufpressen oder Aufschrumpfen befestigt sind und der als Scheibe oder Speichenkranz ausgebildete Radkörper in radialer Richtung S-förmig oder ähnlich gestaltet ist. Die Erfindung bezweckt, bei derartigen Radsätzen einen sicheren und dauerhaften Reibungsschluß des Radreifens auf dem Radkörper und der Radnabe auf der Achse zu erzielen.

Bei den bisherigen Radsätzen dieser Art mit Radkörpern, die als reine Rotationskörper ausgebildet sind, führen die erheblichen tangentialen Druckbeanspruchungen, welche durch das Aufpressen oder Aufschrumpfen des Radreifens und der Nabe in dem Radkörper erzeugt werden, zu unelastischen Deformationen des Radkörpers, da auch bei scheibenförmigen Radkörpern, die lediglich eine S-förmige oder ähnliche Wölbung besitzen, in gleicher Weise wie bei vollkommen ebenen Radscheiben die Materialfasern jedes Querschnittspunktes in einem geschlossenen konzentrischen Kreis oder Ring liegen, so daß, wenn eine solche Scheibe in ihrem Durchmesser verkleinert oder beim Aufpressen der Nabe vergrößert wird, alle konzentrischen Kreise dieser Scheibe sich ebenfalls im Durchmesser verkleinern bzw. vergrößern und dadurch eine tangentiale Druck- oder Zugspannung erfahren. Letztere steifen aber den Ring aus, so daß er radial nur außerordentlich wenig federn kann und das Aufschrumpfen von Radreifen und Radnabe, das eine gewisse Federung der Radscheibe erfordert, zu unelastischen Deformationen des Radkörpers führen muß. Die Folge hiervon ist, daß sich beispielsweise bei der Erwärmung des Radreifens durch die Bremsklotzreibung der Radkörper wegen seiner fehlenden oder nur geringen Eigenfederung nicht mehr genügend elastisch ausdehnen kann, um dem ' Reifen zu folgen. Dies führt zu dem im Betriebe häufig zu beobachtenden Lockern der Radreifen oder auch der Radnaben. Auch wenn die Radscheibe in der bekannten Weise mit solchen tangentialen Wellungen versehen ist, daß die aufeinanderfolgenden Weitungen in entgegengesetzten Richtungen aus der Radebene heraustreten, zeigt sich derselbe Nachteil, da dann die aufeinanderfolgenden, entgegengesetzt durchgebogenen Wellungen bei einer radialen Beanspruchung des Radkörpers in entgegengesetzter Richtung wirken und hierdurch die radiale Federungsmöglichkeit des Radkörpers in wesentlichem Maße beeinträchtigen und stören bzw. aufheben. Das gleiche ist der Fall, wenn Radnabe und Radfelge durch drucksteife Speichen verbunden sind, die beim Aufschrumpfen von Radreifen und Radnabe ebenfalls unelastisch deformiert werden und dadurch ein Zurückfedern des Radkörpers bei einer etwaigen Lockerung von Radreifen oder Radnabe unmöglich machen, oder wenn, wie bei einer anderen bekannten Schienenradausführung, zwar die Speichen federn können, jedoch der Felgenkranz und die Nabe durch ihre Querschnittsform und die nahezu senkrecht ein-

laufenden Speichen ausgesteift und daher gehindert werden, radial nachgeben zu können. Demgegenüber besteht zur Erzielung eines sicheren Reibungsschlusses bei einfacher · und zuverlässiger Bauart das Neue der Erfindung darin, daß in Verbindung mit einem federnd ausgebildeten Speichen- oder Scheibenkörper der Felgenkranz und die Nabe des Radkörpers als federnde Ringe ausgebildet sind und der den ίο Felgenkranz und die Nabe verbindende Radkörperteil der Federung von Felge und Nabe folgt. Auf diese Weise wird dem Radkörper eine solche Federungsmöglichkeit verliehen, daß er beim Aufschrumpfen oder Aufpressen von Radreifen und Radnabe durch die· störungsfreie Ringfederwirkung dieser beiden Teile mit genügender Federungsreserve zusammengedrückt wird, und daß andererseits die Radfelge und die Radnabe bei etwaigen Lockerungen des Radreifens oder der Nabe entsprechend ausfedern und so stets einen sicheren Reibungsschluß zwischen Radreifen und Radfelge und zwischen Radnabe und Achse gewährleisten können.

Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.

Abb. ι ist ein Querschnitt durch die obere Hälfte eines Rades der einen Ausführungsform. Abb. 2 ist ein Querschnitt nach Linie I-I der Abb. i.

Abb. 3 ist ein Querschnitt durch die obere Hälfte der zweiten Ausführung.

Abb. 4 ist in der linken Hälfte ein Diagramm der Radachsbeanspruchung für die in Abb. 5 links dargestellte alte Nabenform und in der rechten Hälfte ein Diagramm der Radachsbeanspruchung für die in Abb. 5 rechts dargestellte Nabenform gemäß der Erfindung.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 besitzt das Rad einen scheibenförmigen Radkörper, dessen Felgenkranz c und Nabe b, die mit dem scheibenförmigen Teil e aus einem Stück gepreßt sind, als federnde Ringe ausgebildet sind. Die Scheibe e ist im axialen Querschnitt oder in radialer Richtung im wesentlichen S-förmig gestaltet. Ferner ist die Scheibe etwas oberhalb und unterhalb der konzentrischen Mittellinie noch mit Einpressungen oder Ausbuchtungen f und g versehen, die so angebracht sind, daß sie miteinander in der im Querschnitt S-förmig gekrümmten Scheibe konzentrisch über die ganze Scheibenfläche verlaufende Wellen von allmählich sich ändernder Wellentiefe nach Art der Abb. 2 bilden, die in radialer Richtung sämtlich in gleichem Sinne S-förmig gebogen sind und deren Wellenlänge mit der radialen Entfernung von der Radachse α zunimmt. Durch diese Anordnung und Ausbildung der Wellen f, g wird der die elastische Durchbiegung behindernde ringförmige glatte Faserverlauf der S-förmig gebogenen Scheibe in solcher Weise gestört, daß beim Aufschrumpfen des Radreifens r auf den Felgenkranz c und der Nabe b auf die Achse a tangentiale Spannungen im wesentlichen nur im Felgenkranz c und in der Radnabe b, die als Ringfedern ausgebildet sind, auftreten können, jedoch nicht in der Scheibe e selbst. Vielmehr kann sich infolge der besonderen Anordnung der im gleichen Sinne radial S-förmig gebogen verlaufenden konzentrischen Wellungen f, g mit allmählich sich ändernder Wellentiefe und von mit der radialen Entfernung von der Radachse zunehmender Wellenlänge in der im selben Sinne S-förmig gewölbten Scheibe e beim Aufschrumpfen oder Aufpressen von Reifen r und Radnabe b die Scheibe in solchem Maße elastisch durchbiegen, daß sie der Ringfederwirkung von Felgenkranz c und Radnabe b in dem erforderlichen Umfange elastisch folgt. Trotzdem werden durch die Wellungen f, g gleichzeitig genügend biegungssteife Querschnitte zur Aufnahme der radialen und axialen Druckkräfte geschaffen. Ein besonders gutes Federungsvermögen wird der Scheibe noch bei einer solchen Ausbildung verliehen, bei der gemäß der Ausführungsform nach Abb. 1 die Wellentiefe der konzentrischen Wellen f, g etwa mitten zwischen dem Felgenkranz c und der Radnabe b nahezu gleich Null ist.

Außer den Ausbuchtungen oder Einpressungen können auch Einschnitte vorgesehen werden oder ähnliche Mittel, durch welche der tangentiale Faserverlauf der S-förmig gestalteten Scheibe unterbrochen, somit auch eine tangentiale Ausbiegbarkeit ermöglicht und daher bewirkt wird, daß der Radkörper durch Radialkräfte vornehmlich biegend beansprucht wird und so die Ringfederwirkung von Felgenkranz und Nabe nicht stört.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 besitzt der Radkörper e in Verbindung mit der Radfelge c und Radnabe b, die auch hier als federnde Ringe ausgebildet sind, Speichen, die bei Belastung des Radkörpers infolge ihres S-förmig gekrümmten axialen Querschnittes auf Biegung beansprucht werden, so daß sie den Felgenkranz c und die Nabe b in ihrer tangentialen Federung nicht behindern.

Durch das Aufpressen der Nabe b auf die Achse α werden in dieser hohe Zusatzbeanspru- txo chungen erzeugt, welche sich zu den Biegungsbeanspruchungen der Achswelle addieren, wobei zu beachten ist, daß diese Biegungsbeanspruchungen im Querschnitt y-y der Abb. 1 bedeutend geringer sind als im Querschnitt x-x. Dies ist in Abb. 4 und 5 für eine volle Achse schematisch dargestellt, wo A die größte Biegungsbeanspruchung der Achswelle bei x-x und B die Biegungsbeanspruchung der Achswelle bei y-y bezeichnet. Die Zusatzbeanspruchungen, welche durch die Flächendrücke bei Radsätzen mit der bisher üblichen Nabe mit im wesentlichen

gleicher oder annähernd gleicher Wandstärke hervorgerufen werden, sind in Abb. 4 links durch die Fläche C bezeichnet. Diese sind auf der ganzen Nabenlänge gleich oder annähernd gleich. Sie ergeben bei x-x eine Zusatzbeanspruchung von D und eine größte Achsbeanspruchung von E. Es ergibt sich hier, daß diese Zusatzbeanspruchungen im Querschnitt x-x eine erheblich größere Bruchgefahr der Welle bedingen als im Querschnitt y-y. Um diese Gefahr zu beseitigen, wird bei der Ausführungsform nach Abb. 1 die Nabe h nach der Seite des am höchsten beanspruchten Achsquerschnittes hin, d. h. vom Querschnitt y-y zum Querschnitt x-x, um ein solches Maß verkleinert oder in der Dicke ihrer Wandung derart verjüngt, daß die durch das Aufpressen der als Ringfeder wirkenden Nabe b in der Achse α hervorgerufenen Zusatzbeanspruchungen zum höchstbeanspruchten

λο Achsquerschnitt x-x hin möglichst klein werden. Wie sich aus Abb. 4, rechte Hälfte, aus der Fläche C ergibt, hat dies zur Folge, daß die Zusatzbeanspruchungen die höchste Biegungsbeanspruchung A im Achsquerschnitt bei x-x nur unwesentlich erhöhen, nämlich um den geringen Betrag!)', so daß die größte Achsbeanspruchung in diesem Falle nur gleich E' ist, während die am äußeren Nabenrand bei y-y, wo die Biegungsbeanspruchung B bedeutend geringer ist, höher sind, wodurch auf die ganze Länge der Nabe bemessen eine gleichmäßigere Verteilung der Beanspruchung über dem Nabensitz erreicht und damit eine wirksame Entlastung der Achse erzielt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht in einer beträchtlichen Gewichtsersparnis, welche durch Verwendung hohler Achsen, wie in Abb. 3 angedeutet, noch bedeutend gesteigert werden kann. An sich liegen die Verhältnisse bei hohlen Achsen noch ungünstiger, als in dem Diagramm der Abb. 4 für volle Achsen dargestellt, weil bei hohlen Achsen außer den durch die Flächenpressung der Nabe verursachten Querkontraktionen sich auch noch die Querkontraktionen aus der tangentialen Druckbeanspruchung, die durch das Aufpressen der Nabe auf die Hohlachse in diese ebenfalls erzeugt werden, zu den Biegungsbeanspruchungen addieren.

Die Ausbildung der Nabe kommt auch für andere Anwendungsfälle in Betracht, wo auf eine biegungsbeanspruchte Achse ein Rad aufgeschrumpft oder aufgepreßt wird, Als ein solcher Fall sei beispielsweise die Befestigung der Antriebszahnräder auf den Achsen von Straßenbahn wagen durch Schrumpfung angeführt.

Bei der Ausführung nach Abb. 3 kommt je eine konische, sehr dünneNabeö mit eingelegtem Spannring i zur Verwendung. Der Spannring i ist aus hochwertigem Stahl oder ähnlichem Baustoff hergestellt und unterstützt die federnde Wirkung der Nabe. Er kann entweder mit der Nabe fest verbunden oder lose eingelegt "werden und übernimmt die Sicherung gegen axiales Verschieben des Rades auf der Achswelle, während die dünne Nabe b nur so fest aufgepreßt wird, als es die Torsionsmomente zwischen Achse und Radkörper oder andere Erfordernisse verlangen.

Auch zwischen dem Felgenkranz c und dem Radreifen kann gemäß Abb. 3 ein besonderer Spannring h aus hochwertigem Stahl oder ähnlichem Baustoff angeordnet werden, um die federnde Wirkung des Felgenkranzes zu unterstützen.

Unter gleichzeitiger Gewichtsersparnis können die durch die neue Ausbildung des Radkörpers erzielten Federungsmöghchkeiten noch dadurch wesentlich gesteigert werden, daß der Radkörper aushochwertigemBaustoff.beispielsweiseNickelstahl oder Chrom-Siliziumstahl, mit einer Streckgrenze von mindestens 45 kg/cm² hergestellt wird. Die Wahl eines derartigen Baustoffes und die besondere Ausbildung des Radkörpers ergänzen sich insofern in besonders günstigem und vorteilhaftem Maße, als einerseits durch den hochwertigen Baustoff die beabsichtigten Federeigenschaften des Radkörpers bei erheblicher Gewichtsersparnis wesentlich gefördert werden und als andererseits erst durch die entsprechende Formgebung des Radkörpers eine vollkommene Ausnutzung der Elastizität des hochwertigen Baustoffes für Radsätze ermöglicht wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Radsatz für Schienenfahrzeuge, bei dem der Radreifen auf der Radkörperfelge und die Radnabe auf der Achse durch Aufpressen oder Aufschrumpfen befestigt sind und der Radkörper in radialer Richtung S-förmig gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung eines sicheren Reibungsschlusses der Felgenkranz (c) und die Nabe (b) des Radkörpers als federnde Ringe ausgebildet sind und der den Felgenkranz und die Nabe verbindende Radkörperteil der Federung von Felge und Nabe folgt.

2. Radsatz für Schienenfahrzeuge mit aufgepreßter oder aufgeschrumpfter Nabe, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Radnabe nach der Seite des am höchsten beanspruchten Achsquerschnittes hin derart abnimmt, daß der innerhalb der Nabe gelegene Achsenteil durch die Nutzlast und die Zusatzbelastung infolge des Anpreßdruckes der Nabe möglichst gleichmäßig beansprucht wird bzw. daß die Spitzenbeanspruchung möglichst klein wird.

3. Radsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Felgenkranz und Radreifen bzw. Nabe und Radachse besondere, die federnde Wirkung von Kranz

und Nabe unterstützende Spannringe (h, i) angeordnet sind.

4. Radsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rädern mit Radscheibe außer der S-förmigen Krümmung in radialer Richtung konzentrisch verlaufende Wellen (f, g) von allmählich sich ändernder Wellentiefe vorgesehen sind, deren Wellen

länge mit der radialen Entfernung von der Radachse zunimmt und die in radialer Richtung sämtlich gleichsinnig gebogen sind.

5. Radsatz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellentiefe der konzentrischen Wellen mitten zwischen dem Felgenkranz und der Radnabe nahezu gleich Null ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Ergänzung s bla11 zur Patentschrift 541 455 Klasse 2Od Gruppe

Das Patent 541 455 wird durch Entscheidung des Reichs-Patentamts vom 9.Januar 1936, bestätigt durch Urteil des Reichsgerichts vom 25.Januar 1938, dadurch teilweise für nichtig erklärt, daß der Patentanspruch 2 gestrichen wird.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI