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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine lärmdämpfende
Anordnung für
den Lärm,
der während des
Verkehrs von Eisenbahnfahrzeugen durch Eisenbahnräder erzeugt
wird.
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Die zur Verringerung des durch Eisenbahnräder erzeugten
Lärms bestimmten
Vorrichtungen, die unter die folgenden Arten eingeordnet werden können, sind
bereits bekannt:
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- – Elastische
Räder:
Der Rand des Rads ist durch ein Band gebildet, das durch elastische
Elemente mit dem Rest des Rads verbunden ist.
- – Gedämpfte Räder: Räder, denen
durch externe Elemente Dämpfer
hinzugefügt
sind: a) durch viskoelastische Elemente wie etwa Folien und Gummielemente,
die an das Rad geklebt sind und an unterschiedliche Frequenzen angepaßt sind,
und b) durch Reibung, wie etwa mit dem Rad verbundene Elemente,
die einen relativen Schlupf in bezug auf die Oberfläche des
Rads verursachen, wodurch eine Reibung erzeugt wird, die eine Dämpfung bereitstellt.
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Die Aufgabe der Erfindung findet
sich genau in dieser letzteren Untergruppe.
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Im Fall einer Schalldämpfung durch
Reibung ist die Verwendung eines kreisförmigen unterteilten Rings bekannt,
der in eine am inneren Teil des Radrands ausgeführte Nut mit halbkreisförmigem Querschnitt
eingebunden ist. Bei dieser Anordnung sind jedoch keine Elemente
vorhanden, die die Steuerung der Gleichförmigkeit des Kontakts und des
Umfangsdrehmoments gestatten. Außerdem verursacht der Anbringungsvorgang
das Vorhandensein von Unterschieden im Kontakt zwischen unterschiedlichen Punkten.
Andererseits stellt diese Anordnung eine geringe Masse für eine spezifische
Breite der Nut oder des Kanals bereit, kann eine Bewegung von starren
Festmaterialien erzeugt werden, und ist es unmöglich, den Kanal bis zur flachen äußeren Oberfläche des
Rands zu verschieben.
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DE-A-833 362 offenbart eine lärmdämpfende
Anordnung bei Eisenbahnrädern
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Der Anmelder hat Untersuchungen an Dämpfungsanordnungen
durch Reibung angestellt, wobei bestätigt wurde, daß für die Wirksamkeit
der Schalldämpfung
drei Hauptparameter vorhanden sind: a) die Ringmasse; b) die Optimierung
der Kontaktfläche
zwischen dem Ring und dem Rad; und c) die Position des Rings in
bezug auf den Radrand.
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Hinsichtlich des ersten Parameters,
der Ringmasse, wurde bestätigt,
daß bei
einer Zunahme der Ringmasse (das Verhältnis von Masse-Ring zu Masse-Rad
nimmt zu) eine Zunahme der Dämpfung der
Anordnung erzeugt wird, wodurch sich ihre Wirksamkeit verbessert
(sowohl bei der Durchschnitts- als auch
der Hochfrequenz). Es ist daher interessant, die Masse des Rings
so sehr wie möglich
zu erhöhen.
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Was eine spezifische Breite in der
Nut oder dem Kanal, in dem der Ring untergebracht ist, betrifft, ist
es ratsam, daß die
Form des Rings die größtmögliche Masse
bietet.
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Hinsichtlich des zweiten Parameters
wurde bestätigt,
daß die
Kontaktfläche
zwischen den Oberflächen
des Rings und des Rads einen anderen Hauptparameter der Anordnung
bildet, da der Schalldämpfungsmechanismus
letztendlich auf der Reibung beruht, die durch Mikroschlupf zwischen
den beiden Oberflächen
im Kontakt zwischen diesen beiden erzeugt wird. Die Schlupftätigkeit
hängt von (W = μ.N.I.)ab,
wobei μ der
Reibungskoeffizient, N die Normallast zwischen den Oberflächen und
I der relative Schlupf zwischen beiden Oberflächen ist.
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Einen Koeffizienten μ vorausgesetzt,
kann die Tätigkeit
der Reibung bei einer Zunahme der Normallast zwischen den Oberflächen zunehmen
(nimmt N zu), obwohl jedoch die Möglichkeit der Bewegung erschwert
wird (I verringern könnte).
Folglich besteht eine Kompromißlösung, worin
für ein
bestimmtes Drehmoment zwischen den Oberflächen ein Optimalwert bei der
Tätigkeit
der Reibung vorhanden ist.
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Andererseits ist es wichtig, neben
einem bestimmten Drehmoment eine Gleichförmigkeit in der Kontaktfläche zwischen
dem Ring und dem Rad zu erzielen. Ein nicht gleichförmiger Kontakt
erzeugt das Vorhandensein von Bereichen, die angemessen tätig sind,
und Bereichen, die nicht tätig
sind (sogar mit einem Fehlen an Kontakt); was die Möglichkeit
einer Bewegung des starren Festmaterials des Rings in bezug auf
das Rad einschließt,
nach jener die Anordnung in einer völlig anderen Weise tätig sein
würde. All
dies verursacht eine Abnahme der Gesamtwirksamkeit und mögliche Streuungen
der Ergebnisse.
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Schließlich zeigen die angestellten
Untersuchungen hinsichtlich des dritten Parameters, der Position
des Rings in bezug auf den Radrand, daß die Endpositionen (von der
Halbebene entfernt und senkrecht zur Radachse) unter den unterschiedlichen
Positionen eines möglichen
Dämpfungsrings
innerhalb der Breite des Radrands wirksamer sind und insbesondere
die innere Seite des Rads (die Seite des Flansches) geringfügig günstiger
ist.
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Beruhend auf den obigen Überlegungen
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine lärmdämpfende
Anordnung nach Anspruch 1 entwickelt.
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Die Anordnung, bei der es sich um
die Aufgabe der Erfindung handelt, gestattet die größtmögliche Verwendung
der drei oben angeführten
Hauptparameter im Gegensatz zu dem, was bei anderen herkömmlichen
lärmdämpfenden
Elementen passiert.
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Es wurde experimentell bestätigt, daß die gegenwärtig bekannten
Anordnungen unter radialen/axialen Schlägen eine Verminderung des Lärms (dBA)
von bis zu 9 dBA erzielen, während
bei der Anordnung, bei der es sich um die Aufgabe der Erfindung
handelt, Verminderungen bis zu 13 dBA erzielt werden können.
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Die Anordnung, bei der es sich um
die Aufgabe der Erfindung handelt, bietet die folgenden Hauptmerkmale:
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- – Die
Anordnung des Rings, der in ein Gehäuse eingebunden ist, das am
Ende des Radrands ausgeführt
ist.
- – Das
Bestehen aus einem Drehmomentsystem oder einem gesteuerten Kontakt
zwischen dem Ring und dem Rand, der durch Durchgangsschrauben, die
durch den Rand verlaufen, oder durch eine Passung erzielt wird.
- – Die
Form des Rings mit einem Querschnitt von geraden Seiten, die einen
trapezförmigen
Querschnitt aufweist, wodurch seine Masse optimiert wird.
- – Der
Ring ist vorzugsweise ein ganzer Ring, obwohl er zur Erleichterung
seiner Anbringung durch Quereinschnitte in zwei oder mehr Abschnitte
geteilt sein kann.
- – Die
Ringanordnung erfolgt an der inneren Seite des Rands, an der äußeren Seite
des Rands, oder an beiden Seiten gleichzeitig.
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Die Merkmale und Vorteile der Anordnung der
Erfindung werden hiermit mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen,
in denen eine als nicht beschränkendes
Beispiel gegebene mögliche
Ausführungsform
dargestellt ist, ausführlicher
beschrieben.
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In den Zeichnungen
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ist 1 ein
Endquerschnitt eines Radrands, der einen Ring nach der Anordnung
der Erfindung beinhaltet;
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ist 2 ein 1 entsprechender Querschnitt,
der eine Abwandlung der Ausführungsform darstellt,
die nicht beansprucht ist, sondern nur zum Zweck der Informationsgabe
für den
Leser beinhaltet ist;
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ist 3 eine
axiale Ansicht des Rings, die die mögliche Stelle der Drehmomentschrauben
wie auch der Einschnittsoptionen zur Erleichterung der Anbringung
darstellt;
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entsprechen 4 und 5 Einzelheiten,
die zwei mögliche
Formen des Verbindens oder Treffens der Abschnitte, die den Ring
von 3 bilden, darstellen.
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1 zeigt
einen Ring 1, der von der inneren Seite des Rads her in
einer Nut angebracht ist, die am Rand 2 eines Eisenbahnrads
ausgeführt
ist.
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Bei dieser Gestaltung gestattet die
Form des Rings 1, daß für eine gegebene
Breite "e" die größtmögliche Masse
erreicht wird. Andere mögliche
Formen des Ringquerschnitts wie beispielsweise eine kreisförmige Form
bieten weniger Fläche
(weniger Masse) für
die gleiche Breite "e". Somit wird die
Optimierung des ersten Parameters, der in die Wirksamkeit der Lärmabsorption
eingreift, erreicht.
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Die geneigte Oberfläche 3 des
trapezförmigen
Querschnitts des Rings 1, die den Winkel α bildet,
gestattet, daß der
Kontakt zwischen dem Ring 1 und dem Rand 2 in
der Umfangsrichtung gleichförmig ist.
Durch die notwendige Bearbeitung kann der Ring 1 mit angemessener
Oberflächenqualität und Toleranzen
versehen werden, wodurch ein perfekter Kontakt mit dem Rand 2 des
Rads sichergestellt wird.
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Wie in 1 erkennbar
ist, steht der Ring 1 mit dem Rad durch Drehmomentelemente
in Verbindung, welche durch Durchgangsschrauben 4 gebildet
sind. Eine durch diese Schrauben bereitgestellte Kraft F, die durch
Einstellung deren Drehmoments veränderlich ist, verbessert zusammen
mit dem oben erwähnten
Winkel α den
Kontakt zwischen dem Ring 1 und der Nut oder dem Kanal,
der am Rand 2 des Rads ausgeführt ist, wodurch sich die Kontaktkräfte zwischen
beiden Oberflächen
mit der Veränderung des
Drehmoments der Schrauben 4 verändern.
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Für
gegebene Elemente Rad und Ring ist an den Schrauben 4 ein
vom Winkel α abhängiges optimales
Drehmoment vorhanden, um dem Rad eine größtmögliche Dämpfung bereitzustellen. Das
optimale Drehmoment soll für
jeden Fall definiert werden.
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Auf diese Weise wird eine Verbesserung
des zweiten Parameters, der in die Wirksamkeit der Lärmabsorption
eingreift, wie auch die Optimierung der Kontaktoberfläche zwischen
dem Ring und dem Rad erzielt.
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Wie in 1 erkennbar
ist, nimmt der Ring 1 die größtmöglich entfernte Position an
der Halbebene M des Rads senkrecht zu seiner Achse ein, wodurch
die Optimierung des oben erwähnten
dritten Parameters, der in die Wirksamkeit der Lärmabsorption eingreift, erzielt
wird.
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Die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Anordnungen erzwingen,
daß der
Ring stets von den (inneren oder äußeren) Seitenflächen des
Radrands ausgehend angeordnet ist, was vom Gesichtspunkt der Verringerung
der Schallemission her bevorzugt ist.
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In 2,
die eine Ausführungsform
betrifft, welche nicht innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegt,
sondern nur zum Zweck der Informationsgabe für den Leser beinhaltet ist,
weist der Ring 1' einen rechtwinkeligen
Querschnitt mit einem Außendurchmesser
(de) auf, der größer als
der Durchmesser der am Rand 2' des Rads ausgeführten Gehäusenut ist, wodurch
eine Preßpassung
(c) erzeugt wird.
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Der Ring 1' wird durch ein herkömmliches Verfahren,
beispielsweise Wärmedehnungen
oder -schrumpfungen, in das Gehäuse
eingesetzt, wobei die Einpassung und die Vorlast zwischen dem Ring 1' und dem Rand 2' des Rads durch
die Preßpassung festgelegt
bleiben.
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Die durch die Abwandlungen von 1 und 2 gebotenen Lösungen können kombiniert werden. In beiden
Fällen
wird beobachtet, daß in
der Gehäusenut
des Rands zwischen den gegenüberstehenden Seiten
des Rings und des Rands ein Bereich (z) ohne Kontakt vorhanden sein
kann.
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Die Form des Rings 1 und
der Einbindung 4 gestattet, daß die äußeren Ausmaße des Rads mit dem Ring die
gleichen wie beim ursprünglichen
Rad sind, was es ermöglicht,
daß jedwedes
andere Element, welches das Rad zu tragen fähig sein kann, wie etwa Bremsscheiben
usw., angebracht werden kann.
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Der Ring 1 ist an einem
Ende des Rands 2 des Rads, welches wie in 1 die innere Seite sein kann, an der äußeren Seite
oder an beiden Seiten angeordnet. Der Ring muß mit angemessenen Toleranzen
hergestellt werden und kann ganz oder zu seiner einfachen Anbringung
am bzw. Abnahme vom zusammengesetzten Achsenrad, das bereits im Dienst
steht, in zwei Hälften
geteilt sein, wie in 3 bis 5 gezeigt ist.
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Im Falle eines geteilten Rings kann
die Einbindeanordnung zwischen den beiden Hälften 5 und 6 auf
die in 3 und 4 angegebene Weise ausgeführt werden.
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Der Ring ist an den Punkten 7 und 8,
die mit zwei der Drehmomentschrauben 4 übereinstimmen, durch einen
Schnitt, der die in 4 oder 5 gezeigte Form annehmen
kann, durchgeschnitten. In beiden Fällen sind überlappte Abschnitte vorhanden,
die durch eine der Drehmomentschrauben 4 miteinander verbunden
werden können.