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Geräuschloses Fahrzeugrad mit Einlagen aus elastisch nachgiebigen
Stoffen, z. B. Gummi, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich
auf ein geräuschloses Fahrzeugrad mit Einlagen aus elastisch nachgiebigen Stoffen,
z. B. Gummi, insbesondere für Schienenfahrzeuge.
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Das geräuschlose oder auch geräuscharme Rad ist im Straßenverkehr
durch den Vollgummi- und auch den Luftgummireifen verwirklicht. Seine geringe Tragfähigkeit
erfordert aber die Anwendung einer Vielzahl von Rädern, so daß eine einfache Übertragung
der im Straßenverkehr bekannten Konstruktionen auf den Schienenverkehr nicht gegeben
ist. Zudem erfordern diese Räder winden hohen Anteil an Energie zur Überwindung
der Walkarbeit im Gummi, was ebenfalls ihrer Verwendung im Eisenbahnbetrieb entgegensteht.
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Vereinzelt bei vielrädrigen Triebwagenzügen verwendete Gummiluftbereifungen
haben sich nicht allgemein einzuführen vermocht, da sie aus den angegebenen Gründen
kurzzeitig erneuert werden mußten.
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Die Erfindung erstrebt ein Rad der obigen Art für Schienenfahrzeuge,
das diese Nachteile nicht aufweist.
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Sie sieht gleichfalls die Verwendung elastischer Stoffe, wie Gummi,
Kunststoff od. dgl., vor, welche jedoch erfindungsgemäß durch zusätzliche Einrichtungen
in ihrer natürlichen Federung behindert werden und dadurch in radialer Richtung
eine größere. Widerstandsfähigkeit erhalten, ohne ihre schalldämmenden Eigenschaften
zu verlieren. Der Laufkranz trägt zu diesem Zweck einen von einem Laufring umhüllten
elastischen Ring bzw. Reifen, dessen Querschnittsverformung sowohl in axialer als
auch in Umfangs- und dadurch in radialer Richtung weitgehend gehindert wird, so
daß der elastische Reifen imstande ist, hohe radiale Druckspannungen aufzunehmen,
ohne viel Walkarbeit zu leisten. Der elastische Reifen kann aus einem dünnen, spiralig
gewundenen Band oder konzentrischen Ringen aus Metall, Metallfolie, Draht- oder
Kordgewebe bestehen, wobei dieses Band oder diese Ringe auf einer
oder
auf beiden Seiten eine lose aufgelegte, aufgeklebte oder aufvulkanisierte hochelastische
Belagschicht erhalten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der mit Laufring
versehene Reifen axial mehrfach unterteilt sein. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit
besteht darin, daß der elastische Reifen beliebigen Querschnitts durch Umwickeln,
Umspinnen oder sonstwie geartetes Einkleiden mit hochfestem Stahldraht, Drahtgewebe
oder anderen hochfesten Stoffen gegenüber den Raddrücken widerstandsfähig gemacht
ist, d. h. in seiner Federung behindert wird, wobei die Wirkung der Fliehkraft durch
weitere in Umfangsrichtung angeordnete Drahtwindungen kompensiert wird. Ist der
den Reifen nach außen umkleidende Laufring nicht aus Stahl, sondern aus einem anderen
verschleißfesten Material hergestellt, so kann auch er mit Drahtwindungen in Umfangsrichtung,
wie vorbeschrieben, verstärkt werden, um hohe Adhäsion und hohen Verschleißwiderstand
zu erreichen. Darüber hinaus ist es möglich, zur Vergrößerung der Auflagefläche
des elastischen Reifens zwischen diesem und dem Radkörper einen federnden Ring einzuschalten,
welcher bei Abplattung auf hohe Druckbeanspruchung in Umfangsrichtung gebracht wird
und damit einen erheblichen Widerstand gegen Verformung bietet, wie er auch eine
mehr oder minder große Abplattung des elastischen Reifens mit dem Laufring an der
Fahrbahn gestattet.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in fünf Abbildungen
jeweils im Querschnitt dargestellt.
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Abb. I zeigt einen Radausschnitt mit elastischem Reifen und Laufring,
Abb. 2 die Aufteilung des elastischen Reifens und Laufrings in mehrere Einheiten,
Abb. 3 eine Ausführung mit Vollgummireifen und Laufring und Abb. 4 und 5 Weiterentwicklungen
der Ausführung nach Abb. I.
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Das in Abb. I gezeigte Schienenrad besteht aus dem Radkörper a, dem
schalldämpfenden elastischen Reifen b und dem Laufring c. Der den äußeren Umfang
des Radkörpers a umgebende elastische Reifen b ist unter Verwendung von hochelastischen
Stoffen, wie Natur- und Kunstgummi oder ähnlichen Werkstoffen mit schalldämpfenden
Eigenschaften, hergestellt, deren Verformung unter hohen Beanspruchungen weitgehend
gehindert ist. Im vorliegenden Fall besteht der elastische Reifen b aus einem dünnen
Band d aus Metall oder Metallfolie von der Breite des Reifens b, wobei dieses Band
auf einer oder auf beiden Seiten mit schalldämpfendem, aber hochelastischem Stoff
bekleidet ist. Die erste Lage des Bandes d wird zweckmäßig mittels Verklebung oder
Vulkanisation am Umfang des Radkörpers a befestigt und dann in weiteren Lagen aufgetragen,
bis die gewünschte Dicke des Reifens b erreicht ist. Ein solcher elastischer Reifen
b kann radiale Pressungen aufnehmen, da durch die Haftung zwischen Metall und schalldämpfendem
Werkstoff ein so hoher Widerstand gegen Verformung des Werkstoffes in axialer oder-
Umfangsrichtung des Reifens b entsteht, daß sich nur ein geringer Verformungsweg
in radialer Richtung ergibt. In umgekehrtem Verhältnis zu letzterem wächst aber
die Beanspruchungsmöglichkeit in radialer Richtung, so daß eine hohe Belastung des
Reifens b durch den Auflagerdruck auf der Fahrbahn ermöglicht wird, ohne die außerordentlich
störende Schallentwicklung in Kauf nehmen zu müssen. Ebenso kann an Stelle des Metallbandes
d ein Band aus dünnem Metallgeflecht oder Kordgewebe Verwendung finden, was eine
noch bessere Haftung ergibt als die Haftung auf einer glatten oder aufgerauhten
Metallfläche.
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Die bei hohen Fahrgeschwindigkeiten auftretende Fliehkraft, welche
den Reifen b in Umfangsrichtung zu dehnen versucht, wird durch das eingelegte Metallband
d wirkungsvoll aufgenommen.
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An seinem äußeren Umfang ist der Reifen b mit einem Laufring c aus
Stahl oder einem anderen verschleißfesten Material, wie Hartgummi od. dgl., bekleidet,
der dem R id den für Schienenräder erforderlichen hohen Reibungsbeiwert und hohen
Verschleißwiderstand vermittelt.
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An Stelle des einen Reifens b nach Abb. I können auch mehrere solcher
Reifen b' in geringerer Breite nebeneinander angeordnet werden, und zwar mit mehr
oder minder großen Zwischenräumen, in welche die Laufringe c' eingreifen (Abb. 2).
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Eine andere Ausführungsform des gleichen Erfindungsgedankens stellt
Abb. 3 dar. Auf den Radkörper a ist ein elastischer Reifen e aufgelegt, der .ebenfalls
durch einen Laufring f gegen Abnutzung geschützt wird. Der Reifen e besteht gleichfalls
aus schaldämpfendem und hochelastischem Werkstoff, welcher durch eine am Umfang
des Reifens angeordnete Umwicklung g mit hochfestem Draht oder durch ein Gewebe
aus Draht oder sonstigem hochfesten Werkstoff so eingekleidet wird, daß er sich
nur in sehr geringem Maße dehnen kann. Auf diese Weise wird der Verformung des Reifens
e in radialer Richtung ein erheblicher Widerstand entgegengesetzt, da mit jeder
radialen Verformung bei gleichbleibender Querschnittsfläche eine Vergrößerung des
Querschnittsumfanges verbunden ist. Wird letztere durch die Einkleidung gunterbunden,
so wächst nicht nur der Widerstand gegen Verformung, sondern auch die Beanspruchungsmöglichkeit
des Reifens e in radialer Richtung unter Herabsetzung der Walkarbeit während des
Laufs. Die Größe der Starrheit des Reifens gegen Querschnittsänderung hängt von
der Widerstandsfähigkeit der Bewehrung g ab, die notwendigenfalls auch in mehreren
Lagen mit Zwischenlagen aufgetragen werden kann. Ebenso ist es zweckmäßig, die Bewehrung
g auch nach außen hin durch eine weichere Einkleidung zu schützen. Um die Wirkung
der Fliehkraft zu kompensieren, werden im Reifen e in Umfangsrichtung Windungen
k angeordnet, welche die Fliehkraft aufnehmen. Diese Drahtwindungen können auch
im Laufring f angeordnet sein, sofern dieser nicht aus Stahl gefertigt ist, sondern
aus einem'anderen verschleißfesten Material, beispielsweise Hartgumrni, besteht.
In diesem Fall wird der Laufring f an der dem Spurkranz zugeordneten Seite so umgebogen,
daß er im Betrieb zwischen Gummireifen e und Radkörper a eingeklemmt ist, so daß
er nicht vom Reifen e abgleiten kann. Auf der anderen Seite ist eine Verschiebung
durch die Drahteinlage h des Laufringes f
verhindert, die auch als
mehrfache Drahtwicklung nach Auflegen des Reifens e ausgeführt werden kann.
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Die konstruktive Ausführung läßt sich in verschiedener Form treffen;
insbesondere kann der Radkörper a an seinem vom Spurkranz abgewandten Ende so geteilt
sein, daß ein leichtes Auf- und Abziehen des Reifens e einschließlich Laufring f
gewährleistet ist.
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Bei sehr hohen Raddrücken, insbesondere für Güterwagen, entsteht
die Notwendigkeit einer Verringerung der radialen Druckbeanspruchung des Laufrings.
Diese kann gemäß Abb. 4 dadurch bewirkt werden, daß dem elastischen Reifen b oder
e aus Abb. I und 3 bzw. den Laufringen c und f eine größere Druckfläche geboten
wird. Diese Forderung kann in mehrfacher Weise erfüllt werden, und zwar einmal durch
Zwischenschaltung einer hochfesten und mehr oder minder elastischen Zwischenlage
I zwischen den Radkörper a und den elastischen Reifen b oder e.
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Die Zwischenlage kann aus Moosgummi oder ähnlichen Materialien bestehen;
die Hauptsache ist, daß durch die Zwischenlage I eine größere radiale Einfederung
des elastischen Reifens b oder e und dadurch eine größere Abplattung an der Fahrbahn
bzw. eine kleinere Druckbeanspruchung ermöglicht werden.
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An Stelle der Zwischenlage I kann aber auch ein federnder Reifen
o angewandt werden, wie in Abb. 5 dargestellt. Der elastische Reifen m, welcher
in gleicher Ausführung und mit einem ähnlichen Laufring n hergestellt ist wie Reifen
b in Abb. I, ist mit einem zweiten Reifen o fest verbunden, der ähnlich dem Reifen
m aus Ringen oder einer Spirale aus Federstahlband hoher Federungseigenschaften
besteht. Dieser Reifen o wird mit mehr oder minder großer Druckvorspannung in den
Radkörper a eingesetzt und gegen radiale Dehnung nach außen durch Auflagen p aus
elastischem Stoff gehindert. Die Auflagen p stützen sich einmal gegen eine entsprechende
Ausnehmung im Radkörper a, zum anderen gegen einen Ring q ab, der mit dem Radkörper
a fest verbunden ist, und zwar durch Verschraubung, Vernietung oder andere Verbindungsmittel.
Unter Belastung platten sich die Reifen mund o ab, wodurch sich insbesondere der
Umfang des federnden Reifens o verkürzt. Dadurch wird in Umfangsrichtung eine holle
Druckspannung im Reifen o erzeugt. Um die damit verbundene Federung in Umfangsrichtung
zu ermöglichen, müssen die Auflagen p elastisch federnd bzw. in Umfangsrichtung
federnd nachgiebig sein.
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PTENTNSPROCHE: I. Geräuschloses Fahrzeugrad mit Einlagen aus elastisch
nachgiebigen Stoffen, z. B. Gummi, insbesondere für Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet,
daß der Laufkranz einen von einem Laufring (c) umhüllten elastischen Reifen (b)
trägt, dessen Verformung sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung und dadurch
in radialer Richtung weitgehend gehindert wird, so daß der elastische Reifen (b)
hohe radiale Druckspannungen ohne viel Walkarbeit aufnehmen kann.