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Fahrzeugrad mit ringförmigen, elastischen Zwischengliedern Die Erfindung
bezieht sich auf ein federndes Fahrzeugrad mit ringförmigen, elastischen Zwischengliedern
in Form von zwischen dem Radkranz oder Felgenring vorgesehenen Gummiringen, deren
Breite in axialer Richtung wesentlich größer als ihre Dicke in radialer Richtung
ist.
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Versuche mit derartigen Fahrzeugrädern haben gezeigt, daß den beiden
als Zwischenglieder dienenden Gummiringen beim Einbau in gestreckter achsparalleler
Lage eine gewisse Vorspannung gegeben werden muß, um dem Rad die nötige Seitensteifigkeit
zu verleihen. Zur Aufnahme stärkerer Seitenkräfte in axialer Richtung sind zwar
Gleitringe vorgesehen, die einerseits an den mit dem Radkranz oder der Felge fest
verbundenen Tragscheiben befestigt sind und andererseits an den mit der Radnabe
verbundenen Führungsscheiben gleitend anliegen. Diese starre seitliche Abstützung
des Rades gegen die Nabe soll aber nur bei starken seitlichen Stößen zur Wirkung
kommen; geringere Seitenkräfte sollen dagegen von den Gummiringen dadurch aufgenommen
und abgedämpft werden, daß die Gummiringe unter einer zweckentsprechenden Vorspannung
in das Rad eingebaut werden. Die Gummiringe werden daher beim Einbau in achsparalleler,
gestreckter Lage von vornherein auf Zug beansprucht. Bei Stößen in radialer Richtung,
von der Fahrbahn oder Schiene aus, tritt im unteren und oberen Sektor beider Gummiringe
eine zusätzliche Zugbeanspruchung auf. Infolgedessen ergeben sich bei dieser Anordnung
der Gummiringe reine Zugspannungen wechselnder Höhe in den Gummiringen, was für
die Dauerhaftigkeit des Gummis ungünstig ist.
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Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß die Gummiringe
bei unbelastetem Rad
mit ihren in axialer Richtung verlaufenden
Innenflächen einen stumpfen Winkel von weniger als I8o° bilden. Sie werden demnach
nicht in gestreckter, achsparalleler Lage, sondern dachförmig gegeneinander geneigt
eingebaut, so daß die Ringflächen einen Doppelkegelstumpf bilden, dessen Grundfläche
in der Mittelebene des Rades liegt. In dieser dachförmigen Anordnung werden die
mit Vorspannung eingebauten Gummiringe bei Stößen in radialer Richtung im oberen
Sektor auf Zug beansprucht, im unteren Sektor aber nach Aufhebung der Vorspannung
zunächst auf Druck und erst beim weiteren Durchfedern auf Zug beansprucht. Diese
beim Umlauf des Rades ständig wechselnde Druck-und Zugbeanspruchung wirkt besonders
günstig auf die Festigkeitseigenschaften des Gummis und gewährleistet dadurch eine
höhere Lebensdauer desselben. Die Erfindung betrifft ferner eine dauerhaftere Verbindung
der Gummiringe mit den Trag- und Führungsscheiben, die dadurch erzielt wird, daß
die durch Vulkanisation mit dem Blech verbundenen Haftflächen der Gummiringe in
radialer Richtung wesentlich größer sind als die Dicke der Gummiringe.
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Sehr harte Stöße auf den Radumfang werden nach der Erfindung noch
durch einen elastischen Anschlag aufgefangen, um den Stoß auf die Radachse und das
Fahrgestell abzudämpfen. Zu diesem Zweck ist zwischen den beiden mit der Felge verbundenen
Tragscheiben ein innerer Profilring vorgesehen, der in seiner Hohlkehle einen Gummipufferring
trägt, so daß bei der größten zulässigen Durchfederung des Rades der Pufferring
auf die Nabe auftrifft und so das Aufeinanderschlagen von Metallteilen verhindert.
Der Profil- oder Abstandsring dient gleichzeitig zur Aufnahme der Gleitringe, die
von den nach außen abgebogenen Bördelrändern dieses Ringes gehalten werden. Bei
einer anderen Ausführung gemäß der Erfindung werden die beiden Tragscheiben so zusammengeschweißt,
daß sie einen allseitig geschlossenen Hohlring bilden, dessen der Radnabe zugekehrte
Innenfläche eine Hohlkehle zur Aufnahme des Gummipufferringes enthält und dessen
Außenseiten ringförmige Vertiefungen zur Aufnahme der Gleitringe haben.
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Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhafter, die äußeren
mit der Nabe verbundenen Führungsscheiben je aus zwei scheiben- bzw. ringförmigen
Teilen herzustellen, die aus zweckentsprechenden Werkstoffen bestehen und vor dem
Zusammenbau des Rades durch Schweißung verbunden werden. Der mit der Radnabe verbundene
Teil jeder Führungsscheibe besitzt einen nach innen um weniger als 9o° abgebogenen
Rand, so daß diese Ränder beim Zusammenbau des Rades eine doppelkonische Nabe bilden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der zweckmäßig ausgebildeten Befestigung
der Felge auf dem federnden Teil des Radkörpers. Zu diesem Zweck werden die Gummiringe
an ihren Innenkanten nicht unmittelbar mit den Tragscheiben durch Vulkanisation
verbunden, sondern mit Blechringen, die beiderseits auf den aneinanderliegenden
Tragscheiben befestigt sind und über den Außenrand der Tragscheiben so weit vorragen,
daß ein biegungsfester Ring als Felgenträger gebildet wird.
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Für schwere Lastkraftfahrzeuge und für Schienenfahrzeuge muß das Fahrzeugrad
sowohl hinsichtlich der mit dem Spurkranz und mit der Radnabe verbundenen Teile
als auch hinsichtlich der elastischen Zwischenglieder besonders kräftig dimensioniert
werden. Bekannt sind gummigefederte Räder für Kraft- und Schienenfahrzeuge mit scheibenförmigen
Federelementen, die zwischen Metallscheiben eingespannt sind. Derartige, im Verhältnis
zur Dicke (in axialer Richtung) sehr breite (in radialer Richtung) Gummischeiben
lassen aber nur geringe Durchfederungen des Rades von einigen Millimetern zu. Bei
anderen bekannten gummigefederten Fahrzeugrädern sind mehrere ringförmige Gummikörper
kreisförmig um die Radnabe herum angeordnet, wobei die einzelnen Gummikörper auch
aus Teilkörpern zusammengesetzt sein können, die ein verschieden großes Federungsvermögen
besitzen. Auch bei diesen Federelementen ergeben sich aber verhältnismäßig geringe
Federwege zum Ausgleich der radialen Stoßkräfte. Mit den erfindungsgemäßen breiten
Gummiringen lassen sich jedoch auch bei sehr schweren Fahrzeugen wesentlich größere
Federwege erreichen. Der Einbau der beiden Gummiringe erfolgt in diesem Falle so,
daß jeder Gummiring außen an einem auf der Radnabe sitzenden Tellerring und innen
an einer zugleich den Radkranz enthaltenden Tragscheibe befestigt ist. Die beiden
Tragscheiben schließen einen Hohlraum von kastenartigem Querschnitt ein, innerhalb
dessen eine auf der Radnabe sitzende Führungsscheibe (Nabenscheibe) auf in den Tragscheiben
gelagerten Gleitringen bei Bewegungen des gummigefederten Radkranzes in radialer
Richtung gleiten kann. Dieser Hohlraum wird zweckmäßigerweise mit dickem Öl oder
einer anderen zähen Flüssigkeit gefüllt. Mit Rücksicht auf die leichte Auswechselbarkeit
sind die Gummiringe innen nicht unmittelbar an den Tragscheiben, sondern an Blechringen
befestigt, die in Vertiefungen der Tragscheiben eingepaßt werden. Die beiden mit
dem Außenrand der Gummiringe verbundenen Tellerringe werden durch Sprengringe auf
dem Nabenkörper gesichert; ebenso dienen Sprengringe zur Befestigung der mit dem
Innenrand der Gummiringe verbundenen Blechringe in den Tragscheiben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch ein gummigefedertes Rad, insbesondere
für Kraftfahrzeuge und Motorräder, Fig.2 einen Längsschnitt durch die Nabe eines
solchen Fahrzeugrades, Fig.3 einen teilweisen Längsschnitt durch ein gummigefedertes
Rad, insbesondere für Schienenfahrzeuge.
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Das Fahrzeug (Fig. i) besteht aus zwei biegungsfesten Führungsscheiben
2 a, deren rechtwinklig abgebogene Innenteile 2 b mittels Klauenzahnung
2 d
ineinandergreifen und beiderseits so aufgeweitet sind,
daß sie eine doppelkonische Nabe bilden. Am Außenrand der Tragscheiben sind Profilringe
2 c aufgeschweißt, an deren Rändern die verdickten Gummiringe I innen aufvulkanisiert
sind. Am entgegengesetzten Rand sind die Gummiringe mit Blechringen 13 verbunden,
die auf den Tragscheiben 5 durch Niete befestigt sind und als Felgenträger dienen.
Die zusammengespannten Tragscheiben 5 bilden einen Hohlring, der innen durch einen
Abstandsring abgeschlossen ist, in dessen Hohlkehle ein Gummipufferring Io liegt.
Gleitringe 6 werden durch die aufgebogenen Ränder 9 a des Abstandsringes 9 an den
Tragscheiben gehalten, so daß die Gleitringe bei dem Durchfedern der Gummiringe
auf den Führungsscheiben 2 a gleiten, bis der Pufferring Io auf die geteilte Nabe
2 b trifft und somit die Durchfederung begrenzt. Beim Zusammenbau des Rades werden
die Gummiringe I dadurch in eine dachförmige Lage gebracht, daß die Haftfläche der
Gummiringe an den Blechringen 13 einen entsprechend größeren Durchmesser als die
Haftfläche an den Profilringen 2 c hat, wobei die Breite der Gummiringe so bemessen
wird, daß beim Anlegen an die Tragscheiben 5 eine Vorspannung des Gummis entsteht.
Die Radfelge 3 besteht aus zwei unsymmetrischen Hälften, deren nach innen abgebogene
Ränder einen radialen Ring bilden, der durch Schraubenbolzen an dem Felgenträger
13 befestigt wird. Das Rad wird auf den konischen Sitz der Nabe aufgeschoben und
durch eine geschlitzte konische Mutter 12 auf dem Achsstumpf gesichert. Mitnehmerbolzen
II greifen in entsprechende Löcher des Achsflansches oder der Bremstrommel ein und
übernehmen die Übertragung des Drehmomentes zwischen der Fahrzeugachse und dem Rad.
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Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die beiden
Tragscheiben 5 sind so gestaltet, daß sie nach dem Zusammenschweißen in der Mittelebene
des Rades einen ringförmigen Hohlkörper bilden, der innen eine Hohlkehle 5 a für
die Aufnahme des Gummipufferringes Io und an den Außenflächen Vertiefungen besitzt,
in welche die Gleitringe 6 eingelegt werden können.
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In Fig. 3 ist ein besonders für Schienenfahrzeuge geeignetes gummigefedertes
Rad dargestellt. Der nichtabgefederte Teil des Rades besteht aus einer mit der Nabe
4' fest verbundenen Führungsscheibe I9 und zwei seitlich daran befestigten und durch
Sprengringe 14 gesicherten Tellerringen 2', an deren vorgewölbten Rändern die Gummiringe
I' aufvulkanisiert werden. Der abgefederte Radteil besteht aus zwei Tragscheiben
16 b, deren äußerer Umfang 16a den Radkranz bildet. Mit den Gummiringen durch Vulkanisation
verbundene Blechringe 15 liegen, durch Sprengringe 18 gesichert, in Vertiefungen
der Tragscheiben. Zwischen den aufeinandergepreßten Tragscheiben ist ein ringförmiger
Hohlraum 17 gebildet, innerhalb dessen die Nabenscheibe I9 auf den in den Tragscheiben
gelagerten Gleitringen 6' radial schwingen kann. Der Hohlraum 17 ist durch Dichtungsringe
2o bzw. 2I abgedichtet und mit dickem Öl gefüllt. Infolge der Abdeckung durch die
Tellerringe 2 und die Gummiringe I' ist die Gleitfläche vollständig gegen Verschmutzung
geschützt. Die auf das Rad wirkenden radialen Stoßkräfte werden nicht nur durch
die Gummiringe abgefedert, sondern zusätzlich noch dadurch gedämpft, daß bei der
Relativbewegung zwischen dem ölgefüllten Ringraum 17 und der Nabenscheibe I9 das
Öl in den Ringraum verdrängt werden muß.
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Das gummigefederte Rad in der Ausführung für Schienenfahrzeuge nach
Fig. 3 vermag die auftretenden dreidimensionalen Stoßkräfte vollkommen aufzunehmen.
Radiale Stöße werden durch Schub-und Zugspannungen in den Gummiringen aufgefangen
und gleichzeitig durch die Pufferringe des ölgefüllten Ringraumes abgedämpft. Tangentialkräfte
erzeugen entsprechende Schubspannungen im Gummiquerschnitt und werden unter elastischer
Verformung der Gummiringe von dem Laufkranz auf die Radachse oder umgekehrt übertragen;
seitliche, axial gerichtete Stöße werden teils durch Druck, teils durch Zugspannungen
in den beiden Gummiringen abgefedert und schließlich zwischen den Gleitringen und
der Nabenscheibe aufgenommen. Besonders groß ist das Fassungsvermögen des erfindungsgemäßen
Rades in radialer Richtung, da die Bauart eine Durchfederung des Rades um 4o mm
und mehr zuläßt. Infolgedessen ergibt sich eine sehr weiche allseitige Abfederung
eines mit derartigen Rädern versehenen Fahrzeuges und dadurch die Möglichkeit, auf
eine weitere Abfederung in der üblichen Weise ganz oder teilweise zu verzichten.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine leichte Auswechslung
der elastischen Zwischenglieder. Zu diesem Zweck kann jeder einzelne Gummiring nach
Entfernung der Sprengringe 14 und 18 zusammen mit dem Tellerring 2' und dem Blechring
15 abgenommen und durch ein neues Element ersetzt werden, ohne daß das Rad von der
Achse abgezogen zu werden braucht.