EP0575574A1 - Schienenfahrzeugrad - Google Patents

Schienenfahrzeugrad

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Publication number
EP0575574A1
EP0575574A1 EP19930900072 EP93900072A EP0575574A1 EP 0575574 A1 EP0575574 A1 EP 0575574A1 EP 19930900072 EP19930900072 EP 19930900072 EP 93900072 A EP93900072 A EP 93900072A EP 0575574 A1 EP0575574 A1 EP 0575574A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheel
rail vehicle
corrugated
disc
hub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP19930900072
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ottmar Krettek
Werner Mombrei
Gabor Harsy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schweizerische Industrie Gesellschaft
Original Assignee
Schweizerische Industrie Gesellschaft
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Filing date
Publication date
Application filed by Schweizerische Industrie Gesellschaft filed Critical Schweizerische Industrie Gesellschaft
Publication of EP0575574A1 publication Critical patent/EP0575574A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
    • B60B17/0006—Construction of wheel bodies, e.g. disc wheels

Definitions

  • the present invention relates to a rail vehicle wheel with wheel tires and wheel hub, and at least one wheel disc, which wheel is either designed as a full wheel or consists of at least two components.
  • the known wheel disks are not sufficiently rigid in the axial direction. You only assign one sufficient radial and axial rigidity, such as the tangentially corrugated wheel according to EP-PS 0 111 212.
  • the double-walled disc wheel disclosed in DE-PS 701 224 in turn has a shape which is unsuitable for traditional economical production methods.
  • the one-piece disk wheel disclosed in DE-PS 619 301 is axially stiff, but, due to the construction of the asus, is very expensive and therefore particularly unsuitable for today's high-speed traffic.
  • the object of the invention according to DE-AS 1 107 694 is to reduce the risk of breakage in the transition from the hub to the disk.
  • DE-PS 393 920 is based on a curved, forged spoke wheel, the idea of the invention being aimed at increasing the wheel's suspension capacity at a low weight.
  • the two aforementioned types of known rail vehicle wheels have proven to be extraordinarily unfavorable for a wheel-braked wheel set.
  • the coefficient of friction that can be transmitted between the wheel and the rail drops considerably with the elimination of the block brake.
  • irregularities in production that cannot be ruled out and / or as a result of local contamination during driving can lead to a coefficient of friction that is variable over the wheel circumference.
  • the rail vehicle wheel will have locally different wear, particularly when traveling around bends, so that it loses its initially round contour as the service life progresses.
  • the tread is subject to pronounced transverse displacements and crack-like material overlaps, which lead to crumbling on the wheel scope can lead.
  • a resulting overturning of the tread and wheel flange means a permanent limitation of the operational availability of the vehicles that is unacceptable in the long run.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a rail vehicle wheel of the type mentioned initially which does not have the disadvantages indicated. and is particularly well suited for fast rail traffic, also from an economic point of view:
  • Such a rail vehicle wheel is characterized by one of the claims.
  • a rail vehicle wheel 1 according to the invention according to FIGS. 1 to 4 has a tangential corrugation 7 of the wheel disk 5. This is (FIG. 1), starting from the wheel hub 4, initially large and points to the wheel rim 2 a steady taper.
  • the wheel axle 10 is also indicated.
  • the outer curved wheel disk surface 7 and the inner 8 are not identical.
  • the minimum wall thickness "s min" of the wheel disc 5 is, as FIGS. 3 and 4 clearly show, between the respective wave trough and the wave crest, i.e. on the rising edge.
  • the corrugation of the wheel disc 5 may be along an intersection, e.g. run periodically or aperiodically according to the section line III-III or IV-IV, but is always symmetrical with respect to the wheel axis 10.
  • the shapes within the corrugation of the wheel disc 5 change depending on the distance from the wheel axis 10.
  • the corrugation of the wheel disc 5 shown has a circumferentially changing position of the camber, which influences the size of the angle T. (Fig. 1)
  • the rail vehicle wheel shown in FIGS. 5 to 8 also has a tangential disk shaft. As shown in FIG. 5, this is a curvature that starts from the center of the disc and rises steadily towards the wheel rim on the one hand and towards the wheel hub on the other.
  • the meridian section shows an x-shaped wheel disc, in which a wave trough "s min" starting from the wheel hub merges into a wave crest running towards the wheel rim.
  • the rail vehicle wheel according to FIGS. 9 to 12 has a disc corrugation which changes in the sectional planes XII-XII and IX-IX, with a web which runs centrally into the wheel hub and the wheel rim.
  • FIGS. 13 to 16 show a rail vehicle wheel which has a disc corrugation which changes in the sectional planes XIII - XIII and XVI - XV ⁇ with a web which runs in a wave-shaped manner into the wheel hub and the wheel rim.
  • the web inclined towards the wheel rim or the wheel hub is guided to the corresponding outer edges thereof.
  • FIGS. 17 to 36 Further embodiments of a rail vehicle wheel according to the invention are shown in FIGS. 17 to 36, the designs shown for the axial stiffening having a double arrangement of the wheel disc.
  • the wheel disc can either be arranged on the end face or on the track ring side and can have any corrugation in it.
  • a second wheel disc, which is smooth or corrugated is arranged between the wheel hub and the wheel rim, either on the end face or on the wheel rim side, in such a way that it is inclined toward the wheel rim side against the central plane, which is perpendicular to the wheel axis.
  • the second wheel disk used is connected to the wheel base body by laser welding. It runs out bluntly on its inner and outer circumference. As a result, an intimate welding to the wheel base body can also take place on the inside of the wheel disk used.
  • the second wheel disk used is connected to the wheel base body by adhesive bonding. In order to enlarge the adhesive surfaces, this second wheel disc is designed with an annular bead in each case resting on the wheel rim and on the wheel hub, as a result of which sufficient strength of the adhesive connection is ensured.
  • the rail vehicle wheel shown in FIGS. 37 to 40 has corresponding reinforcing ribs for the purpose of axial stiffening.
  • the reinforcing ribs are arranged radially between the wheel hub and the wheel rim in any number, preferably evenly, on the circumference on both sides of the wheel disk.
  • the reinforcing ribs according to FIG. 39 can already be introduced during the piling.
  • the reinforcing ribs, as shown in FIG. 40 can also be applied to the wheel disc in the form of hollow ribs on both sides by laser welding.
  • the wheel disc 41 to 44 show a rail vehicle wheel, the wheel disc of which is arranged approximately at right angles to the wheel axis between the wheel hub and the wheel rim.
  • the wheel disc is designed as such as a zigzag-shaped corrugated web, the arbitrary number of shafts, running at a regular distance, are directed radially towards the center of the wheel hub.
  • the rail vehicle wheels of the types according to the invention described can be produced by pressing, rolling or mating.
  • an additional connection of the second wheel disk, as described, is required with otherwise the same manufacture of the base body.
  • the rail vehicle wheels shown with tangentially or double-corrugated wheel disks can have any number of shafts, both in the one-part and in the two-part design, for the purpose of axial stiffening, which is preferably larger than in known rail vehicle wheels.
  • These rail vehicle wheels according to the invention described are specifically designed for a wheel set which is braked purely by disks. They are characterized by a high axial stiffness, which according to the invention is approximately 100-110 N / mm. According to the invention, this is achieved in that the axial forces are mainly derived as compressive and tensile stresses due to the shape of the wheel disc. In addition, a support effect which hinders the deformation is achieved, the design of the wheel disc, with a view to minimizing weight, taking place in accordance with the design strength.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Description

Schienenfahrzeugrad
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahr¬ zeugrad mit Radreifen und Radnabe, sowie mindestens einer Radscheibe, welches Rad entweder als Vollrad ausgebildet ist, oder aus mindestens zwei Bauteilen besteht.
Bekannte Schienenfahrzeugräder sind in ihren Eigen¬ schaften bislang den Bedingungen eines klotzgebrem¬ sten Rades angepasst worden und für eine grosse Wär¬ meaufnahme am Radkranz ausgelegt. So müssen aufgrund der Reibung zwischen Bremsklotz und Radkranz während einer Bremsung grosse Wärmemengen abgeführt werden. Eine der Hauptforderungen war daher, dass es infolge Temperaturanstiegs nicht zu Verwerfungen in der Rad¬ scheibe und in der Folge davon zu Spurmassänderungen des Radsatzes kommen sollte.
Die Radsätze bekannter Schienenfahrzeuge erhielten aus diesem Grund eine in Bezug auf ihre thermische Ausdehnungsfähigkeit nachgiebige tangentiale oder ra¬ diale Wellung. Andere bekannte Radscheiben weisen ei¬ nen Sturz in Form eines schräggestellten Steges auf (Bauart 92 der Deutschen Bundesbahn) . Der Vollstän¬ digkeit halber seien auch solche Ausführungen ge¬ nannt, bei denen das Rad aus zwei Scheiben zusammen¬ gebaut ist.
Die bekannten Radscheiben sind jedoch, durch ihre konstruktive Ausbildung bedingt, in axialer Richtung nicht hinreichend steif. Sie weisen lediglich eine ausreichend hohe radiale und axiale Steifigkeit auf, wie etwa das tangential gewellte Rad gemäss der EP-PS 0 111 212.
Das in der DE-PS 701 224 offenbarte doppelwandige Scheibenrad wiederum weist eine Form auf, die für hergebrachte wirtschaftliche Fertigungsweisen unge¬ eignet ist.
Das in der DE-PS 619 301 offenbarte einteilige Schei¬ benrad ist zwar axial steif, jedoch, durch die kon¬ struktive Asubildung bedingt, sehr massenaufwendig und daher besonders für den heutigen Schnellverkehr ungeeignet.
Die DE-OS 31 17 572 wiederum ist speziell mit dem Ziel der Uebernahme hoher Bremserwärmungen bei Klotz- bremsung entwickelt worden. Dieses Vollrad weist da¬ her die eingangs erwähnten Nachteile klotzgebremster Räder auf.
Die Erfindung gemäss der DE-AS 1 107 694 stellt sich die Aufgabe, die Bruchgefährdung im Uebergang von der Nabe zur Scheibe herabzusetzen.
Der DE-PS 393 920 liegt schliesslich ein gewölbtes geschmiedetes Speichenrad zugrunde, wobei der Erfin¬ dungsgedanke auf ein erhöhtes Federungsvermögen des Rades bei geringem Gewicht abzielt.
Alle diese Bauarten erlauben es, bei auftretender Er¬ wärmung entweder in Quer- und/oder in radialer Rich¬ tung auszuweichen. Erfahrungsgemäss sind diese Räder jedoch durch die beim wiederholten Bremsen auftreten¬ de örtliche Erwärmung in hohem Masse spannungsrissge- fährdet.
Nachdem mit der Erhöhung der Fahrgeschwindigkeiten die Leistungsgrenzen der Klotzbremsen überschritten wurden, ist man bereits seit langem dazu übergegan¬ gen, statt Klotzbremsen leistungsfähigere Achsschei¬ benbremsen vorzusehen. Hierdurch entfällt zwar die Gefahr von Spannungsrissen an den Schienenfahrzeugrä¬ dern, doch ergeben sich dadurch eine Reihe anderer Nachteile, wie ein insgesamt höheres Radsatzgewicht und ein höheres Trägheitsmoment um die Vertikal- und die Rotationsachse.
Dabei haben sich die beiden vorgenannten Bauformen bekannter Schienenfahrzeugräder für einen rein schei¬ bengebremsten Radsatz als ausserordentlich ungünstig erwiesen. Einerseits sinkt der zwischen Rad und Schiene übertragbare Reibwert mit Fortfall der Klotz¬ bremse bekanntermassen erheblich ab. Andererseits können nicht auszuschliessende Unregelmässigkeiten in der Fertigung und/oder infolge örtlicher Verschmut¬ zungen im Fahrbetrieb zu einem, über den Radumfang variablen Reibwert führen. In diesem Fall wird das Schienenfahrzeugrad, bedingt durch seine axiale Weichheit, vornehmlich bei Bogenfahrten an seinem Um¬ fang örtlich einen unterschiedlichen Verschleiss auf¬ weisen, so dass es mit fortschreitender Lebensdauer seine anfänglich runde Kontur verliert. Einhergehend mit diesem Verschleiss unterliegt die Lauffläche aus¬ geprägten Querverdrückungen und rissähnlichen Werk¬ stoffÜberschiebungen, die zu Ausbröckelungen am Rad- umfang führen können. Ein hierdruch bedingtes Ueber- drehen von Lauffläche und Spurkranz bedeutet eine auf die Dauer unzumutbare empfindliche Einschränkung der Betriebsverfügbarkeit der Fahrzeuge.
Der vorliegenden'%Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein .Schienenfahrzeugrad der eingangs ge¬ nannte Art zu schaffen, welches die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist . und insbesondere für den Schienenschnellverkehr auch in wirtschaftlicher Hin¬ sicht bestens geeignet ist:
Ein derartiges Schienenfahrzeugrad zeichnet sich durch einen der Ansprüche aus.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise an¬ hand einer Zeichnung erläutert.
Es ' zeigen die Fig. 1 bis 45 unterschiedliche Baufor¬ men von Schienenfahrzeugrädern. Die Fig. 1 - 16, 19 - 26 und 29 - 44 zeigen in Vierergruppen Meridian- und Tangentialschnitte, sowie in Ausschnitten eine An¬ sicht in Drehachsrichtung. Die Fig. 17, 18, 27 und 45 zeigen Meridianschnitte durch ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeugrad. Diese Ausführungen beruhen alle auf ein und demselben Erfindungsgedanken und lassen bezüglich ihrer Stützwirkung und Spannungsverteilung vier verschiedene Grundformen erkennen.
Ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeugrad 1 gemäss den Fig. 1 bis 4 besitzt eine tangentiale Wellung 7 der Radscheibe 5. Diese ist, (Fig. 1), ausgehend von der Radnabe 4, zunächst gross und weist zum Radkranz 2 hin eine stetige Verjüngung auf. Die Radachse 10 ist ebenfalls angedeutet.
Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, sind die äus- sere gewölbte Radscheibenfläche 7 und die innere 8 nicht deckend gleich. Die minimale Wandstärke "s min" der Radscheibe 5 liegt, wie die Fig. 3 und 4 deutlich zeigen, zwischen dem jeweiligen Wellental und dem Wellenberg, d.h. in der Anstiegsflanke. Die Wellung der Radscheibe 5 kann längs einer Schnittfläche, z.B. gemäss der Schnittlinie III - III oder IV - IV peri¬ odisch oder aperiodisch verlaufen, ist jedoch bezüg¬ lich der Radachse 10 stets symmetrisch. Die Formen innerhalb der Wellung der Radscheibe 5 ändern dabei in Abhängigkeit des Abstandes von der Radachse 10. Ebenso besitzt die gezeigte Wellung der Radscheibe 5 eine sich umfänglich ändernde Lage des Sturzes, was die Grosse des Winkels T beeinflusst. (Fig. 1)
Das in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Schienenfahr¬ zeugrad hat ebenfalls eine tangentiale Scheibenwel¬ lung. Hierbei handelt es sich, wie Fig. 5 zeigt, um eine von der Scheibenmitte ausgehende, zum Radkranz einerseits und zur Radnabe andererseits hin stetig ansteigende Krümmung. Der Meridianschnitt zeigt eine x-förmige Radscheibe, bei der ein von der Radnabe ausgehendes Wellental "s min" in einem zum Radkranz hin auslaufenden Wellenberg übergeht.
Das Schienenfahrzeugrad gemäss den Fig. 9 bis 12 be¬ sitzt eine in den Schnittebenen XII - XII und IX - IX wechselnde Scheibenwellung mit einem jeweils in die Radnabe und den Radkranz mittig einlaufenden Steg. In den Fig. 13 bis 16 ist ein Schienenfahrzeugrad dargestellt, welches eine in den Schnittebenen XIII - XIII und XVI - XVΪ wechselnde Scheibenwellung mit ei¬ nem jeweils in die Radnabe und den Radkranz wellen¬ förmig einlaufenden Steg aufweist. Hierbei ist der zum Radkranz bzw. zur Radnabe hin geneigte Steg je¬ weils zu deren entsprechenden Aussenkanten geführt.
Weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Schienenfahrzeugrades sind in den Fig. 17 bis 36 dar¬ gestellt, wobei die gezeigten Bauformen für die axia¬ le Versteifung eine Doppelanordnung der Radscheibe aufweisen. Hierbei bilden eine Radnabe und ein Rad¬ kranz, sowie eine diese beiden miteinander verbinden¬ de Radscheibe, den Grundkörper des Schienenfahrzeu¬ grades. Die Radscheibe kann entweder stirnseitig oder spurkranzseitig angeordnet sein und in sich eine be¬ liebige Wellung aufweisen. Ferner ist eine zweite, in sich glatte oder gewellte Radscheibe, entweder stirn¬ seitig oder spurkranzseitig, zwischen Radnabe und Radkranz so angeordnet, dass sie zur Radkranzseite hin gegen die Mittelebene, welche rechtwinklig zur Radachse steht, geneigt ist.
Bei den in den Fig. 17, 19 bis 22, 27 und 29 bis 32 gezeigten Ausführungsformen ist die zweite eingesetz¬ te Radscheibe durch Laserschweissung mit dem Rad- Grundkörper verbunden. Sie läuft an ihren inneren und äusseren Umfang jeweils stumpf aus. Hierdurch kann eine innige Schweissung mit dem Rad-Grundkörper auch auf der Innenseite der eingesetzten Radscheibe erfol¬ gen. Bei den in den Fig. 18, 23 bis 26, 28 und 33 bis 36 gezeigten Ausführungsformen ist die zweite eingesetz¬ te Radscheibe durch Klebung mit dem Rad-Grundkörper verbunden. Zur Vergrösserung der Klebeflächen ist diese zweite Radscheibe mit einem jeweils am Radkranz und an der Radnabe anliegenden ringförmigen Wulst ausgeführt, wodurch eine hinreichende Festigkeit der Klebeverbindung gewährleistet ist.
Das in den Fig. 37 bis 40 dargestellte Schienenfahr¬ zeugrad weist zwecks axialer Versteifung entsprechen¬ de Verstärkungsrippen auf. Die Verstärkungsrippen sind radial zwischen Radnabe und Radkranz in beliebi¬ ger Anzahl, vorzugsweise gleichm ssig, auf dem Umfang beidseits der Radscheibe angeordnet. Die Verstär¬ kungsrippen gemäss Fig. 39 können bereits beim Kum¬ peln eingebracht werden. Zwecks Gewichtsreduktion können die Verstärkungsrippen, wie dies Fig. 40 zeigt, auch in Form von Hohlrippen beidseits durch Laserschweissung auf die Radscheibe aufgebracht wer¬ den.
Die Fig. 41 bis 44 zeigen ein Schienenfahrzeugrad, dessen Radscheibe ungefähr rechtwinklig zur Radachse zwischen Radnabe und Radkranz angeordnet ist. Dabei ist die Radscheibe als solche als zickzackförmig ge¬ wellter Steg ausgebildet, dessen beliebige Anzahl Wellen, in einem regelmässigen Abstand verlaufend, radial auf das Zentrum der Radnabe hin gerichtet sind.
Fig. 45 zeigt einen Meridianschnitt eines Schienen¬ fahrzeugrades mit zwei Radscheiben, welche in dieser Darstellung eine spiegelbildliche Wellung aufweisen.
Die beschriebenen Schienenfahrzeugräder der erfin- dungsgemässen Bauarten können durch Pressen, Walzen oder Kumpeln hergestellt werden. Bei den Radbauarten mit einer Doppelanordnung der Radscheibe ist bei sonst gleicher Herstellung des Grundkörpers eine zu¬ sätzliche Verbindung der zweiten Radscheibe, wie be¬ schrieben, erforderlich. Die gezeigten Schienenfahr¬ zeugräder mit tangential oder doppelt gewellt ausge¬ führten Radscheiben können sowohl in der einteiligen als auch in der zweiteiligen Bauform zwecks axialer Versteifung eine beliebig grosse Wellenzahl aufwei¬ sen, die vorzugsweise grösser ist als bei bekannten Schienenfahrzeugrädern.
Diese beschriebenen erfindungsgemässen Schienenfahr¬ zeugräder sind zielgerichtet auf einen rein scheiben¬ gebremsten Radsatz ausgelegt. Sie zeichnen sich durch eine hohe axiale Steifigkeit aus, die erfindungsge- mäss ca. 100 - 110 N/mm beträgt. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass durch die Formgebung der Radscheibe die Axialkräfte hauptsächlich als Druck- und Zugspannungen abgeleitet werden. Ausserdem wird so eine, die Verformung behindernde Stützwirkung erreicht, wobei die Auslegung der Radscheibe, im Hin¬ blick auf die Gewichtsminimierung, nach Massgabe der Gestaltsfestigkeit erfolgt.

Claims

Patentansprüche:
1. Schienenfahrzeugrad mit Radreifen und Radnabe, so¬ wie mindestens einer Radscheibe, welches Rad entweder als Vollrad ausgebildet ist, oder aus mindestens zwei Bauteilen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Rades in axialer Richtung aufgrund der geometrischen Gestaltung mindestens lOON/mm be¬ trägt.
2. Schienenfahrzeugrad, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Radscheibe (5) eine tangentia¬ le Wellung (7) aufweist und sich dabei ihre Wandstär¬ ke (s) , ausgehend von der Radnabe (4) , zum Radkranz (2) hin stetig verjüngt.
3. Schienenfahrzeugrad, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die axiale Versteifung durch zwei gewellte, eine gewellte und eine nicht gewellte oder zwei nicht gewellte Radscheiben erfolgt.
4. Schienenfahrzeugrad, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Radscheibe zusätzlich durch wellenförmig in die Radnabe und den Radkranz einlau¬ fende Stege verstärkt ist.
5. Schienenfahrzeugrad, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die ebene oder nicht gewellte Rad¬ scheibe zur Radnabe und zum Radkranz hin jeweils in der Wandstärke zunimmt und durch radial symmetrische oder versetzt angeordnete Verstärkungsrippen ver¬ steift ist, die entweder aus dem Rad-Grundkörper her¬ ausgearbeitet oder als Hohlkörper aufgeschweisst sind. (Fig. 39, 40)
EP19930900072 1992-01-14 1993-07-27 Schienenfahrzeugrad Ceased EP0575574A1 (de)

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CH95/92 1992-01-14

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