FI76737B

FI76737B - RAELSHJUL AV LAETTKONSTRUKTION.

Info

Publication number: FI76737B
Application number: FI834426A
Authority: FI
Inventors: Juergen Schneider; Franz Murawa; Hans H Oehler; Gerd Krause; Willi Kasper
Original assignee: Krupp Stahl Ag
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1988-08-31
Also published as: DK152902B; DE3245257A1; EP0111212A2; DE3369097D1; NO154187C; DK152902C; ATE24863T1; EP0111212A3; ZA838788B; DK561183A; FI834426A0; NO154187B; FI76737C; NO834477L; FI834426A; DK561183D0; JPS59109401A; EP0111212B1; DE3245257C2

Abstract

1. Light-construction rail wheel designed as solid wheel or rerimmed solid wheel the wheel hub (1), wheel disk (2) and wheel rim (3) of which are pressed in one piece from a metal blank, wherein the radially uncorrugated wheel disk is provided in tangential direction with corrugations consisting of wave peaks and wave troughs, the height (h) of which increases from the wheel rim towards the wheel hub and is greater than the wheel disk thickness (d), and in which the wheel disk ends by large transitory radii into the wheel hub (R2 or R1 ), characterized in that in a solid wheel made of steel for smallest possible wall thickness (d) of wheel disk (2) height (h) of the wheel disk (2) corrugation amounts adjacent to wheel rim (3) to 1/10th to 1/6th of wheel rim width (a) while the increase of corrugation height amounts to at least 2:1, and that central plane (M) of corrugated wheel disk (2) vertically extends with respect to the wheel axle.

Description

1 767371 76737

Kevytrakenteinen kiskopyöräLightweight rail wheel

Keksinnön kohteena on kevytrakenteinen, umpipyö-rästä tai uudelleen vannehdittavasta umpipyörästä muodos-5 tuva kiskopyörä, jossa pyörännapa, pyöränlevy ja pyörän-kehä on puristettu yhtenä kappaleena metallista ja säteen suunnassa poimuttamattomassa pyöränlevyssä on tangentiaa-sessa suunnassa poimutus, joka koostuu säteen suunnassa kulkevista poimunhuipuista ja poimunpohjista ja jonka kor-10 keus kasvaa pyöränkehältä pyörännavalle ja on suurempi kuin pyöränlevyn paksuus, ja jossa kiskopyörässä pyöränlevy yhtyy suurilla siirtymäsäteillä pyöränkehään ja pyö-rännapaan.The invention relates to a lightweight rail wheel consisting of a solid wheel or a re-rimmed solid wheel, in which the wheel hub, the wheel plate and the wheel rim are extruded in one piece from metal and the radially non-corrugated wheel plate is corrugated in the tangential direction of the corrugated soles and whose height increases from the wheel rim to the wheel hub and is greater than the thickness of the wheel plate, and in which the rail plate the wheel plate joins the wheel rim and the wheel hub with large displacement radii.

Eräässä ennestään tunnetussa tämäntapaisessa kis-15 kopyörässä saavutetaan kevyen painon vaatimus ennen kaikkea materiaalivalinnalla, nimittäin alumiinilla. Puristetun pyöränlevyn keskitaso on kartiomainen siten, että sen vaippapinta on kallistettu pyöränakseliin nähden. Poimu-tuksen korkeus on erittäin suuri ja on pyöränkehällä suun-20 nilleen 1/3 pyöränkehän leveydestä. Vähäisestä painosta huolimatta eivät tällaiset alumiinista valmistetut kisko-pyörät ole pystyneet lyömään itseään käytännössä läpi. Siihen on joukko syitä, ennen kaikkea kuitenkin alumiinin vähäinen väsymislujuus teräkseen verrattuna. Edelleen on 25 haitaksi, että tällaisia alumiinipyöriä ei voida tehdä umpipyörinä, vaan ne on säännöllisesti vannehdittava. Rengaspinta muodostuu silloin teräksestä, jolla on erilainen lämpölaajenemiskerroin kuin alumiinilla. Koska kenkä-jarrulla varustettu pyörä lämpenee pitkäaikaisissa jarru-30 tuksissa huomattavasti, on huolehdittava siitä, että suurista lämpötilan vaihteluista huolimatta taataan rengas-pinnalle riittävän luja kiinnitys, (E. Kreissig, A. Szymanski: "Aluminiumradscheiben und ihre Wirkung", Zeitschrift Aluminium im Verkehr, 1953).In a prior art kis-15 copier of this type, the requirement of light weight is achieved above all by the choice of material, namely aluminum. The central plane of the compressed wheel plate is conical so that its casing surface is inclined with respect to the wheel axle. The height of the corrugation is very high and is approximately 1/3 of the width of the wheel rim on the wheel rim. Despite their low weight, such rail wheels made of aluminum have not been able to punch themselves through in practice. There are a number of reasons for this, above all the low fatigue strength of aluminum compared to steel. A further disadvantage is that such aluminum wheels cannot be made as solid wheels but have to be rimmed regularly. The ring surface then consists of steel with a different coefficient of thermal expansion than aluminum. As a wheel with a shoe brake heats up considerably during long-term braking, care must be taken to ensure that, despite large temperature fluctuations, a sufficiently strong attachment to the tire surface is guaranteed, (E. Kreissig, A. Szymanski: "Aluminum radscheiben und Ihre Wirkung", Zeitschrift Aluminum im Verkehr, 1953).

2 76737 Näiden epäkohtien vuoksi käytetään henkilö- ja tavaraliikenteessä kiskoilla käytännössä yksinomaan te-räspyöriä. Eräässä tunnetussa, teräksestä puristetussa vannehditussa kiskopyörässä, jossa on tangentiaalisesti 5 poimutettu pyöränlevy, on poimutuksen korkeus koko säteen mitalla vakio ja suunnilleen puolet pyöränvanteen leveydestä. Umpipyörässä vastaisi poimutuksen korkeus 1/3 pyö-ränkehän leveydestä.2 76737 Due to these disadvantages, steel wheels are practically exclusively used on rails for passenger and freight transport. In a known, steel-pressed strapped rail wheel with a tangentially corrugated wheel plate, the height of the corrugation along the entire radius is constant and approximately half the width of the wheel rim. In a solid wheel, the height of the corrugation would correspond to 1/3 of the width of the wheel circumference.

Tällaista umpipyörää tai uudelleen vannehdittavaa 10 umpipyörää ei voida pyöränlevyn hyvin korkean poimutuksen vuoksi pyöränkehän lähellä ja siinä olevan suuren materi-aalimäärän vuoksi valmistaa kestäväksi, koska tällöin syntyy suuren muokkausasteen johdosta laipoituspuristi-messa materiaalikuroumia pyöränlevyssä ja pyöränlevyn ja 15 pyöränkehän välisellä siirtymäalueella. Siitä huolimatta, että tällainen pyörä voidaan yleensä valmistaa vain joustavasta erikoisteräksestä, vaatii se kaksi kuumennusta valmistuksessa. Ensimmäisen lämmityksen, joka suoritetaan puristusta ja valssausta varten, ja sitä seuraavan mekaa-20 nisen muokkauksen jälkeen on toisen lämmityksen jälkeen lopullisen muodon saavuttamiseksi laipoitettava pyöränlevyn säteittäinen ja tangentiaalinen poimutus laipoitus-puristimessa.Due to the very high corrugation of the wheel plate near the wheel rim and the large amount of material therein, such a solid wheel or a re-rimmed solid wheel 10 cannot be made durable because of the high degree of modification in the flange press in the flange press between the wheel plate and the wheel plate and the wheel. Despite the fact that such a wheel can usually only be made of flexible special steel, it requires two heatings in the manufacture. After the first heating, which is performed for pressing and rolling, and the subsequent mechanical working, after the second heating, the radial and tangential corrugation of the wheel plate in the flanging press must be flanged to achieve the final shape.

Lisäksi tunnetaan kevytrakenteinen kiskopyörä, 25 jossa on kiskopyörän runko ja pyöränvanteelle esijännite tyn kumisen välikerroksen päälle jännitetty rengaspinta ja pyöränlevy on säteen suunnassa poimuttamaton ja tan-gentiaalisessa suunnassa omaa poimunhuipuista ja -pohjista muodostuvan poimutuksen. Välissä olevan esijännitetyn 30 kumikerroksen tarkoitus on yhdistää rengaspinta varmasti vanteeseen ilman, että pyöränrunko kuormittuu rengaspin-nan suuresta esijännityksestä, joka on välttämätön kutistetuissa pyörissä varman kiinnityksen kannalta.In addition, a lightweight rail wheel 25 is known, which has a rail wheel body and a ring surface and a wheel plate tensioned on a rubber intermediate layer prestressed on the wheel rim is radially non-corrugated and has a corrugation of corrugated peaks and bases in the tangential direction. The purpose of the intermediate prestressed rubber layer 30 is to securely connect the tire surface to the rim without the wheel carcass being loaded by the high preload of the tire surface, which is necessary for secure attachment in shrunk wheels.

Tässä tunnetussa pyörässä on poimutuksen korkeutta 35 vanteen viereisellä alueella jo pienennetty verrattuna toiseen tunnettuun pyörään. Pyöränlevyn loiva kartiomai- il 3 76737 nen perusmuoto (kupu) tuo tosin mukanaan sen edun, että pyörä tulee akselin yhdessä suunnassa jäykemmäksi, mutta siihen liittyy kuitenkin myös sellainen epäkohta, että jäykkyys akselin vastakkaiseen suuntaan ja säteen suuntaan 5 vähenee. Sen vuoksi tämä sovellutusmuoto on suunniteltu kumijousitetulle pyörälle, jossa rengas- ja sivuttaisvoi-mat tulevat kumikerroksen välityksellä kimmoisasti jousi-tetuiksi.In this known wheel, the height of the corrugation 35 in the area adjacent to the rim has already been reduced compared to another known wheel. Although the gentle conical shape (dome) of the wheel plate 3 76737 brings with it the advantage that the wheel becomes stiffer in one direction of the axle, but it also has the disadvantage that the stiffness in the opposite direction of the axle and in the radial direction 5 is reduced. Therefore, this embodiment is designed for a rubber-sprung wheel, in which the ring and lateral forces become resiliently sprung by means of a rubber layer.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kevytra-10 kenteinen umpipyörästä tai uudelleen vannehdittavasta um- pipyörästä muodostuva kiskopyörä, joka on helppo valmistaa, jolla on riittävän suuri säteittäinen ja aksiaalinen jäykkyys ja jolla erityisesti ei ole esitettyjä alumiini-ja teräspyörien epäkohtia (heikko kestävyys, erikoisteräs). 15 Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan alussa mainittua tyyppiä olevassa kiskopyörässä siten, että teräksisessä umpipyörässä mahdollisimman ohuen seinämäpak-suuden saamiseksi pyöränlevylle pyöränlevyn poimutuksen korkeus on pyöränkehällä 1/10 - 1/6 pyöränkehän leveydestä 20 ja poimutuksen korkeuden kasvu on vähintään 2:1 ja että poimutetun pyöränlevyn keskitaso on tasainen ja kohtisuorassa pyöränakseliin nähden.The object of the invention is to provide a lightweight rail wheel consisting of a solid or re-rimmed solid wheel which is easy to manufacture, has a sufficiently high radial and axial stiffness and in particular does not have the disadvantages of aluminum and steel wheels (poor strength, special steel). According to the invention, this object is solved in a rail wheel of the type mentioned at the beginning, so that in a steel solid wheel, in order to obtain the thinnest wall thickness possible, the corrugation height of the corrugation is 1/10 to 1/6 of the circumference 20 and the corrugation height increases by at least 2: 1. the center plane of the wheel plate is flat and perpendicular to the wheel axle.

Keksinnön mukaisessa pyörässä poistuvat alumiini-pyörän materiaalista aiheutuvat haitat, esim. vähäinen 25 kestävyys, toisen materiaalin, nimittäin teräksen, avulla. Teräksen suurempi paino kompensoidaan vähäisemmällä mate-riaalinkulutuksella, mikä on seurausta loivemmasta poimu-tuksesta ja ohuemmasta seinämänpaksuudesta. Koska pyöränlevyn keskitaso on kohtisuorassa pyöränakseliin nähden ja 30 poimutus kasvaa pyöränkehältä pyörännapaa kohti, on pyörällä suhteellisen ohuesta seinämäpaksuudesta ja loivasta poimutuksesta huolimatta vaadittu suuri aksiaalinen ja säteittäinen jäykkyys. Tällöin otetaan erikorkuisella poimutuksella huomioon pyöränlevyn erilainen rasitus.The wheel according to the invention eliminates the disadvantages caused by the material of the aluminum wheel, e.g. low durability, by means of another material, namely steel. The higher weight of the steel is compensated by lower material consumption, which results from a gentler corrugation and a thinner wall thickness. Since the center plane of the wheel plate is perpendicular to the wheel axle and the corrugation 30 increases from the wheel circumference to the wheel hub, the wheel, despite its relatively thin wall thickness and gentle corrugation, requires high axial and radial stiffness. In this case, the different stresses on the wheel plate are taken into account by corrugating at different heights.

35 Siten pyöränlevyn korkeampi poimutus navan läheisellä alueella jäykistää pyörää riittävässä määrin, voidakseen ottaa vastaan siinä pyöränkehään nähden pienemmän kehän 4 76737 vuoksi esiintyviä suurempia momentteja. Sen vuoksi saadaan kuvuttomassa pyöränlevyssä olevan korkean poimutuk-sen ansiosta pyörännavalle tuenta siten, että sen seinä-mäpaksuus verrattuna muihin tunnettuihin kiskopyöriin voi 5 olla pienempi ilman, että se tapahtuisi lujan kutistusta! puristussovitteen kustannuksella. Erikoisen muotoilun ansiosta voitetaan varsinkin tekniikan tason yhteydessä kuvatut teknologiset vaikeudet pyörien valmistuksessa. Materiaali voi olla halutussa määrin juoksevaa. Sen vuoksi 10 voidaan keksinnön mukainen pyörä valmistaa myös yhdellä kuumennuksella valssaamalla, puristamalla ja laipoitta-malla.35 Thus, the higher corrugation of the wheel plate in the region of the hub stiffens the wheel sufficiently to be able to absorb the higher moments present in it relative to the wheel rim due to the smaller circumference 4 76737. Therefore, thanks to the high corrugation in the dome-free wheel plate, the wheel hub is supported so that its wall thickness can be smaller compared to other known rail wheels without strong shrinkage! at the expense of the compression fitting. Thanks to the special design, the technological difficulties in the manufacture of wheels, especially those described in connection with the prior art, are overcome. The material can be flowable to the desired extent. Therefore, the wheel 10 of the invention can also be manufactured by single heating by rolling, pressing and flanging.

Muut keksinnön edulliset sovellutusmuodot on esitetty alivaatimuksissa.Other preferred embodiments of the invention are set out in the subclaims.

15 Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin yhtä sovellutusmuotoa esittävän piirustuksen avulla, jossa kuvio 1 esittää umpipyörästä muodostuvaa kiskopyö-rää puolittaisena aksiaalileikkauksena, kuvio 2 esittää kiskopyörän poikkileikkausta pyö-20 ränlevyn alueella linjaa I - I pitkin kuviossa 1 ja kuvio 3 esittää kiskopyörän poikkileikkausta pyö-ränlevyn alueella linjaa II - II pitkin kuviossa 1.The invention will now be described in more detail with reference to a drawing of one embodiment, in which Fig. 1 shows a rail wheel consisting of a solid wheel in a half-axial section, Fig. 2 shows a cross-section of a rail wheel in the region of the wheel plate along line I-I along line II-II in Figure 1.

Umpipyörästä muodostuva kiskopyörä käsittää pyörän-navan 1, pyöränlevyn 2 ja pyöränkehän 3. Pyöränlevy 2 yh-25 tyy siirtymäsäteillä , R2 pyörännapaan 1 ja pyöränkehään 3. Pyöränlevy 2 on tangentiaalisesti poimutettu. Säteit-täisesti kulkevista poimunhuipuista ja poimunpohjista muodostuva poimutus on navan läheisellä alueella (Leikkaus II - II) suurempi kuin siitä etäällä olevalla alu-30 eella (I- I). Koska poimunhuiput ja poimunpohjat kulkevat säteittäisesti, on niiden leveys navasta etäällä olevalla alueella suurempi kuin navan lähellä. Navasta etäällä olevalla alueella ne ovat puolisuunnikkaan muotoisia, joka muoto napaa lähellä olevalla alueella muuttuu aaltomaisek-35 si. Poimutuksen korkeus (Pyöränlevyn 2 keskitason M molem milla puolilla olevien poimunhuippujen välinen etäisyys) navasta etäällä olevalla alueella on korkeintaan 1/6 pyö- 5 76737 ränkehän leveydestä a. Poimutuksen korkeus kasvaa pyörän-napaa 1 kohti vähintään suhteessa 2:1. Poimutuksen korkeus ei saisi pyöränkehällä 3 olla kuitenkaan pienempi kuin 1/10 pyöränkehän leveydestä a. Pyöränlevyn 2 keskitaso 5 M on tasainen ja kohtisuorassa pyöränakseliin nähden. Jo mainittujen mittasuhteiden ohella ovat seuraavat muut mittasuhteet osoittautuneet edullisiksi:A rail wheel consisting of a solid wheel comprises a wheel hub 1, a wheel plate 2 and a wheel rim 3. The wheel plate 2 is connected with transition radii, R2 to the wheel hub 1 and the wheel ring 3. The wheel plate 2 is tangentially corrugated. The corrugation of radially extending corrugated peaks and corrugated bottoms is greater in the region near the hub (Section II-II) than in the distal region (I-I). Because the pleat peaks and pleat bottoms run radially, their width in the area remote from the hub is greater than near the hub. In the region remote from the pole, they are trapezoidal in shape, which shape in the region close to the pole changes to a waveform. The height of the corrugation (the distance between the corrugation peaks on either side of the central plane M of the wheel plate 2) in the area remote from the hub is not more than 1/6 of the circumferential width a. The corrugation height increases towards the wheel hub 1 by at least 2: 1. However, the height of the corrugation on the wheel rim 3 should not be less than 1/10 of the width a of the wheel rim. The central plane 5 M of the wheel rim 2 is flat and perpendicular to the wheel axle. In addition to the dimensions already mentioned, the following other dimensions have proved advantageous:

Pyöränlevyn 2 paksuus välittömästi ennen siirtymä-aluetta pyöränkehälle 3 tulisi olla n. 1/Ö0 juoksukehän 10 halkaisijasta D. Sopivimmin tulisi sen kasvaa pyöränke-hältä 3 pyörännavalle 1 suhteessa 1:1,4 - 1:1,6. Sopivia paksuuksia pyöränkehän lähellä ovat 9 - 12 mm ja navan lähellä 13 - 18 mm. Siirtymäsäteiden pyöränlevystä 2 pyörännapaan 1 tulisi olla n. 1,5-kertaisia siirtymäsätei-15 siin R£ nähden pyöränlevystä 2 pyöränkehään 3 ja siirtymäsäteiden tulisi olla 1/15 - 1/20 juoksukehän halkaijasta D. Pyörännavan leveys b tulisi olla 3,5 - 5-kertainen poimutuksen korkeuteen nähden pyöränlevyn 2 navan läheisellä alueella, jolloin seinämänpaksuus c pyörännavan 1 päissä 20 on 0,4 - 0,6-kertainen verrattuna poimutuksen korkeuteen (h) navan lähellä. Lopuksi tulisi pyörän aksiaalisovitteen halkaisijan Dl olla 0,85 - 1,2-kertainen verrattuna pyörännavan 1 leveyteen b.The thickness of the wheel plate 2 immediately before the transition area for the wheel rim 3 should be about 1/0 of the diameter D of the running ring 10. It should preferably increase from the wheel rim 3 to the wheel hub 1 in a ratio of 1: 1.4 to 1: 1.6. Suitable thicknesses near the wheel rim are 9 to 12 mm and near the hub 13 to 18 mm. The transition radii from the wheel plate 2 to the wheel hub 1 should be about 1.5 times the transition radii R £ from the wheel plate 2 to the wheel rim 3 and the transition radii should be 1/15 to 1/20 of the tread diameter D. The wheel hub width b should be 3.5 to 5 -fold the corrugation height in the region close to the hub of the wheel plate 2, whereby the wall thickness c at the ends 20 of the wheel hub 1 is 0.4 to 0.6 times the corrugation height (h) near the hub. Finally, the diameter D1 of the wheel axial fitting should be 0.85 to 1.2 times the width b of the wheel hub 1.

Claims

1. Lightweight railing wheels, which are formed as whole wheels and re-bandable whole wheels, respectively, where the wheel hub 5 (1), the wheel disc (2) and the wheel rim (3) are pressed in one piece of metal, the radially uncoated corrugated disc having one of the tangential directions. radially running road rocks and road valleys composite corrugation whose height from the wheel rim (3) increases towards the wheel hub (1) and is greater than the thickness of the wheel plate (2), and the wheel plate having large transition radii expires in the wheel rim and in the wheel hub, characterized therein. that in order to achieve the lowest possible wall thickness (d) on the wheel plate (2), the height (h) of the corrugation on the wheel plate (2) at the wheel rim has been dimensioned to 1/10 -1/6 with of the rim rim width (a) and the gradual height increase on. the corrugation must be at least 2: 1, and that the raitt plane (M) of the corrugated wheel disc (2) is flat and is vertical to the wheel axis. 20

Rail wheels according to claim 1, characterized in that the thickness (d) of the wheel plate (2) increases from the wheel rim (3) to. wheel hub (1) in the ratio 1: 1.4 - 1: 1.6.

Rail wheels according to claim 1, characterized in that the thickness (d) of the wheel plate (2) immediately before the transition area in the wheel rim (3) is approximately 1/80 of the running crash diameter (D).

Rail wheels according to claim 2 or claims 2 and 3, characterized in that the wall thickness (d) of the wheel plate (2) in the vicinity of the wheel rim (3) projects up to 9-12 mm and in the vicinity of the hub (1). ) 13-18 mm.

Rail wheels according to any one of claims 1-4, characterized in that the transition radii (R2) from the wheel disk (2) to the wheel rim (3) project to 1/15 - 1/20 of the running ring diameter (D). li