HU218779B - Többtagú vasúti járműkerék, valamint eljárás többtagú vasúti járműkerék kerékabroncsának és középrészének előállítására - Google Patents

Description

A találmány tárgya többtagú vasúti járműkerék, amely egy kerékabroncsból, egy középrészből, valamint egy, a középrész és a kerékabroncs között elrendezett rezgéscsillapítóból áll.

A többtagú (úgynevezett poliblokk) vasúti járműkerekek már jól ismertek. Ezeket főként a városi tömegközlekedésben alkalmazott villamosoknál használják abból a célból, hogy csökkentsék a síneken guruló kerekek által keltett zajt.

Ismert például egy ilyen típusú kerék, amelyben a rezgéscsillapítót két gumigyűrű képezi, amelyek egymással szemben vannak elrendezve a kerék középrésze és a kerékabroncs között, és egy erősen szétnyitott V alakot képeznek. Ilyen elrendezéssel azonban nem lehetséges a kerék dinamikus viselkedésének megfelelő beszabályozása axiális irányban, vagyis a kerék tengelyével párhuzamos irányban.

Ugyancsak ismert egy olyan járműkerék, amelyben a rezgéscsillapítót számos gumitömb képezi, amelyek a kerék középrészének kerületén vannak elrendezve, a kerék középrésze és a kerékabroncs között. Az ilyen típusú járműkerék azonban meglehetősen bonyolult felépítésű és költséges az előállítása. Ezenkívül ezen járműkerék legfőbb hátrányának az tekinthető, hogy a gumitömbök a kerék számára csupán egy csekély axiális merevséget biztosítanak, ami működés közben axiális instabilitásban mutatkozik meg.

Az EP 0 489 455 számú szabadalmi leírás olyan többtagú járműkereket ismertet, amelyben a rezgéscsillapítót egy gumigyűrű képezi két peremmel, amelyek a kerék tengelyével egy körülbelül 60°-os szöget zárnak be, ahol a gumigyűrű nem teljesen tölti ki a kerék középrésze és a kerékabroncs közötti teret. Az ilyen keréknek axiális irányban jó a rugalmassága, azonban nehéz egyidejűleg beállítani az axiális irányú és a radiális irányú rugalmasságát, hogy ily módon optimalizáljuk akusztikus viselkedését.

Ebben a háromféle járműkerékben a gumi közvetlen érintkezésben áll a kerék fémes részével, így az igénybevételek következtében a rezgéscsillapító kúszással deformálódik. Ezek a deformációk megváltoztatják a rezgéscsillapító dinamikus jellemzőit és rontják hatékonyságát.

Végezetül valamennyi korábban említett járműkeréknél külön kell kovácsolni a középrészt és a kerékabroncsot, ami bonyolítja a gyártást.

A találmány által megoldandó feladat az említett hátrányok kiküszöbölése olyan többtagú vasúti járműkerék létrehozásával, amely jól gyártható, amelyben az axiális és radiális dinamikus viselkedés optimalizálva van, és a csillapítási tulajdonságok üzem közben jó stabilitással párosulnak.

A kitűzött feladatot egy, a bevezetőben vázolt típusú többtagú vasúti járműkeréknél, amely egy gyűrű alakú kerékabroncsból, egy középrészből, egy, a középrész és a kerékabroncs között elrendezett rezgéscsillapítóból, legalább egy karimából, valamint ezen legalább egy karima rögzítésére alkalmas rögzítőelemekből áll, a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy a kerékabroncs a kerék tengelyével szemben elhelyezkedő legbelső részén két csatlakoztatóhajlattal rendelkezik, amelyek a járműkerék szimmetriasíkjától kétoldalt vannak kialakítva, és amelyek legbelső részükön egy általában lapos, gyűrű alakú szalag által vannak egymással összekötve, ugyanakkor a rezgéscsillapítónak tulipán alakú keresztmetszete van, és két gyűrűből áll, amelyek mindegyikét egy-egy rugalmas polimer anyagból készült gyűrűmag képezi, amely egy felső fémanyagú határolófal és egy alsó fémanyagú határolófal közé van ezekhez hozzátapadó módon beszorítva, ahol a felső fémanyagú határolófal a kerékabroncs legbelső részéhez, míg az alsó fémanyagú határolófal az egyik karimához illeszkedik.

Előnyösen a többtagú vasúti járműkerék két, a rezgéscsillapítót közrefogó karimával van ellátva, amelyek több, a járműkerék középrészén áthatoló és a két karima rezgéscsillapítóra való rászorítását biztosító, menetes csapként kialakított rögzítőelem által vannak öszszefogva.

A csikorgó zajok csökkentésére a járműkerék tartalmazhat ezenkívül egy betétgyűrűt is, amely egy, a kerékabroncsban kiképzett gyűrű alakú horonyban van elrendezve.

A csikorgás minimalizálására a kerékabroncs tömege (súlya) előnyösen kevesebb, mint 110 kg, ugyanakkor a kerék radiális dinamikus szilárdságának 6 χ 10⁸ és 16 χ 10⁸ N/m közé, míg axiális dinamikus szilárdságának 3 χ 10^s és 8 χ 10⁸ N/m közé kell esnie.

Annak érdekében, hogy minimálisra csökkentsük a rezgések átvitelét a vágányról a keréktengelyre, a kerékabroncs súlyának 110 kg alatt kell maradnia, a kerék radiális dinamikus szilárdságának kisebbnek kell lennie, mint 1 χ 10⁸ N/m, a kerék axiális dinamikus merevségének nagyobbnak kell lennie, mint 1 χ 10⁸ N/m, míg a kerék axiális statikus merevségének nagyobbnak kell lennie, mint 0,5 χ 10⁸ N/m.

A találmány tárgyát képezi egy eljárás is egy többtagú vasúti (poliblokk) járműkerék kerékabroncsának és középrészének gyártására, amely eljárás során egy acélbugából kovácsolással egy egytagú (monoblokk) kereket készítünk, amely egy kerékagyból és egy keréktárcsából álló középrészt, valamint egy, a keréktárcsához csatlakoztatóhaj latokon keresztül csatlakoztatott kerékabroncsot tartalmaz, ahol a csatlakoztatóhajlatok sugara a kerékabroncs fél vastagságának felel meg, majd a kerékabroncsot elválasztjuk a középrésztől, például a keréktárcsa és a csatlakoztatóhajlatok közötti csatlakozóvonal mentén végzett lyukasztással, végül pedig forgácsolással megmunkáljuk a kerékabroncsot és a középrészt.

A találmányt részletesebben kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük.

A rajzon az 1. ábra egy találmány szerinti többtagú (poliblokk) vasúti járműkerék radiális metszetének egyik felét tünteti fel, a 2. ábra egy rezgéscsillapító gyűrű radiális metszete, nagyobb méretarányban, míg a 3. ábra egy karima radiális metszetének egyik felét mutatja.

A találmány szerinti többtagú (poliblokk) vasúti járműkerék forgástestek együttese, amely egy 1 kerékab2

HU 218 779 Β roncsot, egy 22 kerékagyból és egy 6 keréktárcsából álló, egy darabból készült (monoblokk) 2 középrészt, a 6 keréktárcsa kerületére szerelt két 3 és 4 karimát, valamint egy 5 rezgéscsillapítót tartalmaz, amely egyrészt a és 4 karimák, másrészt pedig az 1 kerékabroncs között van elrendezve. A 3 és 4 karimák egymással szembefordítva vannak elrendezve a 2 középrész 6 keréktárcsájának két átellenes oldalán, és a 6 keréktárcsához vannak szorítva több, célszerűen menetes csapként kialakított 7 rögzítőelem segítségével, amelyek áthaladnak az egyik 3 karimán és a 6 keréktárcsán, és a másik karimában kialakított menetes furatokba vannak becsavarozva. A 7 rögzítőelemeket képező menetes csapok egy körvonal mentén vannak elrendezve a kerék A-A forgástengelye körül. Amint az az 1. ábrán látható, a kerék tartalmazhat ezenkívül egy 8 betétgyűrűt a csikorgó zajok csökkentésére.

Az 1 kerékabroncs 9 legbelső része, vagyis az a rész, amely legközelebb van az A-A forgástengelyhez, két 10 és 11 csatlakoztatóhajlattal rendelkezik, amelyek sugara megközelítőleg az 1 kerékabroncs fél vastagságának felel meg, emellett ezek egymással szembefordított módon vannak elrendezve, és egy csaknem teljesen lapos, gyűrű alakú 12 szalag által úgy vannak összekötve, hogy az 1 kerékabroncs 9 legbelső része, keresztmetszetét tekintve, egy, az A-A forgástengelyhez képest radiálisán elrendezett és a kerék belsejétől kifelé széttartó tulipánszerű alakkal rendelkezik.

Mindegyik 3 vagy 4 karimának egyik 13 oldalán (lásd 3. ábra), amely arra szolgál, hogy illeszkedjen a kerék 6 keréktárcsájához a kerék A-A forgástengelyhez legközelebb eső részén, egy gyűrű alakú 15 bemélyedés van kialakítva, amelynek alakja kiegészíti a 6 keréktárcsa radiálisán külső 18 végének fél vastagságát és hozzáilleszthető a 6 keréktárcsa ezen 18 végéhez. A 13 oldal azon része, amely legtávolabb esik a forgástengelytől, egy 25 hajlatot, egy 26 lekerekített részt és egy 27 lapos részt magában foglaló 24 profillal van ellátva, így amikor a két 3, 4 karima rá van szerelve egymással szembefordított módon a kerékre, ezek a profilrészek egy tulipán alakú hornyot képeznek, amely egyrészt a 3 és 4 karimák, másrészt pedig az 1 kerékabroncs között egy gyűrű alakú teret hoz létre, amelyben az 5 rezgéscsillapító van elrendezve. A 15 bemélyedések axiális irányban olyan mélységűek, amely valamivel kisebb, mint a 6 keréktárcsa 18 végének fél vastagsága, így amikor a két 3, 4 karima fel van szerelve, azok rá vannak szorítva a 6 keréktárcsára anélkül, hogy érintkeznének egymással.

Az 5 rezgéscsillapító két egymáshoz csatlakoztatott azonos 19 és 20 gyűrűből áll. Mindegyik 19 vagy 20 gyűrű egy rugalmas polimer anyagból levő 30 gyűrűmaggal rendelkezik, amely lapanyagból, például fémlemezből készült két 31 és 32 határolófal közé van behelyezve és ezekhez hozzátapasztva. A 31 határolófal úgy van kialakítva, hogy illeszkedjen az 1 kerékabroncshoz, a 32 határolófal pedig úgy van kialakítva, hogy illeszkedjen a 3 vagy 4 karima 24 profiljához. Célszerűen a polimer anyag gumi, amely a merevségének beállításához töltőanyagokkal van ellátva.

Az 5 rezgéscsillapító vastagsága valamivel nagyobb, mint az 1 kerékabroncs és a 3, illetve 4 karimák között szabadon hagyott tér, így az 5 rezgéscsillapító mintegy 1 mm-es nagyságrendű összeszoritásnak van kitéve, ha a 3 és 4 karimák fel vannak szerelve.

Ily módon elrendezve a találmány szerinti kerék igen könnyen szerelhető, és azzal az előnnyel rendelkezik, hogy lehetővé teszi axiális és radiális dinamikus viselkedésének optimális beállítását a felhasználó kívánságának megfelelően. Ebből a célból elegendő megfelelően beállítani a rezgéscsillapítót képező gumi szilárdságát vagy a rezgéscsillapító peremeinek magasságát.

Tulajdonképpen a találmány szerinti megoldás révén lehetővé válik mind a sínen való gördülés által keltett zaj minimális mértékre történő csökkentése, mind pedig a gördülés által keltett és a keréktengelynek átadott rezgések minimalizálása, különösen ha a keréktengely közvetlenül van összekapcsolva a motorral.

A feltalálók megállapították, hogy mindegyik esetben mindenekelőtt az szükséges, hogy a kerékabroncs súlya (tömege) a lehető legkisebb legyen, és minden esetben 110 kg-nál kisebb legyen új állapotban.

A feltalálók megállapították továbbá, hogy:

- ha kívánatos a gördülési zaj minimalizálása, akkor a kerék radiális dinamikus szilárdságát 6xl0⁸ és 16 x 10⁸ N/m közé, az axiális dinamikus szilárdságot pedig 3 x 10⁸ és 8 x 10⁸ N/m közé kell beállítani;

- ha a rezgés átadását kívánjuk minimalizálni, akkor a kerék radiális dinamikus szilárdságának kisebbnek kell lennie mint 1 χ 10⁸ N/m, míg axiális dinamikus szilárdságának nagyobbnak kell lennie mint lxlO⁸ N/m; előnyösen a radiális statikus merevséget 0,3 χ 10⁸ és 0,5 χ 10⁸ N/m közé, míg az axiális statikus merevséget 0,5 χ 10⁸ N/m-nél nagyobbra kell beállítani.

Az a tény, hogy a rezgéscsillapítót lapanyagból vagy fémlemezből készült két határolófal közé behelyezett és ezekkel összekötött gumimaggal rendelkező gyűrűk képezik, jelentősen javítja a kerék üzem közbeni viselkedését. Valójában a lapanyagból készült határolófalak, amelyekhez a gumi hozzátapad, megakadályozzák a gumi kúszását az igénybevételek hatására. Ez működés közben a rezgéscsillapító tulajdonságainak lényegesen jobb stabilitását biztosítja.

Az ilyen rezgéscsillapító igen könnyen előállítható a gumi közvetlen öntésével két lapszerű határolófal közé. A gumi tapadásának biztosítására elegendő a határolófalak felületének homok- vagy sörétszórással végzett előkészítése.

A találmány szerinti keréknek az is az előnye, hogy sokkal egyszerűbben és olcsóbban előállítható, mint a technika állása szerinti kerekek. Tulajdonképpen a találmány szerinti kerekek gyártásához csupán egy monoblokk kereket kell kovácsolni, amely egy kerékagyat, egy keréktárcsát és egy, a keréktárcsához csatlakoztatóhajlatokkal csatlakoztatott kerékabroncsot tartalmaz, ahol a hajlatok sugara lényegében a kerékabroncs fél vastagságának felel meg, majd elválasztjuk a kerékabroncsot a kerékagy és a keréktárcsa által képzett középrésztől, például a csatlakoztatóhajlatok és a keréktárcsa közötti csatlakozóvonal mentén végzett lyukasztással.

HU 218 779 Β

Ezután elégséges csupán egy sima forgácsolásos megmunkálást végezni a lyukasztási soqa eltávolítására.

Az egyik lehetséges kiviteli változatnál a rezgéscsillapító két megfelelő hosszúságú és keresztmetszetű gumiszalagból áll, amelyek ragasztóanyag segítségével közvetlenül vannak a kerékabronccsal összekötve. Ez az eljárás azzal az előnnyel jár, hogy lehetővé teszi az egyes kerékátmérőkhöz előre gyártott gyűrűk helyett egy feltekercselt szalag alkalmazását, amely csupán részlegesen van letekercselve és a kívánt méretre van vágva.

Ezek a találmány szerinti többtagú kerekek különösen alkalmasak városi vagy helyiérdekű vasúti járműveknél történő felhasználásra, mint például villamosoknál, metrószerelvényeknél vagy földalattinál. Ezek a járműkerekek szokásosan körülbelül 400 és 920 mm közötti névleges átmérővel rendelkeznek.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Többtagú (poliblokk) vasúti járműkerék, amely egy kerékabroncsból (1), egy kerékagy (22) és egy keréktárcsa (6) által képzett középrészből (2), egy, a középrész (2) és a kerékabroncs (1) között elrendezett rezgéscsillapítóból (5), legalább egy karimából (3,4), valamint a legalább egy karima (3, 4) rögzítésére alkalmas rögzítőelemekből (7) áll, azzal jellemezve, hogy a kerékabroncs (1) a legbelső részén (9) két csatlakoztatóhajlattal (10, 11) rendelkezik, amelyek a járműkerék szimmetriasíkjától kétoldalt vannak kialakítva, és amelyek legbelső részükön egy általában lapos, gyűrű alakú szalag (12) által vannak egymással összekötve, ugyanakkor a rezgéscsillapítónak (5) tulipán alakú keresztmetszete van, és két gyűrűből (19, 20) áll, amelyek mindegyikét egy-egy rugalmas polimer anyagból készült gyűrűmag (30) képezi, amely egy felső fémanyagú határolófal (31) és egy alsó fémanyagú határolófal (32) közé van ezekhez hozzátapadó módon beszorítva, ahol a felső fémanyagú határolófal (31) a kerékabroncs (1) legbelső részéhez (9), míg az alsó fémanyagú határolófal (32) egy karimához (3, 4) illeszkedik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti vasúti járműkerék, azzal jellemezve, hogy két, a rezgéscsillapítót (5) közrefogó karimával (3, 4) van ellátva, amelyek több, a járműkerék középrészén (2) áthatoló és a két karima (3,4) rezgéscsillapítóra (5) való rászorítását biztosító, menetes csapként kialakított rögzítőelem (7) által vannak összefogva.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti vasúti járműkerék, azzal jellemezve, hogy egy, a kerékabroncs (1) egy gyűrű alakú hornyában elrendezett betétgyűrűvel (8) van ellátva.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti vasúti járműkerék, azzal jellemezve, hogy a kerékabroncs (1) tömege kisebb, mint 110 kg, ugyanakkor a kerék radiális dinamikus szilárdsága 6χ 10⁸ és 16 χ 10⁸ N/m közé, míg axiális dinamikus szilárdsága 3^χ 10⁸ és 8 χ 10⁸ N/m közé esik.
5. 5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti vasúti járműkerék, azzal jellemezve, hogy a kerékabroncs (1) tömege kisebb, mint 110 kg, radiális dinamikus szilárdsága kisebb, mint 1 χ 10⁸ N/m, axiális dinamikus szilárdsága nagyobb, mint 1 χ 10⁸ N/m, míg axiális statikus merevsége nagyobb, mint 0,5 χ 10⁸ N/m.
6. 6. Eljárás egy többtagú (poliblokk) vasúti járműkerék kerékabroncsának és középrészének előállítására, azzal jellemezve, hogy az eljárás során:

   - egy acélbugából kovácsolással egy egytagú (monoblokk) kereket készítünk, amely egy kerékagyból és egy keréktárcsából álló középrészt, valamint egy, a keréktárcsához csatlakoztatóhajlatokon keresztül csatlakoztatott kerékabroncsot tartalmaz, ahol a csatlakoztatóhajlatok sugara megközelítőleg a kerékabroncs fél vastagságának felel meg,

   - a kerékabroncsot elválasztjuk a középrésztől, például a keréktárcsa és a csatlakoztatóhajlatok közötti csatlakozóvonal mentén végzett lyukasztással,

   - végül pedig forgácsolással megmunkáljuk a kerékabroncsot és a középrészt.