JP5566304B2 - レールホイール - Google Patents

Description

本発明は請求項１の上位概念部に記載のレールホイールに関するものである。

公知のレールホイールにおいては、ホイールボディの両側に接続されているホイールブレーキディスクが、周面にわたって分配されている複数の固定エレメント、有利には貫通ねじによって、ホイールボディに固定されている。

ホイールブレーキディスクは、一体成形されている冷却リブ、センタリング・固定アイによって直接ホイールボディに接触しており、とりわけホイールハブを外側の走行リングと結合する環状のホイールウェブに接触している。

しかし、ホイールボディへのホイールブレーキディスクの直接的な接触により、運転上著しい問題が発生する。

したがって、ブレーキング中、ホイールブレーキディスクの半径方向外側に発生する軸線方向の温度勾配に基づき、ホイールウェブと接触領域との間には面圧の顕著な増大が生じる（各ブレーキディスクがホイールボディに螺合されていない場合には、ブレーキディスクは皿ばねの形状である）。

その他にもリング形のホイールブレーキディスクは、高い熱負荷により発生する摩擦面における引張残留応力により、反対方向に皿状に変形する傾向がある。

こうして常温の状態において、半径方向内側に位置する接触領域における面圧の過度な増大が生じる。

ホイールブレーキディスクの熱に基づく「呼吸」、つまり半径方向の間欠的な収縮及び膨張により、各ブレーキ過程時にいわゆる摩擦滑動が接触領域に発生する。

面圧のいわゆる過剰な増大に基づき、とりわけ高いブレーキ出力時に、接触領域の領域におけるホイールブレーキディスクとホイールボディとの間における焼付き、若しくはホイールウェブにおける局地的な塑性変形が起こり、このことは長期的にはホイールにおける亀裂形成といった破壊に繋がることがある。

本発明の目的は、構造に関して極めて簡単な手段によって、運転条件に基づく過度な負荷を防ぎ、これにより寿命が全体的に高められるように、冒頭で述べた形式のレールホイールを改良することである。

上記目的は、請求項１の特徴を有するレールホイールにより達成される。

機械的かつ熱的に高負荷耐性を有する介在板の配置により、少なくともホイールブレーキディスクとホイールボディとの間の各接触領域においては、焼付き現象ひいてはホイール損壊が回避される。

先行技術において「呼吸」と称呼した、ブレーキ時に発生するホイールブレーキディスクの熱に起因する半径方向の変形は、介在板がいわゆる滑動層として機能するので、影響を及ぼすことはない。滑動層上において、介在板が半径方向においてホイールボディに固定されて保持されている場合にホイールディスクが適切に滑動するか、又は介在板が、接続されているホイールブレーキディスクと共にホイールボディに対して相対的に滑動層上を滑動するように運動する。

有利には、介在板の面状の寸法は、ホイールブレーキディスクの接触領域の対応配置されている寸法と同じ大きさであるか、又はホイールブレーキディスクの接触領域の対応配置されている寸法よりも大きいので、小さな面圧だけが影響を及ぼす。

したがって、ホイールウェブにおける上記焼付き現象若しくは塑性変形は防がれ、その結果、焼付き現象若しくは塑性変形により発生する亀裂形成も有効に回避される。

当然のことながら、このことはレールホイール全体の寿命の明確な向上及び運転安全性の著しい改善に繋がる。

このために、介在板を金属薄板から製造することも有利である。金属薄板の硬度は、ホイールウェブの硬度若しくは強度よりも明らかに高い。

上述したように、研磨された表面を有するステンレス鋼から成る金属薄板は、一般的には圧延材であり、このような使用目的に理想的に適している。このような金属薄板の引張強度は１０００Ｎ／ｍｍ^２よりも大きいことが望まれ、厚さは約１ｍｍである。また基本的には別の金属薄板厚さも使用可能である。

本発明の有利な構成によれば、介在板はそれぞれ周方向に並列させられて接している円形リング区分から成っている。

本構成では、３０°、６０°、１２０°又は１８０°の円形リング区分が考慮可能である。基本的に、介在板は当然１つの部材から成る金属薄板リングとして構成されていてよい。半径方向における円形リング区分の固定は、形状接続式（formschluessig：形状による束縛）又は摩擦接続式（kraftschluessig：摩擦力による束縛）に行われる。形状接続は、ホイールウェブにおいて又はホイールブレーキディスクの接触側において行うことができる。

これに対して摩擦接続は螺合による適切な緊張若しくは固定により達成される。緊張によりホイールブレーキディスクはホイールウェブ若しくはホイールボディにおいて固定されている。

本発明のさらに別の有利な構成は従属請求項に記載されている。

本発明に係るレールホイールの一部分の側方断面図である。 図１に記載した本発明の別の実施の形態の一部分を拡大して示した図である。 図１に記載した本発明のさらに別の実施の形態の一部分を拡大して示した図である。 レールホイールの一部分の平面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の一部分を拡大した側方断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１には、レールホイールの部分領域が示されており、とりわけホイールボディ１の両側にホイールブレーキディスク２が接続されている一領域が示されている。

ホイールボディ１の、半径方向に延在する２つの環状の接触面を形成するホイールウェブ３は孔１４を有している。孔１４を通じてねじ６が案内されている。ねじ６によってホイールブレーキディスク２はホイールボディ１と不動に結合されている。

通常、円周上で同じ角度間隔をおいて複数個分配配置されている各ねじ６は、各ホイールブレーキディスク２の固定アイ５を通って案内されている。固定アイ５は端面側に、ホイールブレーキディスクの冷却リブ４と同様に、ホイールウェブ３に対して接触領域を形成する。

固定アイ５の接触領域と、冷却リブ４と、ホイールウェブ３との間において、各ホイールブレーキディスク２に対して介在板７が配設されている。したがって、介在板７にはホイールウェブ３が接触する一方で、ホイールブレーキディスク２の接触領域が接触する。

介在板７は機械的かつ熱的に高負荷耐性を有する材料、有利には、硬く圧延された金属薄板から成っている。金属薄板の硬度若しくは強度はホイールウェブ３の硬度若しくは強度よりも大きい。

図４から特に明確に理解できるように、介在板７は円形リング区分から成っている。円形リング区分は周面にわたって均等に分割されている。円形リング区分の数は可変であってよい。例えば１２個のねじ６の場合には、同じ数の円形リング区分が設けられている。つまり、円形リング区分はそれぞれ３０°の角度を形成している。

半径方向の固定のために、介在板７は有利には形状接続式に保持されている。このために図１に記載の実施の形態では、ホイールウェブ３は段部８を有している。段部８に介在板７は半径方向への移動に関して十分に固定されて嵌設されている。

ねじ６の貫通案内のために、介在板７は適切な開口を有している。

図３，５においても再度示している介在板７の接触領域の拡大図を示す図２に記載の実施の形態において、半径方向の固定は両方向、つまり外側及び内側に向かってスリーブ９により行われる。スリーブ９は孔１４内に挿入されていて、孔１４内において軸線方向に固定されて保持されている。スリーブ９は少なくとも介在板７の厚さだけホイールウェブ３の両側から突出している。

スリーブ９の外径は介在板７の中央の切欠きの内のり直径にほぼ合致するので、介在板７は問題なく嵌められ、側方の移動に対して固定されて保持されている。

したがって、図１，２に記載の実施の形態において、介在板７はホイールウェブ３に係止されている。ホイールウェブ３における介在板７の認識可能な大面による接触により、金属薄板とホイールウェブとの間の顕著な温度差の発生は回避され、ひいては熱に起因する、ホイールに対する介在金属薄板の歪みも回避される。介在板７の外側半径は、有利には外側の接触領域を形成する冷却リブ４の半径方向の幅によって規定される。ホイールウェブ上での金属薄板の滑動は生じない。

これに対して各介在板において支持されているホイールディスク２は、熱に起因する変形時に、介在板７において半径方向に滑動するので、ホイールウェブの焼付き若しくは損壊は排除されている。

上述と同様に、介在板７は図５に記載の実施の形態においてもホイールウェブ３に係止されている。

このために介在板７はホイールウェブ３の孔１４の領域に折曲げ部１３を有している。折曲げ部１３はカラーであり、孔１４内に突入している。折曲げ部１３の外径は孔１４の内のり直径にほぼ合致するので、両方向での半径方向の固定は保証されている。

図３には、介在板７の位置固定のさらに別の実施の形態が示されている。

本実施の形態では、ホイールブレーキディスク２の、ホイールウェブ３寄りの接触領域が段部１０を有している。段部１０においてそれぞれ介在板７が嵌設されて、半径方向に固定されている。

半径方向におけるホイールブレーキディスク２の温度に起因する膨張及び収縮時に、各介在板７は同じ量だけ一緒に運動するので、介在板７は有利にはホイールウェブ３において滑動する。

図４から認識できるように、介在板７の半径方向の位置固定のさらに別の形式は、ホイールウェブ３と介在板７との間に配置されている滑動ブロック１１と重なり合う領域において、介在板７に打抜き成形部が加工されている。打抜き成形部の平面寸法は滑動ブロック１１に合致する。滑動ブロック１１は対応配置されている打抜き成形部を貫通するので、ホイールウェブ３における形状接続式の位置固定が達成されている。

各ブレーキ過程においては、ホイールブレーキディスク２と介在板７との間に温度差が発生するので、介在板７は曲率の差（Kruemmungsunterschiede）が歪みに繋がらないように形成されている。

介在板７の構成は、介在板７が外側及び内側縁部に接触区分１２を備えているようになっている。接触区分１２は段部８，１０の対応配置されている段エッジに接触している（図４）。

基本的に、１つの部材から成る介在板はリングの形状において機能する。しかしレールホイールのためのホイールブレーキディスク２の直径が大きいことに基づき、円形リング区分を使用することは実質的に廉価である。円形リング区分は打抜き成形されるか、レーザ切断されるか又はウォータジェット切断される。

図４に記載の実施の形態では、６０°の円形リング区分が選択されており、各介在板７は外側縁部に２つの接触区分１２を有し、かつ、内側縁部に真ん中に位置する１つの接触区分１２を有しており、２つの外側の接触区分は、長さに関して外側の縁部領域に配置されているので、三点接触がもたらされている。三点接触により既述の曲率の差における歪みは防がれる。

１ ホイールボディ、 ２ ホイールブレーキディスク、 ３ ホイールウェブ、 ４ 冷却リブ、 ５ 固定アイ、 ６ ねじ、 ７ 介在板、 ８ 段部、 ９ スリーブ、 １０ 段部、 １１ 滑動ブロック、 １２ 接触区分、 １３ 折曲げ部、 １４ 孔

Claims (14)

1. ホイールボディ（１）と、該ホイールボディ（１）の両側に固定部材によって接続されたホイールブレーキディスク（２）とを有するレールホイールにおいて、
   ホイールボディ（１）におけるホイールブレーキディスク（２）の少なくとも各接触領域に、機械的かつ熱的に高負荷耐性を有する介在板（７）が配置されていて、
   介在板（７）は複数の円形リング区分から形成されていて、
   介在板（７）はホイールボディ（１）若しくはホイールウェブ（３）の段部（８）に嵌設されている、及び／又は、介在板（７）は半径方向における固定のために、ホイールブレーキディスク（２）の接触領域の段部（１０）に嵌設されていて、
   各円形リング区分は外周面及び内周面の双方において段部（８，１０）の制限部に接触していて、各円形リング区分は外周面の各端部にそれぞれ、外周面から半径方向外側に突出した接触区分（１２）を有し、かつ内周面の中央に、内周面から半径方向内側に突出した１つの接触区分（１２）を有し、各接触区分（１２）が段部（８，１０）の制限部に接触しており、これにより各円形リング区分と段部（８，１０）の制限部との間で三点接触がもたらされることを特徴とする、レールホイール。
2. 介在板（７）がそれぞれ金属薄板から成っており、該金属薄板はホイールボディ（１）若しくはホイールウェブ（３）よりも高い強度を有していることを特徴とする、請求項１記載のレールホイール。
3. 介在板（７）はステンレス鋼から成る金属薄板から形成されており、研磨された表面を有していることを特徴とする、請求項１又は２記載のレールホイール。
4. 前記金属薄板は１０００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載のレールホイール。
5. 各介在板（７）は円形リングとして形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載のレールホイール。
6. 前記複数の円形リング区分は同じ大きさであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載のレールホイール。
7. 前記円形リング区分は同じ角度を形成することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載のレールホイール。
8. 円形リング区分はそれぞれ３０°、６０°、１２０°又は１８０°の角度を形成することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載のレールホイール。
9. 介在板（７）の半径方向の幅が、少なくとも前記ホイールブレーキディスクの接触領域の半径方向の最大の幅に適合することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載のレールホイール。
10. 介在板（７）はホイールボディ（１）に半径方向において固定されて保持されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項記載のレールホイール。
11. 介在板（７）は各ホイールブレーキディスク（２）に半径方向において固定されて保持されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項記載のレールホイール。
12. ホイールウェブ（３）の、ホイールブレーキディスク（２）の固定のためにねじ（６）を貫通案内するための孔（１４）内にスリーブ（９）が保持されており、該スリーブ（９）は両側においてホイールウェブ（３）を越えて突出し、かつ、介在板（７）の開口を貫通しており、スリーブ（９）の外径が、介在板（７）の開口の内のり直径にほぼ適合することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項記載のレールホイール。
13. 介在板（７）は孔（１４）と重なる領域においてカラー状の折曲げ部（１３）を有しており、該折曲げ部（１３）は孔（１４）内に突入しており、折曲げ部（１３）の外径が孔（１４）の内のり直径にほぼ適合することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項記載のレールホイール。
14. ホイールブレーキディスク（２）とホイールウェブ（３）との間に滑動ブロック（１１）が配置されている、請求項１から１３までのいずれか一項記載のレールホイールにおいて、
    介在板（７）は滑動ブロック（１１）と重なる領域に打抜き成形部を有しており、該打抜き成形部内に滑動ブロック（１１）が係合し、滑動ブロック（１１）の平面寸法は、配設されている前記打抜き成形部の平面寸法にほぼ適合することを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項記載のレールホイール。

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