NO148843B - Svingningsdempet skinnehjul. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et skinnehjul med flere resonansdempere av metall og dempningsmateriale fordelt langs hjullegemets omkrets, især på hjulflensen, hhv. hjulbanen, hhv. hjulfelgen.

Ved hjelp av dempende materiale på hjulflensen er det forsøkt å dempe hvinelyden som skyldes aksiale svingninger.

Den derved oppnådde effekt er imidlertid ikke tilfredsstil-

lende (DE 1 605 065).

Det er videre forsøkt å dempe kjørestøyen ved hjelp av dempnings-ringlegemer eller ringlegemedeler innlagt i ring-

spor i hjulflensen, bestående av enkeltstående små plater, sirkelringutsnitt eller ringskiver og som har overtrukket et. smøremiddellignende stoff med meget høy viskositet over an-leggsflåtene. Heller ikke dette forsøk har kunnet sette seg gjennom i praksis.

Ved et annet skinnehjul av den innledningsvis nevnte

type er resonansdemperne festet på hjulskiven nær hjulflensen. Hver resonansdemper består av en sylindrisk gummistøtpute på

hvis endeflater to metallskiver med innlagte skruebolter er vulkanisert. Ved disse i praksis utprøvede svingningsdempede skinnehjul viste det seg imidlertid allerede etter en forholds-vis kort driftstid på et år at dempningsvirkning avtok vesent-lig. Av denne grunn har et slikt svingningsdempet skinnehjul ikke kommet til praktisk bruk (tidsskriftet VDI, bind 96,

nr 6, 21.2.1954, side 171-175).

Videre er et skinnehjul kjent (US 2 605 132) hvor en

ring av lagdelt materiale strekker seg i radial retning og

er anordnet på innsiden av hjulbanen. Denne ring tjener som ubalanseutligning for hjulet.

Videre er også resonansdempere kjent som består av flere ensidig innspente, hhv. ensidig festede legemer som kan svinge med deres frie ender og hvis lengde er flere ganger større,

enn deres bredde .og tykkelse (tunger).

Oppfinnelsen tar sikte på å frembringe en resonansdem-

per for skinnehjul, som er mer virksom og fremfor alt også demper de svingninger som opptrer på hjulet over lengre tid.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at hver

enkelt resonansdemper består av flere med mellomlegg av dempningsmaterialet innbyrdes adskilte og ifølge hjulets egenfre-

kvenser avstemte legemer som kan svinge med deres frie ender og hvis lengde er flere ganger større enn bredden og tykkelsen (tunger). Ved et slikt skinnehjul dempes svingningene eff-ektivt over lengre tid.

De svingbare legemer i hver resonansdemper kan være utformet på ulike måter. Ifølge den førsté utførelser kan legemene være utformet med flere i ens avstand fra hverandre og med dempningsmateriale utfylte ringspor i hjulkransen på et kompakt hjul, hhv. felgen i et hjul med dekk og ha radiale skillefuger i disse ringspors område. Ifølge en annen utfør-else kan de svingbart utformede legemer være utformet i adskilte ringer som er festet til hjulbanen med skruer, idet de svingbart utformede legemer er utformet med ringspor i ringene og radiale skillefuger i disse ringspors område. Fortrinnsvis består imidlertid de svingbart utformede legemer av lagvise plater, især med samme bredde og lengde, men med ulike tykkelser og mellomliggende dempningsmateriale, idet de på denne måte utformede legemer er anordnet parallelle eller meanderformede (i rekke) på den samme sokkel. Ved stavform av de svingbare legemer er disse hensiktsmessig festet på midten i lengderetning.

Ifølge en ytterligere alternativ utforming består de svingbart utformede legemer av parallelle stayer som er innlagt i dempningsmateriale, fortrinnsvis av rundt materiale med ulike tverrsnittsmål, især diametre. Stavene kari være utformet som konsentriske hulstaver, især med ulike diametre og/eller ulike veggtykkelser, idet mellomrommene mellom stavene er utfylt med dempningsmateriale.

En spesielt gunstig anordning oppnås når de svingbart utformede legemer er innlagt i dempningsmaterialet i hjullegemets ringspor og utformet til en blokk og via sin sokkel stivt forbundet med hjulflensen, hhv. hjulbanen, hhv. hjulfelgen. Ved denne anordning oppnås ikke bare en kompakt oppbygning av skinnehjulet med resonansdempere, men også på enkel måte en gunstig sammenkobling mellom hjulkrans, hjulbane og hjulfelg samt resonansdempere for avledningen av hjulsvingningene. De for utdreiing av ringsporene nødvendige tilleggskostnader ved fremstillingen er uvesentlige da hjulet i alle fall må inn-spennes i en dreiebenk for avdreining av ytterkonturene. Ring sporene beskytter blokkene under drift mot ytre påvirkninger og gir dem i tillegg, i forbindelse med det dempningsmateriale som de er innlagt i, et godt feste slik at det for deres feste, eksempelvis kun er behov for en enkelt i midten anordnet skrue. De legemer som er innlagt i hjulet frembringer heller ingen egenstøy på grunn av denne anordning, eksempelvis vindstøy.

Ringsporet med de i dette innlagte resonansdempere kan være anordnet på begge sider av hjullegemene.

Dreier det seg om et gummiavfjæret skinnehjul hvor hjulbanen er forbundet med hjulfelgen via et gummiinnlegg, er resonansdemperne anordnet i hulbanens ringspor. Kombinasjo-nen av gummiavfjæret skinnehjul og på hjullegemet anordnede resonansdempere gir spesielt gode dempningsresultater.

I det følgende beskrives oppfinnelsen på grunnlag av ulike utførelser som er vist på tegningen, hvor figur 1 viser et som massivt hjul utformet skinnehjul med på siden av hjulflensen anordnede svingbare legemer i sideriss, figur 2 viser i aksialsnitt en del av skinnehjulet på figur 1, figur 3 viser i aksialsnitt et skinnehjul utformet som et hjul med dekk hvor de svingbare legemer er anordnet på felgen, figur 4 viser i aksialsnitt en del av et skinnehjul utformet som et hjul med dekk hvor de svingbare legemer er anordnet i separate ringer festet til hjulbanen, figur 5 viser en del av et som kompakt hjul utformet skinnehjul i sideriss i hjulkransens område, figur 6 viser et aksialsnitt av en del av skinnehjulet på figur 5 med til blokker sammensatte, og til hverandre meanderformet anordnede plater som svingbare legemer, figur 7 viser en del av skinnehjulet på figur 5 i aksialsnitt med til forskjell fra de til hverandre meanderformet anordnede plater på figur 6, parallelt anordnede plater som svingbare legemer, figur 8 viser en del av skinnehjulet i aksialsnitt tilsvarende figur 5 med et i forhold til figur 6 og 7 endret feste mellom de til blokker sammenlagte plater, figur 9 viser i mot-setning til skinnehjulene på figur 1-8, et forandret skinnehjul med et grunnriss fra sporkranssiden av plater som er innlagt i et sideringspor i hjulkransen, figur 10 viser en del av skinnehjulet på figur 9 i aksialsnitt langs I-l, figur 11 viser et grunnriss av en resonansdemper dannet av lagvise plater og dempningsmateriale, figur 12 viser resonansdemperen ifølge figur 11 i snitt langs II-II, figur 13 viser resonansdemperen p'å figur 11 i snitt langs III-III, figur 14 viser i grunnriss en ytterligere resonansdemper dannet av i dempningsmaterialet innlagte staver, figur 15 viser resonansdem-

peren på figur 14 i snitt langs IV-IV, figur 16 og 17 viser resonansdemperen på figur 14 i snitt langs V-V i to ulike ut-førelser med kompakte staver og hule staver, figur 18 viser et skinnehjul utformet som kompakt hjul tilsvarende figur 5-7, øverst til venstre i halvt aksialsnitt, øverst til høyre 1 grunnrissutsnitt, til høyre i midten den benyttede resonansdemperen 20a og b i isometrisk riss ved fordeling av resonansdemperne type a, b langs hjulets omkrets, figur 19 viser et diagram av skinnehjulets (ifølge figur 18) støybilde som opp-

trer ved gjennomkjøring av små kurver, opptegnet over frekven-

sen, øverst med og nederst uten resonansdemper, figur 20 viser et diagram av skinnehjulets (ifølge figur 18) støybilde som opptrer ved gjennomkjøring av en kurve, opptegnet over kurvens veistrekning, øverst uten og nederst med resonansdemper, figur 21 viser et anderledes utformet skinnehjul som kompakthjul,

til venstre oppe i halvt aksialsnitt, til høyre- oppe et ut-

snitt i grunnriss og til høyre nede den benyttede resonansdemper i isometrisk riss, figur 22 viser et diagram av det støybilde som opptrerved kjøring av skinnehjulet på figur 1

på en skinne, øverst uttegnet uten og stiplet med resonansdemper ved en rillet skinneoverflate- og nederst uttegnet

uten og stiplet med resonansdemper ved en slipt overflate, opptegnet over hastigheten.

Det på figur 1 og 2 viste skinnehjul er utformet som et massivt hjul og består hovedsakelig av et nav 1, en hjulskive 2 og en hjulflens 3. De på figur 3 og 4 viste utførelseseks-empler illustrerer skinnehjul, hvor hjulflensen er oppdelt i hjulbane 4 og hjulfelg 5.

Hjulflensen 3, hhv. hjulbanen 4, hhv. hjulfelgen 5 bærer

på den mot navet 1 vendende innside et antall langs omkretsen fordelt anordnede resonansdempere 6, som består av tunger 7,

8, 9, 10, 11, 12, 13 og mellom disse anordnede innlegg 14 fremstilt av et svingningsdempende materiale. De enkelte tunger 7-13 blir fremstilt ved ringformet utdreining av hjulets mass-

ive materiale, hvorved de på denne måte tilveiebragte ringer

deretter oppdeles i enkeltstående sett ved hjelp av radiale snitt 6a ifølge figur 1. Lengden og tykkelsen av tungene 7-13 er bestemmende for avstemningen etter hjulets egenfrekvenser. Stillingen av tungene 7-13 er bestemmende for ret-ningen av de svingninger som skal tilintetgjøres eller dempes. For dempning av de aksiale svingninger er det anordnet tunger 7,8,9 som er anordnet bak i hverandre liggende, radiale plan, og som kan svinge i aksial retning. For dempning av de radiale svingninger er det anordnet tunger 10-13, som er anordnet over hverandre i koaksiale flater. Da det i hvert omkrets-avsnitt er anordnet tunger som reagerer på radiale såvel som aksiale svingninger med forskjellige egenfrekvenser, blir de aksiale såvel som de radiale hjulsvingninger dempet på det sted de oppstår, nemlig på hjulflensen og hjulbanen, således at støydempningen er optimal.

Som vist på figur 2-4 kan tungene være fremstilt ved hjelp av ringformet utdreining og påfølgende radial avdeling

fra hjulflensen for et massivt hjul (figur 2), eller fra hjulfelgen for et med bane forsynt hjul (figur 3), eller av separate ringer som er festet til hjulbanen ved hjelp av skruebolter for et annet med bane forsynt hjul (figur 4).

I det på figur 5 og 6 viste utførelseseksempel er de enkeltstående tungesett ikke fremstilt i ett stykke med hjulet, men utgjør enkeltstående, til hjulet festede blokker 18. Hver blokk 18 består av flere tunger 20-23 med samme bredde, samme lengde, men forskjellig tykkelse, mellom hvilke tunger det er anordnet et innlegg 2 4 fremstilt av et svingningsdempende materiale.

Tungene 20-23 er avstemt etter hjulets egenfrekvenser ved utvelgelse av tungenes forskjellige tykkelser. Tungene 20-23 er anordnet meanderformet over hverandre på samme sokkel 25. De på denne måte dannede enkeltblokker 18 er ved hjelp av skruebolter 19 fastskrudd til en ring 16 som er innkrympet i en utdreining 17 i hjulflensen 26. Blokkene 18 er anordnet på baksiden av ringene 16 på en slik måte at tungene 20-23 ligger i det frie rom av overgangen fra hjulflensen 26 til hjulskiven 27, idet tungenes plan står vinkelrett på hjul-skiveaksen.

Som det fremgår av figur 5 har blokkenes 18 sokler 25 skuldre 25a, 25b i hvilke boringene for skrueboltene 19 er utformet .

Alternativt til det på figur 5 og 6 viste utførelses-eksempel kan blokkene 28 ifølge utførelseseksemplet på figur 7 også bestå av innbyrdes parallelle og via et felles tverr-hode med sokkelen 35 forbundne tunger 29-33, mellom hvilke det er anordnet innlegg 34 fremstilt av et svingningsdempende materiale.

I det på figur 8 viste utførelseseksempel er blokkene

38, som for det på figur 5 og 6 viste utførelseseksempel, anordnet meanderformet over hverandre og dannet a.v tunger .4.0-43 som er innbyrdes adskilt ved hjelp av innlegg 44 fremstilt av et svingningsdempende materiale. Til forskjell fra det på-figur 5 og 6 viste utførelseseksempel og det på figur 7 viste utførelseseksempel er blokkene 38 ved dette utførelseseksempel ved hjelp av skruebolter 39 festet til den indre rand av inn-krympede ringer 36. De enkeltstående tungers 40-43 stilling i det frie rom av overgangen fra hjulflensen 26 til- hjulskiven 27 er upåvirket av denne forskjellige festemåte .

Alternativt er det også mulig å feste de beskrevne blokker 18, 28 ved hjelp av skruebolter direkte til hjulskiven 27, fortrinnsvis i nærheten av felgen eller hjulflensen 26. I dette tilfelle bør et større parti av overgangsområdet være utdreiet enn det som vanligvis er utdreiet, for å kunne ut-

føre festingen nærmest mulig hjuflensen hhv. -felgen.

Det på figur 9-13 viste, foretrukne utførelseseksempel

på et skinnehjul har i det parti av hjulflensen 51 som vender mot navet, på hver sin av de to overfor hverandre liggende sider 52, 53 et ringspor 54, 55. I disse ringspor 54, 55 er det i omkretsringen bak hverandre anordnet et antall blokker 56-58. Hver blokk 56-58 består av flere plateformede tunger 61-65 med lik lengde og høyde, men ulik tykkelse. - Tungene 61-65 blir ved sitt midtparti holdt på innbyrdes avstand ved hjelp av korte distanseplater 66 med lik tykkelse og avdekket ved hjelp av en like kort og like tykk nedre plate 67 og en like kort, men for oppnåelse av høyere stivhet tykkere, øvre plate 68. Tungene 61-65 og distanseplatene 66 såvel som dekk-platene 67, 68 danner en kompakt pakke og blir holdt sammen

ved hjelp av sveiselarver 69 som er tilveiebragt over ytter-kantene. På denne måte danner tungenes 61-65 midtpartier sammen med stanse- og avdekningsplatene 66-68 en stiv sokkel 46 for de ellers frie tunger 61-65 av blokkene 56-58.

For å kunne feste de på denne måte oppbyggede blokker 56-58 til hjulflensen 51, er de i sokkelen 46 forsynt med en sentral boring 70 for en skruebolt 71. For ved hjelp av én eneste skruebolt 71 å kunne forbinde de i ringsporene 54, 55 overfor hverandre liggende blokker 56-58, er det i hjulflensen 51, i området for ringsporene 54, 55, utformet fordelt anordnede aksiale boringer 72. De overfor hverandre liggende blokker 56-58 ligger med sine dekkplater 67 direkte på sporbunnen, således at det ved tilstramning av skrueboltene 71 oppnås en stiv forbindelse mellom de kompakte sokler 46, 47 for overfor hverandre liggende blokker og hjulflensen 51.

Som vist på figur 9 er de bak hverandre anordnede blokker 56-58 anordnet med mellomrom. Det er klaring mellom sporbunnen og blokkene 56-58 såvel som mellom sporenes 54, 55 sidevegger av blokkene 56-58. Når blokkene 56-58 er innspent ved hjelp av skrueboltene 71, blir ringsporene 54, 55 fylt ved støpning med et dempningsmateriale, f.eks. silikon-gummi, som kan flyte gjennom klaringene og utfyller mellomrommene 75 mellom de enkeltstående tunger 61-65 og alle ytterligere hul-rom i sporene 54, 55, som f.eks. spaltene 73, 74 mellom ring-sporenes 54, 55 sidevegger og blokkenes 56-58 yttersider, således at alle tunger 61-65 tilslutt er fullstendig innlagt i dempningsamteriale. Etter herding av det strømbare dempningsmateriale danner de med samme lengde og bredde, men med forskjellig tykkelse utformede tunger 61-65 sammen med det mellom disse liggende, av dempningsamteriale utformede innlegg 75 de etter forskjellige frekvenser avstemte resonansdempere.

Ved det på figur 14-17 viste utførelseseksempel er tungene enten utformet som innbyrdes parallelt anordnede runde staver 82 med forskjellig tykkelse (figur 16), eller som konsentriske, inne i hverandre anordnede rør 83 med en stavformet kjerne 84 (figur 17). Tungene 82-84 er fastsveist på mot-stående sider av den kompakte blokk 76. Sådanne blokker 76 er anordnet i overfor hverandre liggende spor i skinnehjulet, som vist på figur 10. Da sporene er fullstendig fylt med innstøpt dempende materiale, er tungene 82-84 fullstendig innlagt i dette svingningsdempende materiale.

Det på figur 18 viste skinnehjul har en diameter på

850 mm, en navdiameter på 122 mm, en navbredde på 165 mm og en hjulflensebredde på 121 mm. Resonansdemperne av type A og" type B, som i detalj beskrevet i forbindelse med figur 5-7,-

er forbundet med hjulet via ringer anordnet i utdreininger i hjulflensen. Nederst på figur 18 er det vist antall og fordeling av de to anvendte typer A, B av resonansdempere. Resonansdemperne er anordnet på begge sider av hjulet ifølge den viste fordeling.

Diagrammene på figur 19 og 20 viser resonansdempernes virkning. På figur 19 er vist de topper Sg - S4som forårsaker støyutviklingen, hvorav toppene Sj - S4forårsaker hvinelyden. Toppen Sg blir fjernet ved hjelp av svingningsdemperne av type B, mens toppene S^- S4blir fjernet ved hjelp av svingningsdemperne av type A. Resonansdempernes tunger er utformet på en slik måte at de tilsvarer frekvenstoppene. Som en sammenligning av det nedre diagram med det øvre diagram viser, bevirker resonansdemperne fullstendig fjernelse av toppene.

Også de to på figur 20 viste kurver viser at det som

en funksjon av veistrekningen opptegnede lydnivå ved kjøring gjennom en kurve dempes betraktelig med resonansdemperne, . således at støyutviklingen i området for kurven ikke er større enn i det øvrige skinneområde.

Skinnehjulet på figur 21 har en diameter på 950 mm, en navdiameter på 190 mm, en navbredde på 190 mm og en hjulflens-bredde på 135 mm. I overfor hverandre liggende utdreininger i overgangsområdet fra hjulskiven til hjulflenser er det direkte på hjulet festet seksten resonansdempere av den på figur 7 viste type. Figur 22 viser lydnivået etter andre kriterier enn for figur 19 og 20, her som funksjon av hastigheten. De to øvre kurver angår en ikke perfekt skinneoverflate (rifler), mens de to nedre kurver angår en perfekt skinneoverflate. I begge tilfeller oppnås det for et skinnehjul med resonansdempere (stiplede kurver) en betraktelig dempning av den opptred-ende støy.

Claims (10)

1. Skinnehjul med flere resonansdempere av metall og dempningsmateriale, fordelt langs hjullegemets omkrets, især på hjulflensen, hhv. hjulbanen, hhv. hjulfelgen,karakterisert vedat hver enkelt resonansdemper (6,

18, 28, 38, 56, 57, 58, 78) består av tunger (7-13, 20-23, 29-33, 40-43, 61-65, 82-84) som er adskilt fra hverandre med mellomlegg av dempningsmateriale (14, 24, 34, 44, 75), avstemt til hjulets forskjellige egenfrekvenser og består av på i og for seg kjent måte, flere, ensidig innspente, hhv. ensidig festede og med deres frie ender svingbartutformede legemer hvis lengder er flere ganger større enn bredden og tykkelsen.

2. Skinnehjul ifølge krav 1,karakterisertved at de svingbart utformede legemer (7-13) er dannet av flere i ens avstand og med dempningsmateriale utfylte ringspor i det massive hjuls hjulflens (3), hhv. hjulfelgen (5) i et hjul med dekk, og har radiale skillefuger i disse ringspors område.

3. Skinnehjul ifølge krav 1,karakterisertved at de svingbart utformede legemer er utformet i adskilte ringer (15) som med skruebolter er festet til hjulbanen (4), idet de enkelte svingbart utformede legemer er utformet med ringspor i ringene (15) og radiale skillefuger i disse ringspors område.

4. Skinnehjul ifølge krav 1,karakterisertved at de svingbart utformede legemer (20-23, 29-33, 40-43 , 61-65) består av la"gvise plater, især med samme bredde og lengde, men med ulike tykkelser og mellomliggende dempningsmateriale, idet de på denne måte dannede legemer er anordnet parallelr. eller meanderformet (på rekke) på den samme sokkel (25, 35, 45, 46, 47).

5. Skinnehjul ifølge krav 4,karakterisertved at et stavformet svingbart legeme (61-65) er festet på midten i lengderetningen.

6. Skinnehjul ifølge krav 1,karakterisertved at de svingbart utformede legemer (82-84) består av parallelle staver, fortrinnsvis av rundt materiale med ulike tverrsnittsmål, især diametre.

7. Skinnehjul ifølge krav 6,karakterisertved at stavene (83) er utformet som konsentriske hulstaver, især med ulike diametre og/eller ulike veggtykkelser, idet mellomrommene mellom stavene (83) er utfylt med dempningsmateriale .

8. Skinnehjul ifølge krav 4 eller 6,karakterisert vedat legemene (61-65) som hver danner en blokk (56, 57) og er stivt forbundet med hjullegemet, især med hjulkransen (51), hhv. hjulbanen, hhv. hjulfelgen via dens sokkel (46, 47), og er innlagt i dempningsmaterialet i et ringspor (54, 55) i hjullegemet.

9. Skinnehjul ifølge krav 8,karakterisert vedat et ringspor (54, 55) med i dette anordnede resc-nansopptakere (61-65) er anordnet på hver side (52, 53) av hjullegemet, især hjulkransen (51) især hjulbanen, især hjulfelgen.

10. Skinnehjul ifølge krav 8-9,karakterisertved at resonansopptakerne er anordnet i hjulbanens ringspor ved en hjulbane som er forbundet med hjulfelgen via et gummiinnlegg. t