NO154187B - Skinnehjul i lettkonstruksjon. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et skinnehjul i lett utførelse utført som kompakthjul, hhv. et kompakthjul hvor slitebanen kan fornyes og hvor navet, hjulskiven og hjulkransen er presset i ett stykke av metall, hvor den i radial retning uten bølgeform utformede hjulskive har i tangential retning en bølgeform som er sammensatt av radialt forløpende bølge-topper og bølgedaler hvis høyde tiltar fra hjulkransen mot hjulnavet og er større enn hjulskivens tykkelse og hvor hjulskiven går over i hjulkransen og hjulnavet med store overgangsradier.

Ved et skinnehjul av denne type oppnås kravet til liten vekt fremfor alt ved materialvalget, nemlig aluminium. Den pressede hjulskives midtplan er konisk slik at dens man-tellinje ligger på skrå i forhold til hjulaksen. Bølgefor-mens høyde er meget stor og utgjør en tredjedel av hjulkransens bredde ved hjulkransen. Til tross for den lave vekt har slike skinnehjul av aluminium ikke kunnet vinne innpass i praksis. Herfor finnes flere grunner, fremforalt alumi-niums lille slitestyrke i forhold til stål. Videre er det en ulempe at slike aluminiumshjul ikke kan utføres som kompakthjul, men regelmessig må utstyres med slitebane. Slitebanen består da av stål som har en annen varmeutvidelseskoef-fisient enn aluminium. Da et hjul som bremses med bremse-klosser oppvarmes meget sterkt ved langvarig avbremsing, må det sørges for at det foreligger et tilstrekkelig godt feste for slitebanen til tross for store temperatursvingninger (E. Kreissig; A. Szymanski: "Aluminiumradscheiben und ihre Wirkung, Zeitschrift Aluminium im Verkehr", 1953).

På grunn av disse ulemper benyttes i praksis uteluk-kende stålhjul for person- og godstransport på skinner. Ved et kjent skinnehjul med tangentialt bølgeformet hjulskive, fremstilt av presset stål og innrettet for påsetting av ny slitebane, er bølgeformens høyde konstant over hele radien og tilnærmet halvparten av hjulfelgens bredde. Overført til et kompakthjul ville bølgeformens høyde tilsvare omtrent en tredjedel av hjulkransens bredde.

Et slikt kompakthjul, hhv. kompakthjul med fornybar slitebane, kan ikke fremstilles driftssikkert på grunn av den meget store høyde hjulskivens bølgeform har i nærheten

av hjulkransen og den her foreliggende store materialmengde,

på grunn av at det oppstår materialinnsnevringer ved hjulskiven og i overgangen fra hjulskive til hjulkrans, på grunn av den store deformasjonsgrad i bøyepressen. Bortsett fra at et slikt hjul i regelen kun kan fremstilles av et spesialstål med fjærende egenskaper, kreves to oppvarmingsomganger. Etter en første oppvarming for en presse- og valseprosses og etterfølgende mekanisk bearbeiding, må hjulskivens radiale og tangentiale bølgeformer presses på en bøyepresse etter en andre oppvarming for å opprettholde den endelige form.

Videre er et skinnehjul i lett konstruksjon kjent

med et skinnehjullegeme og en hjulslitebane som er spent på hjulfelgen ved mellomkobling av et forspent gummiinnlegg hvor hjulskiven ikke er bølgeformet i radial retning, mens i tangential retning har en bølgeform som er sammensatt av bølge-topper og bølgedaler. Det forspente mellomkoblede gummiinnlegg har som formål å forbinde hjulslitebanen sikker med felgen uten at hjullegemet belastes av en stor forspenning fra hjulslitebanen, noe som er nødvendig for å oppnå et sikkert sete ved påkrympede hjul.

Ved dette kjente hjul er bølgeformens høyde i området nær felgen allerede forminsket i forhold til andre kjente hjul. Hjulskivens flate koniske grunnform (fall) med-fører riktignok den fordel at hjulet blir sterkere i en aksial retning, men har også den ulempe at hjulets avstivning i mot-satt aksial og radial retning minskes. Derfor er denne ut-førelse konstruert for et gummiavfjærende hjul hvor hjul- og sidekreftene avfjæres elastisk av gummiinnlegget.

Oppfinnelsen tar sikte på å frembringe et skinnehjul som er utformet som kompakthjul eller kompakthjul med fornybar slitebane, i en lett konstruksjonsutførelse, som enkelt kan fremstilles og som har en tilstrekkelig stor radial og aksial stivhet samt især ikke har de andre anførte ulemper ved aluminium og stålhjul (kort levetid, spesialstål).

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen med et skinnehjul av den innledningsvis nevnte type ved at et av stål bestående kompakthjul til fordel for en minst mulig veggtykkelse i hjulskiven, høyden av dennes bølgeform ved hjulkransen,

er 1/10 til 1/6 av hjulkransens bredde og at økningen av bølge-

formens høyde er minst 2:1 samt at den bølgeformede hjulskives midtplan er plant og ligger i rett vinkel til hjulaksen.

Ved hjulet ifølge oppfinnelsen elimineres de material-betingede ulemper i et aluminiumshjul, eksempelvis liten hold-fasthet/ ved hjelp av det andre materiale, nemlig stål. Stå-lets høyere vekt kompenseres ved et mindre materialforbruk som fremgår av den flatere bølgeform og mindre veggtykkelse. Da hjulskivens midtplan ligger i rett vinkel til hjulaksen

og bølgeformen tiltar fra hjulkransen mot hjulnavet, har hjulet til tross for den forholdsvis lille veggtykkelse og plane bølgeform, den krevede høye aksiale og radiale stivhet. Herved tas det hensyn til hjulskivens ulike belastninger ved den ulike høye bølgeform. Således avstiver hjulskivens høyere .'jølgeform hjulet i området ved navet i tilstrekkelig grad til å kunne oppta de større momenter som opptrer på grunn av den i forhold til hjulkransen mindre omkrets. I tillegg oppnås på grunn av den store bølgeform i forbindelse med den fallfrie hjulskive, en avstøtting for hjulnavet slik at dens veggtykkelse i forhold til hjulnavet ved andre kjente skive-hjul, kan være mindre uten at dette går på bekostning av en fast krympe- hhv. presspasning. Ikke minst overvinnes på grunn av den spesielle utforming de i forbindelse med tek-nikkens stand anførte teknologiske vanskeligheter ved frem-stillingen av hjulet. Materialet kan flyte i ønsket utstrek-ning. Derfor kan hjulet ifølge oppfinnelsen også fremstilles undervarme ved hjelp av valsing, pressing eller bøying.

<y>tterligere fordelaktig utforminger av oppfinnelsen er beskrevet i underkravene.

Oppfinnelsen beskrives på grunnlag av en utførelse vist på tegningen hvor figur 1 viser et halvt aksialsnitt av et skinnehjul utformet som kompakthjul, figur 2 viser et tverrsnitt av skinnehjulet ved hjulskiven langs I-l på figur og figur 3 viser et tverrsnitt av skinnehjulet i hjulskiven langs II-II på figur 1.

Det som kompakthjul utformede skinnehjul består av hjulnav 1, hjulskive og hjulkrans 3. Hjulkransen 2 går via overgangsradier Ri, R2 over i hjulnavet 1 og hjulkransen 3. Hjulskiven 2 er tangentialt bølgeformet. Bølgeformen som setter seg sammen av radialt forløpende bølgetopper og bølge-daler er i området ved navet (snitt II-II) større enn i andre områder (I-l). Da bølgetoppene og bølgedalene forløper radialt er deres bredde større i områder fjernt fra navet enn ved navet. I området fjernt fra navet har de en trapesform som i området ved navet går over i en sinusform. Bølgeformens høyde h (avstanden mellom de ytre topper på de på begge sider av hjulskivens 2 midtplan M liggende bølgetopper) nær navet, er maksimalt 1/6 av hjulkransens bredde a. Bølgeformens høyde tiltar i retning mot hjulnavet 1 med minst 2:1. Bølge-formens høyde ved hjulkransen 3 bør imidlertid ikke være mindre enn 1/10 av hjulkransens bredde a. Hjulskivens 2 midtplan M er plant og ligger i rett vinkel til hjulaksen.

I tillegg til de allerede nevnte dimensjonsforhold har føl-gende forhold vist seg gunstig: Hjulskivens 2 tykkelse d umiddelbart foran overgangsområdet til hjulkransen 3 bør være ca. 1/8 av anleggskransens diameter D. Fortrinnsvis bør den tilta fra hjulkransen 3

til hjulnavet 1 i forholdet mellom 1 : 1,4 og 1 : 1,6. Fore-trukne tykkelser i nærheten av hjulkransen er 9 - 12 mm og nær navet 13 - 18 mm. Overgangsradien fra hjulskiven 2 til hjulnavet 1 bør ca. være 1,5 ganger overgangsradien R2 fra hjulskiven 2 til hjulkransen 3 og overgangsradien R2 bør være 1/15 til 1/20 av anleggskransens diameter D. Hjulnavets bredde b bør være 3,5 til 5 ganger bølgeformens høyde h nær hjulskivens 2 område ved navet, idet veggtykkelsen c ved hjulnavets 1 ende er 0,4 til 0,6 ganger bølgeformens høyde h nær navet. Likeledes bør hjulakselens diameter Dl være 0,85 til 1,2 ganger hjulnavets 1 bredde b.

Claims (9)

1. Skinnehjul i lettkonstruksjon utformet som kompakthjul, hhv. et kompakthjul hvor slitebanen kan fornyes og hvor navet, hjulskiven og hjulkransen er presset i ett stykke av metall, hvor den i radial retning uten bølgeform utformede hjulskive har i tangential retning en bølgeform som er sammensatt av radialt forløpende bølgetopper og bølgedaler hvis høyde tiltar fra hjulkransen mot hjulnavet og er større enn hjulskivens tykkelse og hvor hjulskiven går over i hjulkransen og hjulnavet med store overgangsradier, KARAKTERISERT VED at høyden (h) av hjulskivens (2) bølgeform ved hjulkransen, ved et av stål bestående kompakthjul, for å oppnå en minst mulig veggtykkelse (d) i hjulskiven (2), er 1/10 til 1/6 av hjulkransens bredde (a) ved hjulkransen og at øknin-gens av bølgeformens høyde er minst 2:1 og at den bølgefor-mede hjulskives (2) midtplan (M) er plant,og ligger i rett vinkel til hjulaksen.

2. Hjul ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at hjulskivens (2) tykkelse (d) fra hjulkransen (3) mot hjulnavet (1) tiltar i forholdet 1:1,4 til 1:1,6.

3. Hjul ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at hjulskivens (2) tykkelse (d) umiddelbart før overgangsområdet til hjulkransen (3) er omtrent 1/80 av anleggskransens diameter (d).

4. Hjul ifølge krav 2-3, KARAKTERISERT VED at hjulskivens (2) veggtykkelse (d) nær hjulkransen (3) er 9 til 12 mm og nær navet (1) er 13 til 18 mm.

5. Hjul ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at overgangsradien (R2) fra hjulskiven (2) til hjulkransen (3) er 1/15 til 1/20 av anleggskransens diameter (D).

6. Hjul ifølge krav 1-5, KARAKTERISERT VED at overgangsradien (R^) fra hjulskiven (2) til hjulnavet (1) er omtrent 1,5 ganger overgangsradien (R2) fra hjulskiven (2) til hjulkransen (3).

7. Hjul ifølge krav 1-6, KARAKTERISERT VED at hjulnavets (1) bredde (b) er 3,5 til 5 ganger høyden (h) av bøl-geformen ved hjulskivens (2) område nær navet.

8. Hjul ifølge krav 1-7, KARAKTERISERT VED at veggtykkelsen (c) ved hjulnavets (1) ender er 0,4 til 0,6 ganger bølgeformens høyde (h) nær navet.

9. Hjul ifølge krav 1-8, KARAKTERISERT VED at hjul-akseldiameteren (Di) er 0,85 til 1,2 ganger hjulnavets (1) bredde (b).