Geräuschgedämpftes Scheibenrad für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein geräuschgedämpftes Schei benrad für Schienenfahrzeuge.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Radsätze für Schienenfahrzeuge im wesentlichen Umfang zur Gesamt geräuschbildung beitragen. Diese Geräusche werden einerseits durch Reibungseinflüsse an den Rand- und Schienenlaufflächen und andererseits durch Flatter schwingungen erzeugt, die sich infolge der konischen Laufflächen ergeben. Ausserdem entstehen infolge der konischen Laufflächen Rotationsschwingungen infolge von Schlupferscheinungen.
Es ist bereits bekannt, die Geräuschbildung bei Scheibenrädern dadurch zu dämpfen, dass man beider seits der Radscheibe im gewissen Abstand von derselben Kunststoffolien anordnet und in den Zwischenraum zwischen der Radscheibe und den Kunststoffolien eine Glaswollfüllung vorsieht. Diese Massnahme ist mehr aufwendig und verhindert die Kontrolle der Radscheibe d"e in regelmässigen zeitlichen Abständen durchgeführt werden muss, um entstehende Risse o. dgl. festzustel len.
Weiterhin sind Massnahmen zur Geräuschdämpfung an Fahrzeugrädern bekannt, bei denen mit dem Rad Ringkörper derart verbunden sind, dass s'_e unter dem Einfluss der Radschwingungen Relativbewegungen ge genüber dem Rad ausführen können. Hierdurch soll die Schwingungsenergie des Rades :durch den beweglich angeordneten, ringförmigen Körper übernommen und anschliessend verzehrt werden.
Um die Dämpfung und damit den Grad der Vernichtung an Schwingungsenergie durch -den ringförmigen Körper zu ste_gern, hat man auch schon vorgeschlagen, zwischen dem die Schwin gungsenergie verzehrenden beweglichen Körper und dem Rad eine Zwischenschicht aus einem gummiartigen Werkstoff anzuordnen, der infolge der bei den Schwin- gungen entstehenden Walkarbeit die Schwingungsenergie schneller verzehren soll. Auch dieser Vorschlag hat sich in der Praxis nicht durchsetzen können.
Unter den Versuchen zur Geräuschdämpfung bei Fahrzeugrädern ist weiterhin der Vorschlag zu erwäh nen, auf die Radflächen zunächst eine Schicht aus einem schwingungsdämpfenden Werkstoff, z. B. kompaktem Gummi, aufzubringen, dessen Aussenfläche zusätzlich mit einer Schicht aus einem schalldämpfend wirkenden Werkstoff, z. B. Schwammgummi, belegt worden ist. Auch dieser beidseitig auf den Radscheiben vorgesehene Belag hat nicht zu einer ausreichenden Beseitigung der Geräuschbildung geführt.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einerseits eine ausreichende Geräuschdämpfung am Radsatz zu erzielen und andererseits sicherzustellen, dass die für diese Geräuschdämpfung notwendigen Schichten und anderen Teile ohne grossen Aufwand bei voller Wahrung der Betriebssicherheit erstellt werden können.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder beiden Seiten der Radscheibe ein Überzug aus einem Kunststoff grosser Steifigkeit aufgebracht ist, auf dem ein oder mehrere Metalldeckelbleche :befestigt sind. Ein derartiger Kunststoff hat z. B. die Eigenschaft, dass er unter der Wirkung von Schwingungen keine nennens werten Formänderungen erleidet.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
An der Radscheibe 1 des Scheibenrades ist der Kunststoffüberzug 2 vorgesehen, auf den das Metall deckblech 3 befestigt ist, was beispielsweise dadurch geschehen kann, dass das Blech 3 im noch plastischen Zustand des aufgespritzten Kunststoffes 2 in denselben eingedrückt wird. An den Radreifen 4 ist gleichfalls in einer umfänglichen Aussparung desselben auf der Innen seite ein Kunststoffüberzug 2' vorgesehen, auf den der Metallring 3' aufgebracht ist. Vorzugsweise ist der Metallring 3' an der Stelle 5 unterbrochen. Es kann auch eine mehrfache Unterteilung des Metallringes erfol gen.
Als Kunststoff hat sich ein Zweikomponenten-Mate- rial auf der Basis eines gefüllten Kunstharzes bewährt. Als gefülltes Zweikomponenten-Kunstharz sollten vor zugsweise duroplastische Kunstharze, z. B. ungesättigte Polyesterharze, vernetzte Polyurethan- oder Aethoxylin- harze verwendet werden.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass ein derartiger Kunststoff im Gegensatz zu anderen Werk stoffen, die man bisher wegen der grossen Walkarbeit für geeignet hielt, zu .einer wesentlichen Verbesserung der Geräuschdämpfung führt. Während man bisher zwischen der Radscheibe und den die Schwingungsenergie aufneh menden Schwingkörper eine Walkarbeit leistende Zwi schenschicht vorgesehen hat, die unter dem Einfluss der Schwingungen relativ grosse Formänderungen erleidet (z. B. Elastomere), beschreitet die Erfindung einen gänz lich anderen Weg und gelangt entgegen allen Erwartun gen zu einer verbesserten Wirkung.
Diese verbesserte Wirkung zeigt sich einerseits darin, dass -es genügt, den geräuschdämpfenden Kunststoffüberzug auf einer Rad seite, vorzugsweise die Innenseite, zu beschränken. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Unwuchterscheinun- gen, die sich infolge der Formänderung des Walkarbeit leistenden Zwischenkörpers ergeben, praktisch gänzlich eliminiert werden.
Im gegenwärtigen Zeitpunkt kann für das Verhalten der geräuschdämpfenden Mittel nur folgende Erklärung gegeben werden: Der biegesteife Kunststoff nimmt vermittels dieser Eigenschaft auf der Schwingenden Radscheibe eine weitaus grössere Schallenergie auf als die bekannten Zwischenschichten, die durch merkliche Formänderung Walkarbeit leisten. Möglicherweise wird die aufgenom mene grössere Schallenergie durch eine sehr starke, sich im mikroskopischen Bereich abspielende innere Reibung so weitgehend absorbiert, dass in diesem Material keine Schwingungen mit grossen Amplituden entstehen.
Die Metallbleche, die in dem Kunststoffüberzug kleben, tragen wesentlich zur Erhöhung der Biegesteifigkeit der gesamten Dämpfungsenrichtung bei und scheinen damit überhaupt nicht als Schwingorgan zu wirken, möglicher weise wird aber die Schwingung eine durch die enorme Dämpfung d.-s Kunststoffüberzuges derart reduzierte Aplitude, dass sie kaum messbar ist.
Es eignen sich alle Kunststoffe der vorgenannten Art, die einer äusseren Kraft einen relativ grossen Formänderungswiderstand entgegensetzen, aber in einfa cher Weise durch Aufgiessen auf eine metallische Rad scheibe verarbeitet werden können. Schliesslich ist zu erwähnen, dass natürlich auch Folien dieser Art auf die Radscheibe aufgeklebt werden können, weil die dünne Metallkunststoffkleberschicht nicht zu merklichen Schallreflektionen führen -kann.
Der Radreifen kann auch zusätzlich dadurch ge dämpft werden, ass in eine umfängliche Aussparung desselben ein Überzug aus einem Kunststoff der vorge nannten Eigenschaften eingegossen wird, auf den ein vorzugsweise metallisches Teil aufgebracht wird.
Es hat sich gezeigt, dass es zweckmässig ist, wenn die Abdeckbleche als gekümpelte Kreisringe ausgebildet sind, die in etwa der Radscheibenform entsprechen. Hierbei sollten die Abdeckbleche aus Sicherheitsgründen einen solchen Innendurchmesser haben, dass der Aus senrand des Deckbleches nicht über den Aussendurch messer der Radreifen hinausragt.
Es hat sich weiterhin als zweckmässig erwiesen, die Abdeckbleche mehrfach aufzuteilen, weil offensichtlich die Kunststoffzwischenschicht zwischen den Radteilen und den Abdeckblechen nicht an allen Stellen ein einheitliches Schwingungsverhalten hat.
Bei einem erfindungsgemässen Rad konnten Ver minderungen der Abklingzeiten der Sehallschwingungen von 55 bis 76 % festgestellt werden. Bemerkenswert ist, dass diese Verminderung sich über ein breites Frequenz spektrum von 250 bis 1120 Hertz erstreckte. Die Räder wurden mit einem Biegemoment entsprechend 15 t Achslast 20 Mill. Lastwechsel unterzogen, ohne dass sich die geringsten Beschädigungen der Radscheiben oder des Belags ergaben.
Nach 7tägiger Alterung der Kunststoffschicht bei 70 C im warmen Ofen wurden die Räder anschliessend bei einem anderen Versuch 20 Mill. Lastwechseln mit einem Moment unterworfen, welches 15 t Achslast entsprach. Auch diese Belastungen wurden ohne Schaden am Rad oder am Belag überstanden.
Noise-damped disc wheel for rail vehicles The invention relates to a noise-damped disc wheel for rail vehicles.
Investigations have shown that the wheel sets for rail vehicles contribute substantially to the overall noise generation. These noises are generated on the one hand by the effects of friction on the edge and rail running surfaces and on the other hand by fluttering vibrations that result from the conical running surfaces. In addition, the conical running surfaces cause rotational vibrations due to slippage.
It is already known to dampen the noise generated by disc wheels by placing the same plastic film on both sides of the wheel disc at a certain distance and providing a glass wool filling in the space between the wheel disc and the plastic film. This measure is more complex and prevents the wheel disk from being checked at regular time intervals in order to establish cracks or the like that arise.
Furthermore, measures for noise dampening on vehicle wheels are known in which ring bodies are connected to the wheel in such a way that s'_e can perform relative movements with respect to the wheel under the influence of the wheel vibrations. As a result, the vibration energy of the wheel: is taken over by the movably arranged, ring-shaped body and then consumed.
In order to increase the damping and thus the degree of destruction of vibrational energy through the ring-shaped body, it has already been proposed to arrange an intermediate layer made of a rubber-like material between the movable body that consumes the vibrational energy and the wheel, which, as a result of the Schwin - The flexing work that occurs is intended to consume the vibration energy more quickly. This proposal, too, has not been able to establish itself in practice.
Among the attempts to dampen noise in vehicle wheels, the proposal is still to be mentioned NEN, first a layer of a vibration-damping material, z. B. compact rubber, the outer surface of which is additionally covered with a layer of a sound-absorbing material, e.g. B. sponge rubber has been occupied. Even this covering provided on both sides of the wheel disks did not lead to sufficient elimination of the noise.
The present invention has set itself the task of achieving adequate noise damping on the wheelset and ensuring that the layers and other parts required for this noise damping can be created without great effort while maintaining operational safety.
The invention is characterized in that on one or both sides of the wheel disc a coating made of a plastic of great rigidity is applied, on which one or more metal cover plates are attached. Such a plastic has, for. B. the property that it does not suffer any significant changes in shape under the action of vibrations.
The subject matter of the invention is illustrated, for example, using the drawing.
On the wheel disk 1 of the disk wheel, the plastic coating 2 is provided, to which the metal cover plate 3 is attached, which can be done, for example, by pressing the plate 3 into the molded plastic 2 while it is still in the plastic state. On the wheel tire 4, a plastic coating 2 'is also provided in a circumferential recess of the same on the inside, on which the metal ring 3' is applied. The metal ring 3 ′ is preferably interrupted at point 5. The metal ring can also be subdivided several times.
A two-component material based on a filled synthetic resin has proven itself as the plastic. As a filled two-component resin should preferably be thermosetting resins, z. B. unsaturated polyester resins, crosslinked polyurethane or ethoxylin resins can be used.
Surprisingly, it has been shown that such a plastic, in contrast to other materials that were previously thought to be suitable because of the large amount of flexing work, leads to a significant improvement in noise damping. While a flexing work performing intermediate layer has been provided between the wheel disc and the vibrating body absorbing the vibration energy, which under the influence of the vibrations undergoes relatively large changes in shape (e.g. elastomers), the invention takes a completely different path and comes up against it all expectations for an improved effect.
This improved effect is shown on the one hand in the fact that it is sufficient to limit the noise-dampening plastic coating on one side of the wheel, preferably the inside. Another advantage is that unbalance phenomena that result as a result of the change in shape of the intermediate body performing flexing work are practically completely eliminated.
At the present time, only the following explanation can be given for the behavior of the noise-dampening means: The rigid plastic absorbs by means of this property on the vibrating wheel disc a far greater sound energy than the known intermediate layers, which perform flexing work by noticeable change in shape. It is possible that the greater sound energy recorded is so largely absorbed by a very strong internal friction occurring in the microscopic range that no vibrations with large amplitudes arise in this material.
The metal sheets that stick in the plastic coating contribute significantly to increasing the bending stiffness of the entire damping direction and thus do not seem to act as a vibrating organ at all, but the vibration may become an amplitude that is so reduced due to the enormous damping of the plastic coating that it is hardly measurable.
All plastics of the aforementioned type are suitable, which oppose a relatively large deformation resistance to an external force, but can be processed in a simple manner by pouring onto a metallic wheel disc. Finally, it should be mentioned that foils of this type can of course also be glued to the wheel disc because the thin metal-plastic adhesive layer cannot lead to noticeable sound reflections.
The wheel tire can also be dampened by the fact that a plastic coating of the aforementioned properties is poured into a circumferential recess, onto which a preferably metallic part is applied.
It has been shown that it is useful if the cover plates are designed as curved circular rings which approximately correspond to the shape of the wheel disks. Here, for safety reasons, the cover plates should have an inner diameter such that the outer edge of the cover plate does not protrude beyond the outer diameter of the wheel tires.
It has also proven to be useful to divide the cover plates several times, because obviously the plastic intermediate layer between the wheel parts and the cover plates does not have a uniform vibration behavior at all points.
With a wheel according to the invention, reductions in the decay times of the visual vibrations of 55 to 76% were found. It is noteworthy that this reduction extended over a broad frequency spectrum from 250 to 1120 Hertz. The wheels were subjected to 20 million load changes with a bending moment corresponding to 15 t axle load, without the slightest damage to the wheel disks or the lining.
After aging the plastic layer for 7 days at 70 C in a warm oven, in another test the wheels were then subjected to 20 million load changes with a torque corresponding to 15 t axle load. These loads were also withstood without damage to the bike or the surface.