DD139819A5

DD139819A5 - Rad fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DD139819A5
Application number: DD78208421A
Authority: DD
Inventors: Hans-Martin Brauer
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Gmbh
Priority date: 1977-10-15
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1980-01-23
Also published as: DE2746407A1; GB2016387B; US4318564A; US4420179A; IT7828676A0; IT1099286B; FR2405826A1; JPS5465914A; GB2016387A; DE2746407C2; FR2405826B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Rad für. Schienenfahrzeuge mit mindestens einer Scheibe, die an einer Achse befestigt ist. und mit einem die Scheibe umgebenden Radreifen, dessen Aufstandspunkt auf der Fahrbahn einer Schiene liegt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung bei Schienenfahrzeugen, wie beispielsweise Eisenbahnwagen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, die mit hohen Geschwindigkeiten gefahren werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung:

Bekannte Räder dieser Art bestehen aus metallischem Werkstoff und sind starr ausgebildet; ihre Schreibe und ihr Reifen sind torsionssteif auf einer Radsatzwelle befestigt. Dadurch drehen die rechte und die'linke Scheibe, beim Lauf des Rades mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, wodurch das Fahrverhalten eines diese Räder aufweisenden Fahrzeuges beinflußt wird. Das Fahrverhalten des Fahrzeuges ist unter anderem von der Ausbildung des Reifenprofiles abhängig. Reifen mit zylindrischer Lauffläche führen infolge eines gleich großen Rollradius zu einseitigem Anlauf des Spurkranzes und haben sich wegen des unbefriedigenden Verschleißverhaltens nicht durchsetzen können. Flache Profile (z.B. das bekannte Profil 1: 2o/l:4o) führen in Abhängigkeit von dem jeweils wirkenden Rollradius .zu einer periodischen Wendebewegung des Radsatzes im Spurkanal, die.. als Sinuslauf bezeichnet wird. Wenn diese Profile neu und

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unverbraucht sind, gewährleisten sie auch bei höheren Geschwindigkeiten bis zu 2oo km/h und darüber hinaus ein stabiles Lauf verhalt en. Sie sind Jedoch hinsichtlich der Fahrzeugunterhaltung teuer, weil sie schon nach relativ kurzer Laufweite bzw. kurzer Einsatzdauer stark verschleißen.

Verschleißprofile (z.B. die bekannten Profile DB II bzw. ORE Ioo4) verschleißen über ihre gesamte Berührungszone mit der Schiene im wesentlichen gleichmäßig; die Kontur eines neuen und eines abgefahrenen Profils sind nahezu deckungsgleich. Diese Verschleißprofile bedürfen nicht der bei anderen Profilen üblichen sogenannten Profilberichtigung, bei der bereits nach relativ kurzer Laufweite durch spanabhebende Bearbeitung der.Neuzustand des Profils wieder hergestellt werden muß. Daher sind diese Profile für die Fahrzeugunterhaltung wirtschaftlich interessant.

Das dynamische Verhalten von Radsätzen mit Verschleißprofil ist von der Laufweite nahezu unabhängig und in Geschwindigkeitsbereichen-unterhalb etwa Ιβο km/h durchaus zufriedenstellend; bejjhöheren Geschwindigkeiten ergeben sich jedoch wesentliche Nachteile: mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Wendebewegung des Radsatzes im Spurkanal infolge des - für Verschleißprofile charakteristischen sich rasch vergrößernden Unterschiedes der wirksamen Rollendurchmesser beschleunigt bzw. der Sinusverlauf infolge kürzerer Wendeabstände verkürzt, so daß der Radsatz und das gesamte Drehgestell im Spurkanal unkontrollierte Bewegungen ausführen. Der Radsatz kann dabei so hohen Kräften ausgesetzt sein, daß die Spurhaltung.des Fahrzeuges gefährdet ist und der Fahrweg bzw. die Schienen beschädigt werden können.

Um diesen unkontrollierten Bewegungen des Radsatze entgegenzuwirken, werden zwischen dem Drehgestell und dem Wagenkasten des Fahrzeuges mechanische oder dynamische Drehhernmungen,

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Dreh- oder Schlingerdämpfer eingebaut. Diese Drehhemmungen verhindern zwar schnelle Bewegungen des Drehgestelles um den Drehzapfen; sie beeinträchtigen jedoch den Fahrkomfort, indem sie relativ starke Schwingungen und Geräusche in die Fahrgastzelle übertragen.

Es sind außerdem Räder bekannt, die zur Verringerung radialer Stöße zwischen dem Rad und der Schiene eine gewisse Elastizität aufweisen, die durch federnde Ausbildung der Scheibe erreicht wird. Diese Scheiben bestehen beispielsweise aus metallischem und elastischem Werkstoff, wie Gummi, oder haben eine besondere Formgebung. Zur Vermeidung von Spurmaßveränderungen des Radsatzes sind diese Räder in axialer Richtung steif ausgebildet.

Sämtliche im Zusammenhang mit der Entwicklung von Radreifenprofilen gemachten Überlegungen gehen nach dem Vorstehenden davon aus, die Berührgeometrie genau definiert zu halten und die Schmiegungsverhaltnisse zwischen Rad- und Schienenprofil reproduzierbar zu gestalten.

Es hat sich nun überraschend ergeben, daß das Laufverhalten von Eisenbahnradsätzen mit Verschleißprofil entgegen den bisherigen Kenntnissen wesentlich verbessert werden kann, wenn der Reifen in die Lage versetzt wird, gegenüber der Scheibe und damit auch gegenüber der Schiene Drehbewegungen um eine etwa den Schienen parallele gedachte Achse auszuführen.

Ziel der Erfindung:

Es ist Ziel der Erfindung, Räder für Schienenfahrzeuge zu schaffen, die auch bei hohen,Fahrgeschwindigkeiten ein gutes Laufverhalten zeigen, ohne daß hierzu ein hoher technischer Aufwand notwendig ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung· liegt die Aufgabe zugrunde, Räder für Schienen-

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fahrzeuge, mit mindestens einer Scheibe, die an einer Achse

befestigt ist, und mit einem die Scheibe umgebenden Radreifen, dessen Aufstandspunkt auf der Fahrbahn einer Schiene liegt so auszubilden, daß der Aufwand für Einrichtungen, die im Spurkanal den stabilen Lauf verhindern sollen, bei heutigen Reisezuggeschwindigkeiten, bis zu ca. 2oo km/h entfällt und bei höheren Geschwindigkeiten gemindert wird.

Merkmale der Erfindung:

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reifen mindestens in seinem den Aufstandspunkt auf der Fahrbahn aufweisenden Bereich um eine etwa in Fahrtrichtung liegende Achse drehbar an der Scheibe angeordnet ist.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung kann sich der Reifen immer dann verdrehen bzw. eine pendelnde Bewegung ausführen, wenn die Resultierende der Augenblickswerte von Horizontal- und Vertikalkraft nicht gleichzeitig durch den Drehpunkt des Reifens und den momentanen Aufstandspunkt des Reifens auf der Fahrbahn geht.

Bei niedrigen Geschwindigkeitsbereichen unter der Grenzgeschwindigkeit tritt daher ein im Vergleich zu starren Rädern großer Dämpfungseffekt auf, und bei Geschwindigkeiten, die •höher sind als die Grenzgeschwindigkeit, ist die Selbsterregung des Schwingungssystems weit geringer als bei einem starren Rad.

Um bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Laüfsicherheit zu gewährleisten, ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich, aufwendige und teure konstruktive Veränderungen am Fahrzeug vorzunehmen oder Dämpfungs- und Drehhemmungseinrichtungen zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell vorzusehen.

Bei eins· vorteilhaften Ausführungsform sind die Scheibe und der Reifen gelenkig miteinander verbunden. Dadurch zeigen

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die Räder ein erheblich verbessertes Laufverhalten gegenüber herkömmlichen Rädern.

Es ist üblich, daß die Innenseite des Reifens eine Gelenkpfanne und die Scheibe eine Gelenkkugel bildet. Es können aber auch die Scheibe eine Gelenkpfanne und der Reifen eine Gelenkkugel bilden. Mit diesen Ausbildungen ist eine einfache Beweglichkeit des Reifens gegenüber der Scheibe gewährleistet.

Um die beim Fahren auftretenden Stöße zu dämpfen, liegt der Reifen vorteilhaft unter Zwischenlage eines elastischem Formteiles an der Scheibe an.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die den Drehpunkt aufweisende Achse außermittig zum Reifen. Auch das Formteil kann außermittig zum Reifen liegen.

Um eine federnde Ausbildung in axialer und radialer Richtung zu erhalten, kann die Scheibe mindestens teilsweise durch das Formteil, vorzugsweise durch eine durch Kaltformfließwalzen hergestellte, federnde Scheibe gebildet sein.

Vorteilhaft ist das Formteil durch ein vorzugsweise gummielastisches Lagerteil gebildet, das gute Federungseigenschaften aufweist.

Eine einfache Herstellung des Rades wird erreicht, wenn das Formteil starr mit dem freien Ende der Scheibe und/oder dem Reifen verbunden ist.

Um den Verschleiß, dem der Reifen und die Scheibe infolge ihrer Relativbewegungen ausgesetzt sind, zu verhindern, die beim Fahren auftretenden radialen Stöße zu dämpfen und Geräusche zu vermeiden, die infolge Reibung zwischen der Scheibe und dem Reifen und/oder dem Formteil auftreten, ist zwischen dem Reifen und der Scheibe und/oder dem Formteil mindestens eine Gelenk- und/oder Dämpfungsschicht vorgesehen.

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Dabei können der Reifen und/oder das Formteil oder die Scheibe und/oder das Formteil mit der dazwischen liegenden Gleit- und/ oder Dämpfungsschicht eine unlösbare Einheit bilden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Unteransprüchen und den Zeichnungen.

Ausführungsbeispiele:

Die Erfindung wird anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen: '

Fig. 1 im Radialschnitt ein auf einer Fahrbahn liegendes Rad nach der Erfindung und

Fig. 2 bis 5 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rades in einer Darstellung ähnlich Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Rad, das aus einer starren metallischen Scheibe 1 und einem die Scheibe umgebenden Reifen 2 mit einem Verschleißprofil besteht. Die Scheibe und der Reifen sind gelenkig miteinander verbunden. Die Scheibe weist ein konvex ausgebildetes, die Gelenkkugel der Gelenkverbindung bildendes Ende 6 auf, mit dem sie sich in einer muldenförmigen, die Gelenkpfanne bildenden Vertiefung 3 an der Innenseite 7 des Reifens formschlüssig abstützt. Zwischen dem Ende 6 der Scheibe.1 und der Vertiefung 3 ist eine Schicht 5 vorgesehen, die zur Dämpfung radialer Stöße und zur Vermeidung von Geräuschen - infolge Reibung der Gelenkteile aneinander - oder Passungsrost aus metallischem Material und/oder Schmiermittel bestehen kann. Die Schicht verhindert außerdem den Verschleiß, dem die Gelenkteile infolge Relativbewegungen ausgesetzt sind. Die Schicht kann fest mit der Scheibe oder dem Reifen verbunden sein.

Wenn nun beim Laufen des Rades die Resultierende der Augen-

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blickswerte von Horizontal- und Vertikalkraft nicht gleichzeitig durch den Drehpunkt D im Bereich des freien Endes 6 der Scheibe 1 und durch den momentanen Aufstandspunkt A des Reifens 2 auf der Fahrbahn 9 einer Schiene Io geht, kann sich der Reifen 2 in einem Bereich 13, der dem Aufstandspunkt A der Lauffläche auf der Fahrbahn der Scheibe Io benachbart ist, in Pfeilrichtung P um die etwa in Fahrtrichtung des zugehörigen Fahrzeuges liegende, den Drehpunkt D aufweisende Achse der Scheibe 1 drehen. Gleichzeitig dreht sich der Reifen um eine zur Achse durch den Drehpunkt D parallele Achse durch den Aufstandspunkt A.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der zuvor beschriebenen Ausführungsform; im Unterschied hierzu ist das Gelenk durch ein konkav ausgebildetes die Gelenkpfanne des Gelenkes bildendes Ende 6a der Scheibe la und einem zugehörigen die Gelenkkugel bildenden Vorsprung 3a des Reifens 2a gebildet. Die Gelenkteile liegen ebenfalls unter Zwischenlage einer als Dämpf- und/oder Schmiermittelschicht dienenden Schicht 5a aneinander. Bei dem Rad nach Fig. 3 ist die gelenkige Verbindung zwischen der Scheibe Ib und dem Reifen 2b durch ein Formteil 4b aus/elastischem Werkstoff, wie beispielsweise Gummi oder hochmolekularem Polyäthylen gebildet. Das Formteil 4a liegt unter Zwischenlage von jeweils einer als Dämpf- und/oder Schmiermittelschicht dienenden Schicht 5b in einer Vertiefung 3b an der Innenseite 7b des Reifens und einem entsprechend gestalteten -freien Ende 6b der Scheibe Ib, Die! Schichten 5b können zwischen der Scheibe und dem Formteil bzw. dem Formteil und dem Reifen und an der gegenüber liegenden Außenfläche des Formteiles.befestigt sein, so daß das Formteil ein die Gelenkkugel der Gelenkverbindung bildendes Lagerteil ist.

Die Scheibe Ic nach Fig. 4 hat geringere Radialerstreckung als die Scheibe 1 bzw. Ib. Sie ist an ihrem radial äußeren Ende 6c formschlüssig, beispielsweise durch Aufschrumpfen, mit einem federnd ausgebildeten Formteil 4c verbunden. Das Formteil 4c kann auch durch Schweißen oder auf andere Weise

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sicher zwischen der Scheibe, und dem Reifen angeordnet werden. Das Formteil 4c hat in der dargestellten Ausführung etwa C-förmigen Querschnitt mit einem rechtwinklig abgebogenen Ende 11, das sich in radialer Richtung erstreckt und mit einem zugehörigen Schenkel 12 des Formteiles eine Schulter zur Anlage des freien Endes 6c der Scheibe Ic bildet. Mit seinem anderen Schenkel 14 ist das Formteil in axialer Richtung des Rades großflächig an der Innenseite 7c des Reifens 2c abgestützt. Das Formteil liegt unter Zwischenlage jeweils eins? Schicht ^a, 5c^T am Ende 6c der Scheibe und dem Reifen 2c an, von denen mindestens die Scheibe 5c" mit der Scheibe und dem Formteil fest verbunden ist. Das Formteil besteht vorzugsweise aus einem Metallstück, das durch Kaltformfließwalzen hergestellt ist und infolge^ der beschriebenen Form in axialer und radialer Richtung federnd ist. Das Formteil kann unterschiedliche Querschnittsdicke haben, so daß seine Formelastizität in bestimmten Bereichen größer ist als in den übrigen Bereichen.

Das Formteil kann an bereits vorhandenen starren Rädern nachträglich befestigt werden, wenn von der Scheibe ein entsprechendes Endstück abgetrennt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 hat die Scheibe Id ebenso wie die Scheibe nach Fig. 3 eine ebene Stirnfläche, an der ein Formteil 4d aus elastischem Werkstoff befestigt ist. Das Formteil liegt mit seinen Längsseiten an der Stirnfläche des freien Endes βά der Scheibe Id und außermittig zum Reifen 2d an dessen Innenseite 7d anj die freien Oberflächen wölben sich tonnenförmig nach außen. Die den Drehpunkt D aufweisende Achse liegt dabei außermittig zum Reifen.

Die Drehbewegung der Seheibe gegenüber dem Reifen wird bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 5 entweder durch

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Kompressibilität der elastischen Formteile 4b; 4d oder durch federnde Eigenschaft des Formteiles 4c ermöglicht, Bei dem Formteil 4c oder bei einstückiger und federnder Ausbildung der Scheibe dreht sich der Randbere.ich des Formteiles mit dem daran befestigten Reifen unreinen innerhalb oder außerhalb der Scheibe liegenden gedachten Punkt D, der außermittig zum Reifen liegen kann und dessen Lage unter anderem von der Form des Formteiles abhängig ist.

Claims

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Erfindungsansprüche

1. Rad für Schienenfahrzeuge, mit mindestens einer Scheibe, die an einer Achse befestigt ist, und mit einem die Scheibe umgebenden Radreifen, dessen Aufstandspunkt auf der Fahrbahn einer Schiene liegt, gekennzeichnet dadurch, daß der Reifen (2) mindestens in seinem den Aufstandspunkt (A) auf der Fahrbahn (9) aufweisenden Bereich um'eine etwa in Fahrtrichtung liegende Achse (D) drehbar an der Scheibe (1) angeordnet ist.
2. Rad nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (Ij la; Ib) und der Reifen (2; 2a; 2b) gelenkig miteinander verbunden sind (Fig. 1 bis 3).
3.. Rad nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Reifens (2; 2b) eine Gelenkpfanne und die Scheibe (1; Ib) eine Gelenkkugel bildet (Fig. 1 und 3).
4. Rad nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (la) eine Gelenkpfanne und der Reifen (2a) eine Gelenkkugel bildet (Fig. 2).
5. Rad nach einem der Punkte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen (2b; 2c; 2d) unter Zwischenlage eines elastischen Form-teiles (4b; 4c; 4d) an der Scheibe (Ib; lc; Id) anliegt (Fig. 3 bis 5).
6. Rad nach einem der Punkte 1 bis 5, dadurch gekennzeich-

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net, daß die den Drehpunkt aufweisende Achse (D) außermittig zum Reifen (2c; 2d) liegt (Fig. 4 und 5).
7. Rad nach Punkt 5 oder β, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4c; 4d) außermittig zum Reifen (2c; 2d) liegt.
8. Rad nach einem der Punkte 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (Ic) mindestens teilweise durch das Formteil (4c), vorzugsweise durch eine durch Kaltoformfließwalzen hergestellte, federnde Scheibe gebildet ist. (Fig. 4).
9. Rad nach einem der Punkte 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das" Formteil (4b) durch ein vorzugsweise gummi-

" elastisches Lagerteil gebildet· ist.
10. Rad nach einem der Punkte 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4c) starr mit dem freien Ende (6c) der Scheibe (Ic) und/oder dem Reifen (2c) verbunden ist.
11. Rad nach einem der Punkte 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reifen (2; 2a; 2b; 2c) und der Scheibe (1; la; Ib; Ic) und/oder dem Formteil (4b; 4c) mindestens eine Gleit- und/oder Dämpfschicht (5; 5a; 5b; 5c; 5c') vorgesehen ist (Fig. 1 bis 4).
12. Rad nach einem der Punkte 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen (2) und/oder das Formteil (4b) mit der dazwischen liegenden Gleit- und/oder Dämpfschicht (5; 5b) eine unlösbare Einheit bilden.
13. Rad nach einem der Punkte 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1; Ib) und/oder das Formteil (4b) mit der dazwischen liegenden Gleit- und/oder Dämpfschicht (5; 5b) eine unlösbare Einheit bildet.

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