DE102011117444B4 - Vehicle wheel, wheelset with this and rail vehicle - Google Patents
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Abstract
Fahrzeugrad für Schienenfahrzeuge, mit einer Radnabe (2), mit einem, eine Lauffläche (6) aufweisenden Radkranz (4) und mit einem die Radnabe (2) und den Radkranz (4) verbindenden Radteller (8), wobei der Radkranz (4) und der Radteller (8) mittels einer Innenumfangs-Eingriffsstruktur (10) des Radkranzes (4) und einer Außenumfangs-Eingriffsstruktur des Radtellers (8) formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Innenumfangs des Radkranzes (4) wenigstens abschnittsweise eine Innenverzahnung (10) ausgebildet ist; und dass entlang des Außenumfangs des Radtellers (8) wenigstens abschnittsweise eine zur Innenverzahnung (10) des Radkranzes (4) korrespondierende Außenverzahnung (12) ausgebildet ist, die formschlüssig mit der Innenverzahnung (10) des Radkranzes (4) in Eingriff ist.Vehicle wheel for rail vehicles, comprising a wheel hub (2), a wheel rim (4) having a running surface (6) and a wheel disc (8) connecting the wheel hub (2) and the wheel rim (4), the wheel rim (4) and the wheel disc (8) by means of an inner circumferential engagement structure (10) of the Radkranzes (4) and an outer periphery engagement structure of the wheel plate (8) are positively connected, characterized in that along the inner circumference of the Radkranzes (4) at least partially an internal toothing (10) is formed; and that along the outer circumference of the wheel plate (8) at least in sections to the internal teeth (10) of the Radkranzes (4) corresponding external toothing (12) is formed, which is positively with the internal toothing (10) of the Radkranzes (4) into engagement.
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad, insbesondere ein Scheibenrad für Schienenfahrzeuge. Ebenso betrifft die Erfindung einen mit einem solchen Fahrzeugrad ausgestatteten Radsatz und ein mit einem derartigen Radsatz versehenes Schienenfahrzeug.The invention relates to a vehicle wheel, in particular a disc wheel for rail vehicles. The invention likewise relates to a wheel set equipped with such a vehicle wheel and to a rail vehicle provided with such a wheel set.
Konventionelle Schienenfahrzeuge fahren auf Fahrzeugrädern, welche paarweise durch eine Achse zu Radsätzen verbunden sind. Dabei existieren verschiedene Bauformen für die Räder von Schienenfahrzeugen. So wird zwischen Vollrädern, die auch als „Monobloc-Räder” bekannt sind, und Rädern mit Radreifen unterschieden.Conventional rail vehicles drive on vehicle wheels, which are connected in pairs by an axle to wheelsets. There are different designs for the wheels of rail vehicles. Thus, a distinction is made between solid wheels, which are also known as "monobloc wheels", and wheels with wheel tires.
Vollräder werden beispielsweise aus Stahl gegossen oder geschmiedet und werden heute im Personenverkehr, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsschienenverkehr, eingesetzt. Räder mit Radreifen bestehen aus einem Radteller und einem auf dem Radteller befestigten Radreifen.Solid wheels are cast or forged, for example, from steel and are now used in passenger transport, especially in high-speed rail transport. Wheels with tires consist of a wheel plate and a wheel tire attached to the wheel plate.
Die Räder von Schienenfahrzeugen bestehen dabei üblicherweise aus unlegiertem oder geringlegierten Stahl mit einem hohen Reinheitsgrad. Die Materialeigenschaften werden hauptsächlich durch die chemische Zusammensetzung des Grundmaterials, des Ur- bzw. Umformprozesses und insbesondere durch den Wärmebehandlungsprozess bestimmt.The wheels of rail vehicles usually consist of unalloyed or geringlegierten steel with a high degree of purity. The material properties are mainly determined by the chemical composition of the base material, the original or forming process and in particular by the heat treatment process.
Im Schienenverkehr kommt dem Fahrzeuggewicht und damit auch dem Gewicht der Fahrzeugräder eine zunehmend große Bedeutung zu. So erfordert ein hohes Fahrzeugradgewicht einerseits größere Antriebs- und Bremskräfte, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Schienenfahrzeugbetriebs eingeschränkt wird. Gleichzeitig wirkt sich ein hohes Fahrzeugradgewicht negativ auf die Umweltverträglichkeit sowie das Crashverhalten auf.In rail transport, the vehicle weight and thus the weight of the vehicle wheels is becoming increasingly important. On the one hand, high vehicle wheel weight requires, on the one hand, greater drive and braking forces, which limits the economy of rail vehicle operation. At the same time, a high vehicle wheel weight has a negative effect on the environmental compatibility and the crash behavior.
Beim Antreiben, Beschleunigen und Abbremsen von Schienenfahrzeugen erfolgt die Kraftübertragung im Rad-Schiene-Kontakt ausschließlich durch Reibung. Die Fahrzeugräder übertragen im Betrieb eines Schienenfahrzeugs daher große Kräfte und gehören somit zu den am stärksten beanspruchten Komponenten. Insbesondere führen häufige Beschleunigungs- und Bremsvorgänge sowie die Belastung in Kurven zu starkem Verschleiß der Fahrzeugräder. Dabei führt ein hohes Fahrzeugradgewicht wiederum zu einem höheren Verschleiß, da beim Beschleunigen und Abbremsen größere Kräfte übertragen werden müssen.When driving, accelerating and braking of rail vehicles, the power transmission in the wheel-rail contact takes place exclusively by friction. The vehicle wheels therefore transmit large forces during operation of a rail vehicle and thus belong to the most stressed components. In particular, frequent acceleration and braking operations as well as the stress in curves lead to heavy wear of the vehicle wheels. In this case, a high vehicle wheel weight in turn leads to higher wear, since greater forces must be transmitted during acceleration and deceleration.
Um einen idealen Rundlauf der Fahrzeugräder sowie ihren schadensfreien Betrieb zu gewährleisten ist daher in regelmäßigen Abständen eine vollständige Überarbeitung insbesondere der Radlaufflächen erforderlich, was mit einem entsprechend hohen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand verbunden ist.In order to ensure an ideal concentricity of the vehicle wheels and their damage-free operation is therefore at regular intervals a complete revision of the wheel treads in particular required, which is associated with a correspondingly high maintenance and repair costs.
Zusätzlich führen immer höhere Zuggeschwindigkeiten im Betrieb von Schienenfahrzeugen zu einer weiter erhöhten Beanspruchung der Fahrzeugräder. Zum einen ergeben sich hieraus gestiegene Anforderungen an die Leistungsfähigkeit sowie die Sicherheit der Schienenräder. Darüber hinaus folgt aus den immer höheren Zuggeschwindigkeiten ein weiter steigender Wartungs- und Instandhaltungsaufwand.In addition, ever higher train speeds in the operation of rail vehicles lead to a further increased stress on the vehicle wheels. On the one hand, this results in increased demands on the performance and safety of the rail wheels. In addition, the ever-increasing train speeds result in a further increase in maintenance and repair costs.
Gleichzeitig besteht die Zielsetzung den Reisekomfort im Personenverkehr stetig zu erhöhen. Insbesondere sollen die im Betrieb von Schienenfahrzeugen durch das Abrollen der Fahrzeugräder entstehenden Schwingungen und dadurch ausgelösten Schallemissionen auf ein Minimum reduziert werden.At the same time there is the objective to increase travel comfort in passenger transport steadily. In particular, the resulting in the operation of rail vehicles by the rolling of the vehicle wheels vibrations and thereby triggered sound emissions are to be reduced to a minimum.
Die genannten Anforderungen werden von bestehenden Fahrzeugrädern und mit solchen Rädern ausgestatteten Radsätzen nur unzureichend erfüllt.The above requirements are met only insufficiently by existing vehicle wheels and wheel sets equipped with such wheels.
Aus der
Demgegenüber weisen Schienenräder mit Radreifen grundsätzlich den Vorteil auf, dass für den Radreifen und den Radteller unterschiedliche Werkstoffe einsetzbar sind und dadurch das Gewicht des Fahrzeugrades reduziert werden kann. So ist aus der
Ferner besteht im Verschleißfall eines Schienenrades mit Radreifen grundsätzlich die Möglichkeit nur den Radreifen anstatt das gesamte Rad auszutauschen. Jedoch ist das Aufschrumpfen und Verkleben des Radkranzes mit hohem Aufwand verbunden, was die Montage und Demontage eines solchen Schienenrades und damit die Wartung und Instandhaltung erschwert.Furthermore, in the case of wear of a rail wheel with tires in principle, it is only possible to replace the wheel tires instead of the entire wheel. However, the shrinking and gluing of the rim is associated with great expense, which makes the assembly and disassembly of such a rail wheel and thus the maintenance and repair difficult.
Weiterhin ist aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeugrad, insbesondere ein Scheibenrad für ein Schienenfahrzeug, anzugeben, welches leicht, geräuscharm sowie montage- und wartungsfreundlich gestaltet ist und hervorragende Leichtlauf- und Dauerbelastungseigenschaften für eine zuverlässige Kraftübertragung zwischen Fahrzeugrad und Fahrgrund, insbesondere Schiene, aufweist.The invention is therefore based on the object to provide a vehicle wheel, in particular a disk wheel for a rail vehicle, which is lightweight, quiet and easy to assemble and maintain and excellent smooth running and continuous load characteristics for a reliable power transmission between the vehicle and the ground, especially rail, having.
Ferner soll ein Radsatz mit einem derartigen Fahrzeugrad, insbesondere Scheibenrad für Schienenfahrzeuge, und ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Radsatz geschaffen werden.Furthermore, a wheelset with such a vehicle wheel, in particular disc wheel for rail vehicles, and a rail vehicle to be created with such a wheelset.
Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich des Fahrzeugrades erfindungsgemäß durch Anspruch 1, hinsichtlich eines Radsatzes und eines Schienenfahrzeuges erfindungsgemäß durch die Ansprüche 24 und 27 gelöst.The above object is achieved in terms of the vehicle according to the invention by claim 1, with respect to a wheelset and a rail vehicle according to the invention by the
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrzeugrades und des Radsatzes sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Advantageous embodiments of the vehicle wheel and the wheelset are the subject of the respective subclaims.
Durch die vorzugsweise formschlüssige und mittels einer Innenumfangskontur (Eingriffsstruktur) des Radkranzes und einer Außenumfangskontur (Eingriffsstruktur) des Radtellers, die miteinander vorzugsweise vollumfänglich in Eingriff sind, ausgeführten form-/kraftschlüssige Verbindung zwischen Radkranz und Radteller ist eine besonders homogene und daher Belastungsspitzen vermeidende Kraftübertragung innerhalb des Fahrzeugrades im Kraftfluss zwischen der Lauffläche über Radkranz und Radteller zur Radnabe und damit bei einer Radachse eines Fahrzeugaufbaus gegeben, die für eine hohe Laufruhe und ein hervorragendes Betriebsverhalten des Fahrzeugrades, insbesondere Scheibenrades, sorgt. Gleichzeitig bietet der Aufbau des Fahrzeugsrads die Möglichkeit einer Leichtbaukonstruktion ohne Beeinträchtigung von Zuverlässigkeit und Dauerfestigkeit des Fahrzeugrades. Durch vorzugsweise in Umfangsrichtung, d. h. in tangentialer Richtung, vorgesehene direkte formschlüssiger Passungseingriff zwischen Radteller und Radkranz ist eine Verbindung zwischen Radteller und Radkranz geschaffen, die weder durch Temperaturschwankungen im Betrieb noch durch mechanische Betriebsbelastungen, noch durch eine Kombination dieser Wirkungen zu einem erhöhten oder unzulässigen Spiel zwischen Radteller und Radkranz führt.Due to the preferably positive and by means of an inner peripheral contour (engagement structure) of the Radkranzes and an outer peripheral contour (engagement structure) of the wheel disc, which are preferably fully engaged with each other, executed positive / non-positive connection between the rim and wheel plate is a particularly homogeneous and therefore load peaks avoiding power transmission within the vehicle wheel in the power flow between the tread over rim and wheel plate to the wheel hub and thus given at a wheel axle of a vehicle body, which ensures a smooth running and excellent performance of the vehicle wheel, in particular disc wheel. At the same time, the structure of the vehicle wheel offers the possibility of a lightweight construction without compromising the reliability and durability of the vehicle wheel. By preferably in the circumferential direction, d. H. in the tangential direction, provided direct form-fitting fitting engagement between the wheel plate and rim is a connection between the wheel plate and rim created that neither by temperature fluctuations during operation nor by mechanical operating loads, nor by a combination of these effects to increased or impermissible clearance between the wheel and wheel rim.
Unter „tangentialer Richtung” soll hier die Richtung entlang des Außenumfangs des Radtellers und die Richtung entlang des Innenumfangs des Radkranzes, also die Umfangsrichtung verstanden werden, die mit der Rotationsrichtung des Fahrzeugrades übereinstimmt.The term "tangential direction" is to be understood here as the direction along the outer circumference of the wheel disc and the direction along the inner circumference of the wheel rim, ie the circumferential direction, which coincides with the direction of rotation of the vehicle wheel.
Vorzugsweise ist ein direkter und unmittelbarer Formschluss zwischen der Innenumfangs-Eingriffsstruktur des Radkranzes und der Außenumfangs-Eingriffsstruktur des Radtellers, jeweils mit gegenüber einer Zylinderfläche vergrößerte Umfangsfläche vorgesehen, d. h. vorzugsweise findet ein Formschluss in einer Passung zwischen Radkranz und Radteller ohne zu Hilfenahme zusätzlicher Komponenten, wie Schrauben, Spannfeder oder dergleichen statt und greifen beide Teile direkt ineinander. Hierzu weisen die Innenumfangs-Eingriffsstruktur des Radkranzes und die Außenumfangs-Eingriffsstruktur des Radtellers miteinander korrespondierende miteinander in der Art eines Kämmeingriffs in Eingriff bringbare Formelemente auf, durch die eine Übertragung der Antriebs- und Bremskräfte in Betrieb des Fahrzeugrades gewährleistet ist.Preferably, a direct and immediate positive connection between the inner circumference engagement structure of the Radkranzes and the outer peripheral engagement structure of the wheel plate, each with a relation to a cylindrical surface enlarged peripheral surface is provided, d. H. Preferably, a positive connection in a fit between the rim and wheel plate takes place without the aid of additional components such as screws, tension spring or the like and engage both parts directly into one another. For this purpose, the inner circumference engagement structure of the Radkranzes and the outer periphery engagement structure of the wheel plate with each other in the manner of a meshing engagement engageable form elements corresponding to each other through which a transmission of the drive and braking forces is ensured in operation of the vehicle wheel.
Durch die direkt formschlüssige Verbindung in tangentialer Richtung wird insbesondere der Kraftfluss zwischen Radkranz und Radteller verbessert, sodass das Fahrzeugrad insgesamt leichter dimensioniert werden kann.Due to the direct positive connection in the tangential direction, in particular the power flow between the wheel rim and the wheel plate is improved, so that the vehicle wheel as a whole can be dimensioned more easily.
Radkranz und Radteller sind vorzugsweise entlang eines gesamten Außenumfangs des Radtellers miteinander in kraftübertragender Verbindung.Radkranz and Radteller are preferably along an entire outer circumference of the wheel plate with each other in force-transmitting connection.
Gleichzeitig können hierdurch aufwendige Montage- und Demontagevorgänge, wie das Einbringen von Klebstoff in die Passfläche zwischen Radkranz und Radteller, vermieden werden, wodurch neben den Herstellungskosten auch der Wartungs- und Instandhaltungsaufwand eines solchen Fahrzeugrades reduziert wird. At the same time this can be complicated assembly and disassembly operations, such as the introduction of adhesive into the mating surface between the rim and wheel plate, are avoided, which in addition to the manufacturing costs and the maintenance and repair of such a vehicle wheel is reduced.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeugrades ist entlang des Innenumfangs des Radkranzes wenigstens abschnittsweise eine Innenverzahnung und entlang des Aussenumfangs des Radtellers wenigstens abschnittsweise eine der Innenverzahnung des Radkranzes und mit dieser formschlüssig in Eingriff bringbare entsprechende Aussenverzahnung ausgebildet. Dabei greifen die Innenverzahnung und die Aussenverzahnung in tangentialer Richtung direkt formschlüssig ineinander. Derartige Verzahnungen, insbesondere Rund- oder Wellenverzahnungen sind kostengünstig herstellbar und erlauben eine einfache und sichere Montage sowie Demontage des Fahrzeugrades. Gleichzeitig gewährleisten Sie eine sichere Kraftübertragung, wodurch die Betriebssicherheit des Fahrzeugrades erhöht wird.According to an advantageous embodiment of the vehicle wheel, inner teeth are at least partially formed along the inner circumference of the wheel rim and at least sections along the outer circumference of the wheel plate one of the internal teeth of the Radkranzes and with this form-fitting engageable corresponding external teeth. The internal teeth and the external teeth engage tangentially in a tangential direction. Such gears, in particular round or serrations are inexpensive to produce and allow easy and safe installation and disassembly of the vehicle wheel. At the same time you ensure a safe power transmission, which increases the reliability of the vehicle wheel.
Vorzugsweise ist die Innenverzahnung entlang des gesamten Innenumfangs des Radkranzes und die Aussenverzahnung entlang des gesamten Aussenumfangs des Radtellers ausgebildet. Hierdurch wird eine über den Umfang des Radtellers besonders gleichmäßig verteilte Kraftübertragung gewährleistet, wodurch die Betriebssicherheit des Fahrzeugrades zusätzlich verbessert wird. Vorzugsweise sind die Passungen der Aussen- und Innenverzahnungen so ausgebildet, dass weder durch Temperaturschwankungen im Betrieb noch durch mechanischen Betriebslasten oder Kombination von beiden ein für den sicheren Betrieb des Fahrzeugrades unzulässiges Spiel entsteht.Preferably, the internal toothing along the entire inner circumference of the Radkranzes and the outer toothing along the entire outer circumference of the wheel plate is formed. As a result, over the circumference of the wheel well evenly distributed power transmission is ensured, whereby the reliability of the vehicle wheel is further improved. Preferably, the fits of the external and internal gears are formed so that neither by temperature fluctuations during operation nor by mechanical operating loads or combination of both creates an inadmissible for the safe operation of the vehicle wheel game.
Gegebenenfalls kann zur formschlüssigen Kraftübertragung zwischen Radteller und Radkranz in Umfangsrichtung eine kraftschlüssige hinzutreten, z. B. in Verbindung mit einer vorgegebenen Temperaturführung von/zwischen Radteller und Radkranz während der Montage.Optionally, for the positive power transmission between the wheel disc and rim in the circumferential direction to join a force-fit, z. B. in connection with a predetermined temperature control of / between the wheel and wheel rim during assembly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Innenverzahnung des Radkranzes und die Außenverzahnung des Radtellers als Wellenverzahnungen ausgebildet. Hierdurch können Spannungsspitzen in den Verzahnungen des Radtellers und des Radkranzes verringert werden, so dass im Betrieb des Fahrzeugrades eine zusätzlich verringerte Materialbelastung des Radkranzes sowie des Radtellers gewährleistet wird.In a further advantageous embodiment, the internal toothing of the rim and the external toothing of the wheel plate are formed as splines. As a result, voltage peaks can be reduced in the teeth of the wheel plate and the rim, so that an additional reduced material stress of the rim and the wheel plate is ensured during operation of the vehicle wheel.
Der Montageaufwand eines Fahrzeugrades für Schienenfahrzeuge kann dadurch weiter verringert werden, dass der Radteller einstückig ausgebildet ist. Die integrale Bauweise des Radtellers erhöht dabei zusätzlich die Belastungsfähigkeit des Fahrzeugrades, sodass dessen Betriebssicherheit weiter erhöht wird.The assembly cost of a vehicle wheel for rail vehicles can be further reduced by the fact that the wheel plate is integrally formed. The integral construction of the wheel disc also increases the load capacity of the vehicle wheel, so that its reliability is further increased.
Die Anzahl der Komponenten des Fahrzeugrades kann dadurch weiter verringert werden, dass der Radteller in axialer Richtung an einem Stützabschnitt des Radkranzes anliegt. Somit ist in einer axialen Richtung des Fahrzeugrades eine formschlüssige Sicherung des Radtellers gegenüber dem Radkranz gewährleistet, ohne dass hierfür weitere Komponenten oder Baugruppen erforderlich sind. Vorzugsweise ist der Stützabschnitt als ein Stützkragen ausgebildet, der entlang des Innenumfangs des Radkranzes verläuft und somit eine ununterbrochene axiale Abstützung des Radtellers in dessen Aussenumfangsbereich erlaubt.The number of components of the vehicle wheel can be further reduced by the fact that the wheel plate rests in the axial direction on a support portion of the Radkranzes. Thus, in a axial direction of the vehicle wheel, a positive securing of the wheel plate relative to the rim is ensured without the need for further components or assemblies are required. Preferably, the support portion is formed as a support collar which extends along the inner circumference of the Radkranzes and thus allows uninterrupted axial support of the wheel plate in the outer peripheral region.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Radteller in axialer Richtung durch einen Sprengring mit dem Radkranz verbunden. Die axiale Sicherung des Radtellers durch einen Sprengring ist mit nur geringem Montageaufwand verbunden und gewährleistet zudem eine große Betriebssicherheit.According to a further advantageous embodiment of the wheel disc is connected in the axial direction by a snap ring with the rim. The axial securing of the wheel disc by a snap ring is associated with little installation effort and also ensures a high level of operational safety.
Ebenso ist es möglich anstelle eines Stützkragens zur Anlage des Radtellers an den Radkranz einen weiteren Sprengring vorzusehen, um auf diese Weise den Radteller beidseitig in axialer Richtung relativ zum Radkranz zu sichern.It is also possible to provide a further snap ring instead of a support collar for the installation of the wheel disc to the rim to secure in this way the wheel disc on both sides in the axial direction relative to the wheel rim.
Vorzugsweise greift der Sprengring in eine an dem Innenumfang des Radkranzes umlaufende Nut. Die axiale Sicherung des Radtellers relativ zum Radkranz kann hierdurch mit nur geringem Handhabungsaufwand erfolgen und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit.Preferably, the snap ring engages in a circumferential groove on the inner circumference of the Radkranzes. The axial securing of the wheel plate relative to the rim can thereby be done with little handling and at the same time ensures high reliability.
In vorteilhafter Weise kann die am Innenumfang des Radkranzes umlaufende Nut einen keilförmigen Querschnitt aufweisen. Demgemäß kann auch der Sicherungsring einen keilförmigen Querschnitt aufweisen, der dem Querschnitt der Nut entspricht. In der Betriebslage des Sprengrings kann hierdurch dessen axiales Spiel minimiert werden, wodurch einerseits die Betriebssicherheit erhöht und gleichzeitig die Schallemissionen im Betrieb des Fahrzeugrades minimiert werden. Gleichzeitig wird durch die keilförmige Gestaltung der Nut und des Sprengrings die Gefahr verringert, dass der Sprengring bei der Montage verkantet und die Handhabungssicherheit beeinträchtigt wird.Advantageously, the circumferential groove on the inner circumference of the Radkranzes have a wedge-shaped cross-section. Accordingly, the circlip may also have a wedge-shaped cross section corresponding to the cross section of the groove. In the operating position of the snap ring can thereby be minimized its axial clearance, which on the one hand increases the reliability and at the same time the noise emissions are minimized during operation of the vehicle wheel. At the same time the danger is reduced by the wedge-shaped design of the groove and the snap ring that the snap ring is tilted during assembly and handling safety is impaired.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Sprengring aus wenigstens zwei bogenabschnittförmigen Segmenten. Vorzugsweise besteht der Sprengring aus insgesamt vier gleichen bogenabschnittförmigen Segmenten. Durch eine Segmentierung des Sprengrings in zwei oder mehrere bogenabschnittförmige Teile besteht die Möglichkeit den Sprengring ohne oder mit nur geringer Spannung in die Nut einzubringen, wodurch die Gefahr von Verletzungen des Montage- und Wartungspersonals verringert wird.According to a further advantageous embodiment, the snap ring consists of at least two arc-segment-shaped segments. Preferably, the snap ring consists of a total of four same arc segment-shaped segments. By segmenting the snap ring in two or more arc-section-shaped parts, it is possible to introduce the snap ring with little or no tension in the groove, whereby the risk of injury to the assembly and maintenance personnel is reduced.
In weiterer Ausgestaltung des Fahrzeugrads ist ein Sicherungsring mit einem Befestigungsabschnitt und mit einem Stützabschnitt vorgesehen, wobei der Sicherungsring über den Befestigungsabschnitt mit dem Radkranz verbunden ist und wobei der Stützabschnitt in den Sprengring greift und den Sprengring zumindest in radialer Richtung abstützt. Insbesondere beim Einsatz eines segmentierten Sprengrings kann dieser somit sicher und einfach in der Nut des Radkranzes gehalten und folglich eine axiale Sicherung des Radtellers relativ zum Radkranz gewährleistet werden. Jedoch kann ein Sicherungsring auch bei einem einteiligen Sicherungsring die Betriebssicherheit des Fahrzeugrades erhöhen, da der Sicherungsring ein unerwünschtes Herausspringen des Sprengrings aus der Nut verhindert.In a further embodiment of the vehicle wheel, a securing ring is provided with a fixing portion and with a support portion, wherein the securing ring is connected via the attachment portion with the rim and wherein the support portion engages in the snap ring and the snap ring is supported at least in the radial direction. In particular, when using a segmented snap ring this can thus safely and easily kept in the groove of the rim and thus an axial securing of the wheel plate can be ensured relative to the rim. However, a circlip can increase the reliability of the vehicle even with a one-piece locking ring, since the retaining ring prevents unwanted jumping out of the snap ring from the groove.
Um den Sprengring in seiner Betriebsstellung mit einer zusätzlichen Kraft in radialer Richtung zu beaufschlagen, können der Innenumfang des Sprengrings und der Aussenumfang des Stützabschnitts des Sicherungsrings eine konische Passung bilden. Beim Verschrauben des Sicherungsrings übt der Stützabschnitt demgemäß eine radiale Kraft auf den Sprengring aus und presst diesen zusätzlich in die am Innenumfang des Radkranzes ausgebildete Nut.In order to act on the snap ring in its operating position with an additional force in the radial direction, the inner circumference of the snap ring and the outer circumference of the support portion of the securing ring can form a conical fit. When screwing the locking ring, the support section accordingly exerts a radial force on the snap ring and additionally presses it into the groove formed on the inner circumference of the wheel rim.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Fahrzeugrades sieht vor, dass die Radnabe und der Radteller in axialer Richtung formschlüssig in Verbindung stehen, wodurch die Betriebssicherheit des Fahrzeugrades insbesondere in Kurven erhöht wird.A further preferred embodiment of the vehicle wheel provides that the wheel hub and the wheel plate are positively connected in the axial direction, whereby the reliability of the vehicle wheel is increased in particular in curves.
In besonders vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die Radnabe und der Radteller über eine Mutter, die auf einem Gewinde der Radnabe aufgeschraubt und an einer ersten Seitenfläche des Radtellers abgestützt ist, axial zueinander vorgespannt sind. Dabei kann das Anzugsmoment der Mutter vorzugsweise so eingestellt werden, dass weder durch Temperaturschwankungen im Betrieb noch durch mechanische Belastungen ein unzulässiges Spiel zwischen Radteller und Radnabe entsteht und gleichzeitig die Grenzflächenpressung des Radtellerwerkstoffs nicht überschritten wird.In a particularly advantageous manner, it can be provided that the wheel hub and the wheel plate are axially biased towards one another via a nut, which is screwed onto a thread of the wheel hub and supported on a first side surface of the wheel disk. In this case, the tightening torque of the nut can preferably be adjusted so that neither by temperature fluctuations during operation nor by mechanical loads an inadmissible clearance between the wheel disc and hub and at the same time the interface pressure of the Radtellerwerkstoffs is not exceeded.
Dabei kann die axiale Verbindung zwischen Radteller und Radnabe sowie deren axiale Verspannung besonders leicht und mit einer nur geringen Anzahl an Komponenten dadurch bewerkstelligt werden, dass die Radnabe eine Stützschulter aufweist, die an einer zweiten Seitenfläche des Radtellers abgestützt ist, wobei die zweite Seitenfläche auf einer zu der ersten Seitenfläche axial gegenüberliegenden Seite des Radtellers ausgebildet ist.In this case, the axial connection between the wheel plate and the wheel hub and the axial clamping can be accomplished particularly easily and with only a small number of components, that the wheel hub has a support shoulder which is supported on a second side surface of the wheel plate, wherein the second side surface on a is formed to the first side surface axially opposite side of the wheel disc.
Schließlich können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Fahrzeugrades der Aussenumfang der Radnabe und der Innenumfang des Radtellers eine konische Passung bilden. Vor der Montage des Fahrzeugrades auf die jeweilige Radachse besteht so die Möglichkeit, die Radnabe mit dem Radteller auch in radialer Richtung vorzuspannen. Insbesondere kann bei Vorliegen einer solchen konischen Passung mittels einer Mutter, die wie voranstehend beschrieben, auf einem Gewinde der Radnabe aufgeschraubt und an einer ersten Seitenfläche des Radtellers abgestützt ist, eine radiale Verspannung des Radtellers mit der Radnabe erzeugt werden.Finally, according to a further advantageous embodiment of the vehicle wheel, the outer circumference of the wheel hub and the inner circumference of the wheel disc form a conical fit. Before mounting the vehicle wheel on the respective axle so there is the possibility to bias the wheel hub with the wheel plate in the radial direction. In particular, in the presence of such a conical fit by means of a nut which, as described above, screwed onto a thread of the wheel hub and is supported on a first side surface of the wheel plate, a radial strain of the wheel plate with the hub can be generated.
Der zur Erzeugung des zur Übertragung von Antriebs- und Bremsmomenten notwendigen Kraftschlusses in der konischen Passung, stellt sich vorzugsweise erst beim Fügen des kompletten Fahrzeugrads mit der Achswelle dadurch ein, dass die am Innenumfang mit Untermaß hergestellte Nabe auf die Achswelle gepresst wird. Hingegen erlaubt eine Vorspannung der Radnabe und des Radtellers in radialer Richtung vorzugsweise eine Voreinstellung der Passung zwischen Radteller und Radnabe, so dass im Betrieb des Fahrzeugrades weder durch Temperaturschwankungen noch durch mechanische Belastungen ein sowohl in radialer als auch in axialer Richtung unzulässiges Spiel zwischen Radteller und Radnabe entsteht und gleichzeitig die Grenzflächenpressung der Fahrzeugradkomponenten nicht überschritten werden.The necessary for generating the transmission of driving and braking torque frictional connection in the conical fit, preferably adjusts only when joining the complete vehicle with the axle shaft in that the hub produced on the inner circumference with undersize is pressed onto the axle shaft. By contrast, a bias of the wheel hub and the wheel plate in the radial direction preferably allows a default of the fit between the wheel plate and hub, so that in operation of the vehicle neither by temperature fluctuations nor by mechanical loads inadmissible in both the radial and axial direction play between the wheel disc and hub arises and at the same time the interface pressure of the vehicle wheel components are not exceeded.
Vorzugsweise weist das Fahrzeugrad, insbesondere Scheibenrad der vorbeschriebenen Art, eine Radnabe, über die das Fahrzeugrad mit der Radachse eines Radsatzes verbunden werden kann, einen eine Lauffläche aufweisenden Radkranz sowie einen die Radnabe und den Radkranz verbindenden Radteller auf. Erfindungsgemäß besteht der Radteller zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff. Insbesondere sind Verstärkungsfasern, die aus Faserbündeln bestehen können, des Faserverbundwerkstoffs wenigstens abschnittsweise entlang von Hauptspannungsrichtungen des Radtellers orientiert.Preferably, the vehicle wheel, in particular disc wheel of the type described above, a wheel hub, via which the vehicle can be connected to the wheel axle of a wheelset, a tread having a wheel rim and a wheel hub and the rim connecting wheel disc. According to the invention, the wheel plate consists at least partially of a fiber composite material. In particular, reinforcing fibers, which may consist of fiber bundles, of the fiber composite material are oriented at least in sections along main stress directions of the wheel disc.
Demgemäß werden die im Betrieb eines solchen Fahrzeugrades auf den Radteller einwirkenden Lastpfade zumindest abschnittsweise durch Verstärkungsfasern des Faserverbundwerkstoffs nachgebildet, was auch unter der Bezeichung „Tailored Fiber Placement” (TFP) bekannt ist. Durch dieses Prinzip wird es ermöglicht, das Gewicht des Radtellers und damit des gesamten Fahrzeugrades zu reduzieren und gleichzeitig dessen Belastungsfähigkeit und Betriebssicherheit zu steigern.Accordingly, the load paths acting on the wheel plate during operation of such a vehicle wheel are simulated, at least in sections, by reinforcing fibers of the fiber composite material, which is also known by the term "tailored fiber placement" (TFP). This principle makes it possible to reduce the weight of the wheel plate and thus of the entire vehicle wheel and at the same time increase its load capacity and operational safety.
Dabei bestehen Radkranz und Radnabe des Fahrzeugrades in bekannter Weise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem hochfesten Stahl.There are wheel rim and hub of the vehicle wheel in a known manner of a metallic material, in particular a high-strength steel.
Vorzugsweise sind die im Betrieb des Fahrzeugrades auf den Radteller einwirkenden Lastpfade jeweils entlang ihrer gesamten Länge durch zumindest eine Verstärkungsfaser nachgebildet.Preferably, the load paths acting on the wheel disc during operation of the vehicle wheel are each simulated along their entire length by at least one reinforcing fiber.
Die Lehren der voranstehenden beschriebenen Vorrichtungen sind in besonders vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar. Insbesondere kann bei einem Fahrzeugrad der Radteller aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, bei dem Verstärkungsfasern nach dem Prinzip des „Tailored Fiber Placement” orientiert sind, wobei gleichzeitig vorgesehen ist, dass der Radkranz und der Radteller, wie voranstehend beschrieben, in tangentialer, d. h. Umfangsrichtung direkt formschlüssig, vorzugsweise durch Wellenverzahnungen am Innenumfang des Radkranzes und am Aussenumfang des Radtellers, miteinander verbunden sind. Hierdurch wird bei einem hohen Leichtbaupotential des Fahrzeugrades dessen Betriebssicherheit weiter verbessert.The teachings of the above described devices can be combined with each other in a particularly advantageous manner. In particular, in the case of a vehicle wheel, the wheel disc may consist of a fiber composite material, in which reinforcing fibers are oriented on the principle of "tailored fiber placement", wherein it is also provided that the wheel rim and the wheel disc, as described above, in tangential, d. H. Circumferential direction directly positive fit, preferably by splines on the inner circumference of the Radkranzes and on the outer circumference of the wheel disc, are interconnected. As a result, its reliability is further improved at a high lightweight potential of the vehicle.
Die Verbindungssicherheit zwischen Radteller und Radkranz lässt sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Fahrzeugrades insbesondere dadurch erhöhen, dass Verstärkungsfasern in einem an den Aussenumfang grenzenden Aussenbereich des Radtellers der Aussenumfangsgeometrie folgend in Umfangsrichtung orientiert sind. Bei einer wellenzahnförmigen Aussenumfangsgeometrie des Radtellers können demgemäß Verstärkungsfasern entlang der Wellenverzahnung verlaufen und dadurch diese verstärken. Über die Verzahnung des Radtellers können somit größere Antriebs- und Bremskräfte übertragen werden, ohne dass es einer massiveren und damit schwereren Ausführung der Komponenten des Fahrzeugrades bedarf.According to an advantageous embodiment of the vehicle wheel, the connection security between the wheel disc and the wheel rim can be increased in particular by the fact that reinforcing fibers are oriented in the circumferential direction in an outer region of the wheel disc bordering on the outer circumference of the outer circumference geometry. In the case of a wave-tooth-shaped outer peripheral geometry of the wheel disc, accordingly, reinforcing fibers can run along the shaft toothing and thereby reinforce them. Thus, greater drive and braking forces can be transmitted via the toothing of the wheel disc, without the need for a more massive and thus heavier design of the components of the vehicle wheel.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeugrades sind Verstärkungsfasern in einem an eine Innenöffnung grenzenden Innenbereich des Radtellers, der inneren Öffnungsgeometrie folgend, in Umfangsrichtung der Innenöffnung orientiert. Hierdurch wird sichergestellt, dass der innere Öffnungsbereich des Radtellers eine ausreichend große Steifigkeit besitzt. Insbesondere dienen die umlaufenden Verstärkungsfasern im Innenbereich des Radtellers dazu, eine in tangentialer Richtung (Umfangsrichtung) wirksame kraftschlüssige Verbindung zwischen Radteller und Radnabe sicherzustellen, die beim Aufpressen der mit Untermaß hergestellten Nabe auf eine Achswelle erzeugt wird.In accordance with a further advantageous embodiment of the vehicle wheel, reinforcing fibers are oriented in the circumferential direction of the inner opening in an inner region of the wheel disc adjacent to an inner opening, following the inner opening geometry. This ensures that the inner opening portion of the wheel plate has a sufficiently high rigidity. In particular, the circumferential reinforcing fibers in the inner region of the wheel disc serve to ensure an effective tangential direction (circumferential direction) frictional connection between the wheel plate and wheel hub, which is produced when pressing the undersized hub produced on an axle shaft.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Verstärkungsfasern in im Wesentlichen radialer Richtung des Radtellers durch diesen verlaufen. In diesem Zusammenhang sollen unter radialer Richtung auch Richtungen einbezogen sein, die einen Winkel von weniger als 30°, insbesondere von weniger 15°, insbesondere von weniger als 5° gegenüber der genauen Radialrichtung aufweisen. Durch die Faserverstärkung des Radtellers in radialer Richtung werden einerseits radiale Druckkräfte aus dem auf der Radachse lastenden Gewicht optimal aufgenommen. Andererseits stützen die radial orientierten Verstärkungsfasern den Radteller gegenüber Querkräften, die beispielsweise während Kurvenfahrten auftreten.Furthermore, it can be provided that reinforcing fibers extend in a substantially radial direction of the wheel disc through the latter. In this context, radial directions should also include directions which have an angle of less than 30 °, in particular less than 15 °, in particular less than 5 ° with respect to the exact radial direction. Due to the fiber reinforcement of the wheel disc in the radial direction, on the one hand, radial compressive forces are optimally absorbed by the weight bearing on the wheel axle. On the other hand, the radially oriented reinforcing fibers support the wheel disc against lateral forces that occur, for example, during cornering.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Fahrzeugrades können Verstärkungsfasern parabelförmig von dem an den Aussenumfang grenzenden Aussenbereich des Radtellers zu dem an die Innenbohrung grenzenden Innenbereich des Radtellers verlaufen. Derartig verlaufende Verstärkungsfasern gewährleisten, dass Antriebs- und Bremsmomente optimal zwischen Radkranz und Radnabe übertragen werden, ohne dass es zu unzulässigen Belastungen des Radtellers kommt. Ebenso sichern die parabelförmig angeordneten Verstärkungsfasern den Radteller gegen Querkräfte.According to a further advantageous embodiment of the vehicle wheel, reinforcing fibers may extend in a parabolic manner from the outer region of the wheel disk adjacent to the outer circumference to the inner region of the wheel disk adjacent to the inner bore. Such reinforcing fibers ensure that drive and braking torques are optimally transmitted between the wheel rim and the wheel hub, without resulting in undue loads on the wheel disc. Likewise, the parabolic reinforcing fibers secure the wheel disc against transverse forces.
Eine besonders effiziente Kraftübertragung zwischen Radnabe und Radteller kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die parabelförmig orientierten Verstärkungsfasern tangential durch den Innenbereich des Radtellers an der Innenbohrung vorbei verlaufen und im Aussenbereich des Radtellers Scheitelpunkte bilden. Insbesondere wird somit die Anzahl von Faserenden innerhalb des Radtellerkörpers verringert, wodurch die Entstehung von Schwachstellen im Radteller vermieden wird.A particularly efficient transmission of power between the wheel hub and the wheel disc can be accomplished by the parabolic-shaped reinforcing fibers running tangentially past the inner bore through the inner region of the wheel disc and forming vertices in the outer region of the wheel disc. In particular, thus the number of fiber ends is reduced within the Radtellerkörpers, whereby the formation of weak points in the wheel dish is avoided.
Weist der Radteller für die formschlüssige Verbindung mit dem Radkranz eine Aussenverzahnung auf, kann in vorteilhafter Weise innerhalb eines Zahns der Aussenverzahnung jeweils ein Scheitelpunkt der parabelförmig orientierten Verstärkungsfasern angeordnet sein. Die Übertragung von Antriebs- und Bremsmomenten über die Aussenverzahnung des Radtellers kann hierdurch mit noch größerer Sicherheit erfolgen.If the wheel disc has an external toothing for the positive connection with the wheel rim, one vertex of the parabolically oriented reinforcing fibers can be arranged in each case advantageously within one tooth of the external toothing. The transmission of drive and braking torques via the external teeth of the wheel disc can be done with even greater certainty.
Die Verstärkungsfasern des Faserverbundwerkstoffs bestehen vorzugsweise aus Kohlenstoff, wodurch das Gewicht des Radtellers und damit des gesamten Fahrzeugrades auf ein Minimum reduziert wird. Ebenso können die Verstärkungsfasern auch aus anderen hochfesten Materialen, wie bestehen. Beispielsweise können die Verstärkungsfasern auch aus einem metallischen Werkstoff bestehen, wodurch der Radtellers insbesondere kostengünstig herstellbar ist.The reinforcing fibers of the fiber composite material are preferably made of carbon, whereby the weight of the wheel plate and thus the entire vehicle wheel is reduced to a minimum. Likewise, the reinforcing fibers may also consist of other high-strength materials, such as. For example, the reinforcing fibers can also consist of a metallic material, whereby the wheel plate is particularly inexpensive to produce.
Die Matrix des Faserverbundwerkstoffs besteht in vorteilhafter Weise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunstharz. Dies gewährleistet einerseits ein geringes Gewicht des Radtellers und damit des gesamten Fahrzeugrads sowie andererseits eine geeignete Einbettung der Verstärkungsfasern. The matrix of the fiber composite material is advantageously made of a thermoplastic or thermosetting synthetic resin. This ensures on the one hand a low weight of the wheel plate and thus the entire vehicle and on the other hand a suitable embedding of the reinforcing fibers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Verstärkungsfasern aus wenigstens einem zweidimensionerstreckenden Fasergeflecht, sogenannten „2D Preforms”, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit des Radtellers und gleichzeitig eine sichere Orientierung der Verstärkungsfasern in den Hauptspannungsrichtungen des Radtellers gewährleistet ist.According to a preferred embodiment, the reinforcing fibers consist of at least one two-dimensionally extending fiber braid, so-called "2D preforms", whereby a simple and inexpensive manufacturability of the wheel disc and at the same time a secure orientation of the reinforcing fibers is ensured in the main stress directions of the wheel disc.
Vorzugsweise weist der Radteller mehrere Lagen zweidimensionalen Fasergeflechts auf, die in axialer Richtung des Radtellers verbunden, vorzugsweise zu einem dreidimensionalen Fasergeflecht verstrickt oder verwirkt sind. Dies gewährleistet eine optimale Faserverstärkung des Radtellers über dessen gesamte Dicke, ohne dass die Gefahr einer Delamination einzelner Lagen gegeben ist. Darüber hinaus eignet sich ein dreidimensionales Fasergeflecht für gängige Harzinjektionsverfahren.Preferably, the wheel plate on several layers of two-dimensional fiber braid, which are connected in the axial direction of the wheel plate, preferably entangled or forfeited to a three-dimensional fiber braid. This ensures optimum fiber reinforcement of the wheel plate over its entire thickness, without the risk of delamination of individual layers is given. In addition, a three-dimensional fiber braid is suitable for common resin injection processes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugrades weist der Radteller einen Kern aus einem Füllmaterial auf. Dabei ist der Kern vorzugsweise in einem nur gering belasteten Bereich des Radtellers um dessen Innenbohrung umlaufend ausgebildet und das Füllmaterial weist eine gegenüber den Verstärkungsfasern sowie dem Matrixwerkstoff geringe Dichte auf. Dies erlaubt eine weitere Gewichtsreduzierung des Radtellers, die mit einer nur minimalen und tragbaren Verringerung der Radtellersteifigkeit einhergeht.According to a further embodiment of the vehicle wheel, the wheel disc has a core of a filling material. In this case, the core is preferably formed circumferentially in an only slightly loaded region of the wheel plate around the inner bore and the filler has a relation to the reinforcing fibers and the matrix material low density. This allows a further weight reduction of the wheel disc, which is accompanied by a minimal and portable reduction of the Radtellersteifigkeit.
In besonders vorteilhafter Weise ist das Füllmaterial geschlossenzellig, wodurch einerseits eine optimale Gewichtsreduktion des Radtellers und andererseits eine kostengünstige Herstellbarkeit des Radtellers im Harzinjektionsverfahren ermöglicht wird.In a particularly advantageous manner, the filler is closed-cell, which on the one hand optimal weight reduction of the wheel plate and on the other hand, a cost manufacturability of the wheel plate is made possible in Harzinjektionsverfahren.
Um eine besonders große Gewichtsreduzierung des Radtellers zu erreichen, kann das Füllmaterial als Kunststoffschaum ausgebildet sein. Ebenso ist denkbar, dass das Füllmaterial aus einem Metallschaum besteht, der aufgrund guter mechanischer und akustischer Dämpfungseigenschaften eine weitergehende Reduzierung der Schallemissionen im Betrieb des Fahrzeugrades ermöglicht.In order to achieve a particularly large weight reduction of the wheel plate, the filler material may be formed as a plastic foam. It is also conceivable that the filling material consists of a metal foam, which allows a further reduction of the noise emissions during operation of the vehicle wheel due to good mechanical and acoustic damping properties.
Weiterhin kann in bevorzugter Ausgestaltung des Fahrzeugrades der Radteller in radialer Richtung gewellt vorzugsweise konzentrisch gewellt, ausgebildet sein. Demgemäß weist der Radteller eine sich in axialer Richtung erhebende Wölbung auf, die vorzugsweise zwischen dem Aussen- und Innenbereich des Radtellers konzentrisch umlaufend ausgebildet ist. Eine solche Formgebung erlaubt eine weitergehende Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Fahrzeugrades.Furthermore, in a preferred embodiment of the vehicle wheel of the wheel plate in the radial direction corrugated preferably concentric corrugated, be formed. Accordingly, the wheel plate to a rising in the axial direction curvature, which is preferably formed concentrically circumferentially between the outer and inner regions of the wheel. Such a design allows a further improvement of the acoustic properties of the vehicle wheel.
Ein erfindungsgemäßer Radsatz für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einem Scheibenrad der vorbeschriebenen Art weist eine Radachse sowie zwei Fahrzeugräder der vorbeschriebenen Art auf, wobei die Fahrzeugräder über die Radnabe mit der Achswelle verbunden sind. Ein solcher Radsatz weist ein nur geringes Gewicht auf, gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit und kann schallarm betrieben werden.An inventive wheel set for vehicles, especially for rail vehicles, with a disc wheel of the type described above has a wheel axle and two vehicle wheels of the type described above, wherein the vehicle wheels are connected via the hub with the axle shaft. Such a wheelset has a low weight, ensures high reliability and can be operated with low noise.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Radsatzes stehen die Radnabe und die Achswelle vollumfänglich kraftschlüssig in Verbindung. Dies kann, wie voranstehend beschrieben, vorteilhaft dadurch bewerkstelligt werden, dass die Innenbohrung der Nabe mit Untermaß hergestellt wird und die Nabe auf die Achswelle aufgepresst wird. Eine solche Verbindung ist kostengünstig bereitzustellen und gewährleistet bei hoher Einsatzsicherheit eine gute Kraftübertragung im Betrieb des Radsatzes.According to a preferred embodiment of the wheelset, the wheel hub and the axle are fully frictionally in connection. This can, as described above, advantageously be accomplished by making the inner bore of the hub undersized and pressing the hub onto the axle shaft. Such a connection is inexpensive to provide and ensures a high power transmission good power transmission during operation of the wheelset.
Weiterhin kann bei einem Radsatz in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Radnabe und der Radteller in vollumfänglich kraftschlüssig in Verbindung stehen. Wie voranstehend beschrieben, kann eine solche kraftschlüssige Verbindung dadurch erzeugt werden, dass die am Innenumfang mit Untermaß hergestellte Nabe auf die Achswelle gepresst wird. Dies führt zu einer Weitung der Radnabe in radialer Richtung so dass es zwischen dem Aussenumfang der Radnabe und dem Innenumfang des Radtellers zu einer kraftschlüssigen Verbindung kommt, die eine sichere Übertragung von Antriebs- und Bremsmomenten erlaubt.Furthermore, it may be provided in a wheel set in an advantageous manner that the wheel hub and the wheel plate are in full force-locking connection. As described above, such a frictional connection can be produced by pressing the hub made on the inner circumference with undersize on the axle shaft. This leads to a widening of the wheel hub in the radial direction so that it comes between the outer circumference of the wheel hub and the inner circumference of the wheel plate to a frictional connection, which allows a safe transmission of drive and braking torques.
Das voranstehend beschriebene Fahrzeugrad sowie ein mit einem solchen Fahrzeugrad ausgestatteter Radsatz eignen sich für jegliche Art von Schienenfahrzeugen des Personen- und Güterverkehrs. Aufgrund des hohen Leichtbaupotentials, der erhöhten Leistungsfähigkeit sowie der akustischen Verbesserung liegt insbesondere eine Eignung für den Hochgeschwindigkeitsschienenverkehr vor.The vehicle wheel described above and a wheel set equipped with such a vehicle wheel are suitable for any type of rail vehicles of passenger and freight traffic. Due to the high lightweight construction potential, the increased performance and the acoustic improvement is particularly suitable for high-speed rail transport.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and associated drawings. In these show:
Der topfförmige Radkranz
Der Sprengring
Der Formschluss durch die in tangentialer (Rotations-)Richtung wirksame, wellenförmige Außenverzahnung
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist, wie nachfolgend anhand von
Wie insbesondere auch den Schnittdarstellungen in
Wie in
Ferner bilden der Innenumfang des Sprengrings
Die Radnabe
Schließlich bilden der Aussenumfang der Radnabe
Wie weiterhin in den
Zusammenfassend ist die in den
Die Mutter
In
So sind Verstärkungsfasern
Weiterhin sind Verstärkungsfasern
Schließlich verlaufen Verstärkungsfasern
Die Verstärkungsfasern
Zusammenfassend wird also der Radteller
Durch den Faser-Kunstharz-Verbundkörper des Radtellers
Die Verläufe der weiteren Fasern oder Faserbündel
Die Faserorientierung durch die Verstärkungsfasern
Vorzugsweise erfolgt eine Ablage der Verstärkungsfasern
Alternativ zu einem monolitischen Aufbau des Radtellers
Durch den Einsatz einer Faserverbundstruktur zwischen Radkranz
Durch die Verwendung eines Radkranzes
Ein Faser-Kunststoff-Verbundkörper, insbesondere zur radialen Kraftübertragung nach den vorbeschriebenen Gestaltungsgrundsätzen ist nicht auf ein Fahrzeugrad, insbesondere für Schienenfahrzeuge, beschränkt, sondern vielfältig auch in anderen Zusammenhängen anwendbar, wo es auf vergleichbare Kraftübertragungen in scheibenförmigen Systemen ankommt, auch wenn ein Scheibenrad ein bevorzugtes Anwendungsgebiet eines solchen Verbundkörpers bildet.A fiber-plastic composite body, in particular for radial power transmission according to the above-described design principles is not limited to a vehicle, especially for rail vehicles, but also widely applicable in other contexts, where it depends on comparable power transmissions in disk-shaped systems, even if a disk wheel preferred area of application of such a composite body forms.
Das Fahrzeugrad
Durch die Erfindung wird ein Fahrzeugrad in Gestalt eines mehrteiligen Scheibenrades geschaffen, welches vorzugsweise für Schienenfahrzeuge vorgesehen ist und zu einer äußerst leichten, hochfesten und zuverlässigen Konstruktion führt, mit geringem Instandhaltungsaufwand zu betreiben ist, dabei äußerst geräuscharm im Betriebsverhalten ist und alle Anforderungen an moderne Radsysteme für Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge in einer ultraleichten, leisen und wartungsfreundlichen Konfiguration erfüllt. Der Einsatz von Faser-Kunststoffverbunden in Gestalt des Radtellers und dessen in axialer Richtung gewellte Form führt zu einer starken Verbesserung der akustischen Eigenschaften, die durch geschlossenzellige Schaummaterialien im Inneren (im Nabenbereich des Fahrzeugrades noch weiterverbessert wird). Alle anderen Komponenten des Fahrzeugrades bestehen aus Stahl.The invention provides a vehicle wheel in the form of a multi-part disc wheel is provided which is preferably provided for rail vehicles and leads to an extremely lightweight, high-strength and reliable construction, operate with low maintenance costs, is extremely quiet in performance and all the requirements of modern wheel systems for high-speed rail vehicles in an ultra-light, quiet and easy-to-maintain configuration. The use of fiber-plastic composites in the form of the wheel disc and its corrugated shape in the axial direction leads to a strong improvement of the acoustic properties, which is further improved by closed-cell foam materials inside (in the hub area of the vehicle wheel). All other components of the vehicle wheel are made of steel.
Durch die Faserverbundstruktur zwischen Radkranz und Nabe wird eine leichte Bauweise mit akustischer hervorragender Dämpfung, optimierter Oberflächengestaltung und hervorragender Kraftübertragung durch einen vollflächigen Kämmeingriff zwischen dem Faserverbundkörper und dem Stahl-Radkranz erreicht.The fiber composite structure between the rim and the hub achieves a lightweight construction with excellent acoustic damping, optimized surface design and excellent power transmission through a full-surface meshing action between the fiber composite body and the steel rim.
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, das eine Radnabe, über die das Fahrzeugrad mit der Radachse eines Radsatzes verbunden werden kann, einen eine Lauffläche aufweisenden Radkranz sowie einen die Radnabe und den Radkranz verbindenden Radteller aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Radkranz und der Radteller in tangentialer Richtung unmittelbar formschlüssig ineinander greifen. Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung besteht der Radteller aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei Verstärkungsfasern des Faserverbundwerkstoffs wenigstens abschnittsweise entlang der Hauptspannungsrichtungen des Radtellers orientiert sind. Hierdurch wird die Aufgabe gelöst, ein Fahrzeugrad anzugeben, welches Wartungsfreundlich ist, bei hoher Belastungsfähigkeit ein verringertes Gewicht aufweist und schallarm betrieben werden kann. Ebenso betrifft die Erfindung einen mit einem solchen Fahrzeugrad ausgestatteten Radsatz.The invention relates to a vehicle wheel, in particular for a rail vehicle, which has a wheel hub, via which the vehicle wheel can be connected to the wheel axle of a wheel set, a wheel rim having a running surface and a wheel disc connecting the wheel hub and the wheel rim. It is envisaged that the wheel rim and the wheel plate in the tangential direction directly engage one another positively. According to a further teaching of the invention, the wheel disc consists of a fiber composite material, wherein reinforcing fibers of the fiber composite material are oriented at least in sections along the main stress directions of the wheel disc. In this way, the object is achieved to provide a vehicle, which is maintenance-friendly, has a reduced weight at high load capacity and can be operated with low noise. Likewise, the invention relates to a wheel set equipped with such a vehicle wheel.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugradvehicle
- 22
- Radnabewheel hub
- 44
- Radkranzrim
- 66
-
Lauffläche des Radkranz
4 Tread of therim 4 - 88th
- RadtellerRadteller
- 1010
-
Innenverzahnung des Radkranz
4 Internal toothing of therim 4 - 1212
-
Aussenverzahnung des Radtellers
8 External toothing of the Radteller8th - 1414
-
Stützabschnitt des Radkranz
4 Support section of thewheel rim 4 - 1616
- Sprengringsnap ring
- 1818
-
Nut an Innenumfang des Radkranz
4 Groove on inner circumference of therim 4 - 2020
- Sicherungsringcirclip
- 2222
-
Befestigungsabschnitt des Sicherungsrings
20 Attachment section of thecirclip 20 - 2424
-
Stützabschnitt des Sicherungsrings
20 Support section of thecirclip 20 - 2626
- Schraubenscrew
- 2828
- konische Passungconical fit
- 3030
- Muttermother
- 3232
- Gewindethread
- 3434
-
erste Seitenfläche des Radtellers
8 first side surface of the wheel disc8th - 3636
- Stützschultersupporting shoulder
- 3838
-
zweite Seitenfläche des Radtellers
8 second side surface of the wheel disc8th - 4040
- konische Passungconical fit
- 4242
- Füllmaterialfilling material
- 4444
- Matrixmatrix
- 4646
- Verstärkungsfasernreinforcing fibers
- 4848
- Verstärkungsfasernreinforcing fibers
- 5050
- Verstärkungsfasernreinforcing fibers
- 5252
- Verstärkungsfasernreinforcing fibers
- 5454
-
Aussenbereich des Radtellers
8 Exterior of the Radteller8th - 5656
-
Innenbereich des Radtellers
8 Interior of the Radteller8th - 5858
-
Scheitelpunkt der Verstärkungsfasern
52 Vertex of the reinforcingfibers 52 - 6060
-
Zahn der Aussenverzahnung
12 Tooth ofexternal teeth 12
Claims (27)
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| DE102011117444A1 DE102011117444A1 (en) | 2013-05-02 |
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