DE10251831A1 - Vorrichtung zur Reduzierung von Rollgeräuschen - Google Patents

Abstract

Rollpartner, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Rollpartner der Bereich der Lauffläche federnd ausgeführt ist, wobei federnd bedeutet, dass die Federkonstante der Lauffläche mindestens um den Faktor 0,5 weicher ist, als die Kontaktsteifigkeit zwischen den Rollpartnern, im optimalen Fall um einen Faktor 0,1 bis 0,01 oder noch weicher.

Description

• Die Erfindung betrifft aufeinander abrollende Bauteile, Rollpartner genannt, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Die Flächen, auf denen die Rollpartner aufeinander abrollen nennen wir Laufflächen.
• Die auftretenden Kräfte zwischen deni Rollpartnern (Rad-Rad, Rad-Trasse, Kugel-Platte usw.) hängt im wesentlichen mit der Rauhigkeit (kleine Unebenheiten) auf den Laufflächen der Rollpartner und mit der Größe der ungefederten Massen (z.B. die Masse von Rad plus Achse und Gleis beim Schienenfahrzeug) ab. Die mechanische Kopplung dieser ungefederten Massen im Kontaktpunkt (sogenannte Kontaktsteifigkeit) ist vor allem bei metallischen Rollpartnern (z.B. bei Schienenfahrzeugen) relativ starr, d. h. ohne die Unebenheiten abfedernde Wirkung. Die auftretenden Wechselkräfte verursachen die Schallentwicklung.
• Bishreige Bemühungen zur Reduktion der Schallentwicklung sind nachfolgend genannt:
• – Die Laufflächen von Rad und Schiene werden geglättet (geschliffen) um die Rauhigkeit zu vermindern.
• – Es werden Dämfungsglieder an Rad und Schiene angebracht, welche die Eigenschwingungen der Systeme verringern
• – Es werden ortsfeste und mobile schallabsorbierende Installationen voegesehen.
• Schleifen verringert die die Rauhigkeit und dadurch die Schallemissionen nicht nachhaltig. Erosion und Korrosion sorgen bald nach dem Schleifen wieder für erhöhte Rauhigkeitswerte. Dämpfungsglieder und Schallabsorber erfordern hohe Investitionen und beseitigen den Schall nicht an der Ursache seiner Entstehung.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System von Rollpartnern zu schaffen, welches die Wechselkräfte zwischen den Rollpartnern verringert, wobei die Wechselkräfte, wie gesagt auf der Rauhigkeit der Laufflächen und der Größe der ungefederten Massen beruhen.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß Anspruch 1 mit einem federnden Verhalten von mindestens einem der Rollpartner im Bereich des Berührpunktes der Rollpartner, also im Bereich der Lauffläche. Dadurch wird die ungefederte Masse, vorher z.B. das ganze Rad und ein Teil der Achse, auf ein Minimum reduziert. Die ungefederte Masse ist dann nur noch ein Teil der Masse des einfedernden Bereiches und nicht, wie beim üblichen Rad, das gesamte Rad und Teile der Achse. Ausgestaltungen der Erfindung sind in Ansprüchen 2 bis 5 dargelegt.
• Sind die einfedernden Bereiche der Rollpartner aus Material mit verlustfrei elastischem Verhalten, wie z.B. Federstahl, so wird die Verformungsenergie beim Rollvorgang zurückgewonnen.
• Gemäß der Erfindung sind federnde Bereiche, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, im Bereich der Lauffläche von mindestens einem der Rollpartner vorgesehen. Die Bereiche federn beim Abrollen ein. Unebenheiten auf den Laufflächen werden ausgefedert und führen zu geringen Kräften im System. Die Federkonstante der Federung sollte dabei wesentlich geringer sein als die Kontaktsteifigkeit. Ein Beispiel für eine optimale Federkonstante: liegt die Kontaktsteifigkeit bei 2e8N/m, so sollte die Federkonstante der Lauffläche ca. 2e7N/m sein (dieser Wert entspricht einem Faktor 0,1 weicher als die Kontaktsteifigkeit). Die Schallreduktion ist dann ca. 10dB (A).
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung befinden sich die federnden Bereiche im Bereich der Lauffläche des Rades.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung befinden sich die federnden Bereiche im Bereich der Lauffläche der Schiene.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die federnden Bereiche beim Rad durch mindestens eine Nut erzeugt, welche so angeordnet ist, dass die Lauffläche des Rades federnd ist.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die federnden Bereiche in der Schiene durch mindestens eine Nut erzeugt, welche so angeordnet ist, dass die Lauffläche der Schiene federnd ist.
• Literaturhinweise:
• Löffler Michael: Reduzierung der Geräusche bei rollenden Systemen, Conference proceedings of the International Railway Conference "Railway Noise '99, Noise abatement of Railway Systems", Warschau, Mai 1999.
• M. Zacher: Unrunde Räder und Oberbausteifigkeit, in: ETR 45, 1996, Heft 10, S.609
• P. C. Dings, M. G. Dittrich: Roughness on Dutch railway wheels and rails, in: Journal of Sound and Vibration, 1996, 193/1, S. 103, S. 103.
• D. J. Thompson u.a.: Experimental validation of the TWINS prediction program for rolling noise, Part 1, in: Journal of Sound and Vibration, 1996, 193/1, S. 125
• D. J. Thompson: On the relationship between wheel and rail surface roughness and rolling noise, in: journal of sound and vibration, 1996, Band 193/1, S. 159f.
• P. Remington and J. Webb: „Wheel/rail noise reduction through profile modification", in: Journal of Sound and Vibration, 1996, Bnd. 193/1, S.335-348.
• Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 16. Auflage, Berlin, 1987, S. O26.
• M. Zacher: Unrunde Räder und Oberbausteifigkeit, in: ETR 45, 1996, Heft 10, S. 606
• P. Remington and J. Webb: „Estimation of wheel/rail interaction forces in the contact area due to roughness", in: Journal of Sound and Vibration, 1996, Bnd. 193/1, S.98
• N. Vincent, P. Bouvet: Theoretical optimization of track components to reduce rolling noise, in: Journal of Sound and Vibration, 1996, 193/1, S. 161.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigt:
• 1 zeigt einen Schnitt eines Rades mit federnder Wirkung im Bereich des Aufstandspunktes. Zwei Nuten sorgen für ein federndes S-Profil. Das Rad 1 (hier: BA 14) weist Nuten 2 auf, welche für eine federnde Wirkung im Bereich 3 des Kontaktes mit der Schiene 4 (hier: UIC 60) sorgen. Die im Kontaktbereich auftretenden Kräfte sind ebenfalls dargestellt (Axialkräfte: F_ax; Tangentialkräfte: F_tan; Radialkräfte: F_rad).
• 2 zeigt einen Schnitt einer Schiene mit federnder Wirkung im Bereich des Aufstandspunktes. Zwei Nuten sorgen für ein federndes S-Profil. Die Schiene 5 (hier: UIC 60) weist Nuten 6 auf, welche für eine federnde Wirkung im Bereich 7 des Kontaktes mit dem Rad 8 (hier: BA 14) sorgen. Den Bereich 7 der Schiene nennen wir Schienenkopf. Die im Kontaktbereich auftretenden Kräfte sind weggelassen.

Claims (5)

1. Rollpartner, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Rollpartner der Bereich der Lauffläche federnd ausgeführt ist, wobei federnd bedeutet, dass die Federkonstante der Lauffläche mindestens um den Faktor 0,5 weicher ist, als die Kontaktsteifigkeit zwischen den Rollpartnern, im optimalen Fall um einen Faktor 0,1 bis 0,01 oder noch weicher.
2. Rollpartner nach Anspruch 1, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollpartner mit federnder Lauffläche ein Rad ist.
3. Rollpartner nach Anspruch 1, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollpartner mit federnder Lauffläche die Schiene ist.
4. Rollpartner nach Anspruch 2, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollpartner das Rad ist und die federnde Wirkung dadurch entsteht, dass mindestens eine umlaufende Nut seitlich in das Rad eingebracht wird, welche den Bereich des Rades in dem es mit dem Rollpartner in Kontakt steht, federnde Eigenschaften verleiht.
5. Rollpartner nach Anspruch 3, insbesondere bei schienengebundenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollpartner die Schiene ist und die federnde Wirkung dadurch entsteht, dass mindestens eine Nut seitlich in den Schienenkopf eingebracht wird, welche den Bereich der Schiene, in dem sie mit dem Rad in Kontakt steht, federnde Eigenschaften verleiht.