DE3119500A1

DE3119500A1 - Drehbarer koerper

Info

Publication number: DE3119500A1
Application number: DE19813119500
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 8012 Ottobrunn Werner
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1983-01-27
Also published as: JPS57194101A; DE3119500C2

Description

Drehbarer Körper
Die Erfindung betrifft einen drehbaren Körper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem derartigen Körper mindestens einige der folgenden Vorteile zu sichern: - Minderung seiner Masse, - Verbesserung seines aerodynamischen Verhaltens, - Minderung der von ihm beim Betrieb auf das zugehörige Aggregat übertragenen Schwingungen, Stöße od. dgl., - Minderung seines Betriebs-Geräusches.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Auf jeden Fall wird durch den Einsatz des FVW-Werkstoffs eine beträchtliche Massen-Minderung gegenüber herkömmlichen Körpern erzielt, die meist vollständig aus Metall, insbesondere Stahl, bestehen. Metall ist beim erfindungsgemäßen Körper im allgemeinen nur noch für diejenigen Abschnitte erforderlich, die mit anderen Metall-Teilen wie z. B. einer Schiene als Fläche im Sinn von Anspruch 1 in Berührung stehen.
Die Massen-Minderung fällt noch stärker aus bei der Lehre nach den Ansprüchen 8 und 9.
Hierbei ist die Lehre nach dem Anspruch 9 besonders vorteilhaft, da: (gegenüber einer Voll-Scheibe aus FVW-Werkstoff) der Schaumstoff beträchtlich leichter als der FVW-Werkstoff ist und die Abdeckung der Aussparungen bzw. ihrer Schaumstoff-Einsätze auf deren Seitenflächen beschränkt, also nicht die gesamte, viel größere Seitenfläche der Scheibe erfaßt ist.
Dabei sichern die Deck-Platten nach dem Anspruch 8 bzw. die Abdeckungen nach dem Anspruch 9 sowie die Lehre nach dem Anspruch 15 ein gutes aerodynamisches Verhalten und geringe Betriebs-Geräusche, indem eine Luft-Wirbelbildung weitgehend ausgeschlossen wird, insbesondere ein Pfeif-Geräusch, wie es sonst: ähnlich wie von einer Lochsirene auftreten würde. Auf diese Weise wird (auch) der Luftwiderstand beträchtlich verringert, was besonders wichtig ist, wenn das Rad für superschnelle Eisenbahn-Züge von z. B. über 300 km/h eingesetzt wird.
Die Lehre nach den Ansprüchen 3 - 14 ist zwar insbesondere für Eisenbahn-Räder vorgesehen, jedoch kann sie grundsätzlich überall für Räder auf Schienen benutzt werden, z. B. auch bei Kranbahnen, die in herkömmlicher Rad-Bauweise bekanntlich ein starkes Betriebs-Geräusch erzeugen.
Zur Ausführung der Lehre nach dem Anspruch 3 wird beim Aufschrumpfen der Kranz erhitzt, so daß er sich radial nach außen ausdehnt, dagegen beim Einschrumpfen die Nabe stark abgekühlt, so daß sie sich radial nach innen zusammenzieht, um problemlos die FVW-Scheibe zwischen Nabe und Kranz einzubringen.
Die Lehre nach den Ansprüchen 6 und 7 dient insbesondere zur Dämpfung der Stöße von Schienen auf Eisenbahn-Wagen.
Die Lehre nach den Ansprüchen 11 - 14 besitzt den besonderen Vorteil, daß hier mit einer schmalen Schnittfläche der Scheibe dennoch eine breite Auflage gesichert wird.
Die Lehre nach den Ansprüchen 16 - 22 ermöglicht in vielen Fällen überhaupt, derartige Räder, Rollen od. dgl. bei extrem hohen Drehzahlen (z. B. 20 000 min ) einzusetzen, die bisher mit Rädern bzw. Rollen od. dgl. aus Metall wegen mangelnder Fliehkraft-Festigkeit von Metall nicht erreichbar waren.
Zur weiteren Fliehkraft-Stabilisierung trägt insbesondere die Lehre nach dem Anspruch 18 bei.
Die Lehre nach den Ansprüchen 23 - 27 ist bei Kraftfahrzeugen aller Art anwendbar, z. B. von LKW bis zum Moped.
Grundsätzlich kommt zur Ausführung der Erfindung jeder FVW-Werkstoff in Frage, jedoch werden einige FVW-Werkstoffe, insbesondere aus Kostengründen, bevorzugt, vgl. die Lehre nach den Ansprüchen 28 - 30.
So könnten z. B. die Fasern des FVW-Werkstoffs auch aus S-Glas (in den USA auch R-Glas genannt) (das besonders mechanisch und thermisch fest ist) oder aus C-Glas (das gegen organische Säuren beständig ist) hergestellt werden, jedoch sind diese beiden Glas-Sorten relativ teuer.
Die Lehre nach den Ansprüchen 31 - 33 sichert quasi-isotrope Eigenschaften des FVW-Werkstoffs.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen radialen Teil-Schnitt durch ein erstes Eisenbahn-Rad; Fig. 1a (ebenfalls in radialem Teil-Schnitt) eine Abwandlung des Eisenbahn-Rads von Fig. 1; Fig. 2 einen radialen Teil-Schnitt durch ein weiteres Eisenbahn-Rad; Fig. 2a (ebenfalls in radialem Teil-Schnitt) eine Abwandlung bzw. Ergänzung des Eisenbahn-Rads von Fig. 2; Fig. 3 einen radialen Teil-Schnitt durch ein schnell laufendes Rad; Fig. 4 einen radialen Teil-Schnitt durch ein KFZ-Rad; Fig. 4a eine Abwandlung des KFZ-Rads von Fig. 4, nämlich mit asymmetrischer anstatt symmetrischer Felge; und Fig. 5 mit ihren Fasern verschieden gerichtete, übereinanderliegende Fasergewebe-Lagen von FVW-Werkstoff.
In der Zeichnung sind ggf. vorhandene Bolzen jeweils nur schematisch durch eine Strichpunktlinie angedeutet Bei diesen Bolzen kann es sich insbesondere um i3eFest:i(JunqssLbrauben oder Niete handeln, die entsprechende Öffnungen durchsetzen, die in der Zeichnung ebenfalls nicht näher ausgeführt sind.
Außerdem ist jeweils durch eine Strichpunktlinie A die Drehachse des drehbaren Körpers angedeutet.
F i g . 1 zeigt einen Körper in Form eines Schienen-, nämlich Eisenbahn-Rads, wobei eine Nabe 1 und ein Kranz 2 aus Metall durch eine Scheibe aus Faserverbundwerkstoff verbunden sind, indem die Nabe 1 in die Scheibe 2 eingeschrumpft und der Kranz 3 auf die Scheibe 2 aufgeschrumpft sind. Die Scheibe 2 ist durch Bolzen 11 mit einem Flansch 1a der Nabe 1 verbunden.
Die Scheibe 2 ist mit dem Kranz 3 durch einen Spleiß-Kleber 13 oder durch ein Polyurethan-Elastomer verbunden, das Vulkollan (der Fa. Bayer Farbenfabriken AG) ist. Die Scheibe 2 besitzt durchgehende Aussparungen 15 und an beiden Seitenflächen je eine Deckplatte 17a, b.
Gemäß F i g . 1 a besitzt die Scheibe 2 Schaumstoff-Einsätze 19 in entsprechenden durchgehenden Aussparungen 15a und Abdeckungen 21a, 21b nur an den beiden Seiten der Schaumstoff-Einsätze 19.
Die Deck-Platten 17a, 17b bzw. die Abdeckungen 21a, 21b sind jeweils aufgeklebt.
Gemäß F i g . 2 besteht die Scheibe 2 aus zwei Scheiben-Hälften 2a, 2b, die jeweils an beiden Rändern zur Nabe 1 und zum Kranz 3 divergieren. Die Scheiben-Hälften 2a, 2b sind an ihren divergierenden Rändern mit schrägen Flächen 3a, 3b des Kranzes 3 bzw. einem mittigen Flansch 1b der Nabe 1 verbunden und mit ihren radial äußeren divergierenden Rändern in den Kranz 3 eingepreßt bzw. eingeklemmt. Die Deck-Platten 17c, 17d bedecken die beiden Scheiben-Hälften 2a, 2b nur außerhalb deren divergierender Ränder.
Die Abwandlung von F i g . 2 a besteht darin, daß das Rad bis zur vollen Breite des Kranzes 3 mit Faserverbundwerkstoff-Platten 21a, b verschlossen ist,und daß der Zwischenraum zwischen der Scheibe 2 und den FVW-Platten 21a, b mit Schaumstoff 19a, b ausgefüllt ist.
F i g . 3 zeigt einen Körper in Form eines schnell laufenden Rads od. dgl. (Haspel, Trommel, Rolle), um das strangförmiges Gut wie Zugmittel, Fäden, Drähte od. dgl. umläuft bzw.
von ihm abgewickelt wird. Die Scheibe 30 besitzt zwei dünne Scheiben-Hälften 30a, 30b, die durch einen Schaumstoff-Abstands-Halter 32 getrennt sind. Der Kranz 27 ist durch divergierende radial äußere Ränder 33a, 33b der beiden Scheiben-Hälften 30a, 30b und weiter durch Radial-Lagen 35, die zwischen den beiden divergierenden Rändern der Scheiben-Hälften angeordnet sind und aus Faserverbundwerkstoff (FVW) bestehen, gebildet. Die Scheiben-Hälften sind mit einem mittigen Flansch 25a der Nabe 25 verbunden, und im Bereich dieser Verbindungsstelle ist außen auf sie je ein Deckel 37a, 37b aufgeklebt. Der mittige Flansch 25a der Nabe 25, die Scheiben-Hälften 30a, 30b und die Deckel 37a, 37b sind von Bolzen 39 zusammengehalten. Die Scheiben-Hälften 30a, 30b und der Schaumstoff-Abstandshalter sind nahe ihrem radial äußeren Rand von Bolzen 41 zusammengehalten und mit dem Schaumstoff-Abstandshalter 32, den Deckeln 37a, 37b und dem mittigen Flansch 25a der Nabe 25 jeweils verklebt.
*(nicht gezeigtes) F i g . 4 und 4 a zeigen einen Körper in Form eines Kraftfahrzeug-Rads für Luftreifen, dessen Scheibe und dessen Kranz (Felge) durch zwei miteinander verklebte Hälften 50a, 50b; 50c, 50d gebildet sind. Die Hälften sind jeweils durchsetzt von eingeklebten Stahlbuchsen 52, 52' für Schraubverbindungen und besitzen jeweils an der radial äußeren Fläche ihres Kranz(Felgen)-Abschnitts eine Beschichtung 54, 54' aus Gel-Coat (abriebfestem, angedicktem Harz) und dünnem Vlies. Das angedickte Harz des Gel-Coats ist mit Glasfasern, Aerosil (der Fa. Degussa - feiner hochdisperser Kieselgursäure) oder Gesteinsmineralien gefüllt. Die Scheibenhälften 50a, 50b; 50c, 50d besitzen jeweils durchgehende Aussparungen 56, 56'.
Zu den verwendbaren Faserverbundwerkstoffen und Schaumstoffen wird auf die Ansprüche und die Beschreibungs-Einleitung verwiesen.
Ergänzend zeigt die F i g . 5 im einzelnen ein Beispiel von mehreren unterschiedlich gerichteten Fasergewebe-Lagen. Die Faser-Richtungen betragen nacheinander + 45 0, 0 °, - 45 °, 90 °.

Claims

Ansprüche 0 Drehbarer Körper, bei dem - ein radial äußerer runder Kranz durch eine Scheibe mit einer radial inneren Nabe um die Drehachse verbunden ist und - der Kranz unmittelbar oder mittelbar relativ zu mindestens einer Fläche reibschlüssig drehbar ist, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t - daß die Scheibe - im wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff (FVW) besteht.
2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kranz und/oder die Nabe - im wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff (FVW) bestehen.
3. Körper nach Anspruch 1 - in Form eines Schienen-, insbesondere Eisenbahn-Rads, - wobei die Nabe und der Kranz aus Metall bestehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - die Nabe (1) in die Scheibe (2) eingeschrumpft und - der Kranz (3) auf die Scheibe (2) aufgeschrumpft ist (Fig. 1).
4. Rad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (2) durch Bolzen (11) mit einem Flansch (1a) der Nabe (1) verbunden ist (Fig. 1).
5. Rad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (2) - mit dem Kranz (3) durch einen Spleiß-Kleber (13) verbunden ist (Fig. 1).
6. Rad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (2) - mit dem Kranz (3) durch ein Polyurethan-Elastomer verbunden ist (Fig. 1).
7. Rad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - daß das Polyurethan-Elastomer - Vulkollan(der Fa. Bayer Farbenfabriken AG) ist (Fig. 1).
8. Rad nach einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (2) besitzt: - durchgehende Aussparungen (15) und - an beiden Seitenflächen je eine Deck-Platte (17a, b) (Fig. 1).
9. Rad nach einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (2) besitzt: - Schaumstoff-Einsätze (19) in entsprechenden durchgehenden Aussparungen (15a) und - Abdeckungen (21a, 21b) nur an den beiden Seiten der Schaumstoff-Einsätze (19) (Fig. 1a).
0. Rad nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, - daß die Deck-Platten (17a, 17b) bzw. die Abdeckungen (21a, 21b) - jeweils aufgeklebt sind (Fig. 1; 1a).
11. Rad nach einem der Ansprüche 3 - 10, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (2) - aus zwei Scheiben-Hälften (2a, 2b) besteht, die - jeweils an beiden Rändern zur Nabe (1) und zum Kranz (3) divergieren (Fig. 2).
12. Rad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheiben-Hälften (2a, 2b) an ihren divergierenden Rändern verbunden sind mit: - schrägen Flächen (3a, 3b) des Kranzes (3) bzw.

- einem mittigen Flansch (1b) der Nabe(1) (Fig. 2).
13. Rad nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, - daß die beiden Scheiben-Hälften (2a, 2b) mit ihren radial äußeren divergierenden Rändern - in den Kranz (3) eingepreßt bzw. eingeklemmt sind (Fig. 2).
14. Rad nach einem der Ansprüche 11 - 13 mit 9, dadurch gekennzeichnet, - daß die Deck-Platten (17c, 17d) - die beiden Scheiben-Hälften (2a, 2b) nur außerhalb deren divergierender Ränder bedecken (Fig. 2).
15. Rad nach einem der Ansprüche 3 - 14, dadurch gekennzeichnet, - daß das Rad - bis zur vollen Breite des Kranzes (3) mit Faserverbundwerkstoff-Platten (21a, b) verschlossen ist, und - daß der Zwischenraum zwischen der Scheibe (2) und den FVW-Platten (21a, b) - mit Schaumstoff (19a, b) ausgefüllt ist (Fig. 2a).
16. Körper nach Anspruch 1 oder 2 - in Form eines schnell laufenden Rads od. dgl. (Haspel, Trommel, Rolle), - um das strangförmiges Gut wie Zugmittel, Fäden, Drähte od. dgl. umläuft bzw. von ihm abgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe (30) besitzt: - zwei dünne Scheiben-Hälften (30a, 30b), - getrennt durch einen Schaumstoff-Abstandshalter (32) (Fig. 3).
17. Rad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kranz (27) gebildet ist durch: - divergierende radial äußere Ränder (33a, 33b) der beiden Scheiben-Hälften (30a, 30b) (Fig. 3).
18. Rad nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kranz (27) weiter gebildet ist durch: - Radial-Lagen (35), die - zwischen den beiden divergierenden Rändern der Scheiben-Hälften (33a, 33b) angeordnet sind und - aus Faserverbundwerkstoff (FVW) -bestehen (Fig. 3).
19. Rad nach einem der Ansprüche 16 - 18, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheiben-Hälften (33a, 33b) - mit einem mittigen Flansch (25a) der Nabe (25) verbunden sind und - im Bereich dieser Verbindungsstelle außen auf sie je ein Deckel (37a, 37b) aufgeklebt ist (Fig. 3).
20. Rad nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, - daß der mittige Flansch (25a) der Nabe (25), die Scheiben-Hälften (30a, 30b) und die Deckel (37a, 37b) - von Bolzen (39) zusammengehalten sind (Fig. 3).
21. Rad nach einem der Ansprüche 16 - 20, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheiben-Hälften (30a, 30b) und der Schaumstoff-Abstandshalter (32) - nahe ihrem radial äußeren Rand von Bolzen (41) zusammengehalten sind (Fig. 3).
22 Rad nach einem der Ansprüche 19 - 21, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheiben-Hälften (30a, 30b) - mit dem Schaumstoff-Abstandshalter (32), den Deckeln (37a, 37b) und dem mittigen Flansch (25a) der Nabe (25) - jeweils verklebt sind (Fig. 3).
23. Körper nach Anspruch 1 oder 2 - in Form eines Kraftfahrzeug-Rads für Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheibe und der Kranz (die Felge) gebildet sind durch: - zwei miteinander verklebte Hälften (50a, 50b; 50c, 50d) (Fig. 4; 4a).
24. Rad nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, - daß die Hälften (50a, 50b; 50c, 50d) - jeweils durchsetzt sind von eingeklebten Stahlbuchsen (52; 52') für Schraubverbindungen (Fig. 4; 4a).
25. Rad nach Anspruch 23, oder 24, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheiben-Hälften (50a, 50b; 50c, 50d) - jeweils an der radial äußeren Fläche ihres Kranz(Felgen)-Abschnitts - eine Beschichtung (54, 54') aus Gel-Coat (abriebfestem, angedicktem Harz) und dünnem Vlies besitzen (Fig. 4; 4a).
26. Rad nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, - daß das angedickte Harz des Gel-Coats - mit Glasfasern, Aerosil(der Fa. Degussa - feiner hochdisperser Kieselgursäure) oder Gesteinsmineralien gefüllt ist (Fig. 4; 4a).
27. Rad nach einem der Ansprüche 23 - 26, dadurch gekennzeichnet, - daß die Scheiben-Hälften (50a, 50b; 50c, 50d) - jeweils durchgehende Aussparungen (56, 56') besitzen (Fig. 4; 4a).
28. Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß der Faserverbundwerkstoff - als Grundstoff (Matrix) - ein hochfestes, temperaturbeständiges Epoxid-Harz, Polyester-Harz oder Phenol-Harz besitzt.
29. Körper nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, - daß der Faserverbundwerkstoff - als Fasern - E-Glasfasern oder Aramid-Fasern besitzt.
30. Körper nach Anspruch 28, bezogen auf einen der Ansprüche 16 - 22, dadurch gekennzeichnet, - daß der Faserverbundwerkstoff - als Fasern - Kohlenstoff-Fasern besitzt (CFK).
31. Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß der Faserverbundwerkstoff - mehrere unterschiedlich gerichtete Fasergewebe-Lagen besitzt (Fig. 5).
32. Körper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, - daß die Faser-Richtungen nacheinander betragen: - + 45 0, 0 °, - 45 °, 90 (Fig. 5).
33. Körper nach Anspruch 9 oder 14, dadurch gekennzeichnet, - daß der Schaumstoff - leichtes PVC oder Polyurethan-Schaum ist.