DE3119500C2

DE3119500C2 - Drehbarer Körper, insbesondere Schienenrad

Info

Publication number: DE3119500C2
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: 1986-05-15
Also published as: JPS57194101A; DE3119500A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen drehbaren 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe im wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff (FVW) besteht. Mit ihm werden folgende Vorteile erreicht: - 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.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen drehbaren Körper, insbesondere ein Schienenrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Drehbare Körper, bei denen die die Nabe mit dem äußeren Kranz verbindende Scheibe als Faserverbundstruktur ausgebildet ist, sind bekannt (DE-OS 25 13 187).

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen drehbaren Körper der beanspruchten Art so auszubilden, daß eine Massenminderung und zugleich ein gutes aerodynamisches Verhalten erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

Patentanspruch 1 angegebenen Merkmate gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen drehbaren Körper wird ein deutlich erhöhtes Festigkeits-/Massenverhältnis dadurch erreicht daß an der Faserverbund-Scheibe nicht nur Aussparungen im mittleren, weniger stark belasteten Scheibenbereich ausgebildet sondern auf beiden Scheibenseiten auch jeweils die Aussparungen nach außen verschließende Faserverbund-DeckpIattLf befestigt sind, so daß die Faserverbundstruktur an den Scheiben-Aussparungen nicht durchbrochen ist, sondern sich durchgehend, wenn auch mit verringerter Wandstärke, über diese hinweg erstreckt

Aufgrund dieser Bauweise wird eine äußerst last- und werkstoffgerechte Materialverteilung des drehbaren Körpers und eine wesentlich verbesserte Materialausnutzung erreicht mit der Besonderheit daß die Deckplatten ein gutes aerodynamisches Verhalten und geringe Betriebsgeräusche sichern, da sie Luftwirbelbildungen und insbesondere Pfeifgeräusche an den Aussparangen der Faserverbundscheibe verhindern, wodurch auch der Luftwiderstand sehr klein gehalten wird, was vor allem für Schienenräder von Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnzügen von Bedeutung ist

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausspaningen gemäß Anspruch 2 mit Schaumstoff gefüllt, so daß d".e Deckplatten mit der dazwischenliegenden Sch?.umstoffüliung an den Scheibenaussparungen eine Sandwich-Struktur bilden und somit das Festigkeits-/Massenverhältnis des drehbaren Körpers auf einfache Weise weiter erhöht wird.

Um an den Verbindungsstellen zwischen der Faserverbundscheibe und einer metallischen Nabe bzw. einem metallischen Kranz ebenfalls eine hohe Festigkeit mit geringem Herstellungs- und Gewichtsaufwand zu gewährleisten, werden diese Verbindungsstellen unter Ausnutzung des gegenüber Metallen regelmäßig wesentlich kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Faserverbundwerkstoffen ^emäß Anspruch 3 jeweils als Schrumpfsitz in der Weise ausgebildet, daß der Metallkranz — natürlich nicht über die Warmfestigkeitstemperatur des Faserverbundwerkstoffs hinaus — erhitzt, die Metallnabe dagegen abgekühlt wird, so daß die Faserverbundstruktur problemlos zwischen Kranz und Nabe eingesetzt und jeweils über eine Schrumpfverbindung verankert werden kann.

Gemäß Anspruch 4 sind der Kranz und/oder die Nabe insbesondere für Rollen, Haspeln oder dgl, die mit extrem hohen Drehzahlen umlaufen, gleichfalls aus Faserverbundwerkstoff hergestellt, und in diesem Fall erfolgt die Verbindung zwischen Scheibe und Faserverbund-Kranz nach Anspruch 5 vorzugsweise durch einen Spleißkleber. Eine derartige Spleißklebung ist aber auch zur Verbindung eines metallischen Kranzes mit der Faserverbundscheibe deswegen von Vorteil, weil sie zur Stoßdämpfung von Schienen auf Eisenbahn-Wagen beiträgt.

Die Lehre nach den Ansprüchen 6 bis 8 besitzt den besonderen Vorteil, daß hier mit einer schmalen Schnittfläche der Scheibe bzw. der Scheibenhälften dennoch

6ö eine breite Auflage gesichert wird und die Deckplatten gemeinsam mit den Scheibenhälften und den dazwischenliegenden Schaumstoffüllungen zusätzliche, großflächige Sandwich-Strukturen bilden, wodurch insbesondere bei Schienenrädern eine v/eitere Festigkeits/ Gewichtsverbesserung erreicht wird. Nach Anspruch 9 schließlich lassen sich für den Faserverbundwerkstoff quasi-isotrope Eigenschaften erzielen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispiels-

weise näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:

F i g. 1 einen radialen Teilschnitt eines Eisenbahnrades;

F i g. 1 a eine Abwandlung des Eisenbahnrades gemäß F i g. 1 ebenfalls in einem radialen Teilschnitt;

F i g. 2 einen radialen Teüschnitt eines weiteren Eisenbahnrads:

F i g. 2a eine Abwandlung des Eisenbahnrads gamäß F i g. 2, ebenfalls in einem radialen Teilschnitt; und ι ο

Fig.3 übereinanderliegende Faserverbundlagen unterschiedlicher Faserorientierung.

In der Zeichnung sind die vorhandenen Bolzen teilweise nur schematisch durch eine Strichpunktlinie angedeutet Bei diesen Bolzen kann es sich insbesondere um Befestigungsschrauben oder Nieten handeln, die entsprechende öffnungen durchsetzen, welche in der Zeichnung ebenfalls nicht näher dargestellt sind. Außerdem ist die Drehachse des drehbaren Körpers jeweils durch eine Strichpunktlinie A angedeutet 2«

F i g. 1 zeigt einen Körper in Form eines Schienen-, nämlich Eisenbahnrads, wobei eine Nabe 1 und ein Kranz 3 aus Metall durch eine Scheibe 2 aus Faserverbundwerkstoff verbunden sind, indem die Nabe 1 in die Scheibe 2 eingeschrumpft und der Kranz 3 auf die Scheibe aufgeschrumpft ist Die Scheibe 2 ist durch Bolzen 11 mit einem Flansch la der Nabe 1 verbunden. Die Scheibe 2 ist mit dem Kranz 3 durch einen Spleißkleber 13 oder durch ein Polyurethan-Elastomer verbunden. Sie besitzt axial durchgehende Aussparungen 15 und an beiden Seitenflächen je eine Faserverbund-Deckplatte Ma, Vb.

Gemäß F i g. 1 a besitzt die Scheibe 2 Schaumstoff einsätze 19 in den durchgehenden Aussparungen 15a und Faserverbund-Deckplatten 21a, b nur an den beiden Seiten der Schaumstoffeinsätze 19.

Die Deckplatten 17a, 17A bzw. 21a, 216 sind jeweils aufgeklebt.

Gemäß F' g. 2 besteht die Scheibe 2 aus zwei Scheibenhälften 2a, 2b, die jeweils an beiden Rändern zur Nabe 1 und zum Kranz 3 divergieren. Die Scheibenhälften 2a, 2b sind an ihren divergierenden Rändern mit schrägen Flächen 3a, 3b des Kranzes 3 bzw. einem mittigen Flansch 16 der Nabe 1 verbunden, wobei ihre radial äußeren divergierenden Ränder durch Bolzen am Kranz 3 eingepreßt bzw. eingeklemmt sind. Die Deckplatten 17c, 17c/bedecken die beiden Scheibenhälften 2a,2i?nur im Bereich zwischen den divergierenden Rändern.

Die Abwandlung gernfiß F i g. 2a besteht darin, daß das Rad bis zur vollen Breite des Kranzes 3 mit Faserverbund-Deckplatten 21a, b verschlossen ist, und daß der Zwischenraum zwischen der Scheibe 2, deren Aussparungen 15 wiederum durch Faserverbundplatten 17c, d abgedeckt sind, und den Deckplatten 21a, b mit Schaumstoff 19a, b ausgefüllt ist.

Ergänzend zeigt die F i g. 3 im einzelnen ein Beispiel von mehreren, unterschiedlich gerichteten Fasergewebe-Lagen. Die Faserrichtungen betragen nacheinander 0°,90°und-l-45^o,-45^o.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehbarer Körper, insbesondere Schienenrad, mit einem radial äußeren, relativ zu mindestens einer Fläche unmittelbar oder mittelbar reibschlüssig drehbaren Kranz, einer inneren Nabe und einer diese miteinander um die Drehachse verbindenden Scheibe, die im wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) mindestens eine Aussparung (15; \5a) und an beiden Seitenflächen je eine Aussparung nach außen abschließende Deckplatte (17a, 176; 17c, YId- 21a, 216; aus Faserverbund-Werkstoff besitzt

2. Drehbarer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (15a; mit einem Schaumstoffeinsatz (19) versehen ist

3. Drehbarer Körper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nal>e und der Kranz aus Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (3) auf die Scheibe (2) aufgeschrumpft und die Nabe (1) in die Scheibe eingeschrumpft ist

4. Drehbarer Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (3) und/oder die Nabe (1) aus Faserverbundwerkstoff bestehen.

5. Drehbarer Körper nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dsß die Scheibe (2) mit dem Kranz (3) durch einen Spleißkleber (13) verbunden ist.

6. Drehbarer Körper nach einem der vorhergehenden AKsprüche, wobei die Scheibe aus zwei Scheibenhälften besteht, die jeweils an den Rändern zur Nabe und zum Kranz dive, gieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatten (21a, 216; aus Faserverbund-Werkstoff mit seitlichem Abstand zu den divergierenden Rändern der beiden Scheibenhälften (2a, 2b) angeordnet sind.

7. Drehbarer Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverbund-Deckplatten jeweils als Sandwich ausgebildet sind und der Zwischenraum zwischen der äußeren Deckplatte (21a; 216; und der inneren Deckplatte (17c; \7d) mit Schaumstoff (19a; 196; ausgefüllt ist.

8. Drehbarer Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Deckplatten (21a; 216; entsprechend der Breite des Kranzes (3) auf Abstand gehalten sind.

9. Drehbarer Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff mehrere, unterschiedlich gerichtete Fasergewebelagen besitzt.