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Schienenrad mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von außen
beaufschlagten Bremsscheibenringen Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenrad
mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von außen beaufschlagten Bremsscheibenringen,
die mit dem Radkörper ein Gußstück bilden und zwischen der Nabe und dem Radreifen
bzw. der Felge angeordnet sind.
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Diese bekannten Schienenräder sind üblicherweise als Speichenräder
ausgebildet, wobei ein- oder beiderseits an den Stirnseiten der Radkörper angeordnete
Bremsscheibenringe unmittelbar an den Speichen angegossen sind, so daß die Speichen
sowohl die Felge als auch die Bremsscheibenringe tragen. Dadurch ergeben sich ein
hohes Gewicht des Schienenrades und somit große ungefederte Massen, welche die Laufeigenschaften
des Fahrzeuges ungünstig beeinflussen. Außerdem dehnen sich bei Fahrzeugen mit großer
Fahrgeschwindigkeit und entsprechend hoher Bremsleitung die Bremsscheibenringe infolge
der starken Erwärmung beim Bremsen aus, was zu großen, den Radkörper insbesondere
an den Speichen gefährdeten Wärmespannung führt, so daß die Lebensdauer der Radkörper
bei schweren, stark beanspruchten Fahrzeugen verhältnismäßig gering ist.
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Um dies zu vermeiden, sind bereits in bekannter Weise an einem gegossenen
Schienen-Speichenrad die Bremsscheibenringe als ein Gußkörper mit radial verlaufenden
Tragrippen ausgebildet worden, die zusammen einen Tragrippenstern ergeben. Die Tragrippen
gehen jeweils zwischen zwei benachbarten Radspeichen von der Nabe aus, so daß der
Tragrippenstern zusammen mit den Bremsscheibenringen über die Nabe mit dem Radkörper
zu einem Gußstück vereint ist. Damit ist zwar eine freie Ausdehnung der Bremsscheibenringe
bei Erwärmung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ohne irgendwelche
Beanspruchung des Radkörpers gewährleistet. Durch den zusätzlich vorhandenen Tragrippenstern
ergibt sich jedoch ein noch höheres Gewicht als bei den erstgenannten Schienenrädern
mit Bremsscheibenringen.
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Es ist auch schon ein Hohlrad für Schienenfahrzeuge bekanntgeworden,
bei dem die sich zwischen der Radnabe und der Felge erstreckenden Stirnwände des
Hohlradkörpers zum Teil als Bremsfläche ausgebildet sind. Diese Hohlräder sind jedoch
mit einer Vielzahl von sich zwischen der Nabe und der Felge radial erstreckenden
und die Stirnwände bzw. die Bremsscheibenringe verbindenden Rippen versehen. Dadurch
ergibt sich zwar ein sehr starrer Radkörper, der jedoch bei starkem Bremsen und
langsamem Fahren, z. B. in Gefällestrecken, einer raschen und starken Erwärmung
ausgesetzt ist, die nur zum geringen Teil durch die Kühlluft abgeführt werden kann.
Dies kann zu einem Wärmestau, dadurch bedingt zu erheblichen Spannungen und somit
zu Rissen in der Übergangszone zwischen den Bremsscheibenringen und dem Radkörper
führen, die eine erhebliche Betriebsgefährdung darstellen. Außerdem weist das bekannte
Hohlrad durch die starke Verrippung ein erhebliches Gewicht auf, so daß die Laufeigenschaften
des Fahrzeuges infolge der großen ungefederten Massen ungünstig beeinflußt werden
und der Oberbau stark beansprucht wird.
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Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin,
das Schienenrad nach der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden,
daß bei vermindertem Gewicht eine erheblich vergrößerte Lebensdauer des Schienenrades
gewährleistet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zwischen den Bremsscheibenringen
ein einbautenfreier Ringraum vorgesehen ist, derart, daß der gesamte Kraftfluß zwischen
Nabe und Felge bzw. Radreifen über die Bremsscheibenringe verläuft. Weiterhin wird
vorgeschlagen, daß die Längsachsen der Speichen oder Tragrippen zwischen der Nabe
und einem Bremsscheibenring und diesem und der Felge bzw. dem Radreifen einen Winkel
kleiner als 180° einschließen.
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Durch diese sowie die weiteren in den Unteransprüchen gekennzeichneten
Maßnahmen wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe insofern in vorteilhafter
Weise gelöst, als die Spannungsdifferenzen zwischen den Bremsscheibenringen und
der Nabe bzw. der Felge vermindert werden und somit keine, die Lebensdauer des Radkörpers
verkürzenden Spannungsrisse zu befürchten sind. Zur Anpassung der
Lebensdauer
der Bremsscheibenringe an die des Radkörpers können die Bremsflächen der Bremsscheibenringe
in an sich bekannter und vorteihafter Weise mit einer im Metallspritzverfahren aufgetragenen
dünnen Werkstoffschicht aus einer Graugußlegierung oder einer hochverschleißfesten
Legierung versehen sein. Vorzugsweise wird hierfür ein Auftrag aus perlitischem
Gußeisen vorgesehen, wodurch die Bremsflächen der Bremsscheibenringe die günstigen
Eigenschaften der gußeisernen Bremsscheiben aufweisen. Da die Verwendung eines aus
Gußeisen bestehenden Schienenrades aus Festigkeitsgründen nicht möglich ist, vereint
das erfindungsgemäß ausgebildete Schienenrad die Vorteile der gußeisernen Bremsscheiben
mit der Notwendigkeit, das Rad bzw. den Radkörper aus Stahlguß herzustellen. Dadurch
ergibt sich eine lange Lebensdauer sowohl der Bremsscheibenringe als auch des Radkörpers,
so daß der Radsatz bis zur ohnehin notwendigen Nachbearbeitung bzw. bis zur Erneuerung
des Radreifens oder bis zum Austauschen der Wälzlager in Betrieb bleiben kann. Ferner
wird das Schienenrad leichter, wodurch die ungefederten Massen verringert und die
Herstellungskosten erheblich gesenkt werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils
in einem teilweisen Längsmittelschnitt schematisch dargestellt.
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Die Schienenräder nach den A b b. 1 bis 7 bestehen im wesentlichen
jeweils aus einer mit einer axialen Bohrung für eine Achswelle 1 versehenen Nabe
2, zwei Bremsscheibenringen 3, der Felge 4, dem Radreifen 5 sowie zwischen der Nabe
2 und den Bremsscheibenringen 3 bzw. zwischen diesen und der Felge 4 bzw. dem Radreifen
5 vorgesehenen Speichen oder Tragrippen 6 bzw. 7. Die Herstellung erfolgt aus Stahl
bzw. Stahlguß. Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist ferner ein ringförmiger,
zwischen den Bremsscheibenringen 3 vorgesehener Hohlraum B.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 1 zeigt die einfachste Form eines
nach der Erfindung ausgebildeten Schienenrades, bei dem Nabe 2, Tragrippen 6, Bremsscheibenringe
3 und Radreifen 5 ein einziges Stahlgußstück bilden (Monoblockrad). Hierbei ist
die Nabe 2 mit radial nach außen verlaufenden und gleichmäßig über den Umfang verteilten
Tragrippen 6 für die zwischen der Nabe 2 und dem Radreifen 5 angeordneten, mit ihren
Bremsflächen senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden und von außen beaufschlagten
Bremsscheibenringen 3 versehen. Vorteilhaft sind die Tragrippen 6 der beiden Bremsscheibenringe
3 gegenseitig in Umfangsrichtung versetzt. Gemäß der Erfindung ist die Nabe 2 mit
dem Radreifen 5 über die Bremsscheibenringe 3 als tragendem Bestandteil des Radkörpers
verbunden, d. h., die von der Nabe 2 ausgehenden Tragrippen 6 gehen in den Innenumfang
der Bremsscheibenringe 3 über, und diese sind erst an ihrem Außenumfang mit dem
Radreifen 5 verbunden. Der sich hierbei ergebende, durch die der Quermittelebene
X des Schienenrades zuliegenden Flächen der Tragrippen 6, der Bremsscheibenringe
3 sowie des Radreifens 5 begrenzte Hohlraum 8 ermöglicht eine gute Kühlung der Bremsscheibenringe
3. Im Bereich zwischen den Bremsscheibenringen 3 und dem Radreifen 5 sind vorzugsweise
in gleichmäßiger Teilung koaxial zur Achswelle liegende Aussparungen 9 vorgesehen,
um einen Abzug der erwärmten, im Bereich der Nabe 2 zwischen den Tragrippen 6 eintretenden
und den Hohlraum 8 durchströmenden Kühlluft zu ermöglichen. Diese Aussparungen 9
können auch axial gegeneinander versetzt angeordnet sein und/oder mit ihren Längsachsen
die Achswelle 1 schneiden oder kreuzen. Um die Lebensdauer der Bremsscheibenringe
zur Anpassung an die Lebensdauer des Radkörpers zu verlängern, können die Bremsflächen
der Bremsscheibenringe 3 in vorteilhafter Weise mit einer im Metallspritzverfahren
aufgebrachten Werkstoffschicht aus einer Graugußlegierung, vorzugsweise aus perlitischem
Gußeisen, oder einer hochverschleißfesten Legierung versehen sein. Durch diese und
die obengenannten Maßnahmen wird bei vermindertem Gewicht eine lange Lebensdauer
des Schienenrades gewährleistet.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 2 ist die Nabe 2 mit
einer ringfrömigen Versteifungsrippe 10
versehen, an welcher die Tragrippen
6 für die Bremsscheibenringe 3 angegossen sind, wodurch das Gewicht des Schienenrades
weiter verringert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden lediglich die Nabe
2, die Tragrippen 6, die Bremsscheibenringe 3 und die Felge 4 ein einheitliches
Gußstück. Der Radreifen 5 ist in üblicher Weise auf der Felge aufgezogen und durch
einen Sprengring 11 gesichert. Im Bereich zwischen den Bremsscheibenringen
3 und der Felge 4 sind Aussparungen 9 für den Abzug der im Bereich der Nabe 2 zwischen
den Tragrippen 6 eintretenden und den Hohlraum 8 durchströmenden Kühlluft vorgesehen.
Sie können wie die Aussparungen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 1 auch
axial gegeneinander versetzt und/oder schräg zur Quermittelebene X des Schienenrades
angeordnet sein.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 3 sind sowohl zwischen der mit
einer niedrigen ringförmigen Versteifungsrippe 10 versehenen Nabe 2 und den Bremsscheibenringen
3 als auch zwischen diesen und der Felge 4 Tragrippen 6 bzw. 7 vorgesehen. Dabei
liegen jeweils eine Tragrippe 6 bzw. 7 zwischen der Nabe 2 und einem Bremsscheibenring
3 sowie zwischen diesem und der Felge 4 bzw. dem Radreifen 5 in einer Längsmittelebene
des Radkörpers. Die Längsachsen zweier in einer Längsmittelebene liegender und einem
Bremsscheibenring zugeordneter Tragrippen 6 und 7 zwischen der Nabe 2 und dem Bremsscheibenring
3 und zwischen diesem und der Felge 4 bzw. dem Radreifen 5 schließen vorteilhaft
einen Winkel x ein, der kleiner als 180° ist. Damit können die beim Erwärmen während
des Bremsens im Rad bzw. Radkörper auftretenden Kräfte ohne weiteres in erträglichen
Grenzen gehalten werden, weil der Radkörper elastisch nachgiebig ist. Zur Versteifung
der Nabe 2 sind die Tragrippen 6 in deren Bereich miteinander verbunden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 4 entspricht im wesentlichen
dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 3, jedoch mit dem Unterschied, daß die Nabe
2 keine ringförmige Versteifungsrippe 10 aufweist und die von dieser ausgehenden
Tragrippen 6 in ihrem Querschnitt schwächer ausgeführt sind, um ein noch geringeres
Gewicht zu erreichen. Damit aber trotzdem eine ausreichende Festigkeit erzielt wird,
sind die geschwächten Tragrippen 6 im Bereich des Lufteintritts mit radialen Rippen
12 versehen. Diese gewährleisten zudem eine noch bessere Führung der Kühlluft.
Das
Ausführungsbeispiel nach A b b. 5 entspricht bis auf die an der Nabe 2 vorgesehene
und sich bis zum Hohlraum 8 erstreckende ringförmige Versteifungsrippe 10 der Nabe
2 im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 4.
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Bei dem Schienenrad nach dem Ausführungsbeispiel gemäß der A b b.
6 liegen jeweils die zwischen der Nabe 2 und einem Bremsscheibenring 3 sowie zwischen
dem anderen Bremsscheibenring 3 und der Felge 4 angeordneten Tragrippen 6 bzw. 7
in einer Längsmittelebene des Radkörpers, d. h. sowohl die von der Nabe 2 ausgehenden
wie auch die in die Felge 4 einmündenden Tragrippen 6 und 7 für beide Bremsscheibenringe
3 sind jeweils .gegenseitig versetzt. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Luftführung
und damit Kühlung des Bremsscheibenringes 3 sowie eine festigkeitsmäßig sehr gute
Ausnutzung des Radkörpers.
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Bei dem in A b b. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich
dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 6 entspricht, ist das Schienenrad wie in A b
b. 1 als Monoblockrad ausgeblidet. Bei fortgeschrittener Abnutzung des Radreifens
5 kann dieser in bekannter Weise bis zu der strichpunktierten Linie abgedreht und
die Felge mit einem neuen Radreifen versehen werden.