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Leichtradsatz für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen Leichtradsatz
für Schienenfahrzeuge, bei dem die Hohlachse aus einer oder mehreren in Umfangsrichtung
liegenden tragenden Schichten aufgebaut ist und die Radscheiben zwischen Radnabe
und Radfelge ein oder mehrere tragende Scheibenblätter aufweisen.
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Umfangreiche Anwendungen finden seit vielen Jahren Leichtradsätze,
bei denen die Radscheiben aus Stahl höherer Festigkeit hergestellt sind und infolgedessen
eine dünnere Nabe, Felge und Wandstärke haben können. Eine Wellung (Kümpelung) des
Scheibenblattes in radialer Richtung und eventuell auch in Umfangsrichtung begünstigt
die Anwendung einer dünnen Wandstärke. Solche Leichtradscheiben werden auch aus
Leichtmetall hergestellt. Die Hohlachsen sind aus hohlgebohrten Schmiedeknüppeln
hergestellt. Diese Leichtradsätze genügen aber nicht mehr den wachsenden Ansprüchen
an Gewichtsverminderung und sind in der Herstellung sehr teuer.
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Derartige Leichtradscheiben müssen nach dem Pressen und Walzen allseitig
spanabhebend bearbeitet werden, dann erneut erwärmt und gekümpelt werden. Anschließend
werden diese Leichtradscheiben vergütet. Bei Leichtradscheiben aus Leichtmetall
kann das Fertigungsverfahren gegenüber den beschriebenen Radscheiben aus Stahl vereinfacht
werden, aber höhere Kosten des Leichtmetalls wiegen die Ersparnis wieder auf.
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Hohlachsen aus hohlgebohrten Schmiedeknüppeln erfordern nach dem Hohlbohren
und der spanabhebenden Vorbearbeitung der äußeren Mantelfläche eine erneute Erwärmung,
um die Achsenden auf den kleineren Durchmesser zuzuschmieden. Erst nach dem anschließenden
Vergüten kann die spanabhebende Fertigbearbeitung der äußeren Mantelfläche vorgenommen
werden. Wegen der hohen Wechselbeanspruchungen im Fahrbetrieb müssen sowohl das
Innere der Hohlachse als auch ihre äußeren Mantelflächen mit hoher Maßgenauigkeit
und Oberflächeneüte verarbeitet werden.
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Durch die deutsche Patentschrift 90 639 wurde schon eine Radscheibe
bekannt, deren Scheibenblatt aus mehreren flächig aneinanderliegenden Blechen gebildet
ist, die an der Radnabe und Felge eingespannt sind. Bolzen halten die Bleche im
Bereich zwischen Nabe und Felge zusätzlich zusammen. In der deutschen Patentschrift
837 712 wird ein ähnliches Rad vorgeschlagen, bei dem die Bleche mit Abstand parallel
zueinander liegen. Diese Räder haben sich im Bahnbetrieb nicht bewährt. Neben anderen
Nachteilen sind sie anfällig für Passungsrost und nicht ausreichend dauerfest. Durch
die USA: Patentschrift 2 512 186 wird auch eine Hohlachse vorgeschlagen, die aus
mehreren übereinandergepreßten bzw. -geschrumpften Rohren und Rohrabschnitten gebildet
ist. Wesentlichster Nachteil dieser Hohlachse ist es, daß der Preßsitz zwischen
den Rohren Vorspannungen schafft, die die Dauerfestigkeit stark mindern. In die
Hohlachse eingepreßte Achsschenkel, wie sie mit dem deutschen Gebrauchsmuster 1750
049 vorgeschlagen werden, erzeugen in der Hohlachse gerade dort zusätzliche Vorspannungen,
wo auch die Vorspannungen durch den Preßsitz des Rades einwirken. Im Bereich des
Radsitzes aufgebrachte Rohrabschnitte, wie sie in der französischen Patentschrift
1094 907 vorgeschlagen werden, mindern weder die Vorspannungen noch ihren Einfluß
auf die Dauerfestigkeit so, daß solche Konstruktionen für den Bahnbetrieb anwendungsreif
wurden.
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Die deutsche Auslegeschrift 1141308 schlägt das zusätzliche
Verkleben der auf die Achse aufgeschrumpften Radscheibe und des auf die Felge aufgeschrumpften
Reifens vor. Auch bei diesen Verfahren bleiben die ungünstigen Vorspannungen unvermindert.
Alle
diese bekannten Leichtradsatzkonstruktionen sind teils in der Fertigung sehr teuer,
teils ermöglichen sie nicht die angestrebte Gewichtsverminderung und teils mindern
sie nicht die Vorspannungen im Radsatz, die die Dauerfestigkeit stark vermindern.
Der Leichtradsatz gemäß der Erfindung soll die aufgezeigten Nachteile der bekannten
Radsätze vermeiden. Er soll einfach und billig herstellbar sein und infolge seines
geringen Gewichtes selbst bei hohen Fahrgeschwindigkeiten Gleis und Unterbau möglichst
schonen.
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Das wird bei einem Leichtradsatz der eingangs beschriebenen Art gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schichten der Hohlachse miteinander verklebt
sind und die Scheibenblätter der Radscheiben in bekannter Weise aus mehreren verhältnismäßig
dünnen Blechen bestehen, die flächig aneinanderliegen und an ihren Berührungsflächen
miteinander verklebt sind.
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Die Hohlachse ist aus mehreren ineinandergeschobenen, an ihren Mantel-
und Bohrungsflächen miteinander verklebten Rohren und Rohrabschnitten hergestellt,
in die beiderseits hohlgebohrte Achsschenkel eingefügt und verklebt werden. Bei
einem Aufbau aus mehreren konzentrischen Rohren werden die die Dauerfestigkeit betreffenden
Nachteile, die durch das Rohrherstellungsverfahren bedingt sind, weitgehend unterdrückt.
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Statt der Verwendung mehrerer ineinandergeschobener und verklebter
Rohre kann die Hohlachse auch aus einem entsprechend langen und breiten Blech gewickelt
werden, das auf der ganzen Fläche mit Klebstoff belegt ist, so daß es sich nach
dem Aufwickeln zu einem Rohr verklebt, dessen Wand aus spiralig mehrlagig aufgewickeltem
und verklebtem Blech besteht. Statt Blech kann man auch einen geeigneten anderen
Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, nehmen, der den Beanspruchungen gewachsen
ist.
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Die Radscheibe wird gemäß der Erfindung aus dünnen runden Blechen
flächig aneinanderliegend geschichtet, die an ihren gegenseitigen Anlageflächen
miteinander verklebt sind. Durch Kombination zahlreicher Bleche mit verschieden
großen Außendurchmessern und Bohrungsdurchmessern kann der Radscheibe eine im Bereich
der Radnabe dickere Wandstärke gegeben werden, die im Verlauf zur Radfelge hin dünner
wird, so daß eine Radscheibe gestaltet wird, die in den Umfangsschnitten zwischen
Nabe und Felge bei Belastung etwa gleiche Werkstoffbeanspruchungen hat. Die Radnabe
wird durch Aufbördeln der Bohrungen eines Teils der Bleche zu der einen Seite und
eines anderen Teils der Bleche zu der anderen Seite gebildet. In analoger Weise
wird die Radfelge durch Umbördeln des äußeren Umfangs der Bleche gebildet. Vor oder
unmittelbar nach dem Schichten der Bleche, jedoch noch vor dem Abbinden des Klebstoffes,
kann eine Kümpelung in radialer Richtung und eventuell auch in Umfangsrichtung eingepreßt
werden, wobei gleichzeitig auch der zum Abbinden des Klebstoffes erforderliche Druck
erzeugt werden kann.
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Die Radscheibe gemäß der Erfindung kann in bekannter Weise auf die
Hohlachse aufgepreßt und/ oder aufgeklebt werden. Um die durch die aufgepreßte Radscheibe
in der Hohlachse auftretenden Spannungen und Kerbwirkungen zu vermindern, kann man
auf die beschriebene Hohlachse im Bereich der Nähe zusätzliche Rohrabschnitte aufkleben
oder zusätzliche Wickelschichten eines Blechstreifens aufbringen und verkleben,
so daß auf der Hohlachse ein erhöhter Radsitz entsteht, wie er bei Vollachsen und
Hohlachsen aus hohlgebohrten Schmiedeknüppeln angeschmiedet ist. In gleicher Weise
kann man auch in die Hohlachse dort, wo die eingepreßten bzw. eingefügten und verklebten
Achsschenkel zusätzliche Spannungen und Kerbwirkungen hervorrufen, zusätzliche Rohrabschnitte
einkleben oder zusätzliche Wickelschichten eines Blechstreifens einfügen und verkleben,
so daß die Hohlachse dort, wo die Achsschenkel eingefügt sind, einen etwas kleineren
Innendurchmesser hat als im mittleren Bereich.
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Die aufgewickelten und verklebten Blechstreifen, die die überhöhten
Radsitze bilden bzw. in den Enden der Bohrung der Hohlachse liegen, wo die Achsschenkel
eingefügt sind, können mit dem Blech, aus dem die Hohlachse gewickelt ist, auch
einstückig ausgebildet sein. Diese Blechstreifen können auch aufeinander zulaufende
Seitenkanten haben, so daß beim Aufwickeln die Seitenkanten schraubenförmig aufeinander
zulaufen und dadurch ein stetig verlaufender übergang von dem Außendurchmesser der
Hohlachse zu dem erhöhten Radsitz bzw. vom Innendurchmesser der Hohlachse zu dem
Sitz für den Achsschenkel entsteht.
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Entsprechend den Betriebsanforderungen kann die Hohlachse aus mehreren
Lagen dickwandiger Rohre bzw. dicken Blechs normaler Güte oder aus zahlreichen Lagen
dünnwandiger Rohre bzw. dünnen Blechs höherer Festigkeit gebildet werden oder auch
umgekehrt. Analog kann man auch bei der Radscheibe verfahren. Der Aufbau aus zahlreichen
dünnen Schichten aus einem Material mit hoher Festigkeit gibt eine unverhältnismäßig
große Steigerung der Dauerfestigkeit. Das Verkleben der Teile und Schichten, die
den Radsatz bilden, ermöglicht eine wesentliche Verminderung, teils sogar eine gänzliche
Vermeidung der Vorspannungen, was bei gleicher Dauerfestigkeit eine Gewichtsverminderung
ermöglicht.
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Die konzentrisch ineinandergeschobenen und miteinander verklebten
Rohre können größere Maßtoleranzen haben als ineinandergepreßte oder übereinandergeschrumpfte
Rohre. Die Herstellung der Hohlachse aus aufgewickeltem Blech bringt gegenüber allen
anderen Fertigungsverfahren eine ganz wesentliche Verminderung der Fertigungskosten.
Die Herstellung der runden Bleche für die Radscheiben ist ein billiger Arbeitsgang,
wie auch das übereinanderschichten, Verkleben und Formpressen. Nur Nabenbohrung
und Felgendurchmesser machen eventuell eine geringe spanabhebende Bearbeitung erforderlich.
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Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungen gemäß der Beschreibung
zu. Ein Beispiel davon ist in den Zeichnungen dargestellt und erläutert.
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F i g. 1 zeigt den Radsatz mit Hohlachse und Radscheiben aus lamellenbauartig
miteinander verklebten Schichten aus Blech; F i g. 2 zeigt das abgewickelte Blech
bzw. Folie, aus dem eine Hohlachse einschließlich der erhöhten Radsitze und der
verengten Achsschenkelsitze gewickelt ist.
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F i g. 1 zeigt die Hohlachse 1, die aus ineinandergesteckten und miteinander
verklebten Rohren besteht. Der hohlgebohrte Achsschenkel 2 ist in die Bohrung der
Hohlachse 1 eingeklebt. Das zum Mittelabschnitt der Hohlachse hin liegende Ende
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des Achsschenkels 2 ragt über das zur Achsmitte hin liegende Radnabensitzende
4 hinaus. Die Radscheibe 5 ist aus mehreren flächig aneinanderliegenden und miteinander
verklebten, verhältnismäßig dünnen Blechen 6 gebildet. Die Radscheibe 5 ist auf
die Hohlachse 1 aufgeklebt. Die durch das Umbiegen der Bleche 6 zur Bildung der
Radnabe bzw. der Felge gebildeten Ringe 7 und 8 mit etwa dreieckigem Querschniti
sind hohl oder mit Kunststoff oder Blechlamellen oder Metallringen ausgefüllt. Der
Radreifen 9 ist auf die Felge aufgeklebt und in üblicher Weise mit einem Sprengring
10 gesichert.
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F i g. 2 zeigt ein Blech 11 bzw. eine Folie, aus dem eine Hohlachse
1 mit erhöhten Radsitzen und verengten Achsschenkelsitzen gewickelt und verklebt
wird. Das Blech 11 wird am unteren Ende beginnend, dort wo die gestrichelte Linie
12 liegt, aufgewickelt, und zwar beginnend mit einem Durchmesser, der dem Achsschenkelsitz
entspricht. Aus den beiden angeschnittenen Blechstreifen 13 werden die zusätzlichen
Schichten gewickelt und verklebt, die die kleineren Sitzdurchmesser für die Achs-Schenkel
2 bilden. Die Kanten 14 sind nicht parallel zu den Außenkanten 15, so daß beim Aufwickeln
der größere Bohrungsdurchmesser des mittleren Teils der Hohlachse 1 schraubenförmig
verlaufend und stetig in den kleineren Durchmesser der Achsschenkelsitze übergeht.
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Die beiden angeschnittenen Blechstreifen 16 bilden beim Aufwickeln
die erhöhten Radsitze. Auch hier sind die beiden Kanten 17 nicht parallel zu den
Außenkanten 15, so daß auch hier ein schraubenförmig verlaufender stetiger Übergang
vom kleineren Außendurchmesser des mittleren Achsteils zum größeren Durchmesser
der Radsitze entsteht.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Es ist vielmehr eine Anzahl von Variationen durch Kombinationen der verschiedenen
Ausführungseinzelheiten möglich.