DE2103036A1 - Radsatz - Google Patents

Description

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Nürnberg, den 22.1.1971 115A5

British Railways Board, 222, Marylebone Road,

London, N.W.l, England

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" Radsatz "

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Die Erfindiing betrifft Räder oder Radsätze, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich für Schienenfahrzeuge. Unter Radsatz ist in diesem Zusammenhang ein Paar Räder zu verstehen, die mit einer Achse fest verbunden sind, so daß sie mit der Achse rotieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Naohteile bei den drehbar auf einer Achse angeordneten Rädern bzw. bei derartigen Radsätzen zu vermeiden und Radsätze zu schaffen, die besser als die bisher bekannten den Anforderungen der Praxis gerecht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch ge- % löst, daß die Achse mindestens teilweise aus mit Harz verklebtem Fasermaterial besteht, das auf dem Kern einer Achse aufgebracht ist, daß die Radnaben an der Achse durch von der Achse ausgehendem und weitergeführtem mit Harz verklebtem Pasermaterial derart befestigt sind, daß Räder und Achse eine Einheit bilden.

Die Radnaben weisen erfindungsgemäß mindestens einen vorstehenden hülsenförmigen Teil auf, wobei sich der Ansatz des faserförmigen Materials über die hülsenförmigen Teile unter Bildung einer einzigen Einheit erstreckt. ·

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jede Radnabe im wesentlichen ringförmige Abschnitte, die koaxial miteinander verbunden sind, auf, wobei erfindungsgemäß jeder Abschnitt einen vorstehenden hülsenförmigen Teil aufweisen kann und wobei das mit Harz verklebte Fasermaterial um beide hUlsenförmigenTeile jedes Abschnittes geführt ist.

In Abwandlung hiervon bestehen erfindungsgemäß die Radnaben mindestens teilweise aus Fasermaterial, das auf einem ringförmigen Kern aufgebracht ist, wobei das über die Achse hinausgeführte Material sich über die innere und äußere Fläche der beiden Radnaben erstreckt.

Der Achsenkern kann erfindungsgemäß auch ein Rohr mit als Lager ausgebildeten Endabschnitten sein, die auf ihm befestigt bzw. geklebt sind. Das Rohr kann aus Metall bestehen, wobei die Endabschnitte entweder an- bzw. aufgeschweißt oder in geeigneter Weise mit dem Rohr verbunden sind.

Das faserförmige bzw. Fasermaterial besteht erfindungsgemäß aus folgenden^ Fasern oder irgendeiner geeigneten Kombination dieser Fasern bzw. Fäden: Kohlenstoff-, Glas-, Bor- und Asbestfasern. Jedoch sind die bevorzugten Fasern Kohlenfasern und/oder Glasfasern.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Rad mit einer Radnabe geschaffen, die einen ringförmigen Kern aufweist, auf dem Kohle - und/ oder Glasfasern oder irgendeine geeignete Kombination der genannten Fasern aufgebracht ist bzw. sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

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Fig. 1 einen Radsatz zum Teil als Schnittansicht, bei dem sich Fasern in einer Richtung entlang der Längsachse erstrecken, und

Fig. 2 einen Radsatz zum Teil als Schnittansicht, bei dem die Fasern schraubenförmig um die Achse gewickelt bzw. geführt sind.

Gemäß Fig. 1 weist der Radsatz Räder 1 und eine Achse 2 auf, mit

der die Räder 1 fest verbunden sind. Jj

Die Achse 2 wird zunächst in der Weise hergestellt, daß ein mit Harz getränktes oder vorimprägniertes Band oder gewebtes Tuch 3 auf einen Stahlkern 4 aufgebracht oder gelegt wird, oder mit Harz getränkte oder vorimprägnierte Fasern auf dem Stahlkern wendelförmig aufgewickelt werden, so daß sich die Fasern schraubenförmig um den Stahlkern 4 erstrecken. Derjstahlkern 4 wird durch Schweißen oder durch geeignetes Verbinden von vorgefertigten Aehslagerabsehnitten 5 auf die Enden eines Stahlrohres 6 hergestellt.

Der Wicklungswinkel kann entsprechend besonderen Belastungen, und zwar Herstellung einer gewünschten Fasernanordnung, entsprechend gewählt werden. Falls beispielsweise die Starrheit bzw. Biegefestigkeit oder Festigkeit von hauptsächlicher Wichtigkeit ist, dann soll der Wicklungswinkel so steil als möglich sein, d. h. annäherend parallel mit der Längsachse der Achse verlaufen.

Jede Radnabe 7 wird zunächst hergestellt, indem entweder mit Harz getränkte Fasern oder gewebtes Tuch 8 auf einen ringförmigen Kern 9, z. B. durch Aufwickeln aufgebracht wird, der aus Kunststoffschaum oder einem anderen starren Material von geringem Gewicht, beispielsweise aus Holz hergestellt ist. Wo es erforderlich ist, werden zusätzlich Fasern geringer Länge, beispielsweise

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Bündel aus gewebten Material bzw. Tuch auf den Kern 9 Öer Radnabe aufgebracht, um Verluste in der Armierungsbelegung infolge des radialen Effektes der Wicklung zu vermeiden, und um eine gleichmäßige Verteilung der Armierung zu gewährleisten.

Wenn die Armierung auf dem Aohsenkern 4 und auf den Kernen der Radnaben 9 hinreichend dick ist, werden der Achsenkern 4 und die Radnabenteile zusammengesetzt und miteinander verbunden bzw. verklebt.

Die gewünschte gesamte Wandstärke der Achse, die notwendig ist, um den einwirkenden Kräften zu widerstehen, wird dadurch erhalten, daß eine zusätzliche Faserarmierung Io entweder in Form von aus mit Harz getränkten vorimprägmnierten Fasern, gewebtes Tuch, oder Streifen aufgebracht wird. Diese Verstärkung bzw. Armierung wird in dem Abschnitt der Achse 2 zwischen den Radnaben 7 aufgebracht und über die innere Fläche jeder Radnabe 7 dann entlang der Kante am Umfang, dann zur Bildung eines Randes für den Radkranz und dann über die äußere Fläche der Radnabe 7 zur Achse geführt, wo sie mit der Oberfläche verbunden bzw. verschmolzen wird. Beide Räder 1 und die Achse 2 werden auf diese Weise zu einer Einheit miteinander verbunden. Die Fasern, die eine zusätzliche Armierung Io bewirken, sind vorzugsweise in einer Richtung, parallel zur Längsachse der Achse 2 angeordnet, damit eine maximale Ausnutzung der Fasereigenschaften erhalten wird.

Die Orientierung der Fasern in den Radnaben 4 und 9 wird entsprechend den besonderen Beanspruchungen, denen der Radsatz ausgesetzt ist, angepaßt. Beispielsweise kann es, um den Kompressionskräften zu widerstehen, die auf die Radnaben 7 wirken, notwendig sein, gewebtes Material bzw. Tuch zu verwenden oder Fasern in Richtung der Längsachse über die ringförmigen Flächen der Kerne 9 der Radnaben zu wickeln.

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Die Pasern können entweder Kohlefasern oder Glasfasern oder irgendwelche Kombinationen der oben genannten Pasern sein. Eine wirtschaftliche bzw. preiswerte Kombination ist dann gegeben, wenn in Bereichen, in denen die Beanspruchungen bzw. Belastungen gering sind, beispielsweise unmittelbar in der Nähe des Zentrums der Radnaben und der Achse, Glasfasern oder entsprechende Pasern verwendet werden, jedoch in anderen Bereichen, unter hoher Dehnungsspannung, beispielsweise in der Achse und im Übergangsbereich zwischen Achse und Radnaben, Kohlefasern oder andere geeignete Pa-. M sern von hoher Festigkeit und großem Modul verwendet werden. Der Anteil von Glas- und Kohlefaserarmierung wird entsprechend den Beanspruchungen für jede Radsatzkonstruk^tion bestimmt, und zwar unter gebührender Berücksichtigung der einwirkenden Kräfte, die sich entsprechend den Parametern für die Aufhängung bei den verschiedenen Pahrzeugtypen ändern.

Eine typische' in einem Behälter lange haltbare Epoxydharzzusammensetzung für das vorherige Tränken bzw. Benetzen von Pasern ist folgende:

Das unter der Bezeichnung Shell 828 (loo Teile) erhältliche Harz , und Epikure NMA ' (j

(9o Teile und BDMA 2,5 Teile): diese Mischung bleibt flüssig bei Raumtemperatur und muß erhitzt werden.

Der Radkranz 11 wird mit der Radnabe 7 verbunden und mittels eines Halteringes 12 gesichert, der sich auf einem schmalen Stahlring 15 abstützt, der seinerseits auf der inneren Fläche der Radnabe 7 befestigt ist.

Die Vorteile, die sich durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Radsatzes ergeben, sind folgende:

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1. Verminderung des nicht abgefederten Gewichtes und Verminderung des Fahrgestellgewichtes im allgemeinen*

2. Elimination von Restspannungen, die in den bisher bekannten Radsätzen vorhanden sind;

3. Vermeidung von Achse/Radverbindungen;

4. als Folge von Punkt 3.: Elimination des Abriebs, der bei bekannten Radsätzen aus Stahl auftritt und der ein Grund für die Erraüdungsbrüche bei Achsen ist;

5. als Folge von Punkt j3.: eine beträchtliche Verminderung der sich in der Achse und am Übergang von Achse zu Rad konzentrierenden Spannung, so daß ebenfalls die Möglichkeit von Ermüdungsfehlern vermindert wird, die bei den

bekannten Radsätzen infolge der sich konzentrierenden Spannungen auftreten.

Fig. 2 zeigt einen Radsatz mit Rädern 12 und einer Achse 13. Die Radnaben 14 sind in der Weise gebildet, daß koaxial zwei Abschnitte 15 und 16 miteinander verbunden bzw. verklebt sind, die mittels Preßformen aus mit Harz vorgetränkten Kohlefasern und/oder mit Harz vorgetränkten Glasfasern oder anderen geeigneten vorgetränkten Fasern hergestellt sind. Eine Achse der vorgetränkten Anordnung besteht (in Gewichtsanteilen) aus Epikote-Harz Nr. 828, loo Teile, Epikure DM!, 7 Teile, Epikure BF,4oo, 3 Teile, in Aceton. Bolzen 26 zum Befestigen von Bremsscheiben 27 an den Radnaben dienen ebenfalls zur Verstärkung der (geklebten) Verbindung zwischen den beiden Abschnitten 15 und 16. Ein Radkranz 17 ist mit jedem der Radkörper 14 verbunden und mittels eines Halteringes 18 gesichert, der sich auf einem dünnen Stahlring 19 abstützt, der auf der inneren ringförmigen Fläche des Radkörpers befestigt ist. Zur Erzielung einer gewissen Elastizität und um auch das mtfernen des Radkranzes zu erleichtern, ist eine (nicht dargestellte) gummiartige, elastomere Schicht zwischen der Radnabe und dem Rad.kranz

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vorgesehen. Die beiden Abschnitte 15 und 16 der Radkörper 14 sind auf einem Achsenkern 2o befestigt.

Der Achsenkern 2o wird durch Stumpfschweißen oder durch entsprechendes Kleben von vorgefertigten Lagerteilen aus Stahl 21 an den Enden eines dünnwandigen Stahlrohres 22 hergestellt. Die gewünschte Wandstärke^ der Achse, die erforderlich ist, um die Kräfte aufzunehmen, wird erhalten, indem Harz getränkte Kohle- J fasern und/oder Glasfasern als Armierung bzw. Verstärkung oder andere geeignete Paserarmierungen 25 entweder als Wicklung, gewebtes Tuch, oder als Streifen oder Schicht aufgebracht werden. Diese Armierung wird in dem Abschnitt zwischen den beiden Radnaben des Achsenkerns aufgebracht und über die konischen hülsenförmigen Teile der Radnabe zur Bildung einer Einheit mit einem kurvenförmig bzw. gebogen verlaufenden Übergangsprofil hinausgejtfführt. In ähnlicher Weise werden Fasern verwendet, und zwar am äußeren hülsenförmigen Teil 25 der Radnaben. Die Pasern werden in beiden Abschnitten derart jeweils miteinander verbunden, daß die Eigenschaften der Fasern maximal ausgenutzt werden. Eine typische Harzzusammensetzung, wie beispielsweise Epikote 828, loo Teile, Epi- , kure BF-,4oo, 3 Teile, oder ein Polyesterharzgemisch, wie z. B. ^ Crystic 199* kann verwendet werden.

- Ansprüche -

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Claims (9)

1. Ansprüohe

   Il) Radsatz, bestehend aus einem Paar Räder und einer Achse, d» durch gekennzeichnet, daß die Achse mindestens teilweise aus einem auf einem Achsenkern mit Harz verklebten aufgebrachten Fasermaterial besteht, und daß die Räder auf der Achse mittels Pasermaterial befestigt sind, das über die Achse hinausgeführt ist und zu jeder Radnabe geht, so daß die Räder und die Achse eine Einheit bilden.
2. 2. Radsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radnaben jeweils mindestens einen vorstehenden hülsenförmigen Teil aufweisen, und daß das weitergeführte faserförmige Material sich über die hülsenförmigen Teile erstreckt, um die Einheit zu bilden.
3. 3. Radsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Radnabe im wesentlichen zwei ringförmige Abschnitte, die miteinander koaxial verbunden sind, aufweist.
4. 4. Radsatz nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt einen vorstehenden hülsenförmigen Teil aufweist, wobei das Fasermaterial um beide hülsenförmigen Teile in jedem Abschnitt geführt ist.
5. 5. Radsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radnaben mindestens teilweise aus Fasermaterial bestehen, das um einen ringförmigen Kern gelegt ist, wobei das von der Achse ausgehende und weitergeführte Faseraaterial sich über die innere und äußere ringförmige Fläche der beiden Radnaben erstreckt.
6. 6. Radsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Achsenkern aus einem Rohr besteht »lt zwei mit ihm verklebten als Lager ausgebildeten Endabschnitten.

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7. 7. Radsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Metall ist und daß die Endabschnitte an das Rohr geschweißt sind.
8. 8. Radsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Material aus Kohle-, Bor·-, Glas- oder Asbestfasern oder einer Kombination hiervon besteht.
9. 9. Rad mit einer Radnabe, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Kern, auf dem Kohle- und/oder Glasfasern angeordnet sind.

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