DE2306650C3

DE2306650C3 - Schienenrad mit einer Radscheibe

Info

Publication number: DE2306650C3
Application number: DE2306650A
Authority: DE
Inventors: Josef R. Berg; Erich 7080 Aalen Ranger
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke 7080 Aalen GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke 7080 Aalen GmbH
Priority date: 1973-02-10
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2217197B1; CS214859B2; DE2306650B2; GB1439303A; IT1006300B; ES200341U; FR2217197A1; US3915490A; SE409307B; JPS49112312A; CH570882A5; ES200341Y; DK151783B; DK151783C; HU173932B; AT349523B; DE2306650A1; RO61654A; DD109354A5; ATA91774A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenrad mit einer ·■ Radscheibe, die mindestens ein auf einer Achse oder einer Nabe sitzendes Scheibenblati aufweist, wobei das Sehcibenhlatt an seinein mit dem Scheibenrand einstückig verbundenen, im wesentlichen kegeligen bis zylindrischen flansch einen aufgezogenen Radreifen ■ trägt, in seinem Axialschnitt in radialer Richtung unterschiedliche Wandslarken hat und /ur Achse konzentrische, durch Krümmungen des Scheibenblaltes gebildete Wellungen aufweist.

Bei einem bekannten Schienenrad dieser Art (CII PS "' 55 209) ist der Radreifen nicht aufgeschrumpft. söridcrtt lediglich durch Verschweißung im Bereich des Flansches mit der Radscheibe verbunden, Ks fehlt somit an einer radialen Vorspannung zwischen Radscheibe und Radreifen, so daß die Radscheibe allein im Hinblick '> auf eine für ein weiches Fahren genügende Biegsamkeit bemessen werden kann, Diese Bemessung erfolgt durch eine Änderung der Dicke des Scheibenblatlcs der Radscheibe für verschiedene Radien, wobei im Hinblick auf die Erhöhung der Elastizität das Scheibenblatt zusätzlich die zur Achse konzentrischen Wellungen aufweist Fertigungsbedingt ist dabei aufgrund der > Herstellung der Radscheiben im Tiefziehverfahren die Wandstärke des Scheibenblattes im Bereich der Wellenscheitel am geringsten und somit gerade im Bereich einer besonders hoch beanspruchten Zone am schwächsten. Dies hat zur Folge, daß die durch die

ι» Wellungen grundsätzlich erreichbare Erhöhung der Elastizität und der dadurch bedingten Verbesserung des Federverhaltens aus Sicherheitsgründen eigentlich nicht ausgenutzt werden kann. Weiter läßt gerade auch diese Gestaltung nicht zu, die Radscheibe radial gegenüber

i" dem Radreifen zu verspannen, da sich hierdurch zusätzliche Belastungen gerade in dieser geschwächten Zone ergeben. Wird aber von einer radialen Verspannung abgesehen, so ist die durch die Wellungen auch in radialer Richtung erzielte Elastizität nicht zur kraft-

-·'' schlüssigen Verbindung zwischen Radscheibe und Scheibenrad auszunutzen, was sowohl im Hinblick auf das Federungsverhalten wie auch im ! iinbiiek auf die Betriebssicherheit erwünscht wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

-· · Schienenrad der genannten Art so auszubilden, daß das Federungsverhalten verbessert und die Betriebssicherheit erhöht wird.

Diese Aufgabe wi.d erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß d.is Scheibenblatt zwischen dem Radstreifen und

<·· der Nabe bzw. der Achse mit radialer Vorspannung eingespannt und durch Drückwalzen in kaltem Zustand derartig geformt ist, daß es wenigstens an der der Nabe bzw. Achse benachbarte Krümmung zur Erzielung von etwa gleich großen spezifischen Werkstoffbeanspru-

'· chungen eine größere Wandstärke aufweist als in dem sich an diese Krümmung anschließenden Bereich.

Durch die erfindungsgemaße Formgebung mittels Drückwalzen ist an sich schon eine hohe Materialverfestigung und eine hohe Beanspruihbarkeit der Radschei-

·" be erreichbar. Dadurch, ;laß ii'rn Drückwalzen zusätzlich auch eine Materialverteilung erreichbar ist. die einen den festigkeitsbedurfnissen entsprechenden Dickenvcrlauf und damit etwa gleich große spezifische Werkstoffbeanspruchiingen über den Querschnitt des ■ Scheibenblattes ermöglicht, wird zusatzlich auch das Federungsverhaiti η verbessert, da nunmehr uber die ganze Scheibe im wesentlichen gl'-iehc I l.isli/itat erreichbar ist. Ferner sind auf diesem Wege aber auch besonders tiefe Weihingen möglich, die ebenfalls zur

·" Verbesserung des I ederungsvcrhaliens beitragen Schließlich ermöglicht die geschilderte Ausgestaltung auch sehr hohe radiale Vorspannkrafte. so daß sich eine besonders gute, kraftschlussige Verbindung /wischen Radscheibe und Radreifen ergibt, ohne daß deswegen

" eine zusätzliche Vcrschweißiinp notwendig ware, was sich auf die llerstellungskosien vorteilhaft auswirkt Dadurch, daß der Werkstoff aufgrund der erreichbaren, im wesentlichen gleichmaHifien Belastung über ilen Querschnitt der Radscheibe iii.ixmial ,iiis^cniil/l wer

>" den kann, zumal sich beim Druckwalzen auch noch verbesserte Materialeigenschaften ergeben, ist /us.H/ lieh Mi den vorgenannten Vorteilen auch gegenüber in ihren Sicherhcitseigcnsehaflcn vergleichbaren Kühslfuklionen noch eine Ciewichlsverlnrndefung erreichbar.

Wird gemäß dem Anspruch 2 der Rand des Flansches des Scheibcnblattes in eine.· stirnscitige Ναι des Radreifdns eingewalzt, so wird hierdurch die axiale

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Fixierung des Radreifens gegenüber dem Scheibenblatt weiter verbessert. In diesem Sinne wirkt sich auch aus, wenn das Scheibenblatt an seiner Innenzone einen zur Achse koaxialen Kragen trägt und ein den Kragen auf einem Großteil seiner axialen Erstreckung überdeckender Profilring vorgesehen ist, der unter eigener Vorspannung an dem Kragen aufliegt, wobei der Profilring zusammen mit dem Kragen an die Anlagefläche angewalzt ist, da über den Profilring die axialen Vorspannkräf'2 zwischen Radscheibe und Radreifen weiter erhöht werden können, ohne daß deswegen das Scheibenblatt als solches stärker ausgeführt sein müßte.

Zusätzlich kann die Verbindung zwischen Radscheibe und Radreifen noch dadurch verbessert werden, daß zwischen den Randzonen des Scheibenblattes und ihren Anlageflächen wenigstens eine metallische oder nicht metallische, zur Vermeidung oder Minderung von Passungsrosi dienende Zwischenschicht eingeführt ist, wobei zwischen den Randzonen und ihren Anlageflächen Klebe- oder Lötverbindungen vorgesehen sind, die einer Korrosion ebenfalls entgegenwirken.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispio.en naher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schienenrad gemäß der Erfindung in einem axialen Halbschnitt,

K ι g. 2 eine weitere Ausbildung eines Schienenrades mit besonders großem Federungsvermögen in entsprechender Darstellung und

F i g. 3 ein weiteres Schienenrad gemäß der Erfindung mit doppelter Radscheibe.

Das in Fig. 1 dargestellte Schienenrad gehört zu einem im übrigen nicht weiter dargestellten Leichtradsatz für ein Schienenfahrzeug und weist eine auf einer hier nicht dargesiellten Achswelle sitzende b/w. bcfestigbare Radnabe 1 sowie ein Scheibenblatt 2 und einen Radreifen J auf. Das Scheibenblatt 2 ist aus einem Stahlblech mit einer Streckgrenze von 50 Kp/mm² hergestellt und hat eine durch Druckwalzen geschaffene, vor allem in axialer Richtung federnde Form In der Darstellung gemäß F i g. 1 ist das Scheibenblatt 2 im Radialschnilt etwa Z-förmig und weist radial innen einen sich .mal erstreckenden Kragen 4 a'i^f. der durch Druckwalzen ausgeformt ist und gegen die zur Drehachse des Rades gleichachsige Umfangsfläche der Radnabe .ils Anlageflächc 5 unter Vorspannung anliegt. Zur F.r/iCiung eines axialen Fornwhlusses weist die Anlauffläche 5 dabei /wet in axialem Abstand zueinander liegende flache Ausnehmungen 6, 7 auf, an die im Durchmesser wesentlich größere Abschnitte 8, 9 und 10 anschließen. Für die Verspannung des Kragens 4 gegen die Anlagefläche 5 wird die Streckgrenze des Werkstoff js dabei weitgehend ausgenutzt

Zur weiteren Verstärkung der Verbindung zwischen dem Kragen 4 und der Anlageflächc 5 ist das freie Kragenende his zur Anlage an einer quer zur Drehachse Λ A verlaufenden Sdrnschulter 12 nach innen umgerollt und eingezogen sowie durch eine Schweißung U zusätzlich verbunden. Der Übergang zwischen dem Kragen 4 und dem Scheibenblatt 2 erfolgt über eine Krümmung R mit verhallnismäRip kleinem Biegeradius, und es ist dementsprechend hier im Hinblick auf die besonders großen Bicgebcanspruchungen dieser Teil des Schcibcnblallcs in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise in seiner Wandstärke verstärkt, und zwar ι dadurch, daß mehr Werkstoff als an den übrigen Teilen angewalzt wurde, Von diesem verstärkten Bereich aus nimmt die Wandstärke des Schcibenblatles gegen den äußeren Flansch 14 zu stetig ab, und zwar ebenso, wie im Bereich des Kragen« 4 gegen den umgerollten Endabschnitt 11.

Zur formschlüssigen Verbindung mit dem Radreifen 3 ist der Flansch 14 gegen die ebenfalls ein welliges Axialprofil aufweisende Anlagefläche 15 des Radreifens 3 durch Drückwalzen angeformt. Die eine Rotationsfläche bildende Anlagefläche 15 weist dabei Wülste 16 und 17 auf, die einen wesentlich kleineren lichten Durchmesser haben als die sich an diese Wülste anschließenden, als Ausnehmungen 18 und 19 ausgebildeten Abschnitte der Anlagefläche 15. Auch hier sind die Durchmesserverhältnisse so, daß beim Anformen neben einem Kraftschluß auch ein starker Formschluß erreicht wird.

Im Bereich des Spurkranzes 20 ist der freie Rand 21 des Flansches 14 in eine stirnseitige Nut 22 des Radreifens 3 zur Erhöhung des Formschlusses eingewalzt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I ist ferner zur Erhöhung der Spannkräfte zwischen dem Kragen 4 und der Nabe 1 noch ein zusätzlich ;r Profilring 25 vorgesehen, der den. Kragen 4 auf ein"m Großteil seiner Axialerstreckung überdeckt und ebenfalls durch Drückwalzen so gegen den Kragen 4 verspannt ist. daß die Steckgrenze des Materials weitgehend ausgenuu. ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hat das Scheibenblatt 43 eine Form erhalten, die sowohl in axialer wie in radialer Richtung ein besonders gutes Federungsverhalten zur Folge hat. Mit den Schrauben 44 ist hier das Scheibenblatt 43 mit dem auf der Achse 45 angeschmiedeten Flansch 46 verbunden. Das Scheiben blatt 43 sitzt dabei mit Preßsitz auf der Zentrierung 47 und weist im Anschluß an den Bereich des Flansches 46 eine gut ausgerundete, starke krümmung 48 zur Radinnenseite hin aif. Im Bereich der inneren Radreifenebene 49 ist eine ähnlich gut ausgerundete, starke Krümmung 50 in Richtung auf die äußere Radreifenslirnebene 51 vorgesehen. Diese geht in eine entgegengesetzte Krümmung 52 über, so daß fur das Scheibenblatt eine mehrfache Wellung gegeben ist. durch die dieses in axialer und radialer Richtung stark fei'?rt. Durch das /ur Formgebung verwendete Druckwalzen ist dabei zugleich eine hohe M.iterialverfestigung mit großer Oberflächendruckvorspannung und großer Oberflächengüte erreicht. Zugleich sind beim Drückwalzen die Wandstärken d^s Scheibenblattes in den durch die am Rad angreifenden Kräfte besonders hoch beanspruchten, gekrümmten Bereichen, also im Bereich der Krümmungen 48, 50 und 52 im Vergleich zu den weniger beanspruchten, nicht so stark gekrümmten Zwischenbereichen 53 und 54 verstärkt worden, so daß insgesamt etwa gleich große spezifische Werkstoffbeanspruchungen gegeben sind. Die Zvvischenbereiche 53 und 54 liegen unter etwa b0 bis 80" zur Radebene geneigt.

Im Anschluß ;in die Krümmung ^ς2 geht das Scheibenlilatt in einen angeformten etwa axialen Kragen 55 über, der eine leicht konische Außenmantelfläche 56 aufweist, mit der er axial in die ebenso leicht konische Radreif .nbohrung eingepreßt wird, wodurch auch hier der die Streckgrenze weitgehend ausnutzende Anlagcdruck zwischen dem Kragen des Scheibenblattes und dem Radreifen erzeugt wird. Im Anschluß an das axiale Einpressen wird ein Teilbereich des Kragens durch Druckwalzen in die ringförmige Ausnehmung 57 eingeformt. In gleicher Weise ist der Rand 58 des Kragens in die Ausnehmung 59 eingeformt, so daß sich zwischen den einander gegenüberliegenden Flanken 60

und 61 der Ausnehmungen 57 und 59 eine starke axiale Verspannung ergibt.

Bei der Ausfühfüngsförm gemäß Fig.3 finden zwei Scheibenblätter 62, 63 Verwendung, die die Achse 64 mit dem Radreifen 65 verbinden, An dem an der Achse angeschmiedeten Flansch 66 sind die Scheibenblätter 62,63 dabei mittels der Schrauben 67 befestigt, ohne daß sie gegenüber dem zylindrischen Bund 68 der Achse 64 spielfrei zentriert wären. Die Zentrierung erfolgt hier vielmehr dadurch, daß zumindest zwei der Schrauben 67 als Paßschrauben ausgebildet sind. Beide Scheibenblätter 62, 63 sind mehrfach gewellt und weisen Krümmungen 69 bis 73 auf, die die erwünschte Radialfederung gewährleisten. Die Krümmungen 69 bis 73 sind dabei entsprechend den Belastungen gegenüber den dazwischenliegenden Teilbereichen in der Wandstärke wiederum dicker ausgeführt. Die Verwendung zweier ScheTbenbiätter in paralleler Und sich gegenseitig abstützender Anordnung erbringt eine höhere Steifigkeit gegen Schrägstellung der Radebene gegenüber einer Sollage senkrecht zur Radachse, ohne daß die

Seilenfedeftiing am Radaufstandspunkl wesentlich Vef' mindert würde, wobei diese nun allerdings durch die Parallelverschiebung erreicht wird. Die Bohrung 74 des Radreifens 75 ist im wesentlichen zylindrisch, und die Ahlageflächen 76 und 77 der Radscheiben in der Bohrung des Radreifens sind leicht konisch und im Durchmesser so ausgebildet, daß sie beim Einpressen in die Bohrung des Radreifens den gewünschten auf Vorspannung beruhenden festen Sitz zwischen Radreifen und Radscheibe gewährleisten* Die Ränder 78 und 79 der Scheibenblätter sind so in Ausnehmungen 80 und 81 des Radreifens 65 eingeformt; daß beide Sehcibcnblätter an der Berührsteüe 82 unter wesentlicher Vorspannung gegeneinander abgestützt sind, was eine zusätzliche Fixierung in Axialrichtung erbringt. Um Passungsrost und Verschleiß an den Berührstellen 82 und 85 zwischen den Scheibenblättern zu vermeiden ist eine Zwischenschicht Se eingefügt, die ggf. gleichzeitig eine Klebe- und Lötverbindung zwischen den Scheibenblättern bildet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schienenrad mit einer Radscheibe, die mindestens ein auf einer Achse oder einer Nabe sitzendes Scheibenblatt aufweist, wobei das Scheibenblatt auf seinem mit dem Scheibenrad einstückig verbundenen, im wesentlichen kegeligen bis zylindrischen Flansch einen aufgezogenen Radreifen trägt, in seinem Axialschnitt in radialer Richtung unterschiedliche Wandstärken hat und zur Achse konzentrische, durch Krümmungen des Scheibenblattes gebildete Wellungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibenblatt (2; 43; 62 und 63) zwischen dem Radreifen (3; 65) und der Nabe (1) bzw. der Achse (45; 64) mit radialer Vorspannung eingespannt und durch Drückwalzen im kalten Zustand derart geformt ist, daß es wenigstens an der der Nabe bzw. der Achse benachbarten Krümmung (R; 48 und 50; 69 bis 73) zur Erzielung von etwa gleich großen spezifischen Werkstoh'beanspruchungen eine größere Wandstärke aufweist als in dem sich an diese Krümmung anschließenden Bereich.

2. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (21) des Flansches (14) des Scheibenblattes in eine stirnseitige Nut (22) des Radreifens eingewalzt ist (Fi/r. 1).

3. Schienenrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibenblatt (2) an seiner Innenzone einen zur Achse koaxialen Kragen (4) trägt und ein den Kragen auf einem Großteil seiner axialen Fn -eckung überdeckender Profilring (25) vorgesehen ist. der unter eigener Verspannung auf dem Kragen aufliegt, wobei der Profilring zusammen mit dem Kragen an die ^.nlagefläche (5) der Nabe(l)angewalzt ist (Fi g. I).

4. Schienenrad nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Radzonen des Scheib-nblattes (2; 43; 62 bzw. 63) und ihren Anlageflächen (5, 15; 76, 77) wenigstens eine metallische oder nichtmetallische, zur Vermeidung oder Minderung von Passungsrost dienende Zwischenschicht eingefügt ist. wobei /wischen den Randzonen und ihren Anlageflächen Klebe oder Lötverbindungen vorgesehen sind.