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Radsatz für Schienenfahrzeuge.
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Die Erfindung betrifft einen Radsatz für Schienenfahrzeuge mit drehfest
auf der Achse sitzenden Radkörpern, insbesondere einen Radsatz mit Verschleißprofil
an den Radreifen.
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Unter einem Verschleißprofil wird dabei ein Profil verstanden, das
von Anfang an dem Profil entspricht, das sich durch den natürlichen Verschleiß im
Laufe der Zeit einstellt. Derartige Verschleißprofile werden von vielen Eisenbahngesellschaften
heutzutage als Einheitsradprofile vorgeschrieben.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Radsatz, bei dem der Spurkranz vom
Radreifen getrennt angeordnet und starr mit dem Radkörper verbunden ist, während
der Radreifen als Laufring ausgebildet ist und zwischen Radreifen und Radkörper
eine aus einer im Querschnitt im wesentlichen V-förmig ausgebildeten gummielastischen
Einlage aufgebaute Federung angeordnet ist, durch die der Radreifen tangential,
radial, axial und kardanisch zum Radkörper federnd gelagert ist. Ein solcher Radsatz
ist an sich bekannt und beispielsweise in der FR-PS 736 170 beschrieben.
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Dieser bekannte Radsatz weist den Nachteil auf, daß die Radreifen
bei hohen Geschwindigkeiten zum Flattern neigen und
keine Stabilisierung
des Sinuslaufes durch die Radreifen erfolgt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, einen Radsatz
der oben angegebenen Art zu schaffen, der für sehr hohe Fahrgeschwindigkeiten geeignet
ist, ohne daß ein Flattern der Radreifen auftritt und bei dem der Sinuslauf stabilisiert
wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die
Federung so angeordnet ist, daß ihre Mittelebene gegen den Radaufstandspunkt am
Laufring axial nach außen versetzt ist. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn der Betrag der Versetzung größer oder gleich dem Spurspiel des Radsatzes
im Spurkanal ist. Durch die außermittige Anordnung der Federung wird ein kardanisches
Moment erzeugt, das den Laufring auf eine Vorspur von ca. 0,10 einstellt.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der tangentiale
Federkennwert am Radaufstandspunkt des Laufringes 350 bis 500 kpimm beträgt. Hierdurch
wird ein Wegausgleich beim Wenden des Radsatzes während des Sinuslaufes erreicht,
mit der Wirkung, daß die Wellenlänge des Sinuslaufes gestreckt und seine Frequenz
gesenkt wird. Insbesondere durch die Kombination der Maßnahmen, Vorspur und Wegausgleich
in der oben angegebenen Weise wird eine Stabilisierung der Radsatzbewegung erreicht,
durch die Fahrgeschwindigkeiten bis 350 km/h ermöglicht werden.
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Bei einer vrteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radsatzes
besteht die Federung aus mehreren Gummikörpern, die am Radumfang segmentförmig angeordnet
sind. Dies hat den Vorteil, daß zwischen den einzelnen Segmenten ein Luftdurchtritt
möglich ist, der zur Kühlung der Anordnung beiträgt.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Gummikörper
zwischen Laufring und Radkörper durch einen konischen Spannring axial und radial
vorgeannt sind und der Spannring durch einen Sprengring axial festgelegt ist. Hierdurch
wird eine ichere Verbindung der zusammengefügten Teile geschaffen.
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Ein Losrütteln durch Schwingungen, wie dies bei Schraubenverbindungen
möglich ist, kann nicht auftreten. Außerdem ist bei dieser Befestigungsart eine
einfache Montage des Laufringes und der Gummikörper mit Hilfe einer normalen Vertikalpresse
möglich Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung
ist der Sprengring in einer umlaufenden Nute des Radkörpers und in einer dieser
gegenüberliegenden Nute des Spannringes durch den Axialdruck der vorgespannten Gummikörper
axial und radial festgelegt. Weiterhin hat es sich noch als vorteilhaft erwiesen,
wenn in den Gummikörpern mindestens ein die
radiale, axiale und kardanische Federsteife erhöhendes Metallblech angeordnet ist,
das gleichzeitig zur besseren Wärmeabfuhr dient.
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Der erfindungsgemäße Radsatz hat neben den bereits erwähnten Vorteilen
noch den weiteren Vorteil, daß durch das infolge der außermittigen Anordnung der
Federung auftretende Moment aus Radlast, Reibungskoeffizient und der obengenannten
Versetzung der Laufring so in Sturzstellung gebracht wird, daß er sich immer dem
Schienenkopf anschmiegt. Dadurch wird die Schmiegung Rad-Schiene verbessert und
weitgehend unabhängig von der Spurweite und Schienenneigung gemacht. Die ursprüngliche
Profilform des Rades bleibt weitgehend shalten und der Verschleiß wird infolge der
breiteren Berührungszone zwischen Laufring und Schiene herabgesetzt. Insbesondere
der Verschleiß der Spurkränze und die Riffelbildung der Schienen werden vermindert.
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Im folgenden wird anhand der beigefügten Figren ein Ausführungsbeispiel
für den Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
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Figur 1 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung einen Radsatz
für ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung.
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Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Teil des in Figur
1 geschnittenen Teiles Figur 3 ist ein Schnitt nach der Linie X-Y in Figur 2 durch
das ganze Rad.
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Figur 4 ist eine Darstellung analog Figur 2 im Zustand der Montage
des Radsatzes.
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Figur 5 zeigt ein Einheitsradprofil.
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Der in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Radsatz soll mit einem Verschleißprofil
ausgerüstet sein, wie es in Figur 5 näher dargestellt ist und vom Internationalen
Eisenbahnverband (UIC) derzeit empfohlen wird.
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Bei dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Radsatz sitzen die Radkörper
4 drehfest auf der sie verbindenden Achse 12.
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Mit den Radkörpern 4 sind jeweils die Spurkränze 3oder insbesondere
aus den Figuren 1 und 2 ersichtlichen Weise einstükkig verbunden. Durch den Abstand
der Innenflächen der Spurkränze 3 ist das Spurmaß S (Figur 1) gegeben. An dem Radkörper
4 ist jeweils ein Laufring X 1 angeordnet, dessen Außenfläche die eigentliche Lauffläche
des Rades darstellt. Wie aus einem Vergleich der Figuren 2 und 5 entnommen werden
kann, wird der Bereich der Punkte A1 bis D1 des Verschleißprofiles von der äußeren
Oberfläche des Laufringes 1 dargestellt, während der Bereich zwischen den Punkten
D1 bis H2 von der unteren Oberfläche des fest mit dem Radkörper 4 verbundenen Spurkranzes
3 gebildet wird.
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Zwischen dem Laufring 1 und dem Radkörper 4 sind, wie aus den Figuren
2 und 3 ersichtlich, Gummikörper 2 angeordnet, die im Querschnitt V-förmig ausgebildet
sind. Durch diese Gummikörper wird der Laufring 1 tangential, radial, axial und
kardanisch gegen den Radkörper federnd abgestützt. Durch die besondere
Ausbildung
und Anordnung dieser Gummikörper 2 wird erreicht, daß die Federhärte radial, axial
und kardanisch wesentlich größer ist als tangential. Zur noch weiteren Erhöhung
der radialen, axialen und kardanischen Federsteife sind die Gummikörper 2 weiterhin
mit einem einvulkanisierten Metallblech 10, das ebenfalls V-förmig ausgebildet ist,
versehen. An der Außen seite werden die Gummikörper 2 durch einen konischen Spannring
5 (s. Figur 2) gehalten und in axialer und radialer Richtung vorgespannt. Der Spannring
5 ist durch einen Sprengring 6 axial festgelegt, der in einer umlaufenden Nute 7
des Radkörpers 4 und in einer dieser gegenüberliegenden Nute 8 des Spannringes 5
durch die Vorspannung des Gummikörpers 2 in axialer und radialer Richtung festgehalten
ist.
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Die Montage des Spannringes 5 ist in Figur 4 dargestellt.
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Zur Montage wird das Rad mit der Innenseite des Spurkranzes 3 auf
eine ebene Unterlage 14 aufgelegt. Der Laufring 1 mit den zwischen Laufring und
Radkörper 4 angeordneten Gummikörpern 2 wird so aufgesetzt, daß die eine Außenfläche
2a der Gummikörper 2 jeweils auf einer inneren Schrägfläche 4a des Radkörpers 4
aufsetzt. Sodann wird der Spannring 5 auf die äußere Schrägfläche 2b des Gummikörpers
2 aufgesetzt und mittels einer Presse in Pfeilrichtung A nach unten'gedrückt. Der
Sprengring 6 ist dabei in einer zusätzlichen Nute 9 des Spannringes A angeordnet
und wird durch eine zusätzlich Schrägfläche 11 an der Außenseite des Radkörpers
4 beim Eindrücken des Spannringes 5 in die Nute 9 hineingedrückt, so daß der Spannring
5 bis in eine Stellung hineingedrückt werden kann, in der sich die Nuten 7 und 9
direkt gegenüber-liegen. In dieser Stellung rastet der Sprengring 6 in die Nute
7 ein. Gleichzeitig mit der Bewegung des Spannringes iin Richtung A werden auch
der Laufring 1 und die Gummikörper 2 in diese Richtung verschoben. Gleichzeitig
werden die Gummikörper 2 in radialer und axialer Richtung vorgespannt. Nach dem
Einrasten des Sprengringes 6 in die Nute 7 wird detSpannring 5 durch die entstehenden
Federkräfte in die in Figur 2 dargestellt Stellung zurückgedrückt und ist in dieser
fixiert.
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Durch den V-förmigen Querschnitt der Gummikörper 2 zusammen mit dem
einvulkanisierten Metallblech 10 wird erreicht, daß die Gummikörper relativ geringe
Tenqentialsteifigkeit bei hoher axialer, radialer und kardanischer Steifigkeit aufweisen.
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Dies ist die Voraussetzung zur Stabilisierung der Radsatzbewegung
und Anhebung der Geschwindigkeitsgrenze. Außerdem ist eine ausreichende Horizontal-und
ertikalabfederung sichergestellt zum Abbau der Beschleunigungsspitzen beim Überfahren
von Gleisstörstellen bereits an der Störquelle, d.h. an der Berührungsstelle zwischen
Laufring 1 und Schiene 13.
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Nachstehend sind als Beispiel die Federkennungswerte am Radaufstandspunkt
B (Figur 2) bei zwei verschiedenen Gummikörper arten angegeben: 1. Gummikörper mit
einer Härte von ca. 60 sh Tangential CT = 500 kp/mm Radial R = 5000 kpXmm Axial
CA = 2800 kp/mm 2. Gummikörper mit einer Härte von ca. 50 sh Tangenital T = 350
kp/mm Radial CR = 3500 kp/mm Axial CA = 2000 kp/mm Wie aus Figur 2 ersichtlich,
sind Laufring 1 und Gummikörper 2 so angeordnet, daß die Längsmittelebene Z-Z der
Gummikörper 2 gegen den Radaufstandspunkt B nach außen um den Betrag e versetzt
ist. Dies hat zur Folge, daß um die Z-Achse der Gummikörper 2 ein Moment Q x px
x e entsteht, das den Laufring 1 auf eine Vorspur von ca. 0,1° einstellt.
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(Q = Radlast, y = Reibungskoeffizient Rad/Schiene) Wie aus Figur
2 ersichtlich, ist der Laufring 1 so angeordnet, daß zwischen ihm und dem Spurkranz
3 ein schmaler Spalt der Größe a freibleibt. Bei der Bewegung des Radsatzes tritt
daher
die Luft von außen in Pfeilrichtung "ein" zwischen den einzelnen
Segmenten der Gummikörper 2 hindurch, umströmt dabei die Gummikörper der Federung
und tritt schließlich in Pfeilrichtung ?taus1? durch den Spalt zwischen Spurkranz
3 und Laufring 1 wieder aus. Auf diese Weise wird eine gute Kühlung der Federung
sichergestellt.
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Patentansprüche