Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeugrad mit
einem Radmittelteil, einem mit Flansch versehen Laufkranz und
einer Gummifüllung, welche zwischen dem Radmittelteil, dem
Laufkranz und einem Druckring angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
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Bei herkömmlichen Beispieler der oben genannten Art von
Schienenfahrzeugrädern, sogenannten V-Rädern, (beispielsweise
gezeigt in SE-A-315 915 oder CH-A-320 175), ist bzw. sind eine
oder zwei Gummiringe, die ein sehr offenes V miteinander
bilden, zwischen dem Radmittelteil und dem Laufkranz angeordnet.
Der Winkel zwischen jedem Gummiring und der Achse des Rades
kann typischerweise zwischer etwas weniger als 30º und etwa
mehr als 60º sein. Die Gummiringe werden in erster Linie bei
Betrieb einem Druck ausgesetzt, und die Elastizität des Rades
ist relativ gering. Der ursprüngliche Zweck des Rades ist die
Geräuschdämpfung. Verursacht durch die Eigenschaft des
Gummimaterials ist die Elastizität in axialer Richtung, in der der
Gummi einer Scherung ausgesetzt ist, erheblich, was ein
Nachteil ist.
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Bei einer anderen Anordnung wird eine Anzahl von
Gummielementen in Umfangsringen zwischen dem Radmittelteil und dem
Laufkranz angeordnet und sie arbeiten bei Scherung, was eine gute
Elastizität liefert. Ein Rad dieser Bauart ist jedoch relativ
kompliziert und teuer, vor allem wenn mit schweren Lasten
umgegangen wird.
GB-A-895 520 zeigt ein Schienenfahrzeugrad gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Schienenfahrzeugrad umfaßt ein
Radmittelteil, einen mit Flansch versehenen Laufkranz und eine
Gummifüllung in einem im allgemeinen U-förmigen, ringförmigen
Zwischenraum zwischen dem Radmittelteil, dem Laufkranz und
einem Druckring, der an einer Seite des Radmittelteils zum
Halten der Gummifüllung in ihrer Stellung angebracht ist. Die
Gummifüllung besteht aus zwei getrennten, im wesentlichen
Z-förmigen Ringen, die unter Druck stehen, wenn sie eingebaut
sind.
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Allgemein gesprochen ist die Aufgabe der Erfindung ein Rad
zu erhalten, das eine einfache und verhältnismäßig billige
Gestaltung des konventionellen V-Rades aufweist, aber eine
größere Elastizität in radialer Richtung hat (und bessere
Steifigkeit in axialer Richtung). Es ist auch unumgänglich,
daß ein neues Rad die Fähigkeit hat, schwere Lasten zu tragen.
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All die oben genannten Ziele können nicht in der schon
bekannten Weise erreicht werden, indem der Winkel zwischen jedem
Gummiring und der Radachse vergrößert wird, so daß der Ring
mehr einer Scherung als einem Druck bei Betrieb ausgesetzt
ist. Nicht einmal durch die Kombination der zwei Gummiringe
zu einem und das Vergrößern ces Winkels, wie oben angegeben,
ist es möglich, die Ziele zu erreichen.
Die Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand wie in
Anspruch 1 definiert erreicht.
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Um all die gewünschen Ziele zu erreichen, besteht eine
Gummifüllung in einem Rad der oben angegebenen Art aus einem
Gummiring, der einen ringförmigen axialen Körper hat, welcher nicht
völlig den ihm in dem abgeteilten Bereich gebotenen Raum
ausfüllt, und, integral mit dem axialen Körper, an jeder Seite
davon einen dünnen Flansch bildet, welcher einen stumpfen
Winkel mit der Radachse bildet, vorzugsweise von 60º, und in dem
der Gummiring beim Einbau ein wenig vorgespannt wird.
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Die Gummiringflansche - die bei Betrieb einer Kombination aus
Scherung (zu einem größeren Grad) und Druck (zu einem
geringeren Grad) ausgesetzt sind - geben dem Rad eine Elastizität
von beispielsweise 0,5 - 1 mm oder mehr, aber auch eine
befriedigende Steifigkeit in der axialen Richtung. Wenn das Rad
höheren Lasten ausgesetzt wird, wird der ringförmige Körper
einem Druck ausgesetzt, der dem Rad eine progressive
Federcharakteristik verleiht. In dem konventionellen V-Rad sind
die Gummiringe im Grunde genommen nur in der Gegend des
Kontaktpunkts zwischen dem Rad und der Schiene aktiv, wohingegen
in dem gegenwärtigen Aufbau die Gummiflansche praktisch um
das ganze Rad herum bei der Rotation aktiv sind.
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In dem konventionellen V-Rad sind die Schraubenverbindungen,
die den Druckring mit dem Radmittelteil verbinden und die alle
Teile zusammenhalten, radial innerhalb der Gummiringe
angeordnet. Auch in dem gegenwärtigen Aufbau ist der Druckring mit
dem Radmittelteil durch eine Anzahl von Schraubverbindungen
verbunden, die gleichmäßig um das Rad herum verteilt sind,
aber hier erstreckt sich die Schraube jeder
Schraubenverbindung durch ein Loch in dem ringförmigen Körper des
Gummiringes, wodurch ein zweifaches Ziel erreicht wird: unerwünschte,
am Umfang verlaufende Bewegungen des Gummirings werden
verhindert, und eine sehr raumeffektive Gestaltung wird erhalten.
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Eine weitere Sicherheit gegen unerwünschte gegenseitige
Bewegungen zwischen Gummi und Metall (Gleiten und Kriechen)
auch in radialer Richtung wird gemäß der Erfindung dadurch
erhalten, daß die Oberflächen des Radmittelteils, des
Laufkranzes und/oder des Druckrings, die mit den Flanschen des
Gummiringes zusammenwirken, fit Ringnuten versehen sind.
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Ein weiteres Merkmal des Rades gemäß der Erfindung ist, daß
die im wesentlichen axiale Fläche des Radmittelteils, die mit
dem Ringkörper des Gummiringes in Berührung steht, leicht
abgeschrägt ist. Auf diese Weise wird eine gewisse Kompensation
für die axiale Kraft durch den Kontakt des Radflansches mit
der Schiene, auf welcher das Rad rollt, und auch eine Führung
für den Gummiring bei dem Einbau erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird genauer unter Bezugnahme der beigefügten
Zeichnung beschrieben, in welcher
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Figur 1 eine Seitenansicht eines Rades gemäß der Erfindung
ist;
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Figuren 2 und 3 Querschnittansichten (in einem größeren
Maßstab) durch dieses Rad entlang der Linien II-II und III-III
in Fig. 1 sind; und
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Figur 4 eine entsprechende Querschnittansicht durch einen
Gummiring vor dem Einbau ist.
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Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Ein Schienenfahrzeugrad gemäß der Erfindung besteht in erster
Linie aus einem Radmittelteil 1, einem mit Flansch versehenen
Laufkranz 2, einem Gummiring 3, und einem Druckring 4.
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Der Gummiring 3 hat einen im wesentlichen ringförmigen Körper
3', von welchem sich zwei dünne Flansche 3" gegen die
Radlauffläche erstrecken (wenn befestigt).
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Der Druckring 4, der einen Preßsitz bezogen auf das
Radmittelteil 1 hat, wird an dem Radmittelteil mittels
Schraubenverbindungen befestigt, vorzugsweise gleichmäßig um das Rad herum
verteilt, wie in Fig. 1 gezeigt. Jede Schraubenverbindung
besteht aus einem Bolzen oder einer Schraube 5, welche zuerst an
dem Radmittelteil 1 und einem Mutter 6 sicher befestigt wird.
Der Bolzen 5, der sich durch den ringförmigen Körper 3' des
Gummirings 3 erstreckt, ist verhältnismäßig schlank, und der
Eingriff zwischen der Mutter 6 und dem Druckring 4 erfolgt
über konische Flächen; diese Faktoren vergrößern die
Flexibilität und vermindern die Forderung an geringe Toleranzen.
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Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind ringförmige
Aussparungen in den Metallflächen des Radmittelteils 1, dem
Laufkranz 2 und dem Druckring 4 in Verbindung mit dem Gummiring
3 vorhanden, wohingegen die korrespondierenden Flächen des
Gummirings eben sind, wie in Fig. 4 gezeigt, welche den
Gummiring vor dem Einbau zeigt. Beim Einbau wird der Gummi in
diese Aussparungen gepreßt, wobei sich die Kontaktoberfläche
zwischen Gummi und Metall vergrößert, so daß gegenseitiges
Gleiten und Kriechen veringert wird.
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Es geht auch aus Fig. 4 hervor, daß der ringförmige Körper
3' des Gummirings 3 ringförmige Aussparungen haben kann, so
daß sogar nach der Kompression, eingetreten beim Einbau,
welche in dem Bereich von 10 - 20 % liegen kann, der Raum, der
in diesem Bereich von den Metallteilen zur Verfügung gestellt
wurde, nicht vollständig mit Gummi ausgefüllt ist. Ebenfalls
ist der Durchmesser der Bolzen 5 geringer als der Durchmesser
der korrespondierenden Löcher in dem Gummiring 3. Auf diese
Weise wird ein Druckanstieg in diesem Bereich verhindert.
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Gummi hat die Fähigkeit, zweifach bei hohen Kräften sowohl
unter Druck als auch unter Scherung standzuhalten. Beim
Auswählen des Winkels zwischen der Radachse und jedem Gummiflansch
3" bei 60º, führt die Geometrie automatisch zu maximalen
doppelt so hohen Kräften, wobei der ringförmige Körper 3' einen
Druck wie in den Flanschen 3" ausgesetzt ist, die einer
Scherung ausgesetzt sind.
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Durch die Geometrie des Gumnirings 3, der einen ziemlich
breiten ringförmigen Körper 3' aufweist, hat der Laufkranz 2 eine
große Querschnittsfläche innerhalb der Flansche 3", so daß
der Laufkranz - sogar nach kräftigem Verschleiß - eine große
Festigkeit und Steifigkeit mit erhöhter Sicherheit und eine
vorteilhafte Druckverteilung in dem Gummi, als Ergebnis hat.
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Der Einbau des Rades ist einfach: dem Gummiring 3 wird zuerst
an dem Laufkranz 2 befestigt, worauf der Zusammenbau an dem
Radmittelteil 1 mit den vormontierten Bolzen 5, die sich durch
die Löcher in dem Gummiring 3 erstrecken, angeordnet wird,
und als letzter Schritt wird der Druckring 4 eingebaut und
befestigt (um gegen ein Widerlager in dem Radmittelteil 1 zu
drücken) mit den Muttern 6, so daß die gewünschte Vorspannung
in dem Gummi erreicht wird, und Gummimaterial in die
Aussparungen in den Metallteilen gedrückt wird. In dem gezeigten
Fall gibt es drei Aussparungen bzw. Nuten an der inneren
Seite jedes Gummiringflansches 3" und eine an der äußeren Seite;
diese Zahlen können variieren.
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Der Gummiring 3 ist vollständig symmetrisch vor dem Einbau,
wie aus Fig. 4 hervorgeht. Jedoch geht aus den Fig. 2 und 3
hervor, daß die im wesentlichen axiale Oberfläche des
Radmittelteils 1, die mit dem ringförmigen Körper 3' des Gummirings
3 in Kontakt steht, eine gewisse Neigung oder Verjüngung hat,
was den zweifachen Zweck, einer Vereinfachung der Montage
(durch Erreichen einer Führung) und das Vorsehen einer
gewissen seitlichen Kraftkompensalion für die seitliche Kraft, die
von der Kooperation zwischen dem Radflansch (auf dem Laufkranz
2) und der Schiene, auf welcher das Rad läuft, ausgeht.
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Durch die Tatsache, daß die Bolzen 5 sich durch den Gummiring
3 erstrecken, wird der letztere effektiv von ungewünschten
Rotationsbewegungen abgehalten, während zur gleichen Zeit
eine sehr raumeffektive Gestaltung erzielt wird. Eine sogar
verbesserte Sicherheit gegen Drehbewegungen kann erreicht werden,
indem man zuerst den Gummiring 3 an dem Laufkranz 2 festmacht.
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Bei einer konventionellen V-Rad-Gestaltung, bei der zwei
Gummiringe zwischen einem Radmittelteil und einem Laufkranz in
einer V-Konfiguration angeordnet sind, und bei der der Winkel,
den jeder Ring mit der Radachse bildet, viel kleiner ist als
in der gegenwärtigen Gestaltung, sagen wir 30º oder weniger,
wird der Gummi hauptsächlich Druck ausgesetzt, was dem Rad nur
eine geringe Elastizität in der radialen Richtung und eine
größere und unerwünschte Elastizität in der axialen Richtung
gibt, in der der Gummi mehr einer Scherung ausgesetzt ist.
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In der gegenwärtigen Gestaltung ist nur der Gummi in den
Gummiringflanschen 3" bei normalem Betrieb des Rades aktiv, und
füllt wie der ringförmige Körper 3' nicht vollständig den Raum
der ihm geboten wird. Aufgrund der Tatsache, daß der Gummi in
den Flanschen 3" hauptsächlich bei Scherung arbeitet, wo das
Material mehr elastisch ist, wird eine größere Elastizität in
der radialen Richtung erhalten als in der konventionellen
Gestaltung und eine größere Steifigkeit in der axialen Richtung.
Nur wenn das Rad großen Lasten ausgesetzt wird, beginnt der
Gummiringkörper 3' aktiver unter Druck zu wirken und er gibt
dem Rad eine progressive Federcharakteristik.
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Bei der konventionellen V-Rad-Gestaltung werden die
Gummiringe nur in der Nähe des Kontaktpunktes zwischen dem Rad und der
Schiene zusammengepreßt und befinden sich praktisch während
dem Rest jeder Umdrehung in Ruhestellung, währenddessen bei
der gegenwärtigen Gestaltung die Scherkräfte (in
verschiedenen Richtungen) praktisch an den gesamten Gummiflanschen 3"
angreifen, was zu einer größeren Verteilung der Belastungen
und Beanspruchungen führt.
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In der gezeigten und beschriebenen Gestaltung sind die
Gummiflanschen 3" gegen den Laufkranz 2 gerichtet; der Gummiring
kann auch mit den Flanschen gegen das Radmittelteil gerichtet
angeordnet werden.