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Nachgiebiges Schienenrad Die Erfindung betrifft ein nachgiebiges Schienenrad,
dessen nachgiebige, z. B. aus Gummi bestehende Körper ringförmig endlos oder in
Ringstücken unterteilt sind und ohne Armierung oder auf Metallteile festvulkanisiert
zwischen Radreifen und Radnabe lose eingelegt oder mit .den Halteteilen verschraubt
werden und deren Halteteile zur sicheren Tangentialkraftübertragung mit Rippen,
Stegen od. dgl. versehen sein können.
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Es sind nachgiebige Schienenräder dieser Art bekannt, bei welchen
die angestrebte axiale nachgiebige Relativbeweglichkeit zwischen Radreifen und Radnahe
von denselben nachgiebigen Körpern aufzunehmen ist, welche die radiale Nachgiebigkeit
zu bewirken haben. ,1n diesen bekannten Rädern ergibt sich für die Radreifen in
beiden axialen Richtungen eine labile Mittelstellung.
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Es sind weiterhin nachgiebige Schienenräder bekannt, bei denen die
axialen und radialen Kräfte getrennt aufnehmende nachgiebige Körper angeordnet sind,
die durch ihre Vorspannung die Radreifen in der axialen Mittellage halten. Die Einlagen,
die die radialen Kräfte aufnehmen, liegen dabei an entgegengesetzt geneigten Flanschflächen
an, die an je einem der mit der Nahe fest verbundenen Flansche vorgesehen sind.
Auch bei diesen Rädern ergibt sich trotz der Vorspannung infolge des Kräfteausgleiches
beider seitlichen nachgiebigen Körper für die Radreifen eine labile axiale Mittelstellung.
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Wird mit einem nachgiebigen Schienenrad der beiden vorstehenden Arten
eine Weiche oder Kurve durchfahren, so wird an dem Rad auf der Außenkurve der untere
Teil des Radreifens nach der Wagenmitte zu und der obere Teil des Radreifens nach
außen gedrängt, wodurch der Radreifen im Ausmaß der Nachgiebigkeit der nachgiebigen
Körper eine schwach schräge Lage einnimmt. Erst wenn der axiale Widerstand in dem
nachgiebigen Körper groß genug geworden ist, ändert die große Masse des Wagenkörpers
ihre Richtung und
schwingt den Wagenkörper infolge der durch die
große Pressung des nachgiebigen Körpers aufgespeicherten Energie über die labile
Mittelstellung nach der anderen Seite, bis die Masse des Wagenkörpers auf dieser
Seite eine genügende Gegenkraft findet. Dieser Vorgang ist daher mit einem Wechsel
der schwach schrägen Lagedes Radreifens nach der anderen Seite verbunden und kann
sich mehrmals wiederholen. Das hierdurch verursachte seitliche Hinundherschwanken
des Wagenkörpers wird insbesondere bei Personenwagen als unangenehm empfunden. Auch
andere Kräfte, z. B. wechselnd starker Winddruck gegen den Wagen, können an diesen
Rädern eine Schrägstellung der Radreifen sowie Spuränderungen verursachen. Besonders
nachteilig ist hierbei die durch die schräge Lage des Radreifens sich ergebende
örtliche Überlastung der nachgiebigen Zwischenlagen, welche auf längeren Fahrstrecken
eine unzulässig hohe Erwärmung zur Folge hat. Die Erfindung geht bei der Beseitigung
dieser Nachteile von dem Gedanken aus, daß. das Gewicht des Wagens dazu benutzt
werden sollte, um den Radreifen in nur einer axialen Kraftrichtung unter Zwischenschaltung
der nachgiebigen Einlagen unterhalb und oberhalb der Achse gegen den starr mit ihr
verbundenen Näbenflansch zu drücken, so daß der Radreifen sich nicht mehr schräg
stellen und, da die labile Mittelstellung zwischen den nachgiebigen Körpern nicht
mehr vorhanden ist, die Masse des Wagenkörpers nicht hin und her schwingen kann.
Die Lösung nach der Erfindung besteht darin, daß die entgegengesetzt geneigten Flanschflächen,
gegen die sich die die radialen Kräfte aufnehmenden Zwischenlagen anlegen, auf einem
auf der einen Seite des Rades ibefindlichen Flansch vorgesehen sind, während die
Anlagefläche für die die axialen Kräfte aufnehmende Zwischenlage auf einem auf der
anderen Radseite befindlichen Flansch :2ngebracht ist, so daß das Wagengewicht den
Radreifen auf seinem ganzen Umfang mit konstanter Kraft und konstanter Kraftrichtung
gegen den mit der Radnabe verbundenen Flansch drückt. Hierdurch wird nicht nur das
unangenehme seitliche Hinundherschwanken in der Weichen- und Kurvenfahrt vermieden,
sondern auch eine allgemeine höhere Betriebssicherheit und längere Lebensdauer der
Gummiteile erreicht. .Der Aufbau der Räder nach der Erfindung ist sehr einfach und
bietet insbesondere dem Einbringen der nachgiebigen Mittel keinerlei Schwierigkeiten.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Zeichnung und der nachfolgenden
Beschreibung hervor. Hierin ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
Es zeigt Abb. i einen Axialschnitt durch das nachgiebige Schienenrad mit konischen
nachgiebigen Ringen, Abb. 2 eine Abwicklung des Schnitts A-B, Abb.3 und 5 je einen
Teilschnitt der flachen nachgiebigen Ringe in anderen Ausführungsformen, Abb.4 eine
schematische Darstellung des Vorganges, durch welchen der Radreifen unterhalb und
oberhalb der Achse bei Anwendung der konischen , nachgiebigen Ringe durch das Wagengewicht
gegen den Nabenflansch gedrückt wird, Abb.6 einen Schnitt durch das nachgiebige
Schienenrad mit quadratischen nachgiebigen Ringen, Abb. 7 einen Teilschnitt der
oberen Hälfte des nachgiebigen Schienenrades nach Abb. 6 unter Einwirkung des Wagengewichtes,
Abb. 8 einen Teilschnitt der unteren Hälfte des nachgiebigen Schienenrades nach
Abb. 6 unter Einwirkung des Wagengewichtes, Abb.9 einen Schnitt des quadratischen
nachgiebigen Ringes im unbelasteten Zustand und in seiner Übergangsstellung vom
unteren zum oberen Radteil.
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Mit .der Achse i ist in bekannter Weise die Nabe 2 verbunden. In dem
Ausführungsbeispiel ist die Nabe 2 mit dem Nabenflansch 2a aus einem Stück hergestellt.
3 ist der Radreifen, welcher in der üblichen Weise starr mit dem Radnabeninnenflansch
4 verbunden ist. Der Gegenflansch 5 ist über einen Zwischenring 6 mit der Nabe 2
durch Schrauben 7 oder in einer anderen geeigneten Weise fest verbunden.
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Zwischen dem Narbenflansch 2a und dem Radreifeninnenflan@sch 4 ist
ein flacher oder schwach tellerförmiger nachgiebiger Ring 8 angeordnet. Die Halteflächen
für den Ring 8 können an den Innen-und Außenrändern zur Sicherung der Schubbeanspruchung
bordartig gestaltet sein. Zum gleichen Zweck können, wie Abb. 3 zeigt, die Flachseiten
im Querschnitt kammartig sein. Der nachgiebige Ring 8 kann auch, wie Abb. 5 zeigt,
auf Metallteile aufvulkanisiert sein, dessen Metallteile in einer geeigneten Weise
zwecks Übertragung des Brems-oder Antriebsdrehmomentes zelten Verdrehunz abgesichert
sind. Der Gegenflansch 5 ist im Axialschnitt keilartig ausgebildet, desgleichen
die Gegenflächen des Radreifeninnenflansdhes 4. Die Winkelgröße und Winkellage wird
durch den Weichheitsgrad des zwischen diesen konischen Flächen eingelegten äußeren
konischen nachgiebigen Ringes 9 und des inneren konischen nachgiebigen Ringes io
oder der quadratischen nachgiebigen Ringe 9a und ioa (Abb. 6) bestimmt. Zur sicheren
Lagebestimmung können die nachgiebigen Ringe 9 und io und ihre Gegenflächen in geeigneter
Weise geformt sein. Die kegelstumpfförmigen nachgiebigen Ringe 9 und io können auch
auf Metallteile aufvulkanisiert sein und in geeigneter Weise eingelegt werden. Alle
nachgiebigen Ringe können aus Kautschuk, dem durch Warenzeichen geschützten Buna,
Vulcolan oder anderen geeigneten nachgiebigen Stoffen bestehen. Die Ringe können
auch in Ringstücke (Sektoren) unterteilt sein und deren Halteteile mit entsprechenden
Drehmomentmitnehmern versehen werden.
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Um .die nachgiebigen Stoffe vor unzulässiger Erwärmung, durch welche
bekanntlich ihre Lebensdauer wesentlich verkürzt wird, zu sichern, sind erfindungsgemäß
nachstehende Einrichtungen vorgesehen. In der keilförmigen Außenwand des Gegenflansches
5 sind Rippen i i (Abb. 2) od. dgl. vorgesehen, in deren Ecken mehrere nach der
Mittelkammer
führende Öffnungen 12 eingebracht sind, durch welche
der während der Fahrt hinter den Rippen i r entstehende Luftsog die warme Luft aus
der Mittelkammer heraussaugt und der vor den Rippen i i entstehende Luftstau kühle
Luft in die Mittelkammer hineindrückt.
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Der Nal)enflallscli 2" ist in der Gegend des an der Nabe verbleibenden
Freiraumes mit mehreren Löchern 13 versehen. Ebenfalls sind in dem Gegenflansch
s mehrere Löcher 1q in der Nähe der Nabe 2 gebohrt. Der während der Fahrt unter
dem Wagen sich bildende Sog saugt durch die Löcher 13 die warme Innenluft heraus,
so daß durch die Löcher 14 kühle Luft eingesaugt wird. Durch letztere Einrichtung
wird die Wärme der der Radnahe 2 zugeneigten Gummiteile 8, io, toa und deren metallischen
Gegenflächen abgeführt.
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Der lZadreifeninnenflansch .I ist an seiner Beriiliruiigsstelle finit
dein Radreifen 3 mit einer Aussparung 15 versehen, wodurch die metallische I3ei-ührung
zwischen dem Radreifen 3 und dem Radreifen innen.flansch 4 verringert wird, so daß
in einer Zeiteinheit im Ausmaß der verringerten Fläche weniger Bremswärme in den
Radreifeninnenflansch überfließt. Die Aussparung 15 kann mit einem schlechten Wärmeleiter,
z. B. Asbest, ausgefüllt werden, um die Strahlungswärme des Radreifens 3 von dem
Radreifeninnenflansch d fernzuhalten.
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In Abb. i ist das nachgiebige Schienenrad mit den nachgiebigen Kegelstumpfringen
9 und io im vorgespannten Zustand der Ringe dargestellt, deren Vorspaimungsgröße
durch den Zwischenring 6 bestimmt wird. Nicht dargestellt ist der Einfluß des Wagengewichtes
auf die nachgiebigen Ringe 8, 9 und io.
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Wirkt <las `Wagengewicht auf die Achse i, so sinkt diese nebst
Nabe 2 mit Narbenflansch 2a und Gegenflansch 5 so weit nach unten, bis der Schubwiderstand
des flachen nachgiebigen Ringes 8 und der Schub- und Druckwiderstand der nachgiebigen
Kegelstumpfringe 9 und io dem Wagengewicht das Gleichgewicht halten. Hierbei wird
der flache Ring 8 parallel zu seiner gesamten Breitseite schubbelastet und der äußere
Ring 9 nur auf ungefähr ein Drittel seines unter der Achse liegenden Umfanges parallel
zu seiner Breitseite schub- und senkrecht zu seiner Breitseite druckbelastet. Die
durch diese Belastungsart des Kegelstumpfringes 9 entstehende, nur in Richtung des
flachen Ringes 8 wirkende axiale Kraft drückt den Radreifeninnenflansch q mit Radreifen
3 über den nachgiebigen Ring 8 unterhalb der Ac'lise gegen den starr mit dieser
verbundenen Nabenflansch 2a. Der innere nachgiebige Kegelstumpfring io dagegen wird
auf ungefähr ein Drittel seines Umfanges nur oberhalb -der Achse in gleicher Weise
schul- und druckbelastet und drückt aus gleicher Ursache und Wirkung den Radreifen
3 ebenfalls nur in einer Kraftrichtung gegen die obere 1 lälfte des N abenflansches
2a. Somit wird der lZadreifeli 3 v0111 Wagengewicht auf seinem ganzen Umfang finit
konstanter Kraft und in konstanter Kraftrichtung gegen den starr mit der Achse verbundenen
Nabenflansch gedrückt. Diesen Vorgang veranschaulicht Abh.4 schematisch in vereinfachter
Darstellung. Gleichzeitig wird durch diese Kraftumlenkung erreicht, daß sich der
flache Ring 8 unter seiner Schubbelastung nicht wölben kann.
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In Abb. 6 ist das gummigefederte Schienenrad mit quadratischen oder
annähernd quadratischen nachgiebigen Ringen 9a und ioa ebentalls nur vorgespannt
dargestellt. Auch hier wird die Vorspannungsgröße durch den Zwischenring 6 bestimmt.
Der Einfluß des Wagengewichtes auf die nachgiebigen Ringe 8, 9a und ioa ist für
die untere Hälfte des Rades in Abb. 8 und für die obere Hälfte in Abb.7 dargestellt.
Ahb.9 zeigt den Ring 911 und ioa in der unbelasteten Form. Dieselbe Form behalten
die Ringe zwischen den unteren und oberen Belastungssektoren. Im Gegensatz zu der
Belastungsweise der Kegelstumpf ringe 9 und io in Abb. i werden beide quadratischen
Ringe 9a und roa (Abb.7 und 8) sowohl unterhalb als auch oberhalb der Achse i durch
das Wagengewicht schub- und druckbelastet. Das normale Kräftespiel in diesen Ringen
ist dasselbe wie das für die Ausführung nach Abb. i beschriebene und ist in den
Abb. 7 und 8 durch starke Kraftlinien gekennzeichnet.
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Wie besonders aus Ab.b.9 zu sehen ist, sind die quadratischen oder
annähernd quadratischen nachgiebigen Ringe 9a und ioa erfindungsgemäß an den Seiten
in Richtung nach der lotrechten Diagonale abgerundet. Durch diese Maßnahme ergibt
sich ein Spannungsabfall bei der Druckbelastung durch das Wagengewicht in den unter
Druck stehenden Abrundungen, was zur Folge hat, daß sich die Resultierende mehr
der axialen Richtung nähert, wodurch die axiale Komponente wesentlich erhöht und
die Aaspressung des Radreifens 3 an den starr mit der Achse i verbundenen Nabenflansch
2° noch größer wird. Die letztgenannte Resultierende ist in den Abb.7 und 8 durch
Strich-Punkt-Linien dargestellt. Einen weiteren wesentlichen Einfluß üben die Abrundungen
der quadratischen nachgiebigen Ringe 9° und ioa gemäß Abb. 9 auf die Wärmeabfuhr
dieser Ringe aus. Wie aus den Abb. 7 und 8 ersichtlich ist, wird bei einer Umdrehung
des Rades jede der vier Querschnittseiten der Ringe 9a und ioa einmal druckbelastet
und hierdurch voll an der Druckfläche zum Anliegen gebracht und einmal fast bis
zur horizontalen Ecke in weit gewölbter Form abgehoben. In dem hierdurch gebildeten
keilförmigen Freiraum entsteht ein Vakuum, in welches die durch die Löcher 12 und
die über den unteren und oberen Rand des Gegenflansches 5 einströmende Frischluft
intensiv eindringt und somit jede Seite des nachgiebigen Körpers und deren metallische
Gegenflächen bei jeder Umdrehung des Rades einmal mit kü'bler Luft bestreicht.
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Die durch die Schienentrennfugen verursachten und auf den Radreifen
wirkenden Stoßkräfte wirken nur als zusätzliche Belastung und erzeugen das gleiche
Kräftespiel wie das Wagengewicht. Der in der \\,'eichen- und Kurvenfahrt entstehende
axiale Druck auf den Radreifenspurkranz drückt, falls er den Einfluß des Wagengewichtes
übersteigt,
unterhalt> der Achse i den Radreifeninnenflansch d gegen
.den flachen nachgiebigen Ring 8, wodurch der äußere nachgiebige Kegelstumpfring
9 unterhaft) der Achse etwas entlastet wird, so daß der hierdurch frei werdende
Wagengewichtsanteil von (lern inneren Kegelstumpfring io oberhalb der Achse i übernommen
wird und hierdurch ebenfalls zusätzlich den Radreifen 3 gegen den Nabenflansch 2a
drückt. Das gleiche geschieht bei An Wendung der quadratischen Ringe 9a und ioa.
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Es sind noch andereAusführungsformen möglich. So können beispielsweise,
insbesondere bei Rädern mit größerem Außendurchmesser, mehrere flache oder schwach
tellerförmige nachgiebige Ringe 8 und auch meihr als zwei nachgiebige Kegelstumpfringe
9, io bzw. im Querschnitt quadratische Ringe 9a, ioa angewandt werden. Die Ausführungsform
mit den nachgiebigen, im Querschnitt quadratischen Ringen nach Abb. 6 kann auch
z. B. bei kleineren Rädern mit nur einem quadratischen Ring 911 ausgeführt werden.
Die Winkellage dieser Ringe kann mit Bezug auf den oder die 'flachen nachgiebigen
Ringe 8 vertauscht wenden. Letzterer kann auch gegen einen aufgeschraubten Flansch
5 gelegt werden. Durch alle diese Änderungen wird das Wesen der Erfindung nicht
berührt.