<Desc/Clms Page number 1>
Radsatz.
Den Gegenstand vorliegender Anmeldung bildet eine Erfindung für Räder, die auf biegungbeanspruchte Achsen aufgeschrumpft oder aufgepresst sind. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Radsätze von Gleisfahrzeugen und erzielt hiebei eine weit sicherere Verbindung zwischen Achse und Sternnabe sowie Radreifen und Stern als bisher. Ausserdem wird die Bruehsieherheit der Achse erhöht und das Radsatzgewicht bedeutend vermindert.
Die Ausbildung der Erfindung für Radsätze von Gleisfahrzeugen ist auf den Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die obere Hälfte eines Rades nach einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ist ein horizontaler Querschnitt nach der Linie 1 -1 der Fig. 1, Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die obere Hälfte eines Rades nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 und 5 sind Querschnitte durch den Radkranz nebst oberem Teil des Radsternes einer dritten Ausführungsform, u. zw. in Fig. 4 vor und in Fig. 5 nach dem Aufschrumpfen.
Fig. 6 bis 8 zeigen schematisch in Querschnitten abgeänderte Ausführungsformen der Fig. 4 und 5, Fig. 9 und 10 sind Querschnitte durch Radkranz und benachbarten Sternkranzteil, welche andere Ausführungsformen des gemäss Fig. 3 zwischen Radreifen und Sternkranz vorgesehenen federnden Ringes veranschaulichen, und Fig. 11 ist ein Schnitt durch den Sternkranz parallel zur Sternscheibe und bringt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform des Sternkranzes zur Darstellung.
Bei den bisherigen Radsätzen hat sich gezeigt, dass der Bruch der Achswelle nicht in demjenigen Querschnitt erfolgt, der rechnerisch am höchsten beansprucht ist, sondern in dem etwa bei x-x in Fig. 1 bezeichneten Querschnitt beim Eintritt der Welle a in die Nabe b. Der Grund für diese Tatsache liegt daran, dass die bisherigen Naben überall unverhältnismässig dick ausgeführt sind und daher in ihrer ganzen Länge mit hohen Pressungen auf die Achse aufgezogen werden. Infolgedessen entstehen hohe Querkontraktionsbeanspruchungen, welche sich zu den Hauptspannungen addieren und so zum Bruch führen können. Hiebei ist zu beachten, dass die Hauptspannungen der Achswelle im Querschnitt y-y bedeutend geringer sind als im Querschnitt x-x, so dass Querkontraktionsbeanspruchungen im Querschnitt y-y keine Gefahr bedingen, wohl aber im Querschnitt x-x.
Ein Merkmal der Erfindung besteht nun darin, dass die Nabe b sich vom Querschnitt y-y zum Querschnitt x-x verjüngt, wodurch beim Aufziehen der Nabe auf die Achse in ersterem Querschnitt y-y, d. i. an der weniger oder nicht gefährdeten Stelle hohe, dagegen im gefährdeten Querschnitt x-x nur
EMI1.1
teil besteht in einer beträchtlichen Gewichtsersparnis, welche durch Verwendung hohler Achsen, wie in Fig. 3 angedeutet, noch bedeutend gesteigert werden kann. Die Hohlachse selbst wird aber erst durch die Verwendung einer verjüngten Nabe gemäss der Erfindung ermöglicht, da anderenfalls zu hohe Beanspruchungen infolge Flächenpressungen und Tangentialkräften im gefährdeten Querschnitt, d. h. etwa bei x-x, auftreten.
Die Hohlachse ermöglicht eine ausserordentliche Verminderung des Gewichts, so dass die verjüngte Nabe nicht nur bei Vollachsen, sondern ganz besonders bei Hohlaehsen grosse Vorteile bringt.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 kommt eine sehr dünne Nabe b mit eingelegtem Pressring i zur Verwendung. Der Pressring i ist aus hochwertigem Stahl oder ähnlichem Material hergestellt. Er kann entweder mit der Nabe fest verbunden oder lose eingelegt werden und übernimmt die Sicherung gegen
<Desc/Clms Page number 2>
axiales Verschieben des Rades auf der Achswelle, während die dünne Nabe b nur so fest aufgepresst wird, als es eventuelle Torsionsmomente zwischen Achse und Radstern bzw. Radscheibe oder andere Erfordernisse verlangen.
Die Ausbildung der Nabe kommt auch für andere Anwendungsfälle in Betracht, wo auf eine biegungsbeanspruchte Achse ein Rad aufgeschrumpft oder aufgepresst wird. Als ein solcher Fall sei beispielsweise die Befestigung der Antriebszahnräder auf den Achsen von Strassenbahnwagen durch Schrumpfung angeführt.
Von gleich hoher Bedeutung ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, welches in einer radialen Federung der Radscheibe besteht, für den dauernd festen Sitz zwischen Radreifen rund Scheiben- oder Sternkranz e. Bekanntlich werden die Radreifen warm auf den Radstern oder die Radscheibe aufgezogen.
Hat nun der Stern oder die Scheibe nur eine geringe radiale Federung, so deformiert er sich beim Aufschrumpfen des Radreifens unelastisch, und wenn sich dann im Betriebe durch Erwärmen des Radreifens
EMI2.1
vornehmlich auf Druck beansprucht werden, so hindern sie zum grossen Teil die notwendige tangentiale und radiale Federung des Sternkranzes.
Demgegenüber sieht die Erfindung einen Radstern oder eine Radscheibe vor, bei welcher die tangentiale und radiale Federung des als Ringfeder wirkenden Sternkranzes nicht behindert wird, indem die damit verbundenen Speichen radial biegungssteif aber nicht drucksteif ausgeführt werden. Hiedurch federn die Speichen oder die Scheiben infolge Biegung und behindern nicht die notwendige Sternkranzfederung.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit scheibenförmigem Rad sind die Nabe b, die Scheibe P und der Scheibenkranz c aus einem Stück gepresst. Würde nun die Scheibe e als reiner Rotationskörper gepresst sein, so würde sie der radialen Zusammendrückung infolge des Aufsehrumpfens des Reifens bzw. der Nabendehnung beim Aufziehen nur wenig elastisch folgen können, da sie beim Zusammendrücken selbst als Ring von grosser radialer Breite wirkt. Um diese Wirkung zu vermeiden, sind zweckmässig in die Scheibe e wellenförmige Ausbuchtungen t, g eingepresst, vgl. auch Fig. 2, welche den tangentialen Faserlauf derart stören, dass tangentiale Spannungen nur in Kranz und Nabe, nicht aber in der Scheibe selbst auftreten können.
Gleichzeitig werden biegungssteife Querschnitte zur Aufnahme der radialen Druckkräfte geschaffen. Statt der Einpressungen können auch Einschnitte vorgesehen werden oder andere Mittel, durch welche bewirkt wird, dass der Radstern durch radiale Kräfte vornehmlich biegend beansprucht wird und so die Ringfederwirkung des Sternkranzes c nicht stört.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besitzt das Rad gegossene oder geschmiedete Speiehen e', die bei Belastung des Sternes auf Biegung beansprucht werden. Der Sternkranz c bzw. die Nabe b werden auch hiebei in ihrer tangentialen Arbeitsfähigkeit nicht behindert. Auch hier kann. entsprechend dem Pressring i, für den Sternkranz ein besonderer Pressring h aus hochwertigem Stahl oder ähnlichem Material vorgesehen werden.
Zweckmässig ist auch die Verwendung hochwertiger Materialien, wie beispielsweise Nickelstahl.
Chromsiliziumstahl oder anderem Stahl von etwa 60 7cg/mm2 Festigkeit für den Radstern, weil hiedurch die Federungsmöglichkeiten noch wesentlich gesteigert werden.
Um bei einfacher Ausbildung eine zuverlässige Verbindung zwischen Radreifen und Radstern zu gewährleisten, ist gemäss der Ausführungsform von Fig. 4 und 5 der Kranz c des Radsterns e mit einem ringförmigen Kragen k versehen, der angepresst, angeschweisst oder sonstwie an dem Sternkranz c an-
EMI2.2
entspricht eine Aussparung l im Radreifen 1'. Bezeichnet D den Durchmesser des erhitzten Radreifens und f die radiale Federung des Kragens 7e innerhalb der Elastizitätsgrenze, so kann der äussere Durchmesser des Kragens gleich sein D + 2 f. Wird nun nach erfolgter Erhitzung des Radreifens der kalte Radstern e in den Reifen r eingepresst, so wird der Sternkranz um die Durchmesserdehnung 2/radial zusammengepresst.
Sobald der Kragen i'c an der Ausnehmung l angelangt ist, federt er gemäss Fig. a nach
EMI2.3
konisch ausgebildet. Schrumpft dann der Radreifen r zusammen, so wandert der Kranz k radial in die Aussparung 1, so dass sich eine wirksame Sicherung gegen Abgleiten ergibt.
Der Kragen 7c kann auch durch eine entsprechende Ausbildung des Radsternkranzes c selbst ersetzt werden, wie in Fig. 6 dargestellt ist, wo an die Stelle des Kragens k der Fig. 4 und 5 die radiale Aufbiegung c' des Sternkranzes tritt, welche sich nach erfolgter Aufschrumpfung in eine entsprechende Aussparung d" des Radreifens r legt.
Bei Fig. 7 und 8 ist der Kragen axial versetzt angeordnet. In Fig. 7 wird er durch eine ringförmige, durch Einpressung od. dgl. erhaltene rippenartige Erhöhung e"des Sternkranzes c erzielt und in Fig. 8 durch einen in eine Nut des Sternkranzes eingesetzten Ring 7c'.
Es könnte auch der Ring 7c'statt im Sternkranz in einer Aussparung des Radreifens angebracht werden. Überhaupt können die Ausführungs-
<Desc/Clms Page number 3>
formen auch umgekehrt ausgeführt werden, nämlich die kragen-oder federartigen Ringwulste an dem
Radreifen r und die entsprechenden ringnutenförmigen Vertiefungen an dem Sternkranz c. Gegebenen- falls können statt ringförmiger Nut und entsprechender Keilfeder auch anders gestaltete Eingriffs- elemente von Radreifen und Sternkranz verwendet werden. Beispielsweise könnte man bei Verwendung von Nut und Feder diese statt ringförmig durchlaufend auch segmentförmig ausbilden und anordnen.
Wenn diese Befestigungsart auch in erster Linie für den gemäss Fig. 1 ausgebildeten Radsatz geeignet und bestimmt ist, bei welchem die neuartige Ausbildung des Radsternes nicht die bisher übliche Befesti- gung mittels Sprengring oder Schraubenverbindung gestattet, so ist die vorliegende Befestigungsart auch für die bisher üblichen Radsätze geeignet, für welche sie ebenfalls mit Erfolg angewendet werden kann und unter Schutz gestellt wird.
Der gemäss Fig. 3 zwischen Radreifen und Sternkranz anzuordnende federnde Ring h kann in den verschiedensten Formen hergestellt und gegebenenfalls so stark federnd bzw. kräftig ausgebildet werden, dass er durch den Reibungsschluss nicht nur die tangentiale Relativbewegung zwischen Radreifen und Radstern verhindert, sondern auch radial federnd wirkt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 besitzt dieser Ring h'einen solchen Querschnitt, dass er sich radial federnd an der einen Seite eindrücken und an der anderen Seite ausdehnen lässt. Er ist in seinem Aussendurchmesser grösser als die Ausdehnung m des Radstreifens r und an der anderen Seite in seinem Innendurchmesser kleiner als der Aussendurchmesser des Sternkranzes c, so dass er zwischen Radreifen und Radstern eingepresst an beiden federnd anliegt. Hiebei kann zwecks Federung im Betriebe ein radialer
Spielraum zwischen Radreifen und Radstern vorgesehen werden. Ein solcher Spielraum kann aber auch entfallen, wenn nur Reibungsschluss beabsichtigt ist. Gemäss Fig. 10 können auch mehrere ringförmige Federn h"zugleich Anwendung finden.
Zur Unterstützung der tangentialen Federung des Sternkranzes c kann dieser gemäss Fig. 11 mit Eindrückungen n versehen werden, welche biegend federnd wirken und so die Federung des Sternkranzes vergrössern. Diese Ausbildung kommt insbesondere bei kleineren Rädern in Frage, bei welchen keine grossen Kraftwirkungen, aber grössere Federungen pro Durchmessereinheit erforderlich werden.
Ein anderes Merkmal der Erfindung zur Erzielung eines dauernd festen Sitzes zwischen Radreifen und Radscheibe oder Radstern besteht darin, dass das während des Betriebes infolge verschiedener Erwärmung von Radreifen und Radscheibe verursachte Lockern der Radreifen durch Kompensationswirkung von Materialien verschiedener Wärmeausdehnung verhindert wird. Bei den bekannten Radsätzen besteht die Radscheibe bzw. der Radstern aus Eisen bzw. Stahl, welche praktisch den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben wie das Material des Radreifens. Tritt nun durch andauerndes Bremsen eine Erwärmung des Radreifens ein, so teilt sich dieselbe nur zum Teil der Radscheibe mit, wodurch sich letztere weniger erwärmt und daher auch weniger ausdehnt als der Radreifen. Die Folge davon ist das Losewerden der Radreifen.
Die Erfindung sieht nun eine Radscheibe bzw. einen Radstern oder aber ein zwischen Radscheibe und Radreifen liegendes Mittel, wie z. B. federnde Ringe, aus einem solchen Material vor, welches einen grösseren Ausdehnungskoeffizienten als Stahl oder Eisen besitzt. Solche Materialien sind z. B. Bronze, Messing, Aluminium, Elektron usw. Die geringere Erwärmung der Radseheibe findet hiebei einen Ausgleich in der grösseren Ausdehnungsfähigkeit des Radscheibenmaterials. Ausserdem bringt die Verwendung von Leichtmetall grosse Radialfederungen und eine bedeutende Gewichtsersparnis, welche gleichfalls als wesentliche Vorteile anzusprechen sind. Selbstverständlich darf bei Verwendung von Leichtmetallen die Aufschrumpftemperatur des Radreifens nicht zu hoch sein. Ausserdem dürfte es zweckmässig sein, die Radscheibe während des Aufziehens zu kühlen.
Gegebenenfalls lässt sich auch zum Schutze des Radscheibenmaterials beim Aufziehen zwischen Radscheibe und Radreifen eine dünne, den Wärmeübergang verzögernde Einlage legen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Radsatz mit auf dem einstückigen Radstern aufgepresstem Reifen und aufgepresster Nabe, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung eines sicheren Sitzes des Radreifens auf dem Sternkranz und der Radnabe auf der Radachse der Sternkranz (e) und die Radnabe (b) als Ringfeder wirken und miteinander durch Speichen oder Scheiben verbunden sind, welche derart gebogen und mit Einpressungen oder Einschnitten versehen oder anderweitig so ausgestaltet sind, dass sie durch radiale Kräfte vornehmlich biegend beansprucht werden und so die Ringfederwirkung von Sternkranz und Nabe nicht stören.