DD282896A5 - Laufflaechenprofil von laufrad und schiene - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ausbildung des Laufflaechenprofils von Laufrad und Schiene. Bei planmaeszig mittigem Lauf des Laufrades auf der Schiene verlaeuft die Beruehrungszone zwischen Laufrad und Schiene ueber die gesamte Schienenkopfbreite. Das Laufrad-Laufflaechenprofil ist bei einem Kruemmungsradius in Groesze des Zweieinhalb- bis Dreifachen der Schienenkopfbreite konkav gekruemmt. Weist das Laufrad Spurkraenze auf, betragen die UEbergangsradien zwischen den Spurkranzinnenflaechen und dem konkaven Kruemmungsradius ein Sechzehntel bis ein Zehntel der Schienenkopfbreite. Alle drei Radien bilden gemeinsam einen Korbbogen, dessen Breite 10 bis 25 Prozent groeszer als die Schienenkopfbreite ist. Die Laufflaeche ist konvex ausgefuehrt und dem Laufrad-Laufflaechenprofil angepaszt. Die Erfindung ist ueberall dort anwendbar, wo foerdertechnische Geraete auf Schienen fahren sollen. Fig. 2{Laufflaechenprofil; Laufrad; Schiene; Kran; Katze; foerdertechnische Geraete; Beruehrungszone; Schienenkopf; Kruemmungsradius; Korbbogen; Laufflaeche}

Description

Die Erfindung hat das Ziel, ein Laufflächenprofil von Laufrad und Schiene, insbesondere für Krane und Katzen zu schaffen, das zu einem möglichst großen Anwendungsbereich zu einer gleichmäßig guten Ausnutzung der Festigkeit in der Berührungszone von Rad und Schiene und infolgo dessen zur Reduzierung des spezifischen Materialeinsatzes und damit letztendlich auch zur Verringerung des Fertigungs3ufwandes führt. Durch den Einsatz dieses neuen Laufflächenprofils sollen auch bei intensiver Nutzung des Hebezeugs die Standzeit der Kran- und Katz-Laufräder und die Liegezeiten der Kran- und Katz-Schienen wesentlich verbessert und der erforderliche Reparaturaufwand für laufende Instandhaltung gesenkt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Laufflächenprofil von Laufrad und Schiene so auszubilden, daß an den Rändern der Laufflächen von Laufrad und Schiene sich ein stark zum ebenen Verformungszustand hin tendierender dreiachsiger Spannungszustand mit ähnlich günstiger Tragfähigkeit wie in der Mitte der Laufflächen von Laufrad und Schiene einstellt. Erfindungsgomäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der über die Schiene rollende Teil des Laufflächenprofils des Laufrades konkav so gekrümmt ist, daß an den Laufflächenrändern durch Reibungswiderstände pH μ möglichst große Schubspannungen τ in der gemeinsamen Berührungsfläche von Laufrad und Schiene entstehen, die auf den Laufflächenrand der Schiene stützend wirken. Dabei ist pH die Hertzsche Pressung und μ der Reibwert zwischen Rad und Schiene. Bei den für diese Reibpaarung in der Relation Stahl auf Stahl im trockenen Zustand geltenden Erwartungswerten μ in den Grenzen zwischen μ = 0,15 und μ » 0,2 ist an den Laufflächenrändern der Schiene die größtmögliche Schubspannung quer zur Schienenlängsrichtung, von außen zur Schienenmitte hin wirkend, erreicht, wenn der Krümmungsradius des Laufflächenprofils des Laufrades gleich dem Dreieinhalb- bzw. Zweieinhalbfachen der Schienenkopfbreite ist, und zwar das Dreieinhalbfache μ --- 0,15 und das Zweieinhalbfache für μ ~ 0,2. Infolge der von diesen Schubspannungen ausgehenden Stützwirkung erhöht sich mit der Tragfähigkeit die Nutzungsdauer der Schiene und des Laufrades. Diese seitliche Stützwirkung auf den Schienenkopfrand wird wesentlich erhöht, wenn das Laufrad seitliche Spurkränze hat, von denen einer in der Regel am Schienenkopf anliegt und der Übergang zwischen dem konkav gekrümmten Laufflächenprofil und den inneren Spurkranzflächen mit einem kleinen Krümmungsradius gleich einem Sechzehntel bis einem Zehntel der Schienenkopfbreite erfolgt. Das früher befürchtete Hochlaufen der Laufräder an den Spurkränzen findet nach experimenteller Erfahrung bei einem solchen kontinuierlichen Übergang ohne Hohlkehle, d.h., bei einem mit dem großen mittleren Krümmungsradius und den beiden kleineren äußeren Krümmungsradien korbbogenartig konkav geformten Laufflächenprofil des Laufrades nicht statt, wenn die inneren Spurkranzflächen, wie praxisüblich, im Profilschnitt gegenüber der Laufradmittelebene um 10" geneigt sind.

Die günstigste Wirkung mit derartigen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Laufrädern erreicht man, wenn auch das Laufflächenprofil der Schiene dem Laufflächenprofil des Laufrades angepaßt ist, indem, abweichend von den bisher gebräuchlichen Schienenkopfformen mit im mittleren Bereich geraden oder für Kran- und Katzlaufräder nicht optimal gekrümmtem Laufflächenprofil, die Schienenlauffläche über der Schienenkopfbreite korbbogenartig mit denselben Krümmungsradien konvex gekrümmt ausgebildet wird, wie sie oben für das erfindungsgemäß vorgeschlagene korbbogenartige jedoch konkav auszuführende Laufflächenprofil für Laufräder mit seitlichen Spurkränzen angegeben sind. Ist bei Verwendunp bisher gebräuchlichen Schienenquerschnitte das Sch ienenlaufflächenprofil nicht dem Laufflächenprofil der Laufräder angepaßt, so ergibt sich auch dann noch beim Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Laufräder eine nennenswerte Erhöhung der Tragfähigkeit bzw. Lebensdauer von Laufrad und Schiene, weil die gegenüber dem Laufrad weichere Schiene durch anfangs vermehrten Verschleiß an vorübergehend örtlich überbeanspruchten Schienenkopfpartien, ggf. auch durch gewisse plastische Verformung an den Schienenkopfrändern, sich relativ schnell dem optimalen Laufflächenprofil der Laufräder anpaßt.

Ausführungsbeispiel

Di» Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: das Laufflächenprofil eines Laufrades ohne seitliche Spurkränze mit einem Schienenkopf, Fig. 2: das Laufflächenprofil eines Laufrades mit seitlichen Spurkränzen mit einem Schienenkopf, Fig.3: extreme Seitenstellung des Laufrades nach Fig.2 zum Schienenkopf.

Nach Fig. 1 ist ein Laufrad ohne seitliche Spurkränze 1 mit dem konkav gekrümmten Laufrad-Laufflächenprofil 2 dargestellt. Der Krümmungsradius R des Laufrad-Laufflächenprofils 2 beträgt das C oifache der Breite b des Schienenkopfes 3. Mit diesem Krümmungsradius R ist auch das passend zum erfindungsgemäßen Laufrad ohne seitliche Spurkränze 1 versehene korbbogenartig konvexe Laufflächenprofil des Schienenkopfes 3 ausgebildet, dessen kleinere seitliche Krümmungsradien r, die den Übergang vom Krümmungsradius R zu den beidseitigen senkrechten Begrenzungen des Schienenkopfes 3 bilden, größenmäßig gleich einem Vierzehntel der Breite b des Schienenkopfes 3 entsprechen. Der Krümmungsradius R des Laufrad-Laufflächenprofils 2 erstreckt sich über einen Bereich, der etwa das 1,2fache der Breite b des Schienenkopfes 3 beträgt.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 mit einem Laufrad mit seitlichen Spurkränzen 4 wurde das erfindungsgemäß korbbogenartig konkav geformte Laufrad-Laufflächenprofil 5 mit einem Krümmungsradius R wiederum vom Dreifachen der Breite b des Schienenkopfes 3 vorgesehen. Der Abstand der im Profilschnitt gegenüber der Laufradmittelebene um 10° geneigten inneren Spurkranzflächen 6 als Basis des Laufrad-Laufflächenprofils 2 wurde gleich dem l,2fachender Breite b des Schienenkopfes 3 gewählt.

Der Übergang vom Krümmungsradius R des Laufrad-Laufflächenprofils 2 zu den Spurkranzinnonflächen 6 wird von den Radien r gebildet. Das Schienen-Laufflachenprofil ist das gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel. In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand des mittigen Laufes des Laufrades mit seitlichen Spurkränzen 4 über dem Schienenkopf 3 erfolgt die die Festigkeit der Schienenlaufflächenränder günstig beeinflussende seitliche Stützung ausschließlich über Reibung quer zur Schienenlauflängsrichtung zwischen dem seitlich nach außen abgleiten wollenden Schienen-Laufflächenrand und der Lauffläche des festen Laufradkörpers.

Nach Fig.3 ist das Zusammenwirken des Laufrad-Laufflächenprofils 5 mit dem Laufflächenprofil des Schienenkopfes 3 in der Situation dargestellt, wenn das Laufrad mit seitlichen Spurkränzen 4 infolge Schräglauf mit seinem Spurkranz an der linken Seite des Schienenkopfes 3 anliegt. Hierbei erfolgt die erwünschte seitliche Stützung des anliegenden linken Randes des Schienenkopfes 3 direkt durch das Laufrad-Laufflächenprofil 5. Der andere, rechte, nicht am Laufradspurkranz anliegende Laufflächenrand der Schiene ist dagegen unbelastet. Durch den waagerechten Verformungswiderstand dieses unbelasteten Schienenkopfrandes ergibt sich die für den gewünschten und in der Tat auch entstehenden ebenen Verformungszustand hoher Tragfähigkeit notwendige rechte horizontale Stützkomponente für den vom Laufrad belasteten rechten Bereich des Schienen-Laufflächenprofils aus der Schiene selbst und damit die für anliegenden Spurkranz gewünschte hohe Tragfähigkeit des Schienenkopfes 3 insgesamt.

Claims (2)

1. Laufflächenprofil von Laufrad und Schiene, insbesondere für Krane und Katzen, wobei bei planmäßig mittigem Lauf des Laufrades auf der Schiene die gesamte Laufflächenbreite der Schiene als Berührungszone zwischen Laufrad und Schiene vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der über den Schienenkopf (3) rollende Teil des Laufrad-Laufflächenprofils (2; 5) konkav gekrümmt ist, wobei der Krümmungsradius (R) gleich dem Zweieinhalb- bis Dreifachen der Schienenkopfbreite (b) beträgt und bei einer Ausb Idung des Laufrades mit seitlichen Spurkränzen (4) die Übergänge von dem konkav gekrümmten Laufrad-Laufflächenprofil (5) zu den Spurkranzinnenflächen (6) im Laufrad-Laufflächenprofil (5) mit einem kleineren Krümmungsradius (r) gleich einem Sechzehntel bis einem Zehntel der Schienenkopfbreite (b) vorgesehen sind, wobei diese beiden kleinen Krümmungsradien (r) mit dem größeren Krümmungsradius (R) gemeinsam als Laufrad-Laufflächenprofil (2; 5) einen Korbbogen ergeben, dessen Breite 10 bis 25% größer als die Schienenkopfbreite (b) ist und die Lauffläche des Schienenkopfes (3) konvex ausgeführt, dem Laufrad-Laufflächenprofil (2; 5) angepaßt ist und einen aus denselben Krümmungsradien wie boim Laufrad-Laufflächenprofil (5) des Laufrades mit seitlichen Spurkränzen (4) zusammengesetzten Korbbogen bilden, dessen Breite gleich der Schienenkopfbreite (b) ist.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft das Laufflächenprofil von Laufrad und Schiene für Krane und Katzen mit beliebigen Tragfähigkeiten und Abmessungen. Sie ist überall dort anwendbar, wo fördertechnische Geräto auf Schienen fahren sollen.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist bekannt, die Laufräder von auf Schienen verfahrbaren Kranen und Katzen mit zylindrischer, in Ausnahmefällen auch mit kegeliger oder balliger Lauffläche auszuführen. Dabei werden, sofern diese Laufräder, wie im Regelfall üblich, mit seitlichen Spurkränzen versehen sind, in der Absicht, das Hochlaufen der Räder an den Spurkränzen zu verringern, an den Übergängen zwischen Lauffläche und innerer Spurkranzfläche meist Hohlkehlen angeordnet, so daß bei einem so gestalteten fabrikneuen Laufrad immer zwei getrennte Flächen des Laufrades die Schiene berühren: die Lauffläche zum Übertragen der in der Laufradebene wirkenden Raddruckkraft und die innere Spurkranzfläche des im Betriebszustand seitlich an der Schiene anliegenden Spurkranzes zum Übertragen der rechtwinklig zur Laufradebene wirkenden Seitenkraft. Solche Laufräder werden im Hebezeugbau als standardisierte Teile in großen Stückzahlen verwendet und haben sich bei richtiger Bemessung unter normalen Betriebsbedingungen im wesentlichen auch bewährt.

   Bei intensiver Nutzung des Hebezeuges, insbesondere bei Vorhandensein sehr völliger Raddruckkräftkollektive und langen Fahrwegen bzw. häufiger Fahrbewegung verschleißen solche Laufräder und die Schienen erfahrungsgemäß jedoch sehr schnell, es sei denn, man reduziert durch Wahl größerer Laufraddruckmesser und/oder breiter Schienen die zwischen Laufrad und Schiene auftretende Hertzsche Pressung wesentlich gegenüber den derzeit üblichen Werten, was aber in jedem Falle zu unerwünschten Mehraufwendungen führt. Verschiedentlich wurden auch Risse und seitlich Ausquetschungen an den Schienen beobachtet, seltener auch Risse im Laufradkörper.

   Bei der Analyse der in der Praxis auftretenden Schienen- und Laufradschäden fallen als besondere Schwachstelle die Ränder der Schienenlauffläche und der Übergang zwischen der Lauffläche des Laufrades und den inneren Spurkranzflächen auf. Dio Ränder der Schienenlauffläche zeigen in der Regel starke Schienenbärte und/oder Riffeln bzw. Ausplatzungen, die Laufräder an dieser kritischen Stelle ebenfalls starke Riffeln, zuvor aber bereits sehr bald nach Nutzungsbeginn ein Zuquetschen der Hohlkehle zwischen Lauffläche und Spurkran/:. In der Mitte der Laufflächen von Rad und Schiene zeigt sich dagegen ein wesentlich günstigeres Oberflächenbild, sowohl auch dort der natürliche Rollverschleiß unvermeidbar ist. Ursache für dieses unterschiedliche Verhalten der äußeren und inneren Laufflächenpartien ist das Vorhandensein unterschiedlicher Spannungs-Verformungs-Zustände: In der Mitte der Lauffläche von Rad und Schiene tritt ein tragfähigkeitsmäßig günstiger ebener Verformungszustand mit hydrostatischem Druckspannungsanteil auf, dessen Tragfähigkeitswerte den praxisüblichen Bemessungsgleichungen für Rad und Schiene zugrunde liegen. An den Laufflächenrändern herrscht dagegen wegen des Fehlens seitlicher Stützkomponenten im wesentlichen ein ebener Spannungszustand mit großen Verzerrungen und demzufolge frühzeitig einsetzenden plastischen Verformungen. Man versucht diesen ungünstigen ebenen Spannungszustand durch Abrundungsradien an den Rändern de' ochienenlauffläche auszuschließen, aber die bei den standardisierten Kranschienen üblichen Abrundungsradien sind dafür viel zu klein, zumal diese Kantenradien der Schienenkopfränder weitgehend wirkungslos werden, wenn beim Laufrad zwischen Lauffläche und Spurkranz die übliche Hohlkehle vorhanden ist, weil dann der ungünstige ebene Spannungszustand am Laufflächenrand des Laufrades auftritt. Das Laufflächenprofil der derzeit gebräuchlichen Kran-Laufräder und die derzeit gebräuchlichen Kran und Katz-Schienenprofile bilden deshalb noch keine optimal aufeinander abgestimmte Funktionseinheit. Dabei kommt der optimalen Gestaltung des Laufflächenprofil der Laufräder die bestimmende Rolle zu.