JPH01278801A - レール車輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特許請求の範囲第１項の前段に規定するレ
ール車輪に関する。

この種のレール車輪では、車輪円板を形成する複合繊維
構造は、重量が小さくても半径方向の車輪の密着負荷と
周囲に向けて作用する制動・加速力に加えて、轂と車輪
の間の車軸に平行に働く強い横方向の力も、またそれに
応じて強い剛性を有する必要がある。上記の状況は、こ
の種の公知円板車輪の場合（西独特許第３３４５５５５
号公報、及びヨーロッパ特許第６５０８６号公報）、車
輪円板が複合繊維の外部被覆層を一定間隔をおいてずれ
ないように連結してあり、しかも特別軽い金属の蜂の巣
又は発泡材料から成る内部のコアでサンドインチ構造に
して形成されていることによって達成されている。この
様な内核は、それが金属の蜂の巣であれ充分な硬さの発
泡材料であれいずれでもよいが、経費をかける必要があ
るので、上記の構造のレール車輪を採用するには、通常
の全金属レール車輪に比べて優れた特性にもかかわらず
制限された分野でしか可能ではない。

この発明は、価格に見合い、大量生産に適した構造で固
有の重量を考慮して複合繊維車輪円板の領域で高い構造
上の硬度を有する巻頭に述べた種類に属するレール車輪
を提供することである。

上記の課題は、この発明により特許請求の範囲第１項に
特徴付けたレール車輪によって解決されている。

この発明によれば、外形の側壁五に広い面積で被覆層を
貼り付けた高度に硬い外形の溝から成り、内部コアに配
設した放射状の複合繊維外形によって車輪円板が保持さ
れ、この円板は構造重量が小さい場合、加わる負荷に特
別に合わせた、非常に構造上の強度を有する。その特殊
性は複合繊維の外形が製造技術上簡単な方法で製造でき
、同じ強度の車輪円板に要求される通常の発泡コア又は
蜂の東コアより大幅に低いコストが必要とする点にある
。

特許請求の範囲第２項によれば、複合繊維の外形は端部
側に内部コアの外側の縁又は内側の縁で周囲に向けて被
覆層の間に一体にして延びる延長部があると効果的であ
る。こうして、車輪の輪側と穀例の車輪円板の力場入部
のところで目標にした位置的な補強が達成される。

この発明の特に有利な構成は、特許請求の範囲第３項に
より、隣接する二つの複合繊維外形をその延長部を含め
てそれぞれ断面でほぼ円形のリングの切れはし状の中空
カセットにして形成する点にある。内部コアのこの様な
中空カセット複合繊維構造体によって、車輪円板の構造
上の強度は、複合繊維のない内部コアの中空空間を比較
的低い強度のコストに見合った材料で充填したとしても
、非常に上昇する。中空カセットの補強作用を更に高め
るには、これ等のカセットが特許請求の範囲第４項によ
り内部コアの周囲方向に隙間なく並べて配設され、互い
に接着してあると有利である。

同じ様に、強度を高めるため、また中空カセットと被覆
層の間の接着面をできる限り広く保持するため、中空カ
セットの外形側壁を、特許請求の範囲第５項によりそれ
ぞれ内部コアの半径方向に向けて中空カセットの中間面
まで増加する幅を持って延びるように形成すると有利で
ある。

望ましい大量生産に関して大切なこの発明による特徴は
、特許請求の範囲第５〜８項から得られる。これ等の請
求項によれば、中空カセットはその発泡材のコアを含め
て巻き付け製造法の過程で以下の方法で製造される。つ
まり、この方法では発泡材の部材片と間隔部材片から中
空カセットの内部断面に相当する断面構造で合成される
細長い巻く付けピンが、通しで巻き付け積層体を敷き詰
めてあり、巻き付け積層体を間隔部材片のところで分割
し、裁断し、そして間隔部材片を離れた後、巻き付け積
層体のない区間を外形側壁として各発泡部材片に倒す。

こうして、中空カセットの製造は非常に少ない経費で大
量部品にして得られる。

この場合、その様に形成した中空カセットは　更に製造
を容易にすることに関して特許請求の範囲第８項により
非硬化状態で内部コアに組み付け、一緒にして硬化させ
ると効果的である。

レール車輪の高負荷強度に関して特に効果的なこの発明
の構成は、特許請求の範囲第９〜１１項により複合繊維
の車輪円板を車輪の輪に連結させている。これ等の請求
項により、車輪の輪を横方力に高度に安全な結合をさせ
るため、この車輪円板を接着するか、軸方向に形に合わ
せて連結し、正しい形にするため車輪の輪の周囲の溝に
噛み合わせ、この輪に接着した複合繊維のリングがある
と効果的である。前記リングは応力集中を避けるため、
主に中継ぎしない繊維層構造を有する。

大量生産に向いた構成に関して、また車輪の輪側の端部
結合領域で車輪円板の位置的な補強のためにも、両方の
被覆層を一緒にして内部コアの外面と両方の側面の上に
延びる複合繊維・巻き付け積層体として作製することが
、更に特許請求の範囲第１２項により推奨される。この
場合、前記積層体が穀を巻き付け、轂から接線方向に外
に延びる繊維の方位と半径方向に外向きに減少する被覆
の壁厚を有し、被覆層の平面で作用する半径方向の力が
少なくとも部分的に面圧力によって車輪円板と車輪の穀
の間に伝達されるので、穀のところで高価な接着継ぎ目
を省略できる。特許請求の範囲第１３によれば、被覆層
を形成する複合繊維の積層体は殺の巻き付け領域で主に
両側でこの殺生に形成した溝状の窪みに巻き付けである
。こうすると、製造上簡単に叙領域でも車輪の円板の両
側に軸方向の確実な整合性が得られ、分割した穀は必要
ではない。

最後に、特許請求の範囲第１４項によるこの発明の他の
構成では、円錐の付け根状に成形した車輪円板にも内部
コアの両側面に確実に載り、被覆層を形成する巻き付け
積層体がある。

この発明の実施例を図面に基づき更に詳しく説明する。

第１図によれば、車輪の軸Ａを有する車輪円板２には金
属製の車輪の叙４、複合繊維構造の車輪円板６及び金属
製の車輪の輪８がある。

車輪円板６は、外部複合繊維の被覆層１０．１と１Ｏ１
２及び両方の層の間に剪断応力を伝えるように配置した
内部コア１２から成る。前記被覆層１０．１と１０．２
は、内部コア１２の側面と外面上に一体で延びる巻き付
けた複合繊維の積層体１４によって形成されている。こ
の積層体は、内部コア１２の両側で周囲の溝として形成
した殺４の窪み１６に入れである。車輪円板６と車輪の
輪８の間を負荷に確実に結合させるため、一方で被覆層
・積層体１４が車輪の輪８の内面に張り合わしてあり、
他方で車輪円板６の一方の側面で車輪の輪８に成形した
ストッパ連結部１８によって、また他方の側面で構造上
の理由から多体複合繊維リング２０によって形成されて
いる形に合った確実さがある。前記複合繊維リングは周
囲の溝で車輪の輪８の内面に噛み合い、この車輪の輪中
に接着してある。

何よりも、殺４のところ及び車軸Ａに平行に車輪の輪８
に加わる横応力に対して、車輪円板６を補強するために
は、内部コア１２には周囲に向けて隣接設置した複合繊
維材料の一体にした中空カセット２２の装置がある。こ
れ等のカセットは、円形リング状の断面を有し、内部空
間に、例えばポリウレタン発泡材製の発泡充填材を具備
している。

第１と２図及び第３Ｃ図に示してあるように、各中空カ
セット２２は車軸Ａに対して半径方向に車輪の毅４から
車輪の輸８に延びる二つの複合繊維の外形２６から構成
されている。これ等の外形には、Ｍ覆層１０に垂直に向
くそれぞれ一つの外形ウェブ２Ｂと上部及び下部うニブ
の長手端部に一体に成形し、被覆層１０の内面に平坦に
貼り付けた外形側壁３０がある。周囲に延びる終端のウ
ェブ延長部３２と３４は、中空カセット２２の車輪の輪
側又は毅例の縁を形成しているが、これ等の延長部を介
して、貫通する繊維構造を有する両方の複合繊維の外形
２６に互いに結合している。

外形側壁３０は、半径方向に向けて増加する幅を有し、
それぞれ中空カセット２２の中心面まで達するので、発
泡材を充填したカセットの内部空間をほぼ完全に複合繊
維外形２６で取り囲んでいる。

複合繊維の外形２６には、ウェブ２８の長手方向に対し
て±４５°傾いた方向の繊維方位を有する単位繊維構造
体があるが、中空カセット２２の繊維の僅かな部分、つ
まり約２０％以下の部分は、外形の壁の半径方向の強度
を高めるためウェブの長手方向に向く繊維の流れを、及
び／又は一定の積層体の品質を保証するためウェブの長
手方向にほぼ垂直な繊維方位を有してもよい。

発泡充填材を含めた中空カセット２２の製造は、第３図
によるイン・ライン大量生産法で巻き付けピン３６の助
けで巻き付け法の通路中で行われる。

前記巻き付けピンは、多数の予備作製した発泡充填材片
２４とそれ等の間に交番順序で配設した間隔部材片３８
から合成されている。この間隔部材片は発泡材部分２４
と同じ断面形状を有し、その長さはそれぞれ外形の側壁
３０の幅の二倍である。

巻き付けピン３６は、−貫して巻き付け積層体４０で巻
いてあり、この積層体はピンの長手軸に対して±４５°
傾いて交差している繊維方位を有する。その場合、僅か
な繊維部分は上に述べた理由により巻き付けピン３６の
周囲の方向に、又はピンの長手軸方向に対して出来る限
り小さい５〜１５°の傾斜角度で巻き付けである。

ピン３６を積層体の厚さに応じてカセットの壁の厚さま
で巻き付けた後、巻き付け積層体４０は間隔部材片３８
のところで裁断・押込装置（図示せず）によって第３ａ
図に点線で示した裁断部に沿って切り離す。この場合、
ピン３６の上面又は下面では矩形状で、これ等の間のピ
ン３６の狭い側でそれぞれ喫状の積層体傾斜片轂又は４
４が生じる。打ち込みと裁断過程を容易にするため、間
隔片３８がエラストマー材料の溝又はリングを有する積
層断面のところにある。裁断した後、発泡材片２４と間
隔片３８を交互の順番で巻き付けピン３６から引き抜き
、個々の裁断部の間の積層体はそれぞれこの積層体によ
って取り巻かれている発泡材片２４の上に貼り付けされ
る（第３ｂ図）。裁断パターンに従って発泡材片２４の
上にある継ぎ目状の積層体区間は次いで折り返され、発
泡材片２４に載った外形側壁３０を形成する（第３Ｃ図
）。

カセット２２は、第２図に示す配置にして非硬化状態で
成形工具中に組込される。この工具には！２４も組み込
めて、次いで一緒にして連続する外形ウェブ２８を互い
に貼り付けて仕上がり内部コア１２になるまで硬化させ
る。

第４図には、断面で示した複合繊維の止めリング２０を
リングの前面４６に平行な積層体層４８で作製すること
が示してある（第４ａ図）。この製作は、第４ｂ図の断
面で示したリング状の個別工具５０中で付属する加圧パ
ンチ５２を用いて行ねれる。このパンチには、複合繊維
の熱硬化性樹脂加工ベルト又はホースがベルトの長手方
法に対して±４５°の繊維方位に置かれ、加圧パンチ５
２を閉めた後硬化させる。周囲の方向に未だ閉じている
安全リング２０を切り離した後このリングを一体に仕上
げる。

内部コア１２を被覆層１４に巻き付けることを第５図の
実施例に基づき説明する。ここでは、内部コアは台形状
の断面を有する、つまり轂に対してずれた車輪の輪を有
するレール車輪の車輪円板は円錐状に形成してある。第
一実施例に相当する構造部分は、１００はど大きくした
引用数字で示してある。内部コア１１２は大体内部コア
１２と同じ方法で作製されていて、例外は第３ａ図に示
す巻き付け積層体の裁断部及び発泡部材片と間隔部材片
の間の分離面に変更があり、中空カセット１２２は内部
コア１１２の台形に相当する成形工具中に位置決めされ
、一緒にして硬化されている。

内部コア１１２を周囲の溝１１６の間で毅１０４に接着
した後、このコアを穀と一緒にしたピン５４上に周定し
、連続的に糸の目５６を通して延びる補強糸５８を用い
て硬化させた複合繊維のロビングにして被覆層の積層体
１１４に巻き付ける。

糸の目５６は運動可能に制御されているので、エンドレ
スの糸５８が可変予備選定される巻き付け角度で周囲の
溝１１６に置かれ、巻き付け面は各糸も傾斜に応じて周
期的に交換される。従って、エンドレスの糸５８は内部
コア１１２の一方の面上の巻き付け箇所から半径方向に
外向きに、そして内部コア１１２の外部表面を経由して
そこから同様に再び穀１０４の接線方向に内向きで、内
部コア１１２の他方の面の巻き付け箇所まで延びる。

内部コア１１２がこの様にして一様で所望の厚さに被覆
層の積層体１１４に巻き付くと、被覆層の積層体１１４
が硬化した後、車輪の輪８を組み込み、レール車輪が完
成する。

断面が矩形の第一実施例の内部コア１２の場合以外とし
て、第５図に示す台形状の車輪円板１０６の場合、特に
予備手段によって次の点が保証される。即ち、エンドレ
スの糸５８は車輪の輪側の端部に対して毅側の端部に戻
してずらした内部コア１１２の側面に、つまり第５図で
左の内部コアの側面に規則正しくもたれかかる。このた
め、ピン５４の上に滑り円錐６０が配設してある。この
ピンは圧縮バネ６２によって軸方向に内部コア１１２に
押されていて、戻し方向にずらした内部コアの側面と共
に毅１０４に回転対称にＶ字型に狭くしたコイルの隙間
６４を仕切っている。この隙間によってエンドレスの糸
５８と被覆層の積層体１１４が戻し方向にずらした内部
コアの側面にも、つまり被覆層１１０．１のところで、
外形側壁１３０に隙間なく載った確実な繊維構造を持っ
て置かれることになる。叙１０４のところで被覆層の積
層体１１４の壁厚が増加すると共に、滑り円錐６０はバ
ネ力に逆らって軸方向に慴動して戻されるので、コイル
の隙間６４は巻き付け過程全体を通して良好な同一形状
の糸の案内作用が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複合繊維構造様式にしたこの発明によるレー
ル車輪の半分の断面図。 第２図は、第１図の車輪円板の中空カセットで作製した
内部コアの平面図。 第３ａ−ｃ図は、中空カセットを作製するための巻き付
け積層体の構成図。 第４ａ、ｂ図は、複合繊維の安全リングと付属する工具
の断面図。 第５図は、被覆層の巻き付け過程が下端半分断面で始ま
り、上端半分断面で終わる円錐状の車輪円板の断面図。 図中引用記号： ２・・・レール車輪、 ４・・・車輪の穀、 ６・・・車輪の円板、 ８・・・車輪の輪、 １０．１，１０．２・・・複合繊維の被覆層、１２・・
・内部コア、 １４・・・複合繊維の積層体、 ２０・・・複合繊維のリング、 ２２・・・中空カセット、 ２４・・・発泡充填材、 ２６・・・複合繊維の外形、 ２８・・・外形ウェブ、 ３０・・・外形側壁、 ３６・・・巻き付けビン、 ４０・・・巻き付け積層体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車輪の轂と、車輪の輪と前記車輪の轂と輪を結合す
   る曲げ剛性を有する車輪円板とを装備し、外部合成繊維
   の二つの被覆層とこれ等の被覆層の間に慴動伝達可能に
   配設した特に容易な内部、特に発泡材のコアから成る複
   合繊維構造にしたレール車輪において、 内部コア（１２）には、慴動を止めて、車輪の轂（４）
   と車輪の輪（８）の間で半径方向に延びる複合繊維のそ
   れぞれの外形（２６）は被覆層（１０）に垂直に延びる
   外形ウェブ（２８）を備え、ウェブの長手端部で貫通す
   る繊維構造を備えて一体に成形され、被覆層に力を伝達
   して結合する外形側壁（３０）が外形の長手方向に対し
   て斜に交差している繊維方位を持って配設してあること
   を特徴とするレール車輪。 ２、複合繊維の外形（２６）は外形ウェブ（２８）のと
   ころの終端で外端部又は外端部で内部コア（１２）を仕
   切るウェブ延長部（３２、３４）を装備していることを
   特徴とする請求項１記載のレール車輪。 ３、内部コア（１２）の周囲の方向に隣接する二つの複
   合繊維の外形（２６）は、そのウェブの延長部（３２、
   ３４）を含めて断面を大体リング・セグメント状の一部
   の中空カセット（２２）に対して互いに連結してあるこ
   とを特徴とする請求項２記載のレール車輪。 ４、中空カセット（２２）は、内部コア（１２）の周囲
   に向けて隙間なく隣接させて設置してあり、互いに接着
   していあることを特徴とする請求項３項記載のレール車
   輪。 ５、中空カセット（２２）の外形側壁（３０）は内部コ
   ア（１２）の半径方向に増大する幅と共にそれぞれ中空
   カセットの中間面まで延びるように形成してあることを
   特徴とする請求項４項記載のレール車輪。 ６、巻き付け仕上げの中空カセット（２２）は、巻き付
   けコアとして発泡充填材（２４）で作製されることを特
   徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のレール車
   輪。 ７、多数の中空カセット（２２）は、それぞれカセット
   の高さに相当する部分長とコア間に配設した間隔部材片
   （３８）を有する発泡材の巻き付けピンで交互に組み立
   て、巻き付け積層体（４０）を通しで貼り付けた細長い
   巻き付けピン（３６）の上に一緒にして製作され、巻き
   付け積層体は間隔部材片のところで分割し、間隔部材片
   を離れると自由な巻き付け積層体区間が外形側壁（３０
   ）として各発泡材の巻き付けコアの部分に倒してあるこ
   とを特徴とする請求項６記載のレール車輪。 ８、内部コア（１２）の中空カセット（２２）は、非硬
   化状態で組み込み、一緒にして硬化させることを特徴と
   する請求項３〜７のいずれか１項に記載のレール車輪。 ９、内部コア（１２）と被覆槽（１０）は車輪の輪の内
   面に接着してあり、この内面で軸方向に確実に形を保っ
   てあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に
   記載のレール車輪。 １０、確実に形を保つため、車輪の輪（８）の周囲の溝
   に嵌まり、この車輪の輪に接着してある多部分から成る
   複合繊維リング（２０）が±４５°の繊維方位を有する
   ことを特徴とする請求項９記載のレール車輪。 １１、複合繊維リング（２０）は内部周囲に継いだ繊維
   槽構造（４８）を有することを特徴とする請求項１０記
   載のレール車輪。 １２、被覆層（１０）は、内部コア（１２）の両側面と
   外面の上に通して巻き付け、轂（４）を巻き、この轂か
   ら接線方向に外向きに延びる繊維方位を有する複合繊維
   の積層体（１４）として一体に形成してあることを特徴
   とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレール車
   輪。 １３、被覆層（１０）を形成する複合繊維積層体（１４
   ）が轂（４）の巻き付け領域で内部コア（１２）の両側
   を轂に溝状に形成した窪み（１６）に軸方向に形に合わ
   せて係止するために巻き付けてあることを特徴とする請
   求項１２記載のレール車輪。 １４、轂に対して軸方向にずらした車輪の輪と台形状の
   内部コアを備え、車輪の輪側の端部領域に対して轂側の
   端部領域で反対にずらした被覆層（１１０．１）は、内
   部コア（１１２）に向けて軸方向にバネで付勢し、この
   内部コアと一緒に轂（１０４）に対して回転対称にＶ字
   型に狭まった巻き付け隙間（６４）を区切る滑り円錐（
   ６０）によって巻き付けてあることを特徴とする請求項
   １〜１３のいずれか１項に記載のレール車輪。