WO2016193197A1 - Kraftübertragungsbauteil für ein schienenfahrzeugrad - Google Patents

Kraftübertragungsbauteil für ein schienenfahrzeugrad Download PDF

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    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device for a rail driving ⁇ zeugrad which can be, for example, used in rail transport, for example inrangbah ⁇ NEN. Furthermore, the present invention relates to a wheel for a rail vehicle with such a power transmission component.
  • Wheels for rail vehicles ie for railways, subways and in particular for trams, are all subject to the known problem that arise in the curve passage with such rail vehicle wheels unwanted noise emissions.
  • the known from the prior art wheels for rail vehicles "squeak" in tight curves passages Such a ⁇ squeaking arises in all known from the prior art rail vehicle wheels, regardless of the design of the wheel .. It is also known that in certain operating situations a drone of individual wheels of rail vehicles may occur.
  • the rail vehicle wheels known from the prior art comprise at least one wheel body having the hub of the wheel and a wheel tire surrounding the wheel body. On the wheel tire, the flange is provided, which holds the wheel or the wheelset in the lane.
  • Rail vehicle wheels with such a construction are known, for example, from the documents EP 0 872 358 A1, DE 196 10 780 A1 and DE 2 324 117.
  • the documents DE 196 10 780 AI and DE 2 324 117 disclose rubber-mounted rail vehicle wheels, which are widely used today.
  • at least one rubber insert is provided between the wheel body and the tire.
  • the rubber inserts are primarily the suspension of the rail vehicle wheels and not the fight against unwanted noise emissions.
  • the rail vehicle wheel according to EP 0 872 358 A1 comprises a disc-shaped wheel body and a running gear surrounding the wheel body or the Tires.
  • a Radschallabsorber in the form of an intermediate layer of a viscoelastic composition and adhering to the intermediate layer cover layer of a metallic material or of a carbon fiber reinforced material.
  • the wheel ⁇ sound absorber covers the middle disc part of the disc-shaped wheel body, starting from a hub to the transition to the wheel tire.
  • the wheel mass absorbers provided on the surfaces of the wheel body, the additionally required space, as well as the associated high costs are to be regarded as disadvantageous.
  • the unwanted noise emissions arise in the known from the prior art wheels by the start of the wheel flange of the outside wheel to the rail, whereby a tension is introduced in a wheel set consisting of two wheels. Due to the start of the outside wheel with the wheel flange to the rail, the inside wheel gets into vibration due to the resulting from the start in the wheel set tension. The wheel vibrates in a frequency range in which the unwanted noise emissions and the squeaking noises are generated.
  • Rubber-sprung wheels also heat up greatly due to the resulting from the suspension and the vibration damping deformation. This leads to a loss of energy, which leads to a self-heating of the rubber suspension in the wheel, especially in strongly springing wheels with relatively large spring travel when rolling the wheel. Furthermore, then the engine power can be brought to the rail only with a reduced efficiency. It is an object of the present invention to provide a power transmission device for railway vehicle wheels, which suppresses the undesired Ge Hurschemissi ⁇ ones and at the same time unnecessary energy losses are avoided Kgs ⁇ NEN.
  • the power transmission component according to the invention can be used both in wheelsets and in loose wheelsets.
  • a wheelset two wheels are rotatably mounted on a wheelset.
  • a loose gear two wheels are rotatably mounted on a wheel carrier. If hereinafter a "wheel” or “wheel” is GESPRO ⁇ chen, this discussion refers to both the two above-mentioned forms of wheelsets or to the wheels of these two forms of wheel sets.
  • the power transmission component according to the invention for a rail vehicle wheel is designed to be arranged between a wheel tire and a wheel body of a rail vehicle wheel and serves to transmit forces between these components when the rail vehicle wheel rolls on rails.
  • the wheel tire can be supported on the wheel body via the power transmission component according to the invention.
  • the power transmission component according to the invention has at least one elastic body and at least one vibration damping device.
  • Vibration damping device comprises at least one absorber mass.
  • the unwanted noise emissions underlying vibrations can be redeemed or
  • the vibrations are caused by the start of the outside rail vehicle wheel to the rail.
  • tension in the wheel set occurs between the wheel on the outside of the curve and the wheel on the inside of the curve, as a result of which vibrations in the region of an intrinsic shape of the inside wheel are generated.
  • the Schwingungstilgungs is tuned with their natural frequency or with their natural frequencies to the natural mode vibrations and prevents by damping the unwanted noise emissions, such as squealing or roaring, by means of the force transmission component according to the invention.
  • the power transmission component according to the invention can be designed in the form of a single Klot ⁇ zes or alternatively as a closed ring.
  • the inven tion ⁇ proper power transmission component may be formed as a ring segment.
  • the power transmission component according to the invention can be arranged in a force-transmitting manner in the desired number between the wheel tire and the wheel body of the rail vehicle.
  • the elastic body may be made of rubber, an elastomer, a ther ⁇ tic elastomer or a silicone.
  • the power transmission component according to the invention can provide different stiffnesses in different directions and thus also a different damping behavior in different directions.
  • the power transmitting member may have a relatively high stiffness in lateral force Rich ⁇ processing thereby, wherein the stiffness in the normal force direction and in the circumferential direction is less high, so that the railway vehicle can continue to provide sufficient spring travel in the direction of normal force. In the normal force direction and in the circumferential direction, the power transmission component according to the invention may therefore be relatively soft.
  • the at least one vibration-damping device may comprise at least one spring element.
  • the at least one spring element can be connected to the at least one absorber mass.
  • the at least one spring element can determine the permissible oscillation amplitude of the absorber mass.
  • the at least one spring element can be connected to the at least one elastic body.
  • the at least one spring element can be biased. In this way, the spring element can provide a high attenuation.
  • the at least one spring element can be connected to the elastic body in such a way that the elastic body pretensions the at least one spring element in the state installed in the rail vehicle wheel.
  • the elastic body can surround the at least one absorber mass in sections.
  • the at least one spring element may be arranged on a portion of the power transmission component which is designed to rest on the wheel tire. In this case, the absorber mass can oscillate in the direction of the wheel body under load of the at least one spring element.
  • At least one additional stiffening structure may be provided in the at least one elastic body.
  • the rigidity of the power transmission component can be adjusted.
  • the rigidity of the power transmission component in the transverse force direction can be set high via the at least one stiffening structure in order to be able to ensure the tracking of the rail vehicle wheel.
  • the rigidity of the Power transmission via the at least one stiffening structure can be set lower, so that the power transmission member can provide a sufficiently large travel in this direction.
  • the at least one auctioning ⁇ Fung structure the power density of the power transmission component or the elasti ⁇ rule body of the power transmitting member is increased.
  • the force transmitting member accordingly requires less space, which can be used for the dimensioning and arrangement of the ⁇ At least one vibration damping device.
  • At least one recess may be formed in the at least one elastic body.
  • the at least one stiffening structure can be accommodated in the at least one recess in the elastic body.
  • the at least one stiffening structure may comprise at least one thread insert.
  • the at least one thread insert can produce a high rigidity in the lateral direction of force.
  • At least one further elastic body can be accommodated in the at least one thread insert.
  • the at least one elastic body may be made of a different material such as the material of the elastic body of the power transmission member.
  • the received in the thread insert further elastic body is made of the same material as the elastic body of the power transmission component.
  • the elastic body accommodated in the thread insert can thus form part of the at least one stiffening structure like the thread insert.
  • the at least one thread insert can enclose the further elastic body.
  • This material may be, for example, a fiber-reinforced material.
  • the at least one thread insert can be circular in cross-section according to one embodiment.
  • the force transmission component can have a very high rigidity in the direction of the transverse force.
  • the stiffness in the normal force direction or in the direction in which pressure forces act on the power transmission component can on the at least one thread insert to be set relatively low.
  • the circular thread insert can be deformed in the normal force direction by relatively small forces.
  • the circular cross-section of the at least one thread insert can deform into an elliptical ⁇ shaped cross-section.
  • the damping and the spring travel can be adjusted mainly via the elastic body of the power transmission component.
  • the at least one thread insert thus makes it possible for the rail vehicle wheel to deflect in the normal force direction over a relatively large spring travel and yet nevertheless have increased rigidity in the transverse force direction.
  • the vibration damping device can be viewed in the radial direction at least one radi al ⁇ outer damper mass and at least one in the fitted state in the rail vehicle wheel having radially inner damper mass in the fitted state in the rail vehicle.
  • the two absorber masses can thus be arranged one above the other in the radial direction or in the normal force direction.
  • At least one spring element is provided between the at least one radially outer absorber mass and the at least one radially inner absorber mass.
  • the at least one radially outer absorber mass may have a step-shaped cross-section, wherein the at least one radially outer absorber mass may have an enlarged cross-section on its surface facing the wheel tire.
  • the radially outer absorber mass and the radially inner absorber mass can move relative to one another in order to be able to damp vibrations.
  • the vibration damping device may have at least two absorber masses which are adjacent to one another in the circumferential direction in the installed state.
  • the two absorber masses are arranged serially, for example parallel to one another.
  • two or more absorber masses may be provided.
  • the at least one spring element can be provided between the radially outer absorber mass and the radially inner absorber mass.
  • the at least one spring element can be prestressed via the at least one radially outer absorber mass and the at least one radially inner absorber mass.
  • the absorber masses can interact with the elastic body, which can press the two absorber masses against each other to bias the spring element.
  • the power transmission component may comprise at least two elastic bodies, between which the at least one vibration damping device is arranged.
  • the at least two elastic bodies may be spaced apart from each other in order to accommodate the Schwingungstilgungseinrich ⁇ device between them.
  • the power transmission member When two elastic bodies are arranged, the power transmission member can be supported by these two elastic bodies on the wheel tire and the wheel body.
  • the resulting between the two elastic bodies clearance simplifies the assembly of Kraftübertragungsbau ⁇ part, since the at least one vibration damping device due to their Tilger- mass (s) is only slightly compressible. Since the power transmission component is installed during assembly under bias in a rail vehicle, the two elastic body can be compressed for mounting, without the least ⁇ least one vibration damping device would affect the assembly.
  • the elastic body Since the elastic body has an increased power density due to the stiffening structure, it requires less installation space in the rail vehicle wheel. As a result, sufficient space for the at least one vibration damping device can be created.
  • the power transmission component may comprise at least one current-bridging element.
  • Power bridges are needed to close the necessary circuit for operating a rail vehicle.
  • the power from the power source such as the overhead line or busbars, must be able to be returned to the rails and rails via the wheels.
  • the elastic body of the power transmission component is designed to be insulating or has an insulating effect and thus isolates the wheel tire from the wheel body, a current-conducting connection between the wheel tire and the wheel body must be established via the at least one current bridge in the power transmission component.
  • the power transmission component may have at least one contact surface for engagement with the wheel tire and at least one contact surface for engagement with the wheel body.
  • the contact surfaces can be formed from the material of the elastic body.
  • the elastic material of the elastic body may have a relatively high coefficient of friction. If the material of the elastic body has a relatively high coefficient of friction, good traction between the wheel body and the tire can be provided via the force transmission component. A good traction between the Wheel tire and the wheel body is necessary because the drive torque must be transmitted from the on ⁇ driven wheel body via the Kraftübertragungsbauteii frictionally to the wheel ⁇ tires. Rubber or an elastomer as a material for the elastic body have a high coefficient of friction and can thus transmit high Trakti ⁇ onsmomente.
  • a metal part may further comprise at least be provided.
  • the at least one sheet metal element or the at least one metal part can be connected to supply redemption device with the at least one spring element of the vibration, so that the said at least one plate member or extend at least one Fe ⁇ derelement between the at least one metal part and absorber mass.
  • the at least one metal part or the sheet may have at least a predetermined curvature and Her ⁇ position a connection between the wheel tire and the Kraftübertragungsbau ⁇ part or between the wheel body and establish the power transmitting member.
  • the metal or metal part can also form the contact surface.
  • the at least one vibration damping device may be adjustable to predetermined vibration frequencies.
  • the vibration frequencies occurring in a wheel tire, which generate the undesired noise emissions, the squeaking or the roar, are dependent on the state of departure of the rail vehicle wheel.
  • the unwanted noise suppressing vibration damping properties of the power transmission component can be adjusted. This can be adjusted in particular via the choice of material for the elastic body or the Shore hardness of the material for the elastic body.
  • the power transmission member can be set to a predetermined frequency band of frequencies to be damped.
  • the frequency range to which the at least one vibration damping device is set preferably does not correspond to the vibration frequencies of the rail vehicle wheel when new, but to the vibration frequencies which occur in a partially worn rail vehicle wheel.
  • the at least one stiffening structure may be a spring element.
  • the Wenig ⁇ least one spring element may include a base portion and at least two extending away from the base portion spring arms. The base portion may define as a bearing surface for engagement with a wheel tire of a rail vehicle wheel.
  • the spring arms of the spring element may extend in the direction of the at least one wheel body.
  • the two spring arms can each have a ganib ⁇ section for abutment with the wheel body.
  • the spring element shall ⁇ agreed spring paths can provide for the suspension of the wheel or the wheel tire, the spring arms may sections in the form of a rotated 90 degrees "V" aufwei ⁇ sen.
  • the at least one vibration damping device with the at least one absorber mass be provided.
  • a spring element the at least Einbauzu ⁇ standing radially outside the at least one damper mass may be provided.
  • the at least one spring element may extend between the contact surface for engagement with the wheel tire and the at least one absorber mass.
  • the Schwingungstilgungs worn can be adjusted over the radial extent or the thickness of the at least one spring element to a predetermined oscillation frequency.
  • the vibration damping device can be tuned to different vibration frequencies in order to be able to effectively cancel these frequencies.
  • the at least one absorber mass may extend with a distance predetermined by the radial extension of the at least one spring element substantially parallel to the contact surface.
  • the surface of the absorber mass facing the contact surface may extend parallel to the contact surface.
  • the predetermined by the spring element distance between the contact surface and the surface of the absorber mass facing this contact surface can remain constant over substantially the entire extent of this surface of the absorber mass substantially.
  • the vibration damping device may thus comprise two vibration absorbers, each comprising a damper mass and a spring element.
  • the two vibration absorbers of the vibration damping device can be arranged successively in the vertical direction or in the installed state in the radial direction. Thereby, the Schwingungstilgungs adopted the power transmission member to two vibration frequencies or two Vibration frequency ranges are tuned. Depending on requirements, embodiments with more than two absorber masses can also be provided.
  • the power transmission member may include a suspension portion that is radially disposed within the vibration damping device in the installed state.
  • the power transmission component may have two functional areas. In a first functional area, the vibration damping device can be arranged, wherein a second functional area is provided for the suspension of the rail vehicle wheel.
  • the vibration damping device may be functionally associated with the wheel tire.
  • the vibration damping device can accordingly be arranged radially outside the second functional region in the installed state.
  • the competent for the suspension second functional area is designed less rigid than the Schwin ⁇ gungstilgungs worn having first functional area. This is due, inter alia, to the spring elements of the vibration damping device.
  • the spring elements of the vibration damping device are stiffer than the elastic material of the elastic body in the second functional region.
  • the spring elements of the vibration damping device usually have a larger cross-sectional area and a smaller thickness than the elastic material in the second functional area and are thus stiffer. Since the wheel tire is primarily responsible for the vibrations occurring and the associated unwanted noise, the Schwingungstilgungs adopted essentially for (er) eradication of the vibrations of the wheel tire. Although the second functional area responsible for the suspension can slightly influence the function of the vibration damping device, this is negligible due to the different stiffnesses of the two functional areas.
  • the present invention further relates to a wheel for a rail vehicle, in particular for the rail transport.
  • the wheel has a wheel hub having a hub and a wheel tire radially surrounding the wheel body.
  • the wheel tire is supported on the wheel body via at least one power transmission component of the type described above.
  • the power transmission components may be biased between the wheel tire and the wheel body.
  • the power transmission member may abut an outer peripheral surface of the wheel body and an inner peripheral surface of the wheel tire.
  • the power transmission member may make electrical contact between the wheel body and the tire.
  • a plurality of power transmission components may be provided between the wheel tire and the wheel body. The Schwingungstilgungs foundeden these power transmission components can be adjusted zen to different Schwingungsfrequen ⁇ . In this way, different vibrations generated by a rail vehicle wheel can be damped at different frequencies.
  • a first number of power transmission components with a damping mass and a second number of power transmission components with a radially outer and a radially inner damping mass may be provided between the wheel tire and the wheel body.
  • the at least one vibration damping device can be set to a plurality of vibration damping frequencies.
  • the at least one vibration canceling means may be set to an upper oscillation frequency range and a lower oscillation frequency range. If the at least one vibration damping device has a plurality of absorber masses, the at least one vibration damping device can be set to a plurality of vibration frequencies.
  • the number of absorber masses can determine the number of adjustable oscillation frequencies. This means, for example, that a vibration damping device having two absorber masses has two eigenmodes, or is adjustable to two oscillation frequencies.
  • the at least one thread insert has very good strength values. Due to the high strength of the at least one thread insert and the at least one elastic body may have an increased strength.
  • the force transmission component according to the invention can be varied by the at least one stiffening structure specifically in its stiffness and strength. This can ensure that the stiffness in the lateral direction of force, which is to ensure the tracking, is relatively high.
  • the stiffness of the power transmission component in the normal force direction should be set relatively low, so that the power transmission component provides relatively large spring travel and reduces the body sound entry into the rails or in the ground.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment will now be described with reference to the accompanying drawings. They show: perspective views of a power transmission component according to a first embodiment of the invention of the invention; a front view of the power transmission member according to a second embodiment of the invention; a sectional view taken along section line IV-IV in FIG. 3; a sectional view taken along the section line VV in FIG.
  • FIG. 17 is a sectional view of another embodiment of the inven ⁇ tion.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the power transmission component 10.
  • the power transmission component 10 has a first elastic body 12 and two ⁇ th elastic body 14. Between the elastic bodies 12, 14, the vibration damping device 16 can be seen.
  • the first elastic body 12 and the second elastic body 14 are connected via a abutting portion 18.
  • the contact section 18 has a contact surface 20.
  • the contact portion 18 is with its contact surface 20 for engagement with a in FIG. 1 not shown wheel tire ⁇ formed.
  • the abutment portion 18 is adapted to the profile of the inner peripheral surface of a wheel tire (not shown). Accordingly, the abutment surface 18 has a kink 22 which can receive a projection of a wheel tire (not shown).
  • the elastic bodies 12, 14 are provided with recesses 24, 26.
  • stiffening structures 28, 30 are accommodated, which are formed circular cylindrical. On the stiffening structures 28, 30 will be discussed in the further course of this description in detail.
  • the vibration damping device 16 has a radially outer absorber mass 32 and a radially inner absorber mass 34 in the later installed state. Between the radially outer absorber mass 32 and the radially inner absorber mass 34, a spring element 36 is provided.
  • the absorber masses 32 and 34 are partially embedded in the material of the elastic body 12, 14 and the abutment portion 18.
  • the elastic bodies 12 and 14 extend from the abutment portion 18. On the elastic bodies 12, 14 of the contact surface 20 opposite abutment surfaces 38 and 40 are formed. Between the elastic bodies 12 and 14, a clearance is formed.
  • FIG. 2 shows another perspective view of the power transmission component 10.
  • the contact surfaces 38, 40 can be seen at the ends of the elastic bodies 12, 14 opposite the contact section 18.
  • the contact surfaces 38, 40 are curved, with the curvature of the contact surfaces 38, 40 of the - -
  • Curvature of the contact surface 10 can differ. However, the curvature of the contact surfaces 18, 38 and 40 may also be the same.
  • the vibration damping device 16 can be seen between the elastic bodies 12, 14, the vibration damping device 16 can be seen.
  • the vibration damping device 16 is associated with a clearance between the elastic bodies 12 and 14.
  • the spring element 36 can be seen that the oscillation amplitude of the vibration damping device 16 also determines.
  • FIG. 3 shows a front view of the power transmission member 10.
  • the recesses 24, 26 in the elastic bodies 12, 14 are circular ⁇ forms.
  • the circular recesses 24, 26 receive substantially Vietnamesezylin- derförmige stiffening structures 28, 30.
  • the stiffening structures 28, 30 serve to adjust the rigidity and strength of the power transmission member 10 in different directions.
  • the vibration damping device 16 is provided between the elastic bodies 12, 14, the vibration damping device 16 is provided.
  • a free space FS is formed between the elastic bodies 12 and 14.
  • the elastic bodies 12 and 14 are offset from one another in the X direction in order to be able to receive the vibration damping device 16 between them. Due to the free space FS, the at least one vibration damping device 16 does not affect the assembly of the power transmission component 10.
  • the two elastic bodies 12 and 14 are compressed substantially in the Z direction in order to be able to install the power transmission component 10 under prestress in a rail vehicle wheel (not shown). Due to their absorber masses 32, 34, however, the vibration damping device 16 is only slightly compressible.
  • the clearance FS thus provides the way that the elastic bodies 12 and 14 can be compressed during assembly without being affected by the vibration damping device 16, so that the power transmission member 10 are biased into the clearance between the wheel body and wheel tire of a rail vehicle wheel (not shown) can.
  • the stiffening structures 28, 30 in particular increase the rigidity in the Y direction.
  • the stiffness in the Z direction is over the elastic body 12 and 14 and the
  • Stiffening structures 28 and 30 adjusted such that the power transmission member 10 in the Z direction can provide relatively large spring travel, ie the power transmission member is relatively soft in the Z direction. This will be the body sound entry via a rail vehicle wheel with the power transmission component 10 on the ground or the rails (not shown) reduced.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along section line IV-IV in FIG. Third
  • the vibration damping device 16 with the upper absorber mass 32 and the lower absorber mass 34 can be seen.
  • the upper absorber mass 32 is adapted to the contour of the inner peripheral surface of a wheel tire (not shown).
  • the upper absorber mass 32 is formed with a cross-sectionally V-shaped recess 42.
  • the recess 42 essentially corresponds to the bend 22 of the abutment surface 20 or of the abutment portion 18 (see FIG.
  • the lower absorber mass 34 is connected to the upper absorber mass 32 via the spring element 36.
  • the spring element 36 may be a rubber track or an elastomer track.
  • the spring element 36 permits relative movements between the absorber masses 32 and 34.
  • the absorber masses 32 and 34 can basically oscillate in the direction of all three spatial axes. In particular, however, the absorber masses 32 and 34 can oscillate in the Y direction.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line V-V in FIG. Third
  • the stiffening structure 28 is added.
  • the stiffening structure 28 is circular-cylindrical.
  • the stiffening structure 28 has a circular thread insert 44. That is, the thread insert 44 is formed in cross section as a closed circle.
  • the thread insert 44 receives an elastic body 46.
  • the suture insert 44 makes contact between the stiffening structure 28 and the elastic body 14. Via the stiffening structure 28, the stiffness and strength of the power transmission member 10 can be adjusted.
  • the stiffening structure 28 is used in particular for adjusting the rigidity in the Z direction (vertical direction) and in the Y direction.
  • the thread insert 44 has a very high rigidity in the Y direction.
  • the power transmission member 10 In the Y direction, the power transmission member 10 must be relatively stiff. Since the tracking of the wheel depends on the rigidity in the Y direction or in the direction of lateral force of the rail vehicle wheel. The stiffness of the power transmission member 10 in the Y direction has to be high in order to keep track of the combination of the wheel body, the power transmission member and the wheel tire.
  • the rigidity of the power transmitting member 10 via the auctioning ⁇ Fung structure 28 and the material of the elastic body 12 is 14 ⁇ is relatively soft is so that the force transmission member 10 can provide relatively large spring travel in the Z direction.
  • the cross-sectionally circular thread insert 44 can deform into an ellipse by deformation of the elastic body 46 accommodated in the thread insert 44.
  • the elastic body 46 or the material selected for the elastic body 46 contributes to the adjustment of the rigidity of the power transmission member 10.
  • the elastic body absorbs in particular pressure forces that occur during operation of the wheel.
  • the elastic body 46 also serves as a return element for the thread insert 44, so that the thread insert ⁇ 44 can take their circular cross-section after the load again.
  • the elastic body 14 and the auctioning ⁇ Fung structure 28th This allows us a compression of the rail vehicle wheel 10.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a power transmission component 110 according to a second embodiment of the invention.
  • the power transmission member 110 includes an elastic body 112 and a vibration canceling device 116.
  • the elastic body 112 comprises a contact portion 118 with a contact surface 120.
  • the contact portion 118 is adapted to the profile of the inner peripheral surface of the wheel tire (not shown). Accordingly, the abutment surface 118 has a kink 122 which can receive a projection of a wheel tire (not shown).
  • the kink 122 extends in the circumferential direction of the wheel tire, not shown, or a rail vehicle wheel (not shown).
  • the elastic body 112 has a further contact surface 138 for engagement with a wheel disc (not shown).
  • the vibration damping device 116 has an absorber mass 132 and a spring element 136.
  • the spring element 136 extends between the contact surface 118 and the absorber mass 132.
  • the absorber mass 134 is at least partially embedded in the material of the elastic body 112 or of the spring element 136.
  • In the elastic body 112 are formed with recesses 124, 126, 148, 150 and 152. These recesses 124, 126, 148, 150, and 152 are particularly needed when press-fitting the power transmission components 110 between a wheel tire and a wheel disc (not shown) to allow compression of the power transmission member 110.
  • the recesses 124, 126, 148, 150 and 152 are provided between the absorber mass 132 and a metal or sheet metal element 154.
  • the element 154 has protrusions 156 and 158 projecting in the direction of the absorber mass 132.
  • the absorber mass 132 has projecting portions 160 and 162 in the direction of the element 154.
  • portions or webs 164 of the elastic material of the elastic body 112 are formed, which extend between the absorber mass 132 and the element 154.
  • These material webs 164 serve to support the wheel tire and have a lower rigidity than the spring element 136 of the vibration damping device 116.
  • the spring element 136 is stiffer than the material webs 164 due to its greater cross-sectional area and thickness.
  • the material webs 164 cooperate with the protrusions 160, 162 on the absorber mass 132 and the protrusions 156 and 158 on the element 154 to form the Operation of a rail vehicle wheel loads occurring, in particular the wheel load and shear forces to be able to record.
  • FIG. 7 shows a plan view of the power transmission component 110.
  • FIG. 7 shows the contact surface 120 of the contact section 118 with its bend 122.
  • FIG. 8 shows a sectional view along the section line VIII-VIII in FIG. 7.
  • the spring element 136 extends between the contact surface 120 and the absorber mass 132. Via the thickness D in the Z direction or via the radial extent of the spring element 136 in the installed state, the vibration damping device 116 can be set to predetermined oscillation frequencies.
  • the contact surface 120 facing surface 166 of the absorber mass 132 is spaced by the thickness D of the spring element 136 of the contact surface 120.
  • Tilgermasse 132 extends substantially parallel to the contact surface 120 and accordingly also has a kink 168.
  • the material webs 164 which extend between the absorber mass 132 and the element 154, and the projections 156, 158, 160, 162 serve to stiffen the power transmission component 110.
  • the power transmission component 110 must, in particular Y direction can be relatively stiff, since the stiffness in the Y direction or in the lateral force direction of the power transmission member 110, the tracking of the wheel (not shown) depends.
  • the material webs 164 which extend in particular obliquely between the projections 156 and 158 of the element 154 and the projections 160, 162 of the absorber mass, the power transmission member 110 receives in the Y direction substantially compressive loads.
  • the material webs serve 164 for suspension of the tire in the Z direction.
  • the vibration damping device 116 that is, the spring member 136 and the damper mass ⁇ 132 is functionally the wheel tire (not shown) is associated.
  • the spring element 136 and the absorber mass 132 serve for bedding the wheel tire (not shown). By means of the spring element 136 and the absorber mass 132, the vibrations occurring on the wheel tire are thus to be redeemed.
  • the area between the absorber mass 132 and the abutment surface 138, ie, the lower Z-direction izoflä ⁇ surface 138, is used for suspension of the railway vehicle wheel.
  • FIG. 9 shows a side view of the power transmission component 110.
  • FIG. Fig. 10 is a sectional view taken along the line X-X in Fig. 9;
  • FIG. FIG. 10 shows the element 154, the recess 148, the absorber mass 132, the spring element 136 and the contact surface 120.
  • FIG. 10 shows the curvature of the contact surface 120 and thus also of the spring element 136 which contact the
  • Inner circumference radius of the tire (not shown) is adjusted.
  • FIG. 11 is a perspective view of a power transmission member 210 according to a third embodiment.
  • the vibration damping device 216 of the power transmission component 210 has, in addition to the absorber mass 232, a further absorber mass 234. Between the absorber mass 232 and the absorber mass 234, a spring element 270 is provided. The damper mass 232 cooperates with the spring element 236 for vibration damping. The absorber mass 234 cooperates with the spring element 270 for vibration damping. There are thus provided two Schwistsstilger, which are provided for the eradication of different vibrations. - -
  • FIG. 12 shows a plan view of the power transmission member 210.
  • the contact surface 220 of the force transmission member 210 has a bend 222 which extends in the X-direction and can menirri ⁇ together with a projection of a wheel tire.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along the section line ⁇ - ⁇ in FIG. 12.
  • the vibration damping device 216 has an absorber mass 232 in the Z direction, which in the installed state corresponds to a radially outer absorber mass, and a Z absorber mass 234 in the Z direction, which in the installed state corresponds to a radially inner absorber mass. Between the absorber mass 232 and the absorber mass 234, the spring element 270 is provided, which cooperates with the absorber mass 234 for eradicating a predetermined oscillation frequency. The absorber mass 234 is arranged between the recesses 226 and 250. The upper damper mass 232 cooperates with the spring element 236, which extends between the contact surface 220 and the upper damper mass 232.
  • the spring element 236 has a predetermined thickness Di in the Z direction, ie in the installed state in the radial direction.
  • the spring element 270 has a predetermined thickness D 2 in the Z direction, ie in the installed state in the radial direction.
  • the vibration damping device 216 can be adjusted to two different oscillation frequency ranges or to two different oscillation frequencies.
  • the spring element 236 and the absorber mass 232 act as one
  • Vibration damper and the spring element 270 and the absorber mass 234 as another vibration damper can be adjusted to different vibration frequencies or vibration frequency range.
  • FIG. 14 shows a side view of the power transmission component 210.
  • the spring element 236, the absorber mass 232, the spring element 270 and the absorber mass 234 can be seen, which adjoin one another in the Z direction.
  • the absorber masses 232 and 234 are connected to the element 254 via the material webs 264.
  • FIG. 15 shows a sectional view along the section line XV-XV in FIG. 14.
  • the absorber masses 232 and 234 can be seen. Between the Tilgermas ⁇ sen 232 and 234, the spring element extending 270. In the Z-direction above the absorber mass 232, the spring element 236 is provided which extends between the Appendices ⁇ ge materials 220 and the surface 266 of the absorber mass 232nd
  • the power transmission member according to the invention due to the vibration damping direction 16, 116, 216, effectively dampens vibrations generated in a rail vehicle wheel.
  • the power transmission components 110 and 210 may be arranged together between a wheel tire and a wheel disc. This makes it possible that at least three oscillation frequencies or oscillation frequency ranges can be eradicated. In other words, a first number of the power transmission members 110 for canceling vibrations of one vibration frequency range and a second number of the power transmission members 210 for canceling vibrations may be arranged in two further vibration frequency ranges between the wheel tire and the wheel disc.
  • FIG 16 shows another embodiment of the present invention.
  • the thereby provided power transmission member 310 is formed considerably simplified compared to the power transmission components of the embodiments described above.
  • the metal or sheet metal element 154, 254 has been omitted for saving space.
  • the power transmission component 310 has an absorber mass 332 which is coupled to or embedded in the spring element 336. Below the absorber mass 332 extend from this in divergent manner two material webs 364i and 364 2 , which are relatively solid.
  • the stiffness ratios in this embodiment remain similar to the above-described embodiments ⁇ .
  • the elastomer composition is heavily sheared.
  • the force transmitting member 410 shown therein is carried out in the same manner as said force transmitting member 310 according to figure 16. However, it is shown that the stiffness change in either the material webs 464i and 464 2 a stiffening element 480 in the form of an elongated Ver ⁇ steifungsbleches or a plastic body, or for "stiffening" one
  • Recess 482 may be provided. It is understood that both material webs 464i and 464 2 can each be provided with a stiffening element 480 in the form of an elongated stiffening plate or a plastic body or with a recess 482. Depending on requirements, such a change in stiffness can be achieved.
  • the invention described above can be implemented in particular by arranging a plurality of blocks in the form of individual power transmission components on a wheel.
  • the power transmission component in a closed ring shape, either in the form of individual power transmission components, which can be assembled as individual ring segments to form a closed ring or as an integrally closed ring.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad, insbesondere ein Übertragungselement, wobei das Kraftübertragungsbauteil zur Anordnung zwischen einem Radreifen und einem Radkörper eines Schienenfahrzeugrades ausgebildet ist. Das Kraftübertragungsbauteil weist wenigstens einen elastischen Körper und wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf. Die Schwingungstilgungseinrichtung umfasst wenigstens eine Tilgermasse.

Description

Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahr¬ zeugrad, das beispielsweise im Schienennahverkehr, zum Beispiel bei Straßenbah¬ nen, eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Rad für ein Schienenfahrzeug mit einem derartigen Kraftübertragungsbauteil.
Räder für Schienenfahrzeuge, d.h. für Eisenbahnen, U-Bahnen und insbesondere für Straßenbahnen, unterliegen allesamt der bekannten Problematik, dass bei der Kurvendurchfahrt mit derartigen Schienenfahrzeugrädern unerwünschte Geräuschemissionen entstehen. Anders ausgedrückt,„quietschen" die aus dem Stand der Technik bekannten Räder für Schienenfahrzeuge bei engen Kurvendurchfahrten. Ein derarti¬ ges Quietschen entsteht bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Schienenfahrzeugrädern, unabhängig von der Bauart des Rades. Ferner ist es bekannt, dass in bestimmten Betriebssituationen ein Dröhnen einzelner Räder von Schienenfahrzeugen auftreten kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schienenfahrzeugräder umfassen mindestens einen die Nabe des Rades aufweisenden Radkörper und einen den Radkörper umgebenden Radreifen. An dem Radreifen ist der Spurkranz vorgesehen, der das Rad bzw. den Radsatz in der Spur hält.
Schienenfahrzeugräder mit einem derartigen Aufbau sind beispielsweise aus den Dokumenten EP 0 872 358 AI, DE 196 10 780 AI und DE 2 324 117 bekannt.
Die Dokumente DE 196 10 780 AI und DE 2 324 117 offenbaren gummigelagerte Schienenfahrzeugräder, die heutzutage weitverbreitet im Einsatz sind. Bei diesen Schienenfahrzeugrädern ist zwischen dem Radkörper und dem Radreifen mindestens eine Gummieinlage vorgesehen. Die Gummieinlagen dienen jedoch primär der Federung der Schienenfahrzeugräder und nicht der Bekämpfung der unerwünschten Geräuschemissionen.
Im Gegensatz zu den beiden vorgenannten Dokumenten befasst sich das Dokument EP 0 872 358 AI mit den unerwünschten Geräuschemissionen eines Schienenfahrzeugrades. Das Schienenfahrzeugrad gemäß EP 0 872 358 AI umfasst einen scheibenförmigen Radkörper und einen den Radkörper umgebenden Laufkranz bzw. den Radreifen. An zumindest einer Oberfläche des scheibenförmigen Radkörpers ist ein Radschallabsorber in Form einer Zwischenschicht aus einer viskoelastischen Masse und einer auf der Zwischenschicht haftenden Deckschicht aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem kohlefaserverstärkten Werkstoff vorgesehen. Der Rad¬ schallabsorber bedeckt den mittleren Scheibenteil des scheibenförmigen Radkörpers ausgehend von einer Radnabe bis zum Übergang auf den Radreifen.
Neben einer beschränkten Wirkung gegen die unerwünschten Geräuschemissionen eines Schienenfahrzeugrades sind bei derartigen Radschallabsorbern unter anderem die an den Oberflächen des Radkörpers vorgesehene Zusatzmasse, der zusätzlich benötigte Bauraum, sowie die damit einhergehenden hohen Kosten als nachteilig anzusehen.
Ferner offenbaren die Dokumente DE 195 Ol 613 AI, DE 196 17 684 AI, EP 0 050 567 AI und EP 0 822 102 A2 weitere Ausführungen von aus dem Stand der Technik bekannten Radschallabsorbern.
Am weitesten verbreitet sind, wie bereits erwähnt, derzeit Schienenfahrzeugräder der in dem Dokument DE 2 324 117 offenbarten Art, bei denen zwischen dem Radreifen und dem scheibenförmigen Radkörper Gummieinlagen vorgesehen sind.
Die unerwünschten Geräuschemissionen, wie Quietschen oder Dröhnen, entstehen bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rädern durch das Anlaufen des Spurkranzes des kurvenäußeren Rades an die Schiene, wodurch eine Verspannung in einem aus zwei Rädern bestehenden Radsatz eingebracht wird. Durch das Anlaufen des kurvenäußeren Rades mit dem Spurkranz an die Schiene gerät das kurveninnere Rad aufgrund der durch das Anlaufen in dem Radsatz entstehenden Verspannung in Schwingung. Dabei schwingt das Rad in einem Frequenzbereich, in dem die unerwünschten Geräuschemissionen bzw. die Quietschgeräusche erzeugt werden.
Gummigefederte Räder erwärmen sich ferner stark durch die aus der Federung sowie der Schwingungsdämpfung resultierende Verformung. Dies führt insbesondere bei stark einfedernden Rädern mit relativ großen Federwegen beim Abrollen des Rades zu einem Energieverlust, welcher zu einer Eigenerwärmung der Gummifederung im Rad führt. Ferner kann dann die Motorleistung nur mit einem reduzierten Wirkungsgrad auf die Schiene gebracht werden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftübertragungsbauteil für Schienenfahrzeugräder bereitzustellen, mit dem die unerwünschten Geräuschemissi¬ onen unterdrückt und gleichzeitig unnötige Energieverluste vermieden werden kön¬ nen.
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann sowohl bei Radsätzen als auch bei Losradsätzen eingesetzt werden. Bei einem Radsatz sind zwei Räder drehfest auf einer Radsatzwelle gelagert. Bei einem Losradsatz sind zwei Räder drehbar auf einem Radträger gelagert. Wenn im Folgenden von einem„Radsatz" oder„Rädern" gespro¬ chen wird, beziehen sich dieses Ausführungen sowohl auf die beiden voranstehend genannten Formen von Radsätzen bzw. auf die Räder dieser beiden Formen von Radsätzen.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil für ein Schienenfahrzeugrad ist zur Anordnung zwischen einem Radreifen und einem Radkörper eines Schienenfahrzeug- rades ausgebildet und dient zur Übertragung von Kräften zwischen diesen Komponenten beim Abrollen des Schienenfahrzeugrades auf schienen. Der Radreifen kann sich über das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil an dem Radkörper abstützen. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil weist wenigstens einen elastischen Körper und wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf. Die
Schwingungstilgungseinrichtung umfasst wenigstens eine Tilgermasse.
Über die wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung können die den unerwünschten Geräuschemissionen zugrunde liegenden Schwingungen getilgt bzw.
gedämpft werden. Die Schwingungen entstehen durch das Anlaufen des kurvenäußeren Schienenfahrzeugsrads an die Schiene. Durch dieses Anlaufen kommt es zu einer Verspannung im Radsatz zwischen dem kurvenäußeren Rad und dem kurveninneren Rad, wodurch Schwingungen im Bereich eine Eigenform des kurveninneren Rades erzeugt werden. Die Schwingungstilgungseinrichtung ist mit ihrer Eigenfrequenz bzw. mit ihren Eigenfrequenzen auf die Eigenformschwingungen abgestimmt und unterbindet durch Dämpfung die unerwünschten Geräuschemissionen, wie Quietschen oder Dröhnen, mittels des erfindungsgemäßen Kraftübertragungsbauteils. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann in Form eines einzelnen Klot¬ zes oder alternativ als geschlossener Ring ausgebildet sein. Ferner kann das erfin¬ dungsgemäße Kraftübertragungsbauteil als Ringsegment ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann in gewünschter Anzahl zwischen dem Radreifen und dem Radkörper des Schienenfahrzeugs kraftübertragend angeordnet sein. Der elastische Körper kann aus Gummi, einem Elastomer, einem ther¬ moplastischen Elastomer oder einem Silikon hergestellt sein. Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann unterschiedliche Steifigkeiten in verschiedenen Richtungen und damit auch ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten in verschiedenen Richtungen bereitstellen. Das Kraftübertragungsbauteil kann dabei in Querkraftrich¬ tung eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, wobei die Steifigkeit in Normalkraftrich- tung und in Umfangsrichtung weniger hoch ist, damit das Schienenfahrzeugrad weiter einen ausreichenden Federweg in Normalkraftrichtung bereitstellen kann. In Normalkraftrichtung und in Umfangsrichtung kann das Kraftübertragungsbauteil gemäß der Erfindung demnach relativ weich sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine Schwingungs- tilgungseinrichtung wenigstens ein Federelement aufweisen. Das wenigstens eine Federelement kann mit der wenigstens einen Tilgermasse verbunden sein. Das wenigstens eine Federelement kann unter anderem die zulässige Schwingungsamplitude der Tilgermasse bestimmen. Das wenigstens eine Federelement kann mit dem wenigstens einen elastischen Körper verbunden sein. Das wenigstens eine Federelement kann vorgespannt sein. Auf diese Weise kann das Federelement eine hohe Dämpfung bereitstellen. Das wenigstens eine Federelement kann derart mit dem elastischen Körper verbunden sein, dass der elastische Körper das wenigstens eine Federelement im im Schienenfahrzeugrad eingebauten Zustand vorspannt. Dazu kann der elastische Körper die wenigstens eine Tilgermasse abschnittsweise umgeben. Das wenigstens eine Federelement kann an einem Abschnitt des Kraftübertragungsbauteils angeordnet sein, der zur Anlage an dem Radreifen ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Tilgermasse in Richtung des Radkörpers unter Belastung des wenigstens einen Federelements schwingen.
In dem wenigstens einen elastischen Körper kann wenigstens eine zusätzliche Versteifungsstruktur vorgesehen sein. Über die wenigstens eine Versteifungsstruktur kann die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils eingestellt werden. Die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils in Querkraftrichtung kann über die wenigstens eine Versteifungsstruktur hoch eingestellt werden, um die Spurführung des Schienenfahrzeugrades gewährleisten zu können. In Normalkraftrichtung kann die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils über die wenigstens eine Versteifungsstruktur geringer eingestellt werden, damit das Kraftübertragungsbauteil einen ausreichend großen Federweg in dieser Richtung bereitstellen kann. Durch die wenigstens eine Verstei¬ fungsstruktur wird die Leistungsdichte des Kraftübertragungsbauteils bzw. des elasti¬ schen Körpers des Kraftübertragungsbauteils erhöht. Das Kraftübertragungsbauteil benötigt dementsprechend weniger Bauraum, der für die Dimensionierung und An¬ ordnung der wenigstens einen Schwingungstilgungseinrichtung verwendet werden kann.
In dem wenigstens einen elastischen Körper kann wenigstens eine Ausnehmung ausgebildet sein. Die wenigstens eine Versteifungsstruktur kann in der wenigstens einen Ausnehmung in dem elastischen Körper aufgenommen sein. Dadurch kann die Herstellung des wenigstens einen Kraftübertragungsbauteils vereinfacht werden, da sich Ausnehmungen in dem elastischen Körper relativ schnell und einfach über bei¬ spielsweise ein Spritzgussverfahren herstellen lassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine Versteifungsstruktur wenigstens eine Fadeneinlage umfassen. Die wenigstens eine Fadeneinlage kann in Querkraftrichtung eine hohe Steifigkeit erzeugen. In der wenigstens einen Fadeneinlage kann wenigstens ein weiterer elastischer Körper aufgenommen sein. Der wenigstens eine elastische Körper kann aus einem anderen Material wie dem Material des elastischen Körpers des Kraftübertragungsbauteils hergestellt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der in der Fadeneinlage aufgenommene weitere elastische Körper aus dem gleichen Material wie der elastische Körper des Kraftübertragungsbauteils hergestellt ist. Der in der Fadeneinlage aufgenommene elastische Körper kann somit wie die Fadeneinlage ein Teil der wenigstens einen Versteifungsstruktur bilden. Die wenigstens eine Fadeneinlage kann den weiteren elastischen Körper umschließen. Anstelle der wenigstens einen Fadeneinlage kann auch wenigstens ein Element aus einem sich von dem Material des elastischen Körpers unterscheidenden Material verwendet werden. Dieses Material muss jedoch zum
Bereitstellen der gewünschten Eigenschaften des Übertragungsbauteils geeignet sein. Dieses Material kann beispielsweise ein faserverstärktes Material sein.
Die wenigstens eine Fadeneinlage kann gemäß einer Ausführungsform im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein. Durch die kreisförmig ausgebildete wenigstens eine Fadeneinlage kann das Kraftübertragungsbauteil in Querkraftrichtung eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen. Die Steifigkeit in Normalkraftrichtung bzw. in der Richtung, in der Druckkräfte auf das Kraftübertragungsbauteil wirken, kann über die wenigstens einen Fadeneinlage relativ gering eingestellt werden. Die kreisförmig ausgebildete Fadeneinlage lässt sich in Normalkraftrichtung durch relativ geringe Kräfte verformen. Bei einer Druckbelastung des Kraftübertragungsbauteils kann sich der kreisförmige Querschnitt der wenigstens einen Fadeneinlage in einen ellipsen¬ förmigen Querschnitt deformieren. In Normalkraftrichtung kann die Dämpfung und auch der Federweg hauptsächlich über den elastischen Körper des Kraftübertragungsbauteils eingestellt werden.
Die wenigstens eine Fadeneinlage ermöglicht somit, dass das Schienenfahrzeugrad über einen relativ großen Federweg in Normalkraftrichtung einfedern und dennoch eine erhöhte Steifigkeit in Querkraftrichtung aufweisen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schwingungstilgungseinrichtung in radialer Richtung betrachtet wenigstens eine im Einbauzustand im Schienenfahrzeugrad radi¬ al äußere Tilgermasse und wenigstens eine im Einbauzustand im Schienenfahrzeugrad radial innere Tilgermasse aufweisen. Die beiden Tilgermassen können also in radialer Richtung bzw. in Normalkraftrichtung übereinander angeordnet sein. Zwischen der wenigstens einen radial äußeren Tilgermasse und der wenigstens einen radial inneren Tilgermasse ist wenigstens ein Federelement vorgesehen. Die wenigstens eine radial äußere Tilgermasse kann einen stufenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die wenigstens eine radial äußere Tilgermasse an ihrer dem Radreifen zugewandten Fläche einen vergrößerten Querschnitt aufweisen kann. Die radial äußere Tilgermasse und die radial innere Tilgermasse können sich relativ zueinander bewegen, um Schwingungen dämpfen zu können.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schwingungstilgungseinrichtung wenigstens zwei im Einbauzustand in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Tilgermassen aufweist. Mit anderen Worten sind die beiden Tilgermassen in Umfangsrichtung betrachtet seriell, beispielsweise parallel zueinander, angeordnet. Bei dieser Anordnung können zwei oder mehr Tilgermassen vorgesehen sein.
Das wenigstens eine Federelement kann zwischen der radial äußeren Tilgermasse und der radial inneren Tilgermasse vorgesehen sein. Das wenigstens eine Federelement kann über die wenigstens eine radial äußere Tilgermasse und die wenigstens eine radial innere Tilgermasse vorgespannt werden. Dazu können die Tilgermassen mit dem elastischen Körper zusammenwirken, der die beiden Tilgermassen gegeneinander drücken kann, um das Federelement vorzuspannen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftübertragungsbauteil wenigstens zwei elastische Körper aufweisen, zwischen denen die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung angeordnet ist. Die wenigstens zwei elastischen Körper können voneinander beabstandet sein, um die Schwingungstilgungseinrich¬ tung zwischen sich aufnehmen zu können. Wenn zwei elastische Körper angeordnet sind, kann sich das Kraftübertragungsbauteil über diese beiden elastischen Körper an dem Radreifen und dem Radkörper abstützen. Der zwischen den beiden elastischen Körpern entstehende Freiraum vereinfacht die Montage des Kraftübertragungsbau¬ teils, da die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung aufgrund ihrer Tilger- masse(n) nur geringfügig komprimierbar ist. Da das Kraftübertragungsbauteil bei der Montage unter Vorspannung in ein Schienenfahrzeugrad eingebaut wird, können die beiden elastischen Körper zur Montage komprimiert werden, ohne dass die wenigs¬ tens eine Schwingungstilgungseinrichtung die Montage beeinträchtigen würde.
Da der elastische Körper durch die Versteifungsstruktur eine erhöhte Leistungsdichte aufweist, benötigt er weniger Bauraum in dem Schienenfahrzeugrad. Dadurch kann ausreichend Bauraum für die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung geschaffen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Kraftübertragungsbauteil wenigstens ein als Strombrücke dienendes Element aufweisen. Strombrücken werden benötigt, um den zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs notwendigen Stromkreis schließen zu können. Der Strom von der Stromquelle, beispielsweise der Oberleitung oder Stromschienen, muss über die Räder auf die Schienen und über die Schienen zurückgeführt werden können. Falls der elastische Körper des Kraftübertragungsbauteils isolierend ausgebildet ist bzw. isolierend wirkt und somit den Radreifen von dem Radkörper isoliert, muss über die wenigstens eine Strombrücke in dem Kraftübertragungsbauteil eine stromleitende Verbindung zwischen dem Radreifen und dem Radkörper hergestellt werden.
Das Kraftübertragungsbauteil kann wenigstens eine Anlagefläche zur Anlage am Radreifen und wenigstens eine Anlagefläche zur Anlage am Radkörper aufweisen. Die Anlageflächen können aus dem Material des elastischen Körpers gebildet werden. Das elastische Material des elastischen Körpers kann einen relativ hohen Reibwert aufweisen. Weist das Material des elastischen Körpers einen relativ hohen Reibwert auf, kann über das Kraftübertragungsbauteil eine gute Traktion zwischen dem Radkörper und dem Radreifen bereitgestellt werden. Eine gute Traktion zwischen dem Radreifen und dem Radkörper ist notwendig, da die Antriebsmomente von dem an¬ getriebenen Radkörper über das Kraftübertragungsbauteii reibschlüssig an den Rad¬ reifen übertragen werden müssen. Gummi oder ein Elastomer als Material für den elastischen Körper weisen einen hohen Reibwert auf und können somit hohe Trakti¬ onsmomente übertragen.
Im Bereich der Anlageflächen kann ferner wenigstens ein Blechelement oder wenigs¬ tens ein Metallteil vorgesehen sein. Das wenigstens eine Blechelement bzw. das wenigstens eine Metallteil kann mit dem wenigstens einen Federelement der Schwin- gungstilgungseinrichtung verbunden sein, so dass sich das wenigstens eine Fe¬ derelement zwischen dem wenigstens einen Blechelement oder dem wenigstens einen Metallteil und Tilgermasse erstrecken. Das wenigstens eine Metallteil bzw. das wenigstens eine Blech können eine vorbestimmte Wölbung aufweisen und zur Her¬ stellung einer Verbindung zwischen dem Radreifen und dem Kraftübertragungsbau¬ teil bzw. zwischen dem Radkörper und dem Kraftübertragungsbauteil herstellen. Das Blech oder das Metallteil kann auch die Anlagefläche bilden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die wenigstens eine Schwingungstilgungsein- richtung auf vorbestimmte Schwingungsfrequenzen einstellbar sein. Die in einem Radreifen auftretenden Schwingungsfrequenzen, die die unerwünschten Geräuschemissionen, das Quietschen oder das Dröhnen, erzeugen sind abhängig vom Abfahrzustand des Schienenfahrzeugrads. Über den elastischen Körper des wenigstens einen Kraftübertragungsbauteils können bereits die unerwünschte Geräusche unterdrückende Schwingungsdämpfungseigenschaften des Kraftübertragungsbauteils eingestellt werden. Dies kann insbesondere über die Materialwahl für den elastischen Körper bzw. die Shore-Härte des Materials für den elastischen Körper eingestellt werden. Über den elastischen Körper kann das Kraftübertragungsbauteil auf ein vorbestimmtes Frequenzband von zu dämpfenden Frequenzen eingestellt werden. Der Frequenzbereich, auf den die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung eingestellt wird, entspricht vorzugsweise nicht den Schwingungsfrequenzen des Schienenfahrzeugrades im Neuzustand, sondern den Schwingungsfrequenzen, die bei einem teilweise abgefahrenen Schienenfahrzeugrad auftreten. Dadurch werden möglichst geringe Abweichungen zwischen dem voreingestellten Frequenzbereich der Schwingungstilgungseinrichtung und den im Betrieb des Schienenfahrzeugrads auftretenden Schwingungen erreicht, so dass auch in verschiedenen Abfahrzuständen des Schienenfahrzeugrades auftretende Schwingungen von der Schwingungstilgungseinrichtung ausreichend getilgt werden können. Die wenigstens eine Versteifungsstruktur kann ein Federelement sein. Das wenigs¬ tens eine Federelement kann einen Basisabschnitt und wenigstens zwei sich von dem Basisabschnitt weg erstreckende Federarme aufweisen. Der Basisabschnitt kann als eine Anlagefläche zur Anlage an einem Radreifen eines Schienenfahrzeugrades festlegen. Die Federarme des Federelements können sich in Richtung des wenigstens einen Radkörpers erstrecken. Die beiden Federarme können jeweils einen Anlageab¬ schnitt zur Anlage an dem Radkörper aufweisen. Damit das Federelement vorbe¬ stimmte Federwege zur Federung des Rades bzw. des Radreifens bereitstellen kann, können die Federarme Abschnitte in Form eines um 90 Grad gedrehten„V" aufwei¬ sen. Zwischen den beiden Federarmen kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung mit der wenigstens einen Tilgermasse vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das wenigstens eine Federelement im Einbauzu¬ stand radial außerhalb der wenigstens einen Tilgermasse vorgesehen sein. Das wenigstens eine Federelement kann sich zwischen der Anlagefläche zur Anlage am Radreifen und der wenigstens einen Tilgermasse erstrecken.
Die Schwingungstilgungseinrichtung kann über die radiale Erstreckung bzw. die Dicke des wenigstens einen Federelements auf eine vorbestimmte Schwingungsfrequenz eingestellt werden. In Abhängigkeit von der Dicke D bzw. der radialen Erstreckung im Einbauzustand des Federelements kann die Schwingungstilgungseinrichtung auf verschiedene Schwingungsfrequenzen abgestimmt werden, um diese Frequenzen wirksam tilgen zu können. Die wenigstens eine Tilgermasse kann sich mit einem durch die radiale Erstreckung des wenigstens einen Federelements vorgegebenen Abstand im Wesentlichen parallel zu der Anlagefläche erstrecken. Insbesondere die der Anlagefläche zugewandte Fläche der Tilgermasse kann sich parallel zu der Anlagefläche erstrecken. Der durch das Federelement vorgegebene Abstand zwischen der Anlagefläche und der dieser Anlagefläche zugewandten Fläche der Tilgermasse kann im Wesentlichen über die gesamte Erstreckung dieser Fläche der Tilgermasse konstant bleiben.
Zwischen der radial äußeren Tilgermasse und der radial inneren Tilgermasse kann ein weiteres Federelement vorgesehen sein. Die Schwingungstilgungseinrichtung kann somit zwei Schwingungstilger aufweisen, die jeweils eine Tilgermasse und ein Federelement umfassen. Die beiden Schwingungstilger der Schwingungstilgungseinrichtung können in vertikaler Richtung bzw. im Einbauzustand in radialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet sein. Dadurch kann die Schwingungstilgungseinrichtung des Kraftübertragungsbauteils auf zwei Schwingungsfrequenzen bzw. zwei Schwingungsfrequenzbereiche abgestimmt werden. Je nach Bedarf können auch Ausführungsformen mit mehr als zwei Tilgermassen vorgesehen sein.
Das Kraftübertragungsbauteil kann einen Federungsbereich aufweisen, der im Einbauzustand radial innerhalb der Schwingungstilgungseinrichtung angeordnet ist. Das Kraftübertragungsbauteil kann zwei Funktionsbereiche aufweisen. In einem ersten Funktionsbereich kann die Schwingungstilgungseinrichtung angeordnet sein, wobei ein zweiter Funktionsbereich zur Federung des Schienenfahrzeugrads vorgesehen ist. Die Schwingungstilgungseinrichtung kann funktional dem Radreifen zugeordnet sein. Die Schwingungstilgungseinrichtung kann dementsprechend im Einbauzustand radial außerhalb des zweiten Funktionsbereichs angeordnet sein. Der für die Federung zuständige zweite Funktionsbereich ist weniger steif ausgeführt als der die Schwin¬ gungstilgungseinrichtung aufweisende erste Funktionsbereich. Dies liegt unter anderem an den Federelementen der Schwingungstilgungseinrichtung. Die Federelemente der Schwingungstilgungseinrichtung sind steifer als das elastische Material des elastischen Körpers im zweiten Funktionsbereich. Die Federelemente der Schwingungstilgungseinrichtung weisen üblicherweise eine größere Querschnittsfläche und eine geringere Dicke als das elastische Material im zweiten Funktionsbereich auf und sind damit steifer. Da der Radreifen primär für die auftretenden Schwingungen und die damit einhergehenden unerwünschten Geräuschen ausschlaggebend ist, dient die Schwingungstilgungseinrichtung im Wesentlichen zur (Be-)Tilgung der Schwingungen des Radreifens. Zwar kann der für die Federung zuständige zweite Funktionsbereich die Funktion der Schwingungstilgungseinrichtung geringfügig beeinflussen, dies ist jedoch aufgrund der unterschiedlichen Steifigkeiten der beiden Funktionsbereiche vernachlässigbar.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Rad für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für den Schienennahverkehr. Das Rad weist einen eine Nabe aufweisenden Radkörper und einem den Radkörper radial umgebenden Radreifen auf. Der Radreifen stützt sich über wenigstens ein Kraftübertragungsbauteil der voranstehend beschriebenen Art an dem Radkörper ab.
Die Kraftübertragungsbauteile können unter Vorspannung zwischen dem Radreifen und dem Radkörper angeordnet werden. Das Kraftübertragungsbauteil kann sich an eine Außenumfangsfläche des Radkörpers und eine Innenumfangsfläche des Radreifens anlegen. Das Kraftübertragungsbauteil kann einen stromleitenden Kontakt zwischen dem Radkörper und dem Radreifen herstellen. Gemäß einer Ausführungsform können zwischen Radreifen und Radkörper mehrere Kraftübertragungsbauteile vorgesehen sein. Die Schwingungstilgungseinrichtungen diese Kraftübertragungsbauteile können auf unterschiedliche Schwingungsfrequen¬ zen eingestellt werden. Auf diese Weise können verschiedene von einem Schienenfahrzeugrad erzeugte Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen gedämpft werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen dem Radreifen und dem Radkörper eine erste Anzahl von Kraftübertragungsbauteilen mit einer Tilgermasse und eine zweite Anzahl von Kraftübertragungsbauteilen mit einer radial äußeren und einer radial inneren Tilgermasse vorgesehen sein.
Die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung kann auf mehrere Schwin- gungstilgungsfrequenzen eingestellt werden. Beispielsweise kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf einen oberen Schwingungsfrequenzbereich und einen unteren Schwingungsfrequenzbereich eingestellt werden. Wenn die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung mehrere Tilgermassen aufweist, kann die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung auf eine Mehrzahl von Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Dabei kann die Anzahl der Tilgermassen die Anzahl der einstellbaren Schwingungsfrequenzen festlegen. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine Schwingungstilgungseinrichtung mit zwei Tilgermassen zwei Eigenformen aufweist, bzw. auf zwei Schwingungsfrequenzen einstellbar ist.
Die wenigstens eine Fadeneinlage weist sehr gute Festigkeitswerte auf. Aufgrund der hohen Festigkeit der wenigstens einen Fadeneinlage kann auch der wenigstens eine elastische Körper eine erhöhte Festigkeit aufweisen.
Das erfindungsgemäße Kraftübertragungsbauteil kann durch die wenigstens eine Versteifungsstruktur gezielt in seinen Steifigkeiten und Festigkeiten variiert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Steifigkeit in Querkraftrichtung, die die Spurführung gewährleisten soll, relativ hoch ist. Die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils in Normalkraftrichtung soll relativ gering eingestellt werden, so dass das Kraftübertragungsbauteil relativ große Federwege bereitstellt und den Körperschalleintrag in die Schienen bzw. in den Untergrund reduziert.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es stellen dar: perspektivische Ansichten eines Kraftübertragungsbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung der Erfindung; eine Vorderansicht des Kraftübertragungsbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV- IV in FIG. 3; eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V in FIG. 3; eine perspektivische Ansicht eines Kraftübertragungsbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; eine Draufsicht des Kraftübertragungsbauteils gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII in Figur 7; eine Seitenansicht des Kraftübertragungsbauteils gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie X-X in Figur 9; eine perspektivische Ansicht eines Kraftübertragungsbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; eine Draufsicht des Kraftübertragungsbauteils gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung; eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XIII-XIII in Figur 12; eine Seitenansicht des Kraftübertragungsbauteils gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung; eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XV-XV in Figur 14; eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und FIG. 17 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfin¬ dung.
FIG. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kraftübertragungsbauteils 10.
Das Kraftübertragungsbauteil 10 weist einen ersten elastischen Körper 12 und zwei¬ ten elastischen Körper 14 auf. Zwischen den elastischen Körpern 12, 14 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 erkennbar. Der erste elastische Körper 12 und der zweite elastische Körper 14 sind über einen Anlageabschnitt 18 verbunden. Der Anlageabschnitt 18 weist eine Anlagefläche 20 auf. Der Anlageabschnitt 18 ist mit seiner Anlagefläche 20 zur Anlage an einem in FIG. 1 nicht gezeigten Radreifen aus¬ gebildet. Der Anlageabschnitt 18 ist an das Profil der Innenumfangsfläche eines Radreifens (nicht gezeigt) angepasst. Dementsprechend weist die Anlagefläche 18 einen Knick 22 auf, der einen Vorsprung eines Radreifens (nicht gezeigt) aufnehmen kann.
Die elastischen Körper 12, 14 sind mit Ausnehmungen 24, 26 versehen. In den kreisförmigen Ausnehmungen 24, 26 sind Versteifungsstrukturen 28, 30 aufgenommen, die kreiszylinderförmig ausgebildet sind. Auf die Versteifungsstrukturen 28, 30 wird im weiteren Verlauf dieser Beschreibung im Detail eingegangen.
Die Schwingungstilgungseinrichtung 16 weist im späteren Einbauzustand eine radial äußere Tilgermasse 32 und eine radial innere Tilgermasse 34 auf. Zwischen der radial äußeren Tilgermasse 32 und der radial inneren Tilgermasse 34 ist ein Federelement 36 vorgesehen. Die Tilgermassen 32 und 34 sind teilweise in das Material der elastischen Körper 12, 14 und des Anlageabschnitts 18 eingebettet. Die elastischen Körper 12 und 14 erstrecken sich ausgehend von dem Anlageabschnitt 18. An den elastischen Körpern 12, 14 sind der Anlagefläche 20 entgegengesetzte Anlageflächen 38 und 40 ausgebildet. Zwischen den elastischen Körpern 12 und 14 wird ein Freiraum gebildet.
FIG. 2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Kraftübertragungsbauteils 10.
In FIG. 2 sind die Anlageflächen 38, 40 an den dem Anlageabschnitt 18 entgegengesetzten Enden der elastischen Körper 12, 14 erkennbar. Die Anlageflächen 38, 40 sind gewölbt ausgebildet, wobei sich die Wölbung der Anlageflächen 38, 40 von der - -
Wölbung der Anlagefläche 10 unterscheiden kann. Die Wölbung der Anlagenflächen 18, 38 und 40 kann jedoch auch gleich sein.
Zwischen den elastischen Körpern 12, 14 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 erkennbar. Der Schwingungstilgungseinrichtung 16 ist ein Freiraum zwischen den elastischen Körpern 12 und 14 zugeordnet. Zwischen den Tilgermassen 32, 34 ist das Federelement 36 erkennbar, dass die Schwingungsamplitude der Schwingungstilgungseinrichtung 16 mitbestimmt.
FIG. 3 zeigt eine Vorderansicht des Kraftübertragungsbauteils 10.
Die Ausnehmungen 24, 26 in den elastischen Körpern 12, 14 sind kreisförmig ausge¬ bildet. Die kreisförmigen Ausnehmungen 24, 26 nehmen im Wesentlichen kreiszylin- derförmige Versteifungsstrukturen 28, 30 auf. Die Versteifungsstrukturen 28, 30 dienen dazu, die Steifigkeit und die Festigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 in verschiedenen Richtungen einzustellen. Zwischen den elastischen Körpern 12, 14 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 vorgesehen.
Zwischen den elastischen Körpern 12 und 14 wird ein Freiraum FS ausgebildet. Anders ausgedrückt sind die elastischen Körper 12 und 14 in X-Richtung zueinander versetzt, um zwischen sich die Schwingungstilgungseinrichtung 16 aufnehmen zu können. Durch den Freiraum FS beeinträchtigt die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung 16 die Montage des Kraftübertragungsbauteils 10 nicht. Bei der Montage werden die beiden elastischen Körper 12 und 14 im wesentlichen in Z- Richtung komprimiert, um das Kraftübertragungsbauteil 10 unter Vorspannung in ein Schienenfahrzeugrad (nicht gezeigt) einbauen zu können. Aufgrund ihrer Tilgermassen 32, 34 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 jedoch nur geringfügig komprimierbar. Der Freiraum FS stellt somit den Weg bereit, den die elastischen Körper 12 und 14 bei der Montage ohne Beeinträchtigung durch die Schwingungstilgungseinrichtung 16 komprimiert werden können, damit das Kraftübertragungsbauteil 10 in den Zwischenraum zwischen Radkörper und Radreifen eines Schienenfahrzeugrades (nicht gezeigt) unter Vorspannung eingebracht werden kann. Durch die Versteifungsstrukturen 28, 30 wird insbesondere die Steifigkeit in Y-Richtung erhöht. Die Steifigkeit in Z-Richtung wird über die elastischen Körper 12 und 14 und die
Versteifungsstrukturen 28 und 30 derart eingestellt, dass das Kraftübertragungsbauteil 10 in Z-Richtung relativ große Federwege bereitstellen kann, d.h. das Kraftübertragungsbauteil ist in Z-Richtung relativ weich. Dadurch wird der Körperschalleintrag über ein Schienenfahrzeugrad mit dem Kraftübertragungsbauteil 10 auf den Untergrund bzw. die Schienen (nicht gezeigt) reduziert.
FIG. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV- IV in FIG. 3.
In FIG. 4 ist die Schwingungstilgungseinrichtung 16 mit der oberen Tilgermasse 32 und der unteren Tilgermasse 34 erkennbar. Ebenso wie der Anlageabschnitt 18 ist die obere Tilgermasse 32 an die Kontur der Innenumfangsfläche eines Radreifens (nicht gezeigt) angepasst. Die obere Tilgermasse 32 ist mit einer im Querschnitt V- förmigen Ausnehmung 42 ausgebildet. Die Ausnehmung 42 entspricht im Wesentlichen dem Knick 22 der Anlagefläche 20 bzw. des Anlageabschnitts 18 (siehe FIG. 1). Die untere Tilgermasse 34 ist mit der oberen Tilgermasse 32 über das Federelemnt 36 verbunden. Das Federelement 36 kann eine Gummispur oder eine Elastomerspur sein. Das Federelement 36 lässt Relativbewegungen zwischen den Tilgermassen 32 und 34 zu. Die Tilgermassen 32 und 34 können grundsätzlich in Richtung aller drei Raumachsen schwingen. Insbesondere können die Tilgermassen 32 und 34 aber Iin Y-Richtung schwingen.
FIG. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V in FIG. 3.
In FIG. 5 ist die Ausnehmung 26 in dem elastischen Körper 14 erkennbar. In der kreisförmigen Ausnehmung 26 ist die Versteifungsstruktur 28 aufgenommen. Die Versteifungsstruktur 28 ist kreiszylinderförmig ausgebildet. Die Versteifungsstruktur 28 weist eine kreisförmige Fadeneinlage 44 auf. Das heißt die Fadeneinlage 44 ist im Querschnitt als geschlossener Kreis ausgebildet. Die Fadeneinlage 44 nimmt einen elastischen Körper 46 auf. Die Fadeneinlage 44 stellt einen Kontakt zwischen der Versteifungsstruktur 28 und dem elastischen Körper 14 her. Über die Versteifungsstruktur 28 können die Steifigkeiten und die Festigkeiten des Kraftübertragungsbauteils 10 eingestellt werden. Die Versteifungsstruktur 28 dient insbesondere zur Einstellung der Steifigkeit in Z-Richtung (Vertikalrichtung) und in Y-Richtung. Die Fadeneinlage 44 weist in Y-Richtung eine sehr hohe Steifigkeit auf. In Y-Richtung muss das Kraftübertragungsbauteil 10 relativ steif sein. Da von der Steifigkeit in Y- Richtung bzw. in Querkraftrichtung des Schienenfahrzeugrads die Spurführung des Rads abhängt. Die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 in Y-Richtung muss hoch sein, damit über die Kombination aus Radkörper, Kraftübertragungsbauteil und Radreifen die Spur halten kann. In Z-Richtung wird die Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 über die Verstei¬ fungsstruktur 28 und das Material der elastischen Körper 12, 14 relativ weich einge¬ stellt, so dass das Kraftübertragungsbauteil 10 in Z-Richtung relativ große Federwege bereitstellen kann. In Z-Richtung kann sich die in Querschnitt kreisförmig ausgebildete Fadeneinlage 44 unter Deformation des in der Fadeneinlage 44 aufgenommenen elastischen Körpers 46 zu einer Ellipse deformieren. Auch der elastische Körper 46 bzw. das für den elastischen Körper 46 gewählte Material trägt zur Einstellung der Steifigkeit des Kraftübertragungsbauteils 10 bei. Der elastische Körper nimmt insbesondere Druckkräfte auf, die im Betrieb des Rades auftreten. Der elastische Körper 46 dient jedoch auch als Rückstellelement für die Fadeneinlage 44, damit die Faden¬ einlage 44 nach der Belastung wieder ihren kreisförmigen Querschnitt einnehmen kann. Mit anderen Worten wird bei der Aufnahme von Kräften in Z-Richtung, das heißt bei der Aufnahme von Druckkräften, der elastische Körper 14 und die Verstei¬ fungsstruktur 28 mit ihrer Fadeneinlage 44 elastisch deformiert. Dadurch wir ein Einfedern des Schienenfahrzeugrades 10 ermöglicht.
Die die voranstehend beschriebene Ausführungsform ermöglicht es über die Verstei¬ fungsstrukturen 28, 30 gezielt die Steifigkeiten und Festigkeiten des Kraftübertragungsbauteils 10 einzustellen. Über die Versteifungsstrukturen 28, 30 und die Materialwahl für die elastischen Körper 12 und 14 lassen sich in unterschiedlichen Richtungen X, Y, Z verschiedene Steifigkeiten einstellen. FIG. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kraftübertragungsbauteils 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Das Kraftübertragungsbauteil 110 weist einen elastischen Körper 112 und eine Schwingungstilgungseinrichtung 116 auf. Der elastische Körper 112 umfasst einen Anlageabschnitt 118 mit einer Anlagefläche 120. Der Anlageabschnitt 118 ist an das Profil der Innenumfangsfläche des Radreifens (nicht gezeigt) angepasst. Dementsprechend weist die Anlagefläche 118 einen Knick 122 auf, der einen Vorsprung eines Radreifens (nicht gezeigt) aufnehmen kann. Der Knick 122 erstreckt sich in Umfangsrichtung des nicht gezeigten Radreifen bzw. eines Schienenfahrzeugrads (nicht gezeigt). Der elastische Körper 112 weist eine weitere Anlagefläche 138 zur Anlage an einer Radscheibe (nicht gezeigt) auf.
Die Schwingungstilgungseinrichtung 116 weist eine Tilgermasse 132 und ein Federelement 136 auf. Das Federelement 136 erstreckt sich zwischen der Anlagefläche 118 und der Tilgermasse 132. Die Tilgermasse 134 ist zumindest teilweise in das Material des elastischen Körpers 112 bzw. des Federelements 136 eingebettet. In dem elastischen Körper 112 sind mit Ausnehmungen 124, 126, 148, 150 und 152 ausgebildet. Diese Ausnehmungen 124, 126, 148, 150 und 152 werden insbesondere beim Einpressen der Kraftübertragungsbauteile 110 zwischen einen Radreifen und eine Radscheibe (nicht gezeigt) benötigt, um eine Komprimierung des Kraftübertragungsbauteils 110 zuzulassen. Die Ausnehmungen 124, 126, 148, 150 und 152 sind zwischen der Tilgermasse 132 und einem Metall- bzw. Blechelement 154 vorgesehen. Das Element 154 weist in Richtung der Tilgermasse 132 vorstehende Vorsprünge 156 und 158 auf. Die Tilgermasse 132 weist in Richtung des Elements 154 vorspringende Abschnitte 160 und 162 auf. Durch die Ausnehmungen 124, 126, 148, 150 und 152 werden Abschnitte bzw. Stege 164 des elastischen Materials des elastischen Körpers 112 gebildet, die sich zwischen der Tilgermasse 132 und dem Element 154 erstrecken. Diese Materialstege 164 dienen zur Federung des Radreifens und weisen eine geringere Steifigkeit als das Federelement 136 der Schwingungstilgungseinrichtung 116 auf. Das Federelement 136 ist durch seine größere Querschnittsfläche und eine geringere Stärke bzw. Dicke steifer als die Materialstege 164. Die Materialstege 164 wirken mit den Vorsprüngen 160, 162 an der Tilgermasse 132 und den Vorsprüngen 156 und 158 an dem Element 154 zusammen, um die im Betrieb eines Schienenfahrzeugrades auftretenden Belastungen, insbesondere die Radlast und Querkräfte, aufnehmen zu können.
FIG. 7 zeigt eine Draufsicht des Kraftübertragungsbauteils 110. In Figur 7 ist die Anlagefläche 120 des Anlageabschnitts 118 mit ihren Knick 122 gezeigt.
FIG. 8 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII in Figur 7.
Zwischen der Anlagefläche 120 und der Tilgermasse 132 erstreckt sich das Federelement 136. Über die Dicke D in Z-Richtung bzw. über die im Einbauzustand radiale Erstreckung des Federelements 136 kann die Schwingungstilgungseinrichtung 116 auf vorbestimmte Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Die der Anlagefläche 120 zugewandte Fläche 166 der Tilgermasse 132 ist um die Dicke D des Federelements 136 von der Anlagefläche 120 beabstandet. Die Fläche 166 der
Tilgermasse 132 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Anlagefläche 120 und weist dementsprechend ebenfalls einen Knick 168 auf.
Die Materialstege 164, die sich zwischen der Tilgermasse 132 und dem Element 154 erstrecken, und die Vorsprünge 156, 158, 160, 162 dienen zur Versteifung des Kraftübertragungsbauteils 110. Das Kraftübertragungsbauteil 110 muss insbesondere in Y-Richtung relativ steif sein, da von der Steifigkeit in Y-Richtung bzw. in Querkraftrichtung des Kraftübertragungsbauteils 110 die Spurführung des Rads (nicht gezeigt) abhängt. Durch die Materialstege 164, die sich insbesondere schräg zwischen den Vorsprüngen 156 und 158 des Elements 154 und den Vorsprüngen 160, 162 der Tilgermasse erstrecken, nimmt das Kraftübertragungsbauteil 110 in Y-Richtung im wesentlichen Druckbelastungen auf. Darüber hinaus dienen die Materialstege 164 zur Federung des Radreifens in Z-Richtung.
Die Schwingungstilgungseinrichtung 116, d.h. das Federelement 136 und die Tilger¬ masse 132, ist funktional dem Radreifen (nicht gezeigt) zugeordnet. Das Federelement 136 und die Tilgermasse 132 dienen zum Betilgen des Radreifens (nicht gezeigten). Über das Federelement 136 und die Tilgermasse 132 sollen somit die an dem Radreifen auftretenden Schwingungen getilgt werden. Der Bereich zwischen der Tilgermasse 132 und der Anlagefläche 138, d.h. der in Z-Richtung unteren Anlageflä¬ che 138, dient zur Federung des Schienenfahrzeugrads.
FIG.9 zeigt eine Seitenansicht des Kraftübertragungsbauteils 110.
In FIG. 9 sind die Tilgermasse 132, das Federelement 136 und die Materialstege 164 gezeigt, die sich zwischen dem Element 154 und der Tilgermasse 132 erstrecken.
FIG. 10 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie X-X in Figur 9.
FIG. 10 zeigt das Element 154, die Ausnehmung 148, die Tilgermasse 132, das Federelement 136 und die Anlagefläche 120. In Figur 10 ist die Wölbung der Anlagefläche 120 und damit auch des Federelements 136 erkennbar, die an den
Innenumfangsradius des Radreifens (nicht gezeigt) angepasst ist.
FIG. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kraftübertragungsbauteils 210 gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die Schwingungstilgungseinrichtung 216 des Kraftübertragungsbauteils 210 weist neben der Tilgermasse 232 eine weitere Tilgermasse 234 auf. Zwischen der Tilgermasse 232 und der Tilgermasse 234 ist ein Federelement 270 vorgesehen. Die Tilgermasse 232 wirkt zur Schwingungstilgung mit dem Federelement 236 zusammen. Die Tilgermasse 234 wirkt mit dem Federelement 270 zur Schwingungstilgung zusammen. Es sind somit zwei Schwigungstilger vorgesehen, die zum Tilgen von unterschiedlichen Schwingungen vorgesehen sind. - -
FIG. 12 zeigt eine Draufsicht des Kraftübertragungsbauteils 210.
Die Anlagefläche 220 des Kraftübertragungsbauteils 210 weist einen Knick 222 auf, der sich in X-Richtung erstreckt und mit einem Vorsprung eines Radreifens zusam¬ menwirken kann.
FIG. 13 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie ΧΠΙ-ΧΙΙΙ in Figur 12.
Die Schwingungstilgungseinrichtung 216 weist eine in Z-Richtung obere Tilgermasse 232, die im Einbauzustand einer radial äußeren Tilgermasse entspricht, und eine in Z-Richtung untere Tilgermasse 234 auf, die im Einbauzustand einer radial inneren Tilgermasse entspricht. Zwischen der Tilgermasse 232 und der Tilgermasse 234 ist das Federelement 270 vorgesehen, das mit der Tilgermasse 234 zum Tilgen einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz zusammenwirkt. Die Tilgermasse 234 ist zwischen den Ausnehmungen 226 und 250 angeordnet. Die obere Tilgermasse 232 wirkt mit dem Federelement 236 zusammen, das sich zwischen der Anlagefläche 220 und der oberen Tilgermasse 232 erstreckt.
Das Federelement 236 weist eine vorbestimmte Dicke Di in Z-Richtung, d.h. im Einbauzustand in radialer Richtung auf. Das Federelement 270 weist eine vorbestimmte Dicke D2 in Z-Richtung, d.h. im Einbauzustand in radialer Richtung auf. Über die Dicken Di und D2 der Federelemente 236 und 270 und die Tilgermassen 232 und 234 kann die Schwingungstilgungseinrichtung 216 auf zwei verschiedene Schwingungsfrequenzbereiche bzw. auf zwei verschiedene Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Dabei wirken das Federelement 236 und die Tilgermasse 232 als ein
Schwingungstilger und das Federelement 270 und die Tilgermasse 234 als ein weiterer Schwingungstilger. Die beiden Schwingungstilger können auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen bzw. Schwingungsfrequenzbereich eingestellt werden.
Bei einer vergleichenden Ansicht der Figuren 8 und 13 wird deutlich, dass das Federelement 136 des Kraftübertragungsbauteils 110 in Z-Richtung dicker (Dicke D) ausgebildet ist, als das Federelement 236 des Kraftübertragungsbauteils 210 mit seiner Dicke Di. Dadurch wird ersichtlich, dass die Schwingungstilgungeinrichtung 116 des Kraftübertragungsbauteils 110 gemäß der zweiten Ausführungsform auf einen anderen Frequenzbereich als die Schwingungstilgungseinrichtung 216 des Kraftübertragungsbauteils 210 gemäß der dritten Ausführungsform abgestimmt ist. - -
FIG. 14 zeigt eine Seitenansicht des Kraftübertragungsbauteils 210.
In FIG. 14 sind das Federelement 236, die Tilgermasse 232, das Federelement 270 und die Tilgermasse 234 erkennbar, die sich in Z-Richtung aneinander anschließen. Die Tilgermassen 232 und 234 sind über die Materialstege 264 mit dem Element 254 verbunden.
FIG.15 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XV-XV in Figur 14.
In FIG. 15 sind die Tilgermassen 232 und 234 erkennbar. Zwischen den Tilgermas¬ sen 232 und 234 erstreckt sich das Federelement 270. In Z-Richtung oberhalb der Tilgermasse 232 ist das Federelement 236 vorgesehen, das sich zwischen der Anla¬ gefläche 220 und der Fläche 266 der Tilgermasse 232 erstreckt.
Die Fläche 266 der Tilgermasse 232 und die Anlagefläche 220 gewölbt ausgebildet, um sich an den Innenumfangsradius des Radreifens anlegen zu können.
Das Kraftübertragungsbauteil gemäß der Erfindung ermöglicht aufgrund der Schwin- gungstilgungsrichtung 16, 116, 216 in einem Schienenfahrzeugrad erzeugte Schwingungen wirksam zu dämpfen.
Die Kraftübertragungsbauteile 110 und 210 können zusammen zwischen einem Radreifen und einer Radscheibe angeordnet werden. Dadurch wird ermöglicht, dass zumindest drei Schwingungsfrequenzen bzw. Schwingungsfrequenzbereiche getilgt werden können. Anders ausgedrückt kann eine erste Anzahl der Kraftübertragungsbauteile 110 zum Tilgen von Schwingungen eines Schwingungsfrequenzbereichs und eine zweite Anzahl der Kraftübertragungsbauteile 210 zum Tilgen von Schwingungen in zwei weiteren Schwingungsfrequenzbereiche zwischen dem Radreifen und der Radscheibe angeordnet werden.
Figur 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das dabei vorgesehene Kraftübertragungsbauteil 310 ist gegenüber den Kraftübertragungsbauteilen der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen erheblich vereinfacht ausgebildet. Insbesondere ist dabei das Metall- bzw. Blechelement 154, 254 zur Bauraumeinsparung weggelassen worden. Das Kraftübertragungsbauteil 310 weist eine Tilgermasse 332 auf, die mit dem Federelement 336 gekoppelt, bzw. in dieses eingebettet ist. Unterhalb der Tilgermasse 332 erstrecken sich von dieser in divergierender Weise zwei Materialstege 364i und 3642, die relativ massiv ausgebildet sind. Die Steifigkeitsverhältnisse bei dieser Ausführungsform bleiben ähnlich zu den voran¬ gehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Elastomermasse wird stark schubbelastet.
In der Ausführungsform gemäß Figur 17 ist das darin gezeigte Kraftübertragungsbauteil 410 in gleicher Weise ausgeführt, wie das Kraftübertragungsbauteil 310 gemäß Figur 16. Allerdings ist gezeigt, dass zur Steifigkeitsänderung wahlweise in den Materialstegen 464i und 4642 ein Versteifungselement 480 in Form eines länglichen Ver¬ steifungsbleches oder eines Kunststoffkörpers, oder zur„Entsteifung" eine
Ausnehmung 482 vorgesehen sein kann. Es versteht sich, dass beide Materialstege 464i und 4642 jeweils mit einem Versteifungselement 480 in Form eines länglichen Versteifungsbleches oder eines Kunststoffkörpers oder mit einer Ausnehmung 482 versehen werden können. Je nach Bedarf kann so eine Steifigkeitsänderung erzielt werden.
Insgesamt ist festzustellen, dass die vorangehend beschriebene Erfindung insbesondere durch eine Anordnung mehrerer Klötze in Form von einzelnen Kraftübertragungsbauteilen an einem Rad implementiert werden kann. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das Kraftübertragungsbauteil geschlossen ringförmig auszubilden, entweder in Form von einzelnen Kraftübertragungsbauteilen, die sich als einzelne Ringsegmente zu einem geschlossenen Ring zusammensetzen lassen oder als integral geschlossener Ring.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftübertragungsbauteil (10) für ein Schienenfahrzeugrad,
wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) zur Anordnung zwischen einem Radreifen und einem Radkörper eines Schienenfahrzeugrades ausgebildet ist,
wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens einen elastischen Körper (12, 14) und wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) aufweist, wobei die Schwingungstilgungseinrichtung wenigstens eine Tilgermasse (32, 34) umfasst.
2. Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 1,
wobei die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) wenigstens ein Federelement (36) aufweist.
3. Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 2 oder 3,
wobei in dem wenigstens einen elastischen Körper (12, 14) wenigstens eine Versteifungsstruktur (28, 30) vorgesehen ist.
4. Kraftübertragungsbauteil nach Anspruch 3,
wobei die wenigstens eine Versteifungsstruktur (28, 30) in wenigstens einer Ausnehmung (24, 26) in dem wenigstens einen elastischen Körper (12, 14) aufgenommen ist.
5. Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 3 oder 4,
wobei die wenigstens eine Versteifungsstruktur (28, 30) wenigstens eine Fadeneinlage (44) umfasst.
6. Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 5,
wobei die wenigstens eine Fadeneinlage (44) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.
7. Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Schwingungstilgungseinrichtung (16) wenigstens eine im Einbauzustand radial äußere Tilgermasse (32) und wenigstens eine im Einbauzustand radial innere Tilgermasse (34) aufweist oder wobei die Schwingungstilgungseinrichtung wenigstens zwei im Einbauzustand in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Tilgermassen aufweist.
8. Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 7,
wobei das wenigstens eine Federelement (36) zwischen der radial äußeren Tilgerma¬ sse (32) und der radial inneren Tilgermasse (34) vorgesehen ist.
9. Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens zwei elastische Körper (12, 14) aufweist, zwischen denen die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) angeordnet ist.
10. Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens ein als Strombrücke wirkendes Element aufweist
11. Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) wenigstens eine Anlagefläche (20) zur Anla¬ ge am Radreifen und wenigstens eine Anlagefläche (38, 40) zur Anlage am Radkörper aufweist.
12. Kraftübertragungsbauteil (10) nach Anspruch 11,
wobei im Bereich der Anlageflächen (20, 38, 40) wenigstens ein Blechelement oder wenigstens ein Metallteil vorgesehen ist.
13. Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei die wenigstens eine Schwingungstilgungseinrichtung (16) auf wenigstens eine vorbestimmte Schwingungsfrequenz einstellbar ist.
14. Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 13,
wobei die wenigstens eine Versteifungsstruktur (20, 30) ein Federelement ist, wobei das Federelement einen Basisabschnitt und wenigstens zwei sich von dem Basisabschnitt weg erstreckende Federarme aufweist.
15. Kraftübertragungsbauteil (110; 210) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei das wenigstens eine Federelement (136; 236) im Einbauzustand radial außerhalb der wenigstens einen Tilgermasse (132; 232) vorgesehen ist.
16. Kraftübertragungsbauteil (110; 210) nach Anspruch 15,
wobei sich das wenigstens eine Federelement (136; 236) zwischen der Anlagefläche (120; 220) zur Anlage am Radreifen und der wenigstens einen Tilgermasse (132; 232) erstreckt.
17. Kraftübertragungsbauteil (110; 210) nach Anspruch 16,
wobei die Schwingungstilgungseinrichtung (116; 216) über die radiale Erstreckung des wenigstens einen Federelements (136; 236) auf eine vorbestimmte Schwin¬ gungsfrequenz einstellbar ist.
18. Kraftübertragungsbauteil (110; 210) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei sich die wenigstens eine Tilgermasse (132; 232) mit einem durch die radiale Erstreckung des wenigstens einen Federelements (136; 236) vorgegebenen Abstand im Wesentlichen parallel zu der Anlagefläche (120; 220) erstreckt.
19. Kraftübertragungsbauteil (210) nach einem der Ansprüche 7 bis 18, wobei zwischen der radial äußeren Tilgermasse (232) und der radial inneren Tilgermasse (234) ein weiteres Federelement (266) vorgesehen ist.
20. Kraftübertragungsbauteil (110; 210) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Kraftübertragungsbauteil (10; 210) einen Federungsbereich aufweist, der im Einbauzustand radial innerhalb der Schwingungstilgungseinrichtung (116; 216) angeordnet ist.
21. Rad für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für den Schienennahverkehr, mit:
- einem eine Nabe des Rades aufweisenden Radkörper, und
- einem den Radkörper radial umgebenden Radreifen,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Radreifen über wenigstens ein Kraftübertragungsbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 an dem Radkörper abstützt.
22. Rad nach Anspruch 21,
wobei sich das Kraftübertragungsbauteil (10) mit einer seiner Anlageflächen (20, 38, 40) an die Innenumfangsfläche des Radreifens und mit einer weiteren seiner Anlage- flächen(20, 38, 40) an die Außenumfangsfläche des Radkörpers anlegt.
23. Rad nach Anspruch 21 oder 22,
wobei das Kraftübertragungsbauteil (10) einen stromleitenden Kontakt zwischen Radkörper und Radreifen herstellt.
24. Rad nach einem der Ansprüche 21 bis 23,
wobei zwischen Radreifen und Radkörper mehrere Kraftübertragungsbauteile (10) vorgesehen sind, deren Schwingungstilgungseinrichtungen (16) auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen eingestellt sind.
25. Rad nach einem der Ansprüche 21 bis 24,
wobei zwischen Radreifen und Radkörper eine erste Anzahl von Kraftübertragungsbauteilen (110) mit einer Tilgermasse (132) und eine zweite Anzahl von Kraftübertragungsbauteilen (210) mit wenigstens einer radial äußeren und wenigstens einer radial inneren Tilgermasse (232, 234) vorgesehen sind.
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