LEICHTSCHEIBENRAD MIT EINER BEIDSEITIG ÜBER GROSSE BÖGEN IN RADNABE UND RADKRANZ ÜBERGEHENDEN SCHEIBE MIT SYMMETRISCHEM AUFBAU

Leichtscheibenrad mit einer beidseitig über große Bögen in Radnabe und Radkranz übergehenden Scheibe mit symmetrischem Aufbau

Bei herkömmlichen Scheibenrädern für Schienenfahrzeuge werden durch die im KonLaktbereich Rad/Schiene wirkenden Wechselkräfte eine Vielzahl von Resonanzfrequenzen angeregt . Dabei schwingt der Radkranz m radialer Richtung, während gleichzeitig die Radscheibe wie eine Membrane in axialer Richtung schwingt . Diese Membranschwingungen wirken sich wie bei einem Lautsprecher m der Intensität der Schallabstrahlung besonders stark aus. Die dabei entstehende Schallabstrahlung ist insbesondere im

Hochgeschwindigkeitsbereich von ca 200 km/h entsprechend groß.

Zur Reduzierung der Schallabstrahlung eines Schienenrades ist es bekannt, an der Unterseite des Radkranzes Absorber, insbesondere Resonanzabsorber, anzubringen. Dafür ist in der Unterseite eine hmterschnittene umlaufende Nut vorgesehen, in der mit Hammerkopfschrauben die anzubringenden Resonanzabsorber verankert sind. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die mit der Nut m der Unterseite des Radkranzes verbundene Verminderung der Festigkeit für die Standzeit des Rades nachteilig ist (Hölzl, Georg: Das leise Rad. In: Die Deutsche Bahn 1993, Nr. 3, Seiten 229 - 232) . Aus diesen Gründen ist in der Praxis der Radkranz an der Unterseite, wo die Nut zum Befestigen der Adsorber vorgesehen ist, verstärkt. In der Regel ist diese Verstärkung aus Kostengründen und aus Gründen der Gewichtseinsparung aber nur einseitig verwirklicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die damit einhergehende Unsymmetrie des Radkranzes das Schwingungsverhalten des Rades negativ beeinflußt. Insbesondere werden die axialen Membranschwingungen angeregt .

Darüber hinaus gehört zum Stand der Technik eine ältere deutsche Patentanmeldung (DE 44 44 077 AI) , bei der ein Ei nscheibenschienenrad zur Vermeidung von örtlichen Spannungsspitzen eine Radnabe und Radkranz verbindende Radscheibe hat, die eine von der Radnabe zum Radkranz abnehmende Dicke hat und deren Außenseiten üter Korbbögen als radial verlaufende Erzeugende in die benachbarten Außenseiten der Radscheibe und des Radkranzes tangential übergehen. Mittel zur Reduzierung des Schalls sind bei diesem Rad nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, schallarmes Leichtscheibenrad zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Leichtεcheibenrad mit einer beidseitig über große Bögen in Radnabe und Radkranz übergehenden Scheibe in folgenden Merkmalen:

1. Die Scheibe hat zu einer radialen bis leicht geneigten Mittelebene bis in den Bereich der Bögen einen symmetrischen Aufbau. 2. Das Verhältnis der Dicken der Scheibe im radkranznahen Bereich zum nabennahen Bereich beträgt 1 : 1,5 bis 2,5.

3. Die kleinste Dicke der Scheibe liegt in einem Abstand von 3/4 bis 5/6 des Abstandes der Bereiche der Bögen vom nabennahen Bogenbereich.

4. Der Radkranz weist an mindestens einer Unterseite eine umlaufende Verstärkung mit daran befestigten Schwingungsabεorbern auf, die vom Bereich des benachbarten Bogens durch eine umlaufende Hinterschneidung entkoppelt ist.

Die besondere Formgebung der Scheibe des Rades in Kombination mit den an der entkoppelten Verstärkung des Radkranzes angekoppelten Schwingungsabsorbern sorgen dafür, daß einerseits die axialen Membranschwingungen der Radscheibe weitgehend unterdrückt und andererseits die Radialεchwingungen des Radkranzes durch die in an sich bekannter Weise auf die Frequenzen des Radkranzes abgestimmten Schwingungsabsorber gedämpft werden. Vor allem v/irkt sich die Verstärkung insbesondere bei einseitiger Anordnung am Radkranz wegen der Entkoppelung nicht negativ aus, so daß die Anzahl der für die Schallemisεion ausschlaggebenden Schwingungsmoden im Vergleich zu herkömmlichen Leichtscheibenrädern reduziert ist. Im Ergebnis wird mit dem erfindungsgemäßεn Leichtscheibenrad bei Fahrgeschwindigkeiten von rd. 200 km/h eine Schallpegelreduzierung von über 6 db (A) erreicht .

Der symmetrische Aufbau der Scheibe mit den großen Übergangsbögen, der für die Unterdrückung der Membranschwingungen verantwortlich ist, sollte sich möglichst bis in den Nabenbereich fortsetzen. Auch bis in den Radkranzbereich, wo der symmetrische Aufbau wegen des Spurkranzes und der Verstärkung nicht vollkommen zu realisieren ist, sollte er sich im wesentlichen fortsetzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verstärkung mit den Schwingungsabsorbern auf der dem Spurkranz gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, weil auf diese Art und Weise eine gewisse Kompensation der Asymmetrie erreicht werden kann.

Obgleich es für den symmetrischen Aufbau am vorteilhaftesten ist, wenn die Verstärkung mit den Schwingungsabsorbern auf der der Seite des Spurkranzes gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, kann es ausnahmsweise bei besonders starker Anregung der Radialschwingung des Spurkranzes günstiger sein, wenn möglichst viele Sehwingungsabsorbor vorgesehen sind. In diesem Fall können sie auf beiden Seiten der Radscheibe angeordnet sein. Auch bei dieser Ausgestaltung kann der Einfluß der Verstärkung und der Schwingungsabεorber auf das Schwingungsverhalten der Radscheibe durch die erwähnte entkoppelnde Hinterschneidung gemindert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen insbesondere bezüglich der Dimensionierung der Verstärkung sind in den Unteransprüchen 6 bis 12 gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, die verschiedene Ausführungsbeiεpiele darstellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Leichtεcheibenrad mit außenseitig angeordneten Schwingungsabsorbern im halben radialen Querschnitt, Fig. 2 daε Leichtscheibenrad gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung im Bereich des Radkranzes im Querschnitt,

Fig. 3 ein Leichtscheibenrad mit innenseitig angeordneten Schwingungsabsorbern im halben radialen Querschnitt,

Fig. 4 ein Leichtscheibenrad mit beidseitig angeordneten Schwingungsabεorbern im halben radialen Querschnitt,

Fig. 5 ein Leichtscheibenrad in einer zur Fig. 1 abgewandelten Ausführung in vergrößerter Darstellung im Bereich des Radkranzes ausschnittweise im Querschnitt ,

Fig. 6 ein Leichtscheibenrad in einer zur Fig. 5 abgewandelten Ausführung in vergrößerter Darstellung im Bereich des Radkranzes ausschr.ittweise im Querschnitt, und

Fig. 7 ein Leichtscheibenrad in einer zur Fig. 5 und 6 abgewandelten Ausführung in vergrößerter Darstellung im Bereich der; Radkranzes ausschnittweiεe im Querschnitt.

Die maßstabgerecht dargestellten Leichtεcheibenräder gemäß den Figuren 1 bis 3 haben bis auf die Anordnung der Schwingungsabsorber den gleichen Aufbau. Sie sind einstückig und v/eisen eine Radnabe 1, eine Radεcheibe 2 und einen Radkranz 3 auf. Durch eine εtrichpunktierte Linie im Bereich deε Radkranzes 3 ist angedeutet, daß das Rad nach Verschleiß neu profiliert werden kann. Im Bereich der Radnabe 1 ist eine verschließbare Bohrung 4 vorgesehen, über die ein Druckmittel zugeführt werden kann, um das Abziehen des auf einer nicht dargestellten Welle sitzenden Rades zu erleichtern.

Die Radscheibe 2 hat bezüglich einer radialen Mittelebene 5 einen symmetrischen Aufbau. Sie kann eine Neigung bis zu 15° haben. Über große Bögen 6, 7 geht die Radscheibe 2 m die Radnabe 1 über. Auch m den Bereichen dieser Bogen 6, 7 ist ein symmetrischer Aufbau gegeben. Im Bereich dieser Bögen 6, 7 hat die Radscheibe 2 auch ihre größte Dicke. Diese Dicke vermindert sich in radialer Richtung nach außen kontinuierlich bis zu einer dünnsten Stelle 8, die in einem Abεtand a von 3/4 bis 5/6 des Abstandes b der Bogen 6, 7 von gegenüberliegenden Bögen 9, 10 am Radkranz liegt. Das Verhältnis der Dicke d αer Scheibe 2 im Bereich der Fußpunkte der Bogen 9, 10 zu der im Bereach der Bögen 6, 7 liegt bei 1 1,5 bι ^c 2,5 Die Dicke e der dünnsten Stelle 8 liegt bei 1/5 bis 2/5 der Dicke im Bereich der Bogen 6, 7. Diese Maße sind jeweils auf die Fußpunkte der Bogen 6, 7, 9, 10 bezogen

Der Radkranz 3 des Rades gemäß Fig 1 weist an seiner dem Spurkranz 3a gegenüberliegenden der Nabe zugewandten Seite eine Verstärkung 31 auf An dieser Verstärkung 31 sind über den Umfang verteilt an εich bekannte Schvαngungsabsoibei 11 befestigt, die sich _n ωiι sich bekannter Weise aus verschiedenen frei schwingenden Zungen und zwischen ihnen angeordnetem Dampfungsmaterial zusammensetzen Diese Schwingungsabsorber 11 sind auf die radialen Schwingungsfrequenzen des Radkranzes 3 abgestimmt. Wie vor allem Fig. ? deutlich zeigt, ist die Verstärkung 31 auf der radialen Innenseite αeε hier durch eine gestrichelte Linie begrenzten Radkranzes 3 angeordnet . Die gestrichelte Linie verlauft etwa symmetrisch zu der Innenseite des Radkranzes 3 auf der Spurkranzseite Die Verstärkung 31 ist durch eine hmterschnittene Nut 31b von der Radscheibe 2 schwingungsmäßig entkoppelt. In der Verstärkung 31 ist eine Nut 31a angeordnet, in der mittels Hammerkopfschrauben 11a die Schwingungεabsorber 11 befestigt sind.

Die Dimensionierung der Verstärkung 31 ist beim Ausführungsbeispiel wie folgt :

Die Verstärkung 31 hat eine Breite f von 1/4 bis 1/3 der Breite g des Radkranzeε 3. Sie hat eine radiale Höhe h von mindeεtenε 3/10 und höchstenε 5/10 der Breite g des Radkranzes 3. Die Hinterschneidung 31b hat eine Tiefe t von mindestens 1/2 bis maximal 1 der Höhe h der Verstärkung 31. Der Krümmungsradiuε R des Grundes der Hinterschneidung 31b beträgt 1/10 bis 1/25 der Breite g des Radkranzes 3. Die der Radscheibe 2 gegenüberliegende Flanke 31b* der Vertiefung 31b schließt mit einer Radialebene des Rades einen Winkel φ von 0 bis 30° ein. Der Übergangsbogen 10 läuft von der Radscheibe 2 in die Hinterschneidung 31b bis mindestens zu einer Tiefe t* von 1/2 der Tiefe t der Hinterschneidung 31b ein.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vor allem darin, daß die Schwingungsabsorber auf der Spurkranzseite angeordnet sind. Beim Ausführungsbeiεpiel der Fig. 4 sind die Schwingungsabεorber auf beiden Radεcheibenseiten angeordnet. Darüber hinaus ist angedeutet, daß die Schwingungsabsorber nicht über Schrauben, sondern durch Klebung befestigt εind. In Fig. 7 ist diese Befestigungsart mit einer Klebeschicht noch deutlicher dargestellt .

Beim Ausführungsbeiεpiel der Fig. 5 ist ein eingeschrumpfter Haltering 12 vorgesehen, an dem Schwingungsabsorber 13 mit Schraubenbolzen 13b angeschraubt sind.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist in einer Nut 14 der Verstärkung ein Haltering 15, insbesondere ein Sprengring, eingeklemmt, an dem Schwingungsabsorber 16 befestigt sind. Die Befestigung kann, wie dargestellt, aus einer Klebung bestehen, sie kann aber auch mit Schrauben verwirklicht sein.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 9t) ISA/EP