RADSCHEIBE FÜR EIN SCHIENENFAHRZEUG |
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申请号 | EP14718598.7 | 申请日 | 2014-04-22 | 公开(公告)号 | EP2991840B1 | 公开(公告)日 | 2017-08-02 |
申请人 | Voith Patent GmbH; | 发明人 | LUBOS, Florian; KAMPS, Andreas; SCHNEIDER, Lars; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft eine Radscheibe für ein Schienenfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Radscheiben für Schienenfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie bestehen typischerweise aus einer um eine Drehachse umlaufenden Radnabe sowie einem Radkranz, welcher zum Abrollen auf den Schienen bestimmt ist. Die zentral liegende Radnabe und der am äußeren Umfang liegende Radkranz sind dabei über einen sogenannten Steg miteinander verbunden. Dieser Steg, welcher in radialer Richtung gerade, schräg oder gebogen ausgeführt wird, ist typischerweise als umlaufende Scheibe ausgebildet. Er kann insbesondere weitgehend rotationssymmetrisch aufgebaut sein und somit in jedem radialen Schnitt dieselbe oder eine vergleichbare Kontur aufweisen. Unter der Kontur im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist dabei die seitliche begrenzende Oberflächenform der Radscheibe im radialen Schnitt zu verstehen. Eine gerade Radscheibe hätte also eine durch eine Gerade ausgebildete Kontur, eine gebogene Radscheibe eine durch einen S-förmigen oder C-förmigen Bogen ausgebildete Kontur. Nun ist es so, dass insbesondere die Übergangskurve von der Radnabe zum Steg und, insbesondere bei kleineren Radscheiben, auch oder alternativ dazu die Übergangskurve zwischen dem Steg und dem Radkranz einer sehr hohen Belastung unterliegt. Um dieser hohen Belastung entgegenzuwirken, sind entsprechende Materialstärken oder geeignete Bearbeitungsschritte zur Verfestigung des Materials in den kritischen Bereichen notwendig. Dies ist aufwändig und teuer und macht die Radscheibe beim Einsatz von hohen Materialstärken entsprechend schwer. Um dieser Problematik entgegenzuwirken ist es aus der Den nächstliegenden Stand der Technik bildet die Zum weiteren Stand der Technik wird ferner auf die Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin eine Radscheibe für ein Schienenfahrzeug anzugeben, welche eine noch weiter verbesserte Festigkeit ermöglicht und welche darüber hinaus einfach und effizient konstruiert und hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Radscheibe mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen. Bei der erfindungsgemäßen Radscheibe für ein Schienenfahrzeug ist es vorgesehen, dass zumindest eine der Übergangskurven zwischen dem Steg und der Radnabe und/oder zwischen dem Steg und dem Radkranz auf wenigstens einer axialen Seite in jeder seiner radialen Schnittebenen so ausgebildet ist, dass die folgenden drei Bedingungen erfüllt sind. Die Übergangskurve wird grundsätzlich durch eine Bezierkurve ausgebildet. Eine solche Bezierkurve ist einfach, effizient und ermöglicht einen sehr gleichmäßigen Übergang mit hoher Festigkeit und sehr guter Spannungsverteilung auf den gesamten Bereich des Übergangs. Diese Bezierkurve geht an ihrem einen Ende tangentenstetig in die Kontur des Stegs über. Außerdem geht die Bezierkurve an ihrem anderen Ende tangentenstetig in die Kontur der Radnabe und/oder des Radkranzes, je nachdem, welche der Übergangskruven sie ausbildet, über. Durch diesen tangentenstetigen Anschluss der Bezierkurve an die Kontur entweder der Radnabe und/oder des Radkranzes entsteht ein Aufbau, welcher sehr einfach und effizient konstruiert und für die Fertigung programmiert werden kann. Er ermöglicht mit minimalem Materialeinsatz durch eine Vergleichmäßigung der Spannungsverteilung eine sehr hohe Festigkeit der Radscheibe. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Radscheibe sieht es dabei vor, dass die Bezierkurve als Bezierkurve zweiten oder dritten Grades ausgegbildet ist. Eine solche quadratische oder kubische Bezierkurve hat dabei den Vorteil, dass sie lediglich drei oder vier Stützpunkte (Haupt- und Kontrollpunkte) benötigt und deshalb besonders einfach und effizient in der Berechnung ist. Durch einen höheren Grad der Bezierkurve werden die Ergebnisse hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit nicht oder nur unwesentlich verbessert, sodass eine quadratische oder kubische Bezierkurve mit dem entsprechenden verringerten Berechnungsaufwand für die erfindungsgemäße Radscheibe von besonderem Vorteil ist. Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radscheibe kann es ferner vorgesehen sein, dass die Bezierkurve zwei Hauptpunkte und einem oder zwei Konrollpunkte aufweist, wobei die Hauptpunkte in dem Bereich liegen, indem die Bezierkurve tangentenstetig in die Kontur des Stegs und der Radnabe oder des Radkranzes übergeht, und wobei die beiden Kontrollpunkte auf zwei Tangenten an den Hauptpunkten in den tangentenstetigen Übergängen liegen. Bei dieser besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Übergangskurve in Form einer Bezierkurve handelt es sich also um eine kubische Bezierkurve mit vier Stützpunkten. Die beiden Hauptpunkte liegen dabei genau in den Punkten, in denen die Anschlusskontur endet und die Bezierkurve beginnt beziehungsweise die Bezierkurve endet und die Anschlusskontur beginnt. Die beiden Kontrollpunkte liegen dann auf Tangenten, welche die tangentenstetigen Übergänge in den beiden Hauptpunkten entsprechend verlängern. Bevorzugt liegen die Kontrollpunkte dabei zwischen den Hauptpunkten und dem typischerweise immer auftretenden Schnittpunkt der beiden Tangenten. Mit minimalem Berechnungsaufwand lässt sich so eine Radscheibe mit einem sehr stabilen Übergang zwischen dem Steg und der Radnabe beziehungsweise dem Steg und dem Radkranz erzielen. In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung hiervon ist es nun ferner vorgesehen, dass die beiden Kontrollpunkte auf den Tangenten in einem Schnittpunkt der Tangenten zu einem Kontrollpunkt zusammenfallen. Durch die direkte Wahl der beiden Kontrollpunkte, indem diese einen gemeinsamen Kontrollpunkt ausbilden, welcher genau auf dem Schnittpunkt der Tangenten liegt, wird der Berechnungsaufwand weiter vereinfacht, wodurch die Konstruktion, die Programmierung und die Fertigung nochmals effizienter wird. In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Radscheibe ist es ferner vorgesehen, dass die Kontur der Radnabe im Anschluss an die Bezierkurve eine Anschlusskontur in Form einer Geraden aufweist, welche in einem von null verschiedenen Winkel, insbesondere einem Winkel von mehr als 5°, zur axialen Richtung verläuft. Die Radscheibe kann in dieser sehr günstigen Ausgestaltung also so ausgebildet sein, dass die Radnabe und der Radkranz nicht mittig übereinander liegen, sondern von einem schräg verlaufenden Steg, welcher in seiner Gesamtform den Mantel eines Pyramidenstumpfs ähnlich ist, miteinander verbunden sind. Dies kann hinsichtlich der eingeleiteten Kräfte und/oder des Bauraums für eventuelle an dem Steg zu befestigende Anbauteile von entscheidendem Vorteil sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Radscheibe kann es ferner vorgesehen sein, dass die Kontur des Stegs im Anschluss an die Bezierkurve eine Anschlusskontur in Form eines Bogens aufweist. Ein solcher Bogen welcher tangentenstetig in die Bezierkurve übergeht, tritt insbesondere bei gebogenen Stegen, also im radialen Schnitt S-förmig oder C-förmig verlaufenden Stegen, auf. In einer alternativen Ausgestaltung hiervon ist es dagegen vorgesehen, dass die Kontur des Stegs im Anschluss an die Bezierkurve eine Außenkontur in Form einer Geraden aufweist. In einer günstigen Ausgestaltung ist der Steg in Richtung des Radkranzes verjüngt. Unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Stegs beispielsweise über gerade oder bogenförmig verlaufende Außenkonturen kann sich der Steg in Richtung von der Radnabe zum Radkranz hin verjüngen. Ein Winkel dieser Verjüngung gegenüber der Mittelachse des Stegs kann dabei vorzugsweise mehr als 0,5° betragen. Er wird im Allgemeinen weniger als 20°, vorzugsweise weniger als 15° betragen. Ein geeignet ausgewählter Winkel in diesem Bereich ermöglicht so einen sehr harmonischen tangentenstetigen Übergang von der Bezierkurve in die Kontur des Stegs und verringert damit Spannungsspitzen im Bereich des Stegs, sodass mit minimalem Materialeinsatz die Festigkeit weiter erhöht werden kann. In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es, unabhängig davon, ob die Anschlusskontur als Gerade oder als Bogen ausgebildet ist, vorgesehen, dass die Bezierkurve so ausgebildet ist, dass der tangentenstetige Übergang zur Anschlusskontur abgeschlossen ist, bevor in wenigstens einem der radialen Schnitte ein Anschlussbereich für ein Aufnahmeelement und/oder Anbauelement an dem Steg angeordnet ist. Die Bezierkurve als Übergangskurve in die Anschlusskontur des Stegs ist in ihrer radialen Ausdehnung so ausgewählt, dass diese in jedem Fall abgeschlossen ist, bevor Anbauelemente und/oder Aufnahmeelemente, beispielsweise Aufnahmeelemente für eine Bremsscheibe oder andere an der Radscheibe anzuschließende Elemente, vorgesehen sind. Dies garantiert, dass solche Anbauelemente und/oder Aufnahmeelemente, welche den Verlauf der angedachten Bezierkurve stören würden, in deren Bereich nicht auftreten. Die Bezierkurve wird also in ihrer radialen Ausdehnung so angepasst, dass der harmonische durch die Bezierkurve geschaffene Übergang mit besten Festigkeitseigenschaften nicht von solchen "Störstellen" unterbrochen wird. Dies gewährleistet die beste Festigkeit. Ungeachtet dessen kann es vorgesehen sein, dass im Fußbereich des Stegs, im Material der Radnabe eine Ölabpressbohrung oder eine Schmierölbohrung zur Schmierung der Radnabe auf einer Achse vorgesehen ist. Eine solche Bohrung ist dabei nicht als Störstelle im Sinne der hier vorliegenden Erfindung zu verstehen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Radscheibe ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird. Dabei zeigen:
In der Darstellung der Anstelle eines solchen geraden Stegs 4 können auch andere Konstruktionen vorgesehen sein. Diese sind schematisch in Besonders kritisch bei Radscheiben 1 sind Übergangskurven 6 zwischen der Radnabe 3 und dem Steg 4 beziehungsweise dem Steg 4 und dem Radkranz 5. Deshalb ist es vorgesehen, dass zumindest eine dieser in der Darstellung der Die Übergangskurven 6 oder zumindest eine der in Grundsätzlich und unabhängig von einer in Dabei sind Für kubische Bezierkurven gilt beispielsweise: Mit Einführung der vektoriellen Faktoren gilt: Somit ergibt sich die Parameterform der Bezierkurve B: Werden alle Punkte Die Hauptpunkte P0 und P3 der der Bezierkurve B liegen dabei am Übergang einer Geraden 9, welche um einen Winkel β gegenüber der radialen Richtung R geneigt ausgebildet ist, und der Bezierkurve B. Der andere Hauptpunkt P3 liegt am Übergang der Bezierkurve B in eine weitere Gerade 10, welche in dem in Die Übergänge zwischen der Bezierkurve B und den Geraden 9, 10, welche bei anderer Ausgestaltung gegebenenfalls auch als Bögen ausgebildet sein können, erfolgt dabei in den jeweiligen Hauptpunkten P0, P3 tangentenstetig. Die Tangente t1, t2 an den Hauptpunkten P0, P3 sind in der Darstellung der Insgesamt erlaubt der Aufbau durch eine Harmonisierung der Spannungsverteilungen eine sehr hohe Festigkeit bei minimalem Materialeinsatz und ohne dass aufwändige Verfahren wie beispielsweise eine Verfestigung des Materials im Bereich des Übergangs notwendig werden. Ungeachtet dessen kann die Festigkeit durch solche Verfahren zur Oberflächenverfestigung weiter gesteigert werden. Die Verfahren können dabei sowohl mechanisch (Kugelstrahlen, Rollieren, etc.) als auch werkstofftechnisch/chemisch (Einsatzhärten, Nitrieren, etc.) ausgebildet sein. |