(57)【要約】  本発明は、レール車両のためのホイールディスク（１）に関するものであって、回転軸線（２）を囲むホイールハブ（３）と；ホイールリム（５）と；ホイールハブ（３）とホイールリム（５）とを連結するホイールウェブ（４）と；を具備し、ホイールウェブ（４）とホイールハブ（３）との間の移行領域（６）が、および／または、ホイールウェブ（４）とホイールリム（５）との間の移行領域（６）が、径方向の面内において軸線サイドに配置され、移行領域（６）が、正接関数（Ｔ）によって形成され、正接関数（Ｔ）が、ホイールウェブ（４）の形状に対して接線的な連続性を有して連接され、正接関数（Ｔ）が、ホイールハブ（３）またはホイールリム（５）の形状に対して接線的な連続性を有して連接されている。
2015500771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール車両のためのホイールディスク（１）であって、
１．１  回転軸線（２）を囲むホイールハブ（３）と；
１．２  ホイールリム（５）と；
１．３  前記ホイールハブ（３）と前記ホイールリム（５）とを連結するホイールウェブ（４）と；
を具備し、
１．４  前記ホイールウェブ（４）と前記ホイールハブ（３）との間の移行領域（６）が、および／または、前記ホイールウェブ（４）と前記ホイールリム（５）との間の移行領域（６）が、径方向の面内において軸線サイドに配置され、
１．５  前記移行領域（６）が、正接関数（Ｔ）によって形成され、
１．６  前記正接関数（Ｔ）が、前記ホイールウェブ（４）の形状に対して接線的な連続性を有して連接され、
１．７  前記正接関数（Ｔ）が、前記ホイールハブ（３）または前記ホイールリム（５）の形状に対して接線的な連続性を有して連接されていることを特徴とするホイールディスク。
【請求項２】
請求項１記載のホイールディスク（１）において、
前記ホイールハブ（３）または前記ホイールリム（５）の形状に対しての、前記正接関数（Ｔ）の接線的に連続的な移行が、前記正接関数（Ｔ）の変曲点（１０）の領域において行われていることを特徴とするホイールディスク。
【請求項３】
請求項１または２記載のホイールディスク（１）において、
前記ホイールハブ（３）または前記ホイールリム（５）の形状と、前記正接関数（Ｔ）と、の間に、円弧（１１）と直線（１３）とが形成されており、
前記円弧（１１）が、前記直線（１３）に対して、接線的に連続性を有して連接されていることを特徴とするホイールディスク。
【請求項４】
請求項３記載のホイールディスク（１）において、
前記円弧（１１）に対しての、前記正接関数（Ｔ）の接線的に連続的な移行が、前記正接関数（Ｔ）の変曲点（１０）の最大曲率半径の領域において行われていることを特徴とするホイールディスク。
【請求項５】
請求項４記載のホイールディスク（１）において、
前記円弧（１１）の半径が、前記正接関数（Ｔ）の前記最大曲率半径に対応していることを特徴とするホイールディスク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のホイールディスク（１）において、
前記変曲点（１０）のところにおける前記正接関数（Ｔ）の角度（φ）が、縦軸に対して、３５°〜５５°とされ、好ましくは４０°〜５０°とされ、より好ましくは４５°とされていることを特徴とするホイールディスク。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のホイールディスク（１）において、
前記ホイールウェブ（４）の形状が、前記正接関数（Ｔ）の後に円弧の形態とされていることを特徴とするホイールディスク。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のホイールディスク（１）において、
前記ホイールウェブ（４）の形状が、前記正接関数（Ｔ）の後に直線（１４）の形態とされ、
この直線（１４）が、径方向（１５）に対して、２０°未満という角度（φ）を形成している、好ましくは０．５°〜１５°という角度（φ）を形成していることを特徴とするホイールディスク。
【請求項９】
請求項７または８記載のホイールディスク（１）において、
追加部材および／または受領部材のための連結領域（７）が径方向断面内において前記ホイールウェブ（４）内に配置される前の位置において接線的な連続性を有した移行が行われているようにして、前記正接関数（Ｔ）が配置されていることを特徴とするホイールディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の序部分に規定されたタイプのレール車両のためのホイールディスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レール車両のためのホイールディスクは、当該技術分野においては公知である。レール車両のためのホイールディスクは、典型的には、回転軸線まわりに回転するホイールハブと、レール上の転がりを決定するためのホイールリムと、から構成される。中心位置に配置されたホイールハブと、外周上に配置されたホイールリムとは、いわゆるホイールウェブを介して、互いに連結される。このホイールウェブは、径方向において直線的にあるいは曲線的に設けられたものであって、典型的には、回転ディスクとして配置される。ホイールウェブは、特に、回転対称的な態様で配置することができ、したがって、各径方向断面形状において、互いに同じ形状をあるいは互いに同等の形状を有している。本明細書においては、形状という用語は、ホイールディスクの径方向断面視における形状を意味するものとして理解されたい。したがって、直線的なホイールディスクは、直線によって形成された形状を有することとなり、湾曲したホイールディスクは、Ｓ字形状の円弧によって形成された形状を有することとなる。
【０００３】
とりわけホイールハブからホイールウェブへの移行領域が、非常に大きな負荷を受ける。これは、より小径のホイールディスクの場合に顕著である。あるいはまた、ホイールウェブとホイールリムとの間の移行領域が、非常に大きな負荷を受ける。このような大きな負荷に対抗し得るよう、重要な領域における材料の強度を増大化させるために、それぞれの材料厚さを増大させたり、あるいは、適切な処理ステップを行ったり、することが必要とされる。これは、労力を必要とするものであって、高価なものとなり、厚い材料を使用した場合にはホイールディスクの重量を増大させてしまう。
【０００４】
上記の問題点を克服するために、特許文献１が公知であり、この特許文献１においては、ホイールディスク内の応力が、移行領域に関しての複雑な形状設計によって、一様化される。そのような複雑な形状設計は、より薄い材料厚さでもって大きな強度を得ることを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ ０ ７９４ ８７２ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、そのような形状は、極めて複雑なものであって、移行領域の構成に際して５次の関数（パラボラ）を使用するものである。これは、一方においては、形状のプログラミングが困難であり、他方においては、製造が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、さらに改良された強度を可能とするとともに、より単純でより効率的な態様で製造し得るような、レール車両のためのホイールディスクを提供することである。
【０００８】
この目的は、請求項１の特徴部分に基づくホイールディスクにより、本発明によって得られる。従属請求項により、様々な有利な実施形態が提供される。
【０００９】
本発明においては、レール車両のためのホイールディスクであって、ホイールウェブとホイールハブとの間の移行領域と、ホイールウェブとホイールリムとの間の移行領域と、のうちの少なくとも一方が、以下の３つの条件が満たされるようにして、径方向の面内において軸線サイドに配置されているホイールディスクが提供される。移行領域は、原理的には、正接関数によって形成されている。そのような正接関数は、単純かつ効率的なものであり、移行領域を、移行領域の全体にわたっての非常に大きな強度と非常に良好な応力分散とを有した極めて安定したものとすることができる。この正接関数は、その一端部において、ホイールウェブの形状に対して接線的な連続性を有して連接される（接線的な連続性を有した移行）。さらに、正接関数は、その他端部において、形成する移行に応じて、ホイールハブまたはホイールリムの形状に対して接線的な連続性を有して連接される。ホイールハブおよび／またはホイールリムの形状に対して正接関数が接線的な連続性を有して連接されていることの結果として、構成が、非常に単純な態様でなおかつ非常に効率的な態様で構築され、その製造をプログラミングすることができる。応力分散を一様化させることにより、最少量の材料でもって、ホイールディスクの強度を非常に大きなものとすることができる。
【００１０】
本発明によるホイールディスクのさらに有利な点は、ホイールハブまたはホイールリムの形状に対しての、正接関数の接線的に連続的な移行が、正接関数の変曲点の領域において行われることである。変曲点の領域における正接関数の、縦軸に対しての、すなわち直線状のホイールウェブの場合には径方向に対しての、角度は、正接関数の構成におけるある種のマージン内において、自由に選択することができる。よって、変曲点の領域における移行は、比較的単純な態様でもって、軸線方向に対する例えば所定角度でもって直線形状に対して、調節することができる。これにより、移行は、最小に維持される移行領域の調和ピークおよびテンションピークとなる。
【００１１】
本発明によるホイールディスクの特に有利な実施形態においては、ホイールハブまたはホイールリムの形状と、正接関数と、の間に、円弧と直線とを形成することができ、円弧は、直線に対して、接線的に連続性を有して連接される。円弧とこの円弧に隣接した直線とによってホイールハブあるいはホイールリムの形状が構成されていることは、ホイールディスクの構成において、非常に有利である。正接関数に隣接した円弧により、ホイールハブあるいはホイールリムに対しての移行領域において正接関数の実質的にランダムな端部角度を、調和的に受領することができる。そのような円弧に対しては、円弧に対して接線的な連続性を有して、直線が連接されている。これにより、正接関数から、ホイールハブあるいはホイールリムの直線への、非常に調和したなおかつ応力分散した移行を得ることができる。
【００１２】
ホイールディスクのさらに有利な実施形態においては、円弧に対しての、正接関数の接線的に連続的な移行は、正接関数の変曲点の最大曲率半径の領域において行われる。正接関数の最大曲率半径のポイントは、数学的に容易に決定することができる。円弧は、正接関数に対して、接線的な連続性を有して、最大曲率半径のポイントにおいてあるいはそのようなのポイントの近傍において、適用することができる。このようにして、強度をさらに改良することができる。
【００１３】
これは、とりわけ、特に有利な実施形態において、円弧の半径が正接関数の最大曲率半径に対応している場合に、適用される。このように、円弧に対しての正接関数の移行領域において曲率半径の変化が全く起こらないようにして、移行が得られる。試験および計算により、この格別の構成により、応力分散に関して理想的であって、ホイールハブおよび／またはホイールリムの形状に対しての正接関数の移行領域の強度に関し、最良の結果を得ることができることが、証明された。
【００１４】
上述したように、正接関数の角度は、縦軸に対して、変曲点のところにおけるある種の制限内において自由に選択することができる。正接関数を使用することによって強度に関する理想的な条件を得るために、３５°〜５５°という、好ましくは４０°〜５０°という、より好ましくは４５°という、縦軸に対しての角度が、理想的である。この範囲において角度を選択することにより、移行領域に関する最良の強度を得ることができる。
【００１５】
本発明によるホイールディスクのさらに有利な実施形態においては、ホイールウェブの形状が、正接関数の後に円弧の形態とされているホイールディスクが提供される。そのような円弧は、正接関数に対して接線的な連続性を有して連接されており、湾曲したホイールウェブにおいて、すなわち、径方向断面においてＳ字形状でもって延在したホイールウェブにおいて、特に有利である。
【００１６】
本発明の代替可能な実施形態においては、ホイールウェブの形状は、正接関数の後に直線の形態とされ、この直線は、径方向に対して、２０°未満という角度を形成している、好ましくは０．５°〜１５°という角度を形成している。径方向は、ここで説明する直線状のホイールウェブにおいては、軸線方向に対して直交して起立している。連結形状の直線は、この直交した径方向に対して平行には延在しておらず、径方向に対して角度を形成している。この角度は、ホイールウェブが、正接関数の端部から開始して、テーパー形状をなすように、選択されている。この角度は、好ましくは、０．５°よりも大きなものとすることができる。この角度は、２０°未満とされ、好ましくは、１５°未満とされる。この角度により、正接関数の理想的な移行を行うことができる。この範囲において適切に選択された角度は、正接関数からホイールウェブの形状に向けて、接線的な連続性を有した高度に調和した移行を可能とする。これにより、ホイールウェブの領域における応力ピークを低減することができる。これにより、最少量の材料でもって、強度を増大化することができる。
【００１７】
連結形状が、直線として設けられているかあるいは円弧として設けられているかにかかわらず、本発明の有利な実施形態においては、追加部材および／または受領部材のための連結領域が径方向断面内においてホイールウェブ内に配置される前の位置において接線的な連続性を有した移行が行われているようにして、正接関数が配置されている。正接関数、および、ホイールウェブの連結形状に対しての正接関数の移行は、径方向において、いずれの場合においても、追加部材および／または受領部材の前に完了される。受領部材は、例えば、ホイールディスクに対して連結されるべきブレーキディスクまたは他の部材のための受領部材とされる。これにより、意図された正接関数の進展を損なうようなそのような追加部材および／または受領部材が正接関数の領域には存在しないこととなることが、保証される。したがって、正接関数は、最良の強度特性を有した正接関数によって形成された調和した移行がそのような「弱点ポイント」によって妨害されないように、その径方向位置が調節されることとなる。これにより、最良の強度が確保される。これとは別に、軸体上におけるホイールハブの潤滑化のための潤滑オイル貫通穴を、ホイールハブの材料内においてホイールウェブのベース領域に設けることができる。そのような潤滑オイル貫通穴が、本発明の観点においては、弱点とはならないことを理解されたい。
【００１８】
本発明によるホイールディスクの様々な有利な実施形態は、添付図面を参照しつつ、以下の様々な実施形態によって提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ホイールディスクを示す側面図である。
【図２】ホイールディスクを示す径方向断面図である。
【図３】ホイールハブとホイールウェブとの間の移行領域に関しての、本発明の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、例示として、ホイールディスク１の側面図を示している。このようなホイールディスク１は、レール車両のためのホイールとして使用される。より詳細な構成が、図２において断面図で示されている。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面に対応している。図２の図示が、ホイールディスクの様々な構成部材を図示するための概略的な図示であることを理解されたい。本発明による構成については、図３を参照して、詳細に後述する。図２の径方向断面図は、ホイールディスク１が、回転軸線２を囲むホイールハブ３を備えていることを示している。ホイールハブ３は、ホイールディスク１を使用した場合にレール上を転がることとなるホイールリム５に対して、ホイールウェブ４として構成されたディスク状構成部材を介して、連結されている。図２に示す構成は、全体的に公知であり、使用されている。図２における構成は、いわゆる直線的なホイールウェブ４を有した構成に関するものである。このような直線的なホイールウェブ４は、径方向において、回転軸線２に対して直交して延在している。そのような直線的なホイールウェブ４に代えて、径方向において互いに逆向きの２つの湾曲円弧形状を有してなる公知のＳ字形状のホイールウェブを使用することも可能である。
【００２１】
ホイールハブ３とホイールウェブ４との間の移行領域は、また、ホイールウェブ４とホイールリム５との間の移行領域は、ホイールディスクにとって、特に重要である。そのため、図２において符号６が付されたそれら移行領域の少なくとも一方は、例えばホイールハブ３とホイールウェブ４との間の移行領域において、後述するような態様で設けられている。移行領域６は、連結領域７が始まる前に、回転軸線２に対して直交して起立して（図３における符号Ｒ）終端するようにして、配置されている。連結領域７は、図２において拡大して図示されている。連結領域７は、追加部材を受領するために設けられている、あるいは、追加部材のための部材を受領するために設けられている。そのような部材は、例えば、図２においては、貫通穴８として例示されている。貫通穴８は、追加部材を受領するために使用される。追加部材は、ブレーキディスクや、ホイールノイズ吸収材、等とすることができる。
【００２２】
図２に示すように、ホイールディスク１の複数の移行領域６は、あるいは、ホイールディスク１の複数の移行領域６のうちの少なくとも１つは、好ましい実施形態として後述する態様でもって、設けられている。本発明の好ましい実施形態は、図３に概略的に示されている。個々の部分は、必ずしも実寸で図示されているわけではなく、正確な寸法で図示されているわけではない。図３の図示は、概略的なものであって、概要を説明するために使用されるものであることを理解されたい。移行領域６のコアは、図３において符号Ｔで示すような正接関数（タンジェント）によって形成されている。正接関数は、一例示としてのこの図示においては、符号９で示されたポイントから、径方向下向きに、符号１０で示されたポイントのところまで、延在している。符号１０で示されたポイントは、理想的には、正接関数Ｔの変曲点であり、符号１１で示された円弧へと連接される。この円弧１１は、破線で示す円の一部である。直線１３は、符号１２で示されたポイントから延在しており、この直線１３は、ホイールハブ３の軸線方向境界に対して、例えば半径を介して、公知な態様で連接される。ホイールハブ３は、軸線方向に対して直交して起立している。軸線方向は、回転軸線２によって示されている。径方向は、軸線方向に対して直交しており、図３においては、符号Ｒによって示されている。ホイールウェブ４のうちの、ホイールリム５（図示せず）の方向における領域は、符号９で示されたポイントの以降は、直線１４として継続している。この直線１４は、径方向Ｒに対して、角度φを有している。この角度φは、直線１４と、径方向Ｒと平行な軸線１５と、の間の角度である。いずれの場合においても、角度φは、０°よりも大きいものである必要があり、好ましくは、０．５°よりも大きいものである必要がある。角度φは、典型的には、２０°以下とされる。図示の実施形態においては、角度φは、例示として、１．５°〜２°として選択される。
【００２３】
ここでは、特定の条件が、正接関数Ｔに対して、とりわけポイント９のところにおける直線１４に対しての正接関数Ｔの移行領域に対して、および、円弧１１と直線１３とを備えてなるホイールハブ３の形状に対して、適用される。各移行領域は、原理的には、接線的な連続性を示している。
【００２４】
正接に関する関数として以下のような式（１）
【数１】
2015500771.tif 000003
が使用された場合には、この正接は、いくつかのパラメータによって影響を受けることができる。加数ｃを除外するために、正接関数Ｔのうちの、図３の図示において符号１０で示されたポイントに対応するような変曲点を、座標原点として考慮する。
【００２５】
この座標原点の場合には、正接関数は、以下のような式（２）となる。
【数２】
2015500771.tif 000004
【００２６】
ここで、変数ｘは、回転軸線２の方向における変数として、すなわち、軸線変数として、理解されたい。
【００２７】
以下の式（３）を、直線１４に対して適用することができる。
【数３】
2015500771.tif 000005
【００２８】
可能な所定の形状の結果として、とりわけ多くの場合に標準化された連結のために必要とされる追加部材および／または受領部材によって予め決定された形状の結果として、正接関数Ｔの境界は、径方向高さにおいて起こる。その後、これは、ｘ座標の境界となる。正接の選択に関する第２の可能性は、正接の角度γが、この場合に選択された座標系における変数に関し、すなわち、この場合の座標の縦軸に関し、図３において符号１６で示された直交方向に対しての変曲点１０において決定されることである。この角度γは、高度に一定の応力分布を有した安定な移行のために、３５°〜５５°の範囲において選択することができ、好ましくは、４０°〜５０°の範囲において選択することができる。
【００２９】
以下の例示においては、４５°という角度γが、選択された。この場合、このポイントにおいて、ｔａｎ（γ）は、１という値となり、式（２）により、直接的に以下の式（４）が得られる。
【数４】
2015500771.tif 000006
【００３０】
ｘ座標ｘ１は、角度φを考慮することによって、ｘ１で示されたｘ方向における距離と直線１４の開始ポイントとにより、以下の式（５）から得られる。
【数５】
2015500771.tif 000007
【００３１】
因子ｂは、以下の式（６）から得られる。
【数６】
2015500771.tif 000008
【００３２】
角度φが適切に選択された場合には、正接関数Ｔを、容易にかつ効率的に決定することができ、接線的な連続性によって固定的に規定された移行ポイントにおいて直線１４に追従することができる。
【００３３】
正接関数Ｔとホイールハブ３との間の移行が、ランダムな連結ではなく、外形が直線である場合に正接の関数の結果として同じ値に強く制限されていることにより、符号１１で示された円弧は、正接関数Ｔに対しての接線的連続性によって理想的に配置されることとなり、その後、形状の直線１３へと接線的な連続性を有して連接されることとなる。円弧１１を形成している円は、原理的に任意に選択することができ、正接関数Ｔの任意のポイントにおいて接線的な連続性でもって連接されることができる。しかしながら、正接関数Ｔの変曲点１０のところにおける円弧１１への移行（この図の場合）が、特に単純で興味のある数学的結果であることに注意されたい。
【００３４】
さらなる、極めて有利な可能性は、正接関数Ｔと円弧１１との間の移行を、正接関数Ｔの最大湾曲ポイントのところにおいてあるいはそのようなポイントの付近の領域において接線的な連続性を有した移行が行われるようにして、実現することである。最大湾曲ポイントのところにおける移行は、あるいは、最大湾曲ポイントの付近の領域における移行は、半径につれて先に決定された正接関数Ｔの最大曲率半径を円弧１１が厳密に有している場合に、応力分散という観点から、極めて理想的である。それらの曲率半径（あるいは、湾曲）どうしが互いに連続的な態様で連接されることにより、応力分散に関して理想的な構成が得られる。これにより、移行領域６に対して、大きな強度が付与される。その後、円弧１１は、接線的な連続性を有して直線１３へと移行することができる。そして、正接関数Ｔと直線１３との間に配置される円弧１１を、その位置と角度とに関して比較的自由な態様で選択することができ、例えば、ホイールハブ３の軸線方向外形形状を所望のものとすることができる。
【００３５】
結局のところ、本発明による構成により、応力分散の結果として、最少量の材料でもって非常に大きな強度を得ることができ、移行領域のところにおける材料強化といったような複雑なプロセスを回避することができる。これとは別に、表面硬化という方法によって、強度をさらに増大させることができる。そのような方法は、機械的（ショットピーニング、ローラバニッシング、等）にも、材料追加によっても、あるいは、化学的（ケース硬化、ニトロ硬化、等）にも、行うことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  ホイールディスク
２  回転軸線
３  ホイールハブ
４  ホイールウェブ
５  ホイールリム
６  移行領域
７  連結領域
１０  変曲点
１１  円弧
１３  直線
１４  直線
１５  径方向
Ｔ  正接関数
φ  角度
【図１】
2015500771.tif 000009
【図２】
2015500771.tif 000010
【図３】
2015500771.tif 000011
【国際調査報告】
2015500771.tif 000012
2015500771.tif 000013
2015500771.tif 000014
2015500771.tif 000015