LIGHTWEIGHT RAILROAD WHEEL

Abstract: 1. Light-construction rail wheel designed as solid wheel or rerimmed solid wheel the wheel hub (1), wheel disk (2) and wheel rim (3) of which are pressed in one piece from a metal blank, wherein the radially uncorrugated wheel disk is provided in tangential direction with corrugations consisting of wave peaks and wave troughs, the height (h) of which increases from the wheel rim towards the wheel hub and is greater than the wheel disk thickness (d), and in which the wheel disk ends by large transitory radii into the wheel hub (R2 or R1 ), characterized in that in a solid wheel made of steel for smallest possible wall thickness (d) of wheel disk (2) height (h) of the wheel disk (2) corrugation amounts adjacent to wheel rim (3) to 1/10th to 1/6th of wheel rim width (a) while the increase of corrugation height amounts to at least 2:1, and that central plane (M) of corrugated wheel disk (2) vertically extends with respect to the wheel axle.

Description: Schienenrad in Leichtbauweise Die Erfindung bezieht sich auf ein als Vollrad bzw. wiederbereifbares Vollrad ausgebildetes Schienenrad in Leichtbauweise, bei dem Radnabe, Radscheibe und Radkranz einstöckig aus Metall gepresst sind, die in radialer Richtung ungewellte Radscheibe in tangentialer Richtung eine sich aus radial verlaufenden Wellenbergen und Wellentälern zusammensetzende Wellung aufweist, deren Höhe vom Radkranz zur Radnabe zunimmt und grösser als die Radscheibendicke ist, und bei dem die Radscheibe mit grossen Übergangsradien im Radkranz und in der Radnabe ausläuft. Bei einem bekannten Schienenrad dieser Art wird die Forderung nach leichtem Gewicht vor allem durch die Aus wahl des Materials, nämlich Aluminium, erreicht. Die Mittenebene der gepressten Radscheibe ist konisch, so dass deren Mantellinie geneigt zur Radachse liegt. Die Höhe der Wellung ist sehr gross und beträgt am Radkranz etwa 1/3 der Radkranzbreite. Trotz des geringen Gewichtes haben sich solche Schienenräder aus Aluminium in der Praxis nicht durchsetzen können. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen, vor allem aber die geringe Dauerfestigkeit von Aluminium gegenüber Stahl. Weiter ist von Nachteil, dass solche Aluminiumräder nicht als Vollräder ausgeführt werden können, sondern regelmässig bereift sein müssen. Der Radreifen besteht dann aus Stahl, der einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium hat. Da ein klotzgebrenstes Rad sich bei Dauerbremsungen stark erwärmt, muss dafür Sorge getroffen sein, dass trotz starker Temperaturschwankungen ein ausreichend fester Sitz des Radreifens gewährleistet ist (E. Kreissig; A. Szymanski-"Aluminiumradscheiben und ihre Wirkung" Zeitschrift Aluminium im Verkehr", 1953. Wegen dieser Nachteile werden in der Praxis für den Personen- und Güterverkehr auf der Schiene ausschliesslich Stahlräder eingesetzt. Bei einem bekannten, aus Stahl gepressten, bereiften Schienenrad mit tangential gewellter Radscheibe ist die Höhe der Wellung über den'' gesamten Radius konstant und etwa halb so gross wie die' Breite der Radfelge. Auf ein Vollrad übertragen wurde die Höhe der Wellung etwa 1/3 der Breite des Radkranzes betragen. Ein solches Vollrad bzw. wiederbereifbares Vollrad lässt sich wegen der sehr grossen Höhe der Wellung der Radscheibe in der Nähe des Radkranzes und wegen der hier vorhandenen grossen Materialmenge nicht betriebs fest herstellen, weil es dabei infolge des hohen Verformungsgrades auf der Kümpelpresse zu Materialeinschnürungen an der Radscheibe und im Übergang von der Radscheibe zum Radkranz kommt. Abgesehen davon, dass ein solches Rad in der Regel nur aus einem SonderstahX tt : edereir;enschaf- ten hergestellt werden kann, erfordert es eine zweihitzige Fertigung. Nach einer ersten Erwärmung für einen Press- und Walzvorgang und anschliessender mechanischer Bearbeitung muss nach einer zweiten Erwärmung auf einer Kümpelpresse die radiale und tangentiale Wel].ung der Radscheibe gekümpelt werden, um die endgültige Form zu erhalten. Ferner ist ein Schienenrao in Leichtbauweise mit einem Schienenradkörper und einem auf die Radfelge unter Zwi- schenschaltung einer unter Vorspnnung stehenden Gummieinlage aufgespannten Radiefen bekannt, bef. dem die Radscheibe in radialer Richtung ungewellt und in tangent-laler Richtung eine sich aus Wellenbergen und Wellentälern zu sammensetzende Wellung aufweist. Die zwischp.'jgeschaltete, unter Vorspannung stehende Gummieinlage hat den Zweck, den Radreifen sicher mit der Felge zu verbinden, ohne dass der Radkörper von einer hohen Vorspannung des Radreifens, die bei aufgeschrumPften Rädern für einen sicheren Sitz notwendig ist, belastet wird. Bei diesem bekannten Rad ist die Höhe der Wellung im felgen' nahen Bereich schon vermindert gegenüber dem anderen bekannten Rad. Die flache konische Grundform (Sturz) der Radscheibe bringt zwar den Vorteil mit sich, dass in einer axialen Richtung das Rad steifer wird, doch ist damit auch der Nachteil verbunden, dass dadurch die Aussteifung des Rades in entgegen- gesetzter axialer und in radialer Richtung vermindert ist* Deshalb ist diese Ausführung für ein gummigefedertes Rad ausgelegt, bei dem die Rad- und Seitenkräfte durch die Gummieinlage elastisch abgefedert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Vollrad oder wiederbereifbares Vollrad ausgehildetes Sc:hienenrad in Leichtbauweise zu schaffen, das sich leicht herstellen lässt und eine ausreichend hohe radiale und axiale Steifigkeit hat, und insbesondere nicht die anderen, aufgezeigten Nachteile der Aluminium- und Stahlräder (geringe Dauerfestigkeit, Sonderstahl) hat. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Schienenrad der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass bei einem aus Stahl bestehenden Vollrad zugunsten einer möglichst kleinen Wanddicke der Radscheibe die Höhe der Wellung der Radscheibe am Radkranz 1/10 bis 1/6 der Radkranzbreite beträgt und die Zunahme der Höhe der Wellung mindestens 2 : 1 beträgt und dass die Mittenebene der gewellten Radscheibe eben ist und senkrecht zur Radachse liegt. Bei dem erfindungsgemässen Rad werden die materialbedingten Nachteile eines Aluminiumrades, wie z.B. geringe Dauerfestigkeit, durch das andere Material, nämlich Stahl, beseitigt. Das höhere Gewicht von Stahl wird durch einen ge' ringeren Materialeinsatz kompensiert, der sich aus der flacheren Wellung und der kleineren Wanddicke ergibt. Da. die Mittenebene der Radscheibe senkrecht zur Radachse liegt und die Wellung von dem Radkranz zur Radnabe zunimmt, hat das Rad trotz der verhältnismässig kleinen Wanddicke und der flachen Wellung die geforderte hohe axiale und radiale Steifigkeit. -Dabei wird durch die unterschied- lich hohe Wellung die unterschiedliche Beanspruchung Radscheibe berücksichtigt. So versteift die höhere Wellung der Radscheibe im nabennahen Bereich das Rad in einem ausreichenden Masse, um die hier wegen des im Vergleich zum Radkranz kleineren Umfanges auftretenden grösseren Momente aufnehmen zu können. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der hohen Wellung in Verbindung mit der sturzfreien Radscheibe eine Abstützung für die Radnabe, 5-, dzB ih:re Hand stärke im Vergleich zur Radnabe bei anderen bekannten Scheibenrädern kleiner sein kann, ohne dass das aiif Kosten eines festen Schrumpf- bzw. Presssitzes geht. Nicht zuletzt werden aufgrund der besonderen Formgebung die beim Stand der Technik aufgezeigten technologischen Schwierig keiten bei der Herstellung des Rades überwunden. Das Material kann in gewünschtem Umfange fliessen. Deshalb lässt sich das erfindungsgemässe Rad auch in einer Hitze durch Walzen, Pressen und gümpeln herstellen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 3 ein als Vollrad ausgebikEtes Schienenrad im halben Axialschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt des Schienenrades im Bereich der Radscheibe nach der Linie I-I der Fig. 1 und Fig. 3 einen Querschnitt des Schienenrades im reich der Radscheibe nach der Linie II-II' ' der Fig. 1. Das als Vollrad ausgebildete Schienenrad besteht aus Rad nabe 1, Radscheibe 2 und Radkranz 3. Die Radscheibe 2 geht über Übergangsradien Rj, R2 in die Radnabe 1 und den Radkranz 3 über. Die Radscheibe 2 ist tangential gewellt. Die sich aus radial verlaufenden Wellenbergen und Wellentälern zusammensetzende Wellung ist im nabennahen Bereich (Schnitt II-II) grösser als im nabenfernen Bereich (I-I). Da die Wellenberge und Wellentäler radial durchlaufen, ist ihre Breite im nabenfernen Bereich grösser als im nabennahen Bereich. Im nabenfernen Bereich haben sie eine Trapezform, die im nabennahen Bereich in eine Sinusform übergeht. Die Ehe h der Wellung (Abstand der Kuppen der beidseits der Mittelebene M der Radscheibe 2 liegenden Wellenberge) im-nabenfernen Bereich beträgt max. 1/6 der Radkranzbreite a. Die Höhe der Wellung nimmt in Richtung der Radnabe 1 um mindestens 2 : 1 zu. Die Höhe der Wellung am Radkranz 3 sollte jedoch nicht kleiner als 1/10 der Radkranzbreite a sein. Die Mittenebene M der Radscheibe 2 ist eben und liegt senkrecht zur Radachse. Neben den bereits genannten Grössenverhältnissen haben sich folgende, weitere Grössenverhältnisse als günstig erwiesen: Die Dicke d der Radscheibe 2 unmittelbar vor dem Über- gangsbereich in den Radkranz 3 sollte ca. 1/8 des Lauf- ", kranzdurchmessers-' D betragen. Vorzugsweise sollte sie vom Radkranz 3 zur Radnabe 1 im Verhältnis von 1 : 1,4 bis 1 : 1,6 zunehmen. Bevorzugte Dicken in Radkranznähe . sind 9 bis 12 mm und in Nabennähe 13 bis 78 mm. Die Übergangsradien R1 von der Radscheibe 2 zur Radnabe 1 sollten das ca. 1,5-fache der Übergangsradien R2 von der Radscheibe 2 zum Radkranz 3 und die Ubergangsradien R2 1/15 bis 1/20 des Laufkranzdurchmessers D betragen. Die Breite b der Radnabe sollte das 3,5 bis 5-fache der Höhe h der Wellung im nabennahen Bereich der Radscheibe 2 betragen, wobei die Wandstärke c an den Enden der Radnabe 1 das 0,4 bis 0,6-fache der Höhe h der Wellung im nabennahen Bereich beträgt. Schliesslich sollte der Radsatzdurchmesser D1 das 0,85 bis 1,2-fache der Breite b der Radnabe 1 betragen.

Claims: Ansprüche: 1. Als Vollrad bzw. wiederbereifbares Vollrad aus gebildetes Schienenrad in Leichtbauweise, bei dem Rades nabe, Radscheibe und Radkranz einstückig aus Metall gepresst sind, die in radialer Richtung ungewellte Radscheibe in tangentialer Richtung eine sich aus radial verlaufenden Wellenbergen und Wellentälern zusammensetzende Wellung aufweist, deren Höhe vom Radkranz zur Radnabe zunimmt und grösser als die Radscheibendicke ist, und bei dem die Radscheibe mit grossen Ubergangs- radien im Radkranz und in der Radnabe ausläuft, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem aus Stahl bestehenden Vollrad zugunsten einer möglichst kleinen Wanddicke (d) der Radscheibe (2) die Höhe (h) der Wellung der Radscheibe (2) am Radkranz 1/10 bis 1/6 der Radkranzbreite. (a) beträgt und die Zunahme der Höhe der Wellung mindestens 2 : 1 beträgt und dass die Mittenebene (M) der gewellten Radscheibe (2) eben ist und senkrecht zur Radachse liegt. 2. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Radscheibe (2) vom Radkranz (3) zur Radnabe < 1) im Verhältnis 1 : 1,4 bis 1 : 1,6 zunimmt. 3. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Radscheibe (2) unmittelbar vor dem Ubergangsbereich in den Radkranz (3) ca. 1/80 des Laufkranzdurchmessers (D) beträgt. 4. Schienenrad nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (d) der Radscheibe (2) in der Nähe des: Radkranzes (3) 9 bis 12 mm und in der Nähe der Nabe (j)' 13 bis 18 mm beträgt. . 5. Schienenrad nach einem der Ansprüche j bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Ubergangsradien (R2) von der Radscheibe (2) zum Radkranz (3) 1/15 bis 1/20 des Laufkranzdurchmessers (D) betragen. 6. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsradien (R) von der Radscheibe (2) zur Radnabe (1) das ca. 1,5-fache der Übergangsradien (R2) von der Radscheibe (2) zum Radkranz (3) betragen. 7. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n' z e i c h n e t , dass die Breite (b) der Radnabe (1) das 3,5 bis 5-fache der Höhe (h) der Wellung im nabennahen Bereich der Radscheibe (2) beträgt. 8. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (c) an den Enden der Radnabe (1) das 0,4 bis 0,6-fache der Höhe (h) der Wellung im nabennahen Bereich beträgt. 9. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radsitzdurchmesser (D) das 0,85 bis 1,2-fache der Breite (b) der Radnabe (1) beträgt.

Inventors: KASPER, WILLI, KRAUSE, GERD, ING. GRAD., MURAWA, FRANZ, OEHLER, HANS H., DIPL.-ING., SCHNEIDER, JURGEN, DR. ING. DIPL.-ING., Schneider, Jürgen, Dr. Ing. Dipl.-Ing.
Applicants: KRUPP-KLOECKNER SCHMIEDE
Application year: 1983
Main classification: B60B17
IPC codes: B60B17