VIBRATION-DAMPED RAILROAD WHEEL

Abstract: 1. A vibration-damped wheel, particularly for rail cars, having granulated, granular or spherical material as damping material packed in one cavity or a plurality of cavities (5) arranged distributed over the wheel circumference, characterized in that the cavity (5) is essentially arranged in the region of the transition from the wheel disk (2) to the wheel flange (3) or to the wheel rim/tire (6) and that the granular material of granulometry from 0.05 to 10, particularly from 0.3 to 3 mm.

Description: Schwingungsgedämpftes Schienenrad Die Erfindung bezieht sich auf ein schwingungsgedämpftes Schienenrad, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit in einem oder mehreren über den Radumfang verteilten Hohlräumen gefülltem, granuliertem, körnigem oder kugeligem Material als Schwingungsdämpfungsmateriai. Es ist bekannt, dass beim Befahren von Schienen, insbesondere in Rurven, kreischende Fahrgeräusche auftreten, die durch Schwingungen des Radkranzes, des Radreifens und der Radscheibe verursacht werden. Um diese Geräusche zu beseitigen, hat man bereits vor einigen Jahrzehnten Versuche zur Dämpfungdieser Schwingungen unternommen. So ist bereits vorgeschlagen worden, die Radscheibe mit dämpfenden, elastischen Belägen zu versehen oder Hohlräume im Radreifen mit losem Schüttgut, wie Stahlkies, zu füllen (DVI-Zeitschrift, Bd. 96, Februar 1954, S. 1753 oder in einer offenen oder geschlossenen Ringnut des Radreifens oder der Radfelge eine Vielzahl von Plättchen anzuordnen, die vorzugsweise mit einem Film aus einem schmiermittelartigen Werkstoff höchster Zähig keit überzogen und am Radkörper anliegen (DE-PS 833 362). Die Anordnung der Dämpfungselemente bei einem solchen Schienenrad macht also Sonderkonstruktionen erforderlich, die Einfluss auf die Statik des Rades haben. Herkömmliche Schienenräder in bewährter Konstruktion lassen sich mit solchen Dämpfungselementen weder als Erstausrüstung noch als Nachausrüstung ausstatten. Auch sind aufgrund der Konstruktion die räumlichen Verhältnisse für die Unterbringung der Dämpfung selemente begrenzt. Wegen dieser Schwierigkeiten haben sich diese Räder in der Praxis nicht durchsetzen können. Sie haben auch nicht die weitere Entwicklung bei schwingungsgedämpften Schienenrädern beeinflusst. Statt dessen kommen- in jüngster Zeit Schienenräder zum Einsatz, an deren Radkranz r Radreifen oder Radfelge Resonanz- absorber angebracht sind, die aus mehreren parallel zueinander auf derselben Basis angeordneten und durch Zwischenlagen aus Dämpfungsmaterial voneinander getrennten, auf verschiedene Eigenfrequenzen des Rades abgestimmten Zungen bestehen (DE-AS 2 720 333). Diesen Resonanzabsorbern liegt der Gedanke zugrunde, dass die Dämpfungswirkung umso grösser ist, je genauer die Abstimmung der einzelnen Zungen auf die verschiedenen Eigenfrequenzen ist. Da sich jedoch während des Betriebes aufgrund des Verschleisses des Rades die Eigenfrequenzen des Rades verschieben, lässt die Wirksamkeit dieser Resonanzabsorber in der Dämpfung nach. Eine Nachabstimmung ist nicht vorgesehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schwingungsgedämpftes Schienenrad zu schaffen, bei dem die Eigenschwingungen trotz des Einflusses des Verschleisses des Rades auf die Frequenzen dieser Eigenschwingungen unter Wahrung herkömmlicher Radkonstruktionen auf Dauer wirksam gedämpft werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der oder die Hohlräume von Hohlkörpern gebildet werden, die auf der Radoberfläche angeordnet sind. Bei einem solchen schwingungsgedämpften Rad sind am Radkörper selbst keine besonderen Vorkehrungen für die Unterbringung des Dämpfungsmaterials erforderlich, vielmehr lassen sich bewährte Konstruktionen beibehalten. Die mit Dampfungsmaterial gefüllten, aussen am Rad angeordneten Hohlkörper dämpfen die Schwingungen breitbandig, so dass die Wirksamkeit der Dämpfungselemente trotz der sich infolge des Verschleisses ändernden Resonanzfrequenzen im Laufe der Zeit nicht nachlässt. Da im Stoss zwischen Feststoffteilchen die Energirnnahezu unabhängig von der Frequenz umgewandelt werden, ist die Dämpfung über einen sehr weiten Frequenzbereich etwa gleichmässig stark. Der Verzehr der vom Rad übertragenen Schwingungsenergie wird durch Reibung bzw. durch Stoss der Feststoffteilchen untereinander und an den Wänden des Hohlkörpers wirkunsvoll erreicht. Bei der Anbringung der Dämpfungselementeam Rad ist zur Vermeidung von Unwuchten eine gleichmässige Verteilung anzustreben. Erfindungsgemäss ist daher vorgesehen, dass der Hohlkörper ringförmig und konzentrisch am Rad angeordnet ist und insbesondere in mehrere Kammern unterteilt ist. Auf diese Weise wird eine gleichmässige Belegung des Rades durch die Dämpfungselemente erreicht. Durch die Untertei lung des Hohlkörpers in mehrere Kammern wird einer unkontrollierten Verschiebung des körnigen Füllmaterials entgegengewirkt. Es versteht sich, dass der Hohlkörper an Stelle von einer Aufteilung in einzelne Kammern auch von gleichmässig am Rad verteilt angeordneten Einzelhohlkörpern bestehen kann. Entsprechend den räumlichen Gegebenheiten können alle Hohlkörper auf der Oberfläche einer einzigen Radseite oder aber auch auf beiden Seiten des Rades verteilt angeordnet sein. Wichtig ist auch in diesem Fall, dass die Anordnung der mit Dämpfungsmaterial gefüllten Hohlkörper derart erfolgt, dass Unwuchten des Rades vermieden werden. Als besonders wirkungsvoll hat sich erwiesen, wenn bei einem Vollrad die Hohlkörper im Bereich des Ubergangs von der Radscheibe zur Radkranz angeordnet sind, bzw. im Bereich des Übergangs von der Radscheibe zum Radreifen bei einem bereiften Rad. Der Übergangsbereich erstreckt sich dabei vom Radkranz bzw. vom Radreifen bis etwa zur Hälfte des Radius der Radscheibe. Eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung der Hohlkörper besteht darin, dass die Hohlkörper von einem am Rad angesetzten, schalenförmigen Profil gebildet werden. In diesem Fall schliesst das schalenförmige Profil den Hohlkörper nach aussen ab, während zum Rad hin die Radoberfläche selbst den Hohlraum abschliesst. In diesem Fall ist die Schwingungskopplung zwischen dem Dämpfungsmaterial und dem Rad unmittelbar, was sich auf die Dämpfungswirkung positiv auswirkt. Die Form dieser Profile ist in weiten Bereichen beliebig und richtet sich selbstverständlich nach den Konstruktionsmerkmalen des Rades sowie dem am Einbauort zur Verfügung stehenden Raum. Zusammen mit einem Teil der Radoberfläche bilden diese Profile einen Hohlraum, der mit dem schwingungsdämpfenden, körnigen Material gefüllt ist. Diqgchalenförmigen Teile können aus Metall oder Kunststoff, Gussmaterial oder auch als Pressteil gefertigt sein. Sie dienen im wesentlichen der Begrenzung des Raumes und müssen die für den rauhen Bahnbetrieb erforderliche Festigkeit aufweisen. Um das Eindringen von Feuchtigkeit bzw. den Verlust von Dämpfungsmaterial zu vermeiden, sind die schalenförmigen Profile unter Verwendung einer dichtenden Zwischenlage an der Radoberfläche befestigt. Solche Zwischenlagen können z.B. aus Asbest, Gummi oder Plastikmaterial gefertigt sein. Die Profile können am Rad durch Verschrauben, Verschweissen oder Kleben befestigt sein. Falls sie als geschlossener Ring ausgebildet sind, bietet es sich auch an, die Profile durch Einschrumpfen in der Radkontur zu befestigen. Die als Hohlräume ausgebildeten Dämpfungskörper sind bevorzugt mit körnigem Material einer Korngrösse von 0,05 - 10, insbes. 0,3 - 3 mm, gefüllt. Die Füllung kann aus Material einer einheitlichen Korngrösse oder aber aus Gemischen der unterschiedlichsten Korngrössen bestehen. Die bevorzugte Körnung bzw. das Körnungsband des Füllmaterials des Hohlkörpers richtet sich u. a. nach dem Schüttgewicht des Füllmaterials. Im Hinblick auf eine breitbandige Dämpfung ist es besonders wirkungsvoll, wenn die Hohlräume ein Material enthalten, das ein Schüttgewicht von 0,2 bis 10 g/cm3 und einen E-Modul von 100.000 bis 300.000 N/mm2 aufweist. Solche Materialien sind beispielsweise Sand, Stahlkies und Bleischrot. Für eine optimale Dämpfung ist es wichtig, dass die Hohlräume vollständig mit dem körnigen Material gefüllt sind. Zusätzlich können die Hohl räume bis zu 10 % viskoses Material, wie z.B. öl oder Harze, enthalten, die sich in den Zwischenräumen des körnigen Materials befinden und eine zusätzliche Dämpfung der zwischen den Teilchen ablaufenden Stossprozesse bewirken. Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen dargestellt Im einzelnen zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch ein als Vollrad ausgebildetes Schienenrad, Fig. 2 einen Schnitt durch ein bereiftes Schienenrad, Fig. 3 ein Schienenrad in Aufsicht. Das in Fig. 1 dargestellte Schienenrad ist als Vollrad ausgebildet. Es besteht aus der Nabe 1, der Radscheibe 2 und dem Radkranz 3. Im Bereich des Überganges von der Radscheibe 2 zum Radkranz 3 sind einen Hohlraum 5 begrenzende-Hohlkörper vorgesehen, die von der Wandung des Ubergangsbereichs von der Radscheibe 2 zum Radkranz 3 und Profilen 4 gebildet werden. Der Hohlraum 5 ist mit körnigem Material (nicht dargestellt) gefüllt. Auch bei bereiften Schienenrädern ist, wie Fig. 2 zeigt, der Gegenstand der Erfindung einsetzbar. Hier ist im Bereich des Überganges von der Radscheibe 2 zum Radreifen 6 das Profil 4 am Rad angebracht. Zusammen mit dem entsprechenden Teil der Radoberfläche bildet es den Hohlraum 5, der gemäss der Erfindung mit körnigem Material (nicht dargestellt) gefüllt ist. Das Profil 4 ist dabei einerseits im Punkt 7 an der Radscheibe durch Verschrauben oder Verschweissen befestigt, andererseits bei 8 im Radreifen eingeschrumpft. Hierdurch wird eine besonders sichere Befestigung des Profils 4 erreicht. Wie in Fig. 3 dargestellt, können die die Hohlräume 5 zusammen mit nicht dargestellten, stirnseitigen Abdeckblechen begrenzenden Profile 4 gleichmässig über die Radscheibe 2 verteilt angeordnet sein. Da die ämpfungs- körper in diesem Fall an jedem Umfangsabschnitt des Rades angeordnet sind, werden die Radschwingungen am Ort ihres Entstehens getilgt, so dass die Geräuschdämpfung optimal ist.

Claims: Ansprüche: 1. Schwingungsgedämpftes Rad, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit -in einem oder mehreren über den Radumfang verteilt angeordnetem Hohlraum bzw. Hohlräumen gefülltem, granuliertem, körnigem oder kugeligem Material als Dämpfungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Hohlräume (5) von Hohlkörpern (4) gebildet sind, die auf der Oberfläche des Rades angeordnet sind. 2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (4) ringförmig und konzentrisch am Rad angeordnet ist. 3. Rad nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der ringförmige Hohlkörper in mehrere Kammern unterteilt ist. 4. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichmässig am Rad verteilt angeordnete Hohlkörper (4) vorgesehen sind. 5. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Hohlkörper (4) im Bereich des Uberganges von der Radscheibe (2) zum Radkranz (3) bzw. zum Radreifen l6) angeordnet sind. 6. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (p) durch an das Rad angesetzte schalenförmige Profile gebildet sind. 7. Rad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schalenförmigen Profile unter Verwendung einer dichtenden Zwischenlage an der Radoberfläche befestigt sind. 8. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Hohlräume mit körnigem Material einer Korngrösse von 0,05 bis 10, insbes. von 0,3 bis 3 mm, gefüllt sind. 9. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume ein Material enthalten, das ein Schütt 3 gewicht von 0,2 bis 10 g/cm und ein E-Modul von 100.000 bis 300.000 N/mm2 aufweist. 10. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume bis zu 10 % viskoses Material, z.B. dl, enthalten.

Inventors: HOFFMANN, MANFRED, DIPL.-ING., PIEHL, KARLHEINZ, DIPL.-ING. DR.-ING., REICHEL, HANS-HENNING, DR.-ING. DIPL.-ING.
Applicants: VEREINIGTE SCHMIEDEWERKE GMBH
Application year: 1983
Main classification: B60B17
IPC codes: B60B17