(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl7: B60B 17/00 (54) Wieloelementowe koło kolejowe i sposób wytwarzania wieloelementowego koła kolejowego (30) Pierwszeństwo: ,FR, (75) Uprawniony z patentu: VALDUNES, Puteaux, FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/96 (72) Twórcy wynalazku: Jacques Broucke, Coudekerque Branche, FR Francois Demilly, Dunkerque, FR (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/00 (74) Pełnomocnik: Karcz Katarzyna, PATPOL Spółka z 0.0. PL B1 ( 5 7 ) 1. Wieloelementowe koło kolejowe, zawierające obręcz, środek złożony z piasty i tarczy, amortyzator umieszczony pomiędzy środkiem i obręczą, przynajmniej jeden łącznik i zespół do mocowania przynajmniej jednego łącznika, znamienne tym, że amortyzator (5) ma kształt kielichowy i jest utworzony z dwóch pierścieni (19, 20) złożonych, każdy, z pierścienia (30) ze sprężystego materiału polimerycznego wciśniętego pomiędzy górną metalową warstwę (31) i dolną metalową warstwę (32), przylegając do nich, przy czym górna metalowa warstwa (31) przylega również do najbardziej wewnętrznej części (9) obręczy (1), dolna metalowa warstwa (32) przylega również do łącznika (3, 4), zaś wewnętrzna część (9) obręczy (1) dopasowana jest do kielichowego kształtu amortyzatora (5) i posiada dwa przejścia (10, 11) umieszczone po obu stronach płaszczyzny symetrii koła i połączone, w swej najbardziej wewnętrznej części, przez zasadniczo płaski pierścieniowy pas (12). Fig.1

2 Wieloelementowe koło kolejowe i sposób wytwarzania wieloelementowego koła kolejowego Zastrzeżenia patentowe 1. Wieloelementowe koło kolejowe, zawierające obręcz, środek złożony z piasty i tarczy, amortyzator umieszczony pomiędzy środkiem i obręczą, przynajmniej jeden łącznik i zespół do mocowania przynajmniej jednego łącznika, znamienne tym, że amortyzator (5) ma kształt kielichowy i jest utworzony z dwóch pierścieni (19, 20) złożonych, każdy, z pierścienia (30) ze sprężystego materiału polimerycznego wciśniętego pomiędzy górną metalow ą warstwę (31) i dolną metalową warstwę (32), przylegając do nich, przy czym górna metalowa warstwa (31) przylega również do najbardziej wewnętrznej części (9) obręczy (1), dolna metalowa warstwa (32) przylega również do łącznika (3, 4), zaś wewnętrzna część (9) obręczy (1) dopasowana jest do kielichowego kształtu amortyzatora (5) i posiada dwa przejścia (10, 11) umieszczone po obu stronach płaszczyzny symetrii koła i połączone, w swej najbardziej wewnętrznej części, przez zasadniczo płaski pierścieniowy pas (12). 2. Koło według zastrz. 1, znamienne tym, że dolna metalowa warstwa (32) przylega do dwóch łączników (3, 4) mocujących amortyzator (5), zamocowanych przez liczne śruby (7) przechodzące przez środek koła. 3. Koło według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że w pierścieniowym rowku obręczy (1) znajduje się pierścień sprężynujący (8'). 4. Sposób wytwarzania wieloelementowego koła kolejowego, a zwłaszcza obręczy i środka wieloelementowego koła kolejowego, znamienny tym, że wytwarza się poprzez wykuwanie stalowego fragmentu, jednoelementowe koło posiadające środek złożony z piasty i z tarczy, oraz obręcz, która jest złączona z tarczą za pomocą przejść o promieniu porównywalnym z połową grubości obręczy; oddziela się obręcz od środka, zwłaszcza przez wgłębianie kuźnicze wzdłuż linii łączącej tarczę z przejściami; obrabia się obręcz i środek. * * * Przedmiotem wynalazku jest wieloelementowe koło kolejowe zawierające obręcz, środek i amortyzator umieszczony pomiędzy środkiem i obręczą oraz sposób wytwarzania wieloelementowego koła kolejowego, a zwłaszcza obręczy i środka tego koła. Wieloelementowe koła kolejowe są dobrze znane. Są one stosowane na przykład w tramwajach w transporcie miejskim w celu zmniejszenia hałasów powodowanych toczeniem się kół po szynach. Znane jest, na przykład, koło tego typu, w którym amortyzator jest utworzony z dwóch pierścieni kauczukowych, umieszczonych jeden na przeciw drugiego pomiędzy środkiem koła i obręczą tworząc otwarty kształt "V". Lecz w takim układzie, niemożliwe jest wygodne ustalanie własności dynamicznych koła w kierunku osiowym, to znaczy w kierunku równoległym do osi koła. Znane jest również koło, w którym amortyzator jest utworzony z licznych kauczukowych klocków oporowych rozmieszczonych na obwodzie środka koła, pomiędzy środkiem i obręczą. Jednakże koło tego typu jest dosyć skomplikowane i kosztowne w produkcji. Ponadto, główną wadą jest to, że kauczukowe klocki oporowe nadają kołu niewielką sztywność osiową, co wprowadza osiową niestabilność w czasie pracy. Europejskie zgłoszenie patentowe nr opisuje koło wieloelementowe, w którym amortyzator jest pierścieniem kauczukowym posiadającym dwie krawędzie tworzące wraz z osią - koła kąt około 60 C, pierścień kauczukowy nie wypełnia całkowicie przestrzeni zawartej pomiędzy środkiem koła i obręczą. Takie koło ma dobrą sprężystość w kierunku osiowym, lecz trudne jest jednoczesne ustawienie jego sprężystości w kierunku osio-

3 wym i w kierunku promieniowym pod względem optymalnego wyciszenia koła w czasie pracy. W tych trzech kołach, kauczuk jest bezpośrednio w kontakcie z metalem koła, przez co, pod wpływem ściskania, amortyzator odkształca się poprzez pełzanie. Te odkształcenia, zmieniają własności dynamiczne amortyzatora i pogarszają jego efektywność. W końcu, w przypadku tych trzech kół, konieczne jest oddzielne wykuwanie rdzenia i obręczy, co utrudnia wytwarzanie. W opisie patentowym DE ujawniono koło posiadające sprężysty amortyzator w kształcie pojedynczego pierścienia o przekroju V, mocowanego za pomocą pojedynczego łącznika. Wieloelementowe koło kolejowe według wynalazku zawiera obręcz, środek złożony z piasty i tarczy, amortyzator umieszczony pomiędzy środkiem i obręczą, przynajmniej jeden łącznik i zespół do mocowania przynajmniej jednego łącznika, i charakteryzuje się tym, że amortyzator ma kształt kielichowy i jest utworzony z dwóch pierścieni złożonych, każdy, z pierścienia ze sprężystego materiału polimerycznego wciśniętego pomiędzy górną metalową warstwę i dolną metalową warstwę, przylegając do nich, przy czym górna metalowa warstwa przylega również do najbardziej wewnętrznej części obręczy, dolna metalowa warstwa przylega również do łącznika, zaś wewnętrzna część obręczy dopasowana jest do kielichowego kształtu amortyzatora i posiada dwa przejścia umieszczone po obu stronach płaszczyzny symetrii koła i połączone, w swej najbardziej wewnętrznej części, przez zasadniczo płaski pierścieniowy pas. Korzystnie, dolna metalowa warstwa przylega do dwóch łączników mocujących amortyzator, zamocowanych przez liczne śruby przechodzące przez środek koła, zaś w pierścieniowym rowku obręczy znajduje się pierścień sprężynujący. Sposób wytwarzania wieloelementowego koła kolejowego, a zwłaszcza obręczy i środka wieloelementowego koła kolejowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wytwarza się, poprzez wykuwanie stalowego fragmentu, jednoelementowe koło posiadające środek złożony z piasty i z tarczy, oraz obręcz, która jest złączona z tarczą za pomocą przejść o promieniu porównywalnym z połową grubości obręczy; oddziela się obręcz od środka, zwłaszcza przez wgłębianie kuźnicze wzdłuż linii łączącej tarczę z przejściami; obrabia się obręcz i środek. Wieloelementowe koło kolejowe według wynalazku jest łatwe w produkcji, zaś jego promieniowe i osiowe zachowanie dynamiczne może być zoptymalizowane, a własności amortyzatora są stabilne w czasie użytkowania. W celu zminimalizowania hałasu wynikającego ze zgrzytania, korzystne jest, by masa obręczy była mniejsza od 110 kg, promieniowa sztywność dynamiczna była z przedziału 6 x 108 i 16 x 108 N/m, a osiowa sztywność dynamiczna była z przedziału 3 x 108 i 8 x 108 N/m. W celu zminimalizowania przenoszenia wibracji z drogi na oś, masa obręczy powinna być mniejsza od 110 kg, promieniowa sztywność dynamiczna koła powinna być mniejsza od 1 x 108 N/m, a osiowa sztywność statyczna koła - większa od 0,5 x 108 N/m. Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia promieniowy półprzekrój wieloelementowego koła kolejowego; fig. 2 - powiększony fragment przekroju pierścienia amortyzatora; fig. 3 - promieniowy przekrój łącznika. Wieloelementowe koło kolejowe według wynalazku jest złożone z obrotowych elementów, w skład których wchodzą: obręcz 1, jednoelementowy środek 2 utworzony z piasty 22 i tarczy 6, dwa łączniki 3 i 4 zamknięte przez obrzeżę tarczy 6, oraz amortyzator 5 umieszczony pomiędzy, z jednej strony, łącznikami 3 i 4, oraz, z drugiej strony, obręczą 1. Łączniki 3 i 4 są rozmieszczone na przeciwko siebie, po obu stronach tarczy 6 środka 2 i są przymocowane do. tarczy 6 za pomocą licznych śrub 7 przechodzących przez łącznik 3 i tarczę 6, oraz wkręconych do licznych gwintowanych otworów 8 drugiego łącznika 4. Śruby 7 są rozmieszczone wzdłuż linii kołowej wokół osi AA obrotu koła. Jak pokazano na fig. 1, koło może zawierać, również pierścień sprężynujący 8' przeznaczony do zmniejszania hałasu pochodzącego ze zgrzytów.

4 Najbardziej wewnętrzna część 9 obręczy 1, to znaczy część najbliższa osi obrotu AA posiada dwa przejścia 10 i 11 o promieniu porównywalnym z połową grubości obręczy 1, rozmieszczone na przeciwko siebie i połączone cylindrycznym pasem 12 w przybliżeniu płaskim, w taki sposób, że w przekroju najbardziej wewnętrzna część 9 obręczy 1 ma kształt kielicha umieszczonego promieniowo względem osi AA koła, rozchylonego na zewnątrz koła. Każdy łącznik 3 i 4 posiada, na powierzchni 13 przeznaczonej do współpracy z tarczą 6, w części najbliższej osi obrotu, pierścieniowe wycięcie 15 o kształcie odpowiadającym połowie grubości końca 18 tarczy 6, przeznaczone do zazębiania się z tą tarczą. Część powierzchni 13 najbardziej oddalona od osi obrotu posiada profil 24 utworzony z przejścia 25, zaokrąglenia 26 i platformy 27, w taki sposób, że dwa łączniki zamontowane w kole, jeden na przeciw drugiego, tworzą gardziel o odcinku w kształcie kielicha zajmującą, pomiędzy, z jednej strony, łącznikami 3 i 4, oraz, z drugiej strony, obręczą 1, przestrzeń pierścieniową, w której umieszczony jest amortyzator 5. Wycięcie 15 ma głębokość nieznacznie mniejszą od połowy szerokości końca 18 tarczy 6 w taki sposób że, w czasie montażu, dwa łączniki napierają na tarczę bez współpracy jeden z drugim. Amortyzator 5 jest utworzony z dwóch identycznych pierścieni 19 i 20. Każdy pierścień 19 lub 20 posiada rdzeń 30 ze sprężystego materiału polimerycznego, wciśnięty pomiędzy dwie warstwy 31 i 32 z blachy, przylegając do nich. Warstwa 31 jest dopasowana w taki sposób, by mogła współpracować z obręczą, a warstwa 32 jest przystosowana do tego, by mogła współpracować z profilem 24 łącznika 3 lub 4. Korzystne jest, by materiał polimeryczny był kauczukiem z dodatkami zwiększającymi jego sztywność. Grubość amortyzatora 5 jest nieznacznie większa od grubości wolnej przestrzeni pomiędzy obręczą 1 i łącznikami 3 i 4 w taki sposób, że amortyzator 5 jest poddany ściśnięciu o około 1 mm w czasie montażu łączników 3 i 4. Tak utworzone koło jest bardzo łatwe w montażu, a jego zaletą jest możliwość optymalnej regulacji jego osiowego i promieniowego zachowania dynamicznego w zależności od życzeń użytkownika. W tym celu, wystarczy dobrać sztywność kauczuku stanowiącego amortyzator lub wysokość jego krawędzi. Można w końcu minimalizować bądź hałas powstający w czasie toczenia się po szynie, bądź wibracje powodowane przez toczenie się i przenoszone przez oś, w szczególności gdy oś jest bezpośrednio sprzężona z silnikiem. Wynalazcy stwierdzili, że w każdym przypadku wystarczy przede wszystkim by masa obręczy była jak najmniejsza, przy czym dla nowej obręczy była mniejsza od 110 kg. Wynalazcy również stwierdzili, że: jeśli chce się minimalizować hałas powstający przy toczeniu się koła, promieniowa sztywność dynamiczna powinna być z przedziału 6 x 108 i 16 x 108 N/m, a osiowa sztywność dynamiczna powinna być z przedziału 3 x 108 i 8 x 108 N/m; jeśli chce się minimalizować przenoszenie wibracji, promieniowa sztywność dynamiczna powinna być mniejsza od 1 x 108 N/m, natomiast korzystne jest by promieniowa sztywność statyczna koła była z przedziału 0,3 x 108-0,5 x 108 N/m, a osiowa sztywność statyczna - większa od 0,5 x 108 N/m. Fakt, że amortyzator składa się z dwóch pierścieni posiadających rdzeń kauczukowy włożony i przylegający pomiędzy dwiema warstwami z blachy bardzo zwiększa żywotność koła. W efekcie, warstwy z blachy, do których przylega kauczuk, uniemożliwiają, wypływanie kauczuku pod wpływem ściskania. Uzyskuje się o wiele lepszą stabilność właściwości roboczych amortyzatora. Taki amortyzator może być łatwo wytwarzany poprzez bezpośrednie formowanie kauczuku pomiędzy warstwami z blachy. W celu zapewnienia przylegania kauczuku wystarczy przygotować powierzchnie warstw poprzez piaskowanie lub śrutowanie. Koło według wynalazku posiada również tę zaletę, że może być wytwarzane w sposób prostszy i tańszy niż wcześniej wytwarzane koła. W celu wytworzenia takiego koła można wykuć pojedynczy blok zawierający piastę, tarczę i obręcz połączoną z tarczą za pomocą przejść o promieniu porównywalnym do połowy grubości obręczy, następnie oddziela się obręcz od środka tworzonego przez piastę i tarczę, na przykład poprzez wgłębianie kuźnicze wzdłuż linii łączącej przejścia z tarczą. Wystarczy następnie niewielka obróbka w celu usunięcia występów po wgłębianiu.

5 Zgodnie z jednym wariantem, amortyzator jest utworzony z dwóch pasów kauczuku, o dopasowanej długości i przekroju, przyklejonych bezpośrednio do obręczy za pomocą kleju. Ta technika ma tę zaletę, że umożliwia zastosowanie, zamiast prefabrykowanych pierścieni dostosowanych do każdej średnicy koła, zwiniętej gumy, którą wystarczy ciąć wzdłuż jej długości. Takie koła wieloelementowe są szczególnie odpowiednie dla kolejowego transportu miejskiego i podmiejskiego, takiego jak tramwaje lub metro. Koła takie mają zasadniczo średnicę nominalną z przedziału od około 400 mm do około 920 mm. Fig.2 Fig.3

6 Fig.1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.