!HU000006202T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 006 202
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 03 764089 (22) A bejelentés napja: 2003. 07. 16. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20030764089 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1551646 A2 2004. 01. 22. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1551646 B1 2009. 05. 20.
(51) Int. Cl.: B60B 17/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 04007217 PCT/IB 03/003816
(30) Elsõbbségi adatok: 0216624 2002. 07. 17.
(73) Jogosult: Bombardier Transportation GmbH, 10785 Berlin (DE)
GB
(72) Feltalálók: BIEKER, Guido, 57399 Kirchhundem (DE); DORNER, Heinz, Dieter, 57647 Nistertal (DE)
HU 006 202 T2
(54)
(74) Képviselõ: Kovács Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Torziós rezgés csökkentése vasúti jármû kerékpárjaiban
A leírás terjedelme 18 oldal (ezen belül 9 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 006 202 T2
A találmány tárgyát eljárások és eszközök képezik torziós rezgések csökkentésére vagy megakadályozására, különösen vasúti jármûvek kerékpárjaiban az ilyen rezgések csökkentésére vagy megakadályozására. A találmány tárgya továbbá ilyen eszközöket magában foglaló sínrendszer, amely a jelenlegi hozzáférhetõ rendszer korlátain túlterjedõ csúszásellenes ellenõrzést valósít meg. Az 1. igénypont tárgyi köre szerinti kerékpár ismerhetõ meg a legközelebbi technika állását tükrözõ US 1,765,477 A dokumentumból. Jól ismert jelenség, hogy fékezés közben nemkívánatos erõk keletkezhetnek a vasúti jármûvek, például vonatok és villamosok tengelyeiben. Más körülmények is a tengely torziós rezgéséhez vezetnek, például a nedves vagy zsíros síneken történõ közlekedés, vagy megnövekedett terhelés, például az egyik hajtóegység meghibásodása következtében. Ez a rezgés tipikusan akkor lép fel, amikor a kerékpár egyik kereke a másik kerékhez képest ellenfázisban mozog, miközben az azokat összekötõ tengely torziós rugóként mûködik és önrezgési módusban rezeg. A tengely merevségének a növelése csökkentheti ezt a hatást, de ugyanakkor további nemkívánatos terhelést jelent az átvitel szempontjából, mivel a hajtáslánc által közvetített terhelés hirtelen megváltozik. Ezek a hatások különösen súlyosak az olyan sínrendszerek esetében, amelyek a kerék és a sín közötti tapadás határainál való mûködésre vannak tervezve. Az ilyen típusú rezgés esetében a csomópont szokásosan a tengely középpontjánál van. Amikor a hajtás is a tengely középpontjánál helyezkedik el, akkor a rezgés nem gyakorol rá hatást, de nem is használható fel annak befolyásolására. A hajtásnak középponton kívüli elhelyezése ezen rezgések bizonyos mértékû ellenõrzését teszi lehetõvé, és azt képes csökkenteni. Ilyen körülmények között lehetõség van a rezgés érzékelésére és megfelelõ ellenintézkedések foganatosítására az erre alkalmas motorvezérlés útján, amely hasonlít ahhoz, amit a csúszásmentes fékezési rendszereknél alkalmaznak. A hajtásnak a forgóvázon vagy a jármû vázán történõ szerkezeti elrendezése azonban nem mindig teszi lehetõvé a hajtásnak a tengelyhez képesti középponton kívüli elhelyezését. Dízeles egységek esetében az ilyen nagy sebességû vezérlés jelenleg nem lehetséges, és másféle eszközöket kell keresni ezen torziós rezgések hatásának csökkentésére. Az ilyen nem kívánt torziós rezgések következményeként jelentõs teljesítõképesség veszhet kárba. Különösen a kívánt gyorsulást esetleg nem lehet elérni, különösen olyan esetekben, amikor a pálya állapota nem optimális, például ha a vonalon hó, levelek vagy zsír van jelen. Ez a hatás különösen olyan esetekben kritikus, amikor egy hajtóegység járulékos terhelés alatt van. Sok ikerhajtó egységet úgy terveznek, hogy az egyik egység meghibásodása esetén a vonat be tudja fejezni az utazást a megmaradó egység hajtása mellett. Ilyen körülmények között úgy találtuk, hogy az ezen torziós rezgések által okozott tapadáscsökkenés akkor léphet fel, amikor emelkedõt küzd le. Ha ez meg-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
történik, akkor a vonat megállhat, és esetleg nem tudja befejezni az útját, és emiatt vontatásra van szükség. Ehhez hasonlóan fékezés során a legnagyobb fékezõképesség nem érhetõ el, aminek az a következménye, hogy alacsonyabb sebességet kell tartani. Maga a tengely is ki van téve nemkívánatos belsõ feszültségeknek, amit a torziós rezgések okoznak. Ez a probléma különösen olyan szerkezeti megoldások esetében komoly, amelyek kerékre szerelt féktárcsákat alkalmaznak, mivel ezen esetekben a kerékpár tehetetlensége különösen elõnytelen. Az újabb keletû mérések azt jelzik, hogy a torziós rezgések felléphetnek tengelyre szerelt tárcsás fékkel ellátott jármûvekben, és a dízelhajtású jármûvekben gyakran központosan hajtott egységeket alkalmaznak. Ezen rezgések frekvenciájának értéke tipikusan 50 Hz és 120 Hz közötti tartományban van. Vasúti jármû kerékpárjaiban fellépõ torziós rezgések problémájának az egyik megoldását a DE 198566881 A számú szabadalmi bejelentés javasolja, amely egy aszimmetrikusan felépített tengelyt ismertet. Annak révén, hogy a tengelynek az egyik felét nagyobb inercianyomatékkal alakítják ki, mint a másik felét, ezért a rezgési csomópont eltolódik a középpontból, és a központosan szerelt hajtás használható fel az esetleges rezgés ellenében. Egy ilyen megoldás azonban nem használható a jelenlegi dízelhajtásokkal együtt, továbbá nem alkalmazható nem hajtott tengelyek esetében. Vasúti jármû kerékpárjaival együtt más célból is alkalmaztak rezgéscsillapító eszközöket. A DE 19501613 A dokumentum a vasúti jármû kerekének pereméhez csatlakoztatott rezgéscsökkentõ elem használatát ismerteti. Az eszköz a hallható tartományba esõ magas frekvenciákon való rezgésre van kialakítva annak érdekében, hogy csillapítsa a rezgéseket és csökkentse a zajt. Az eszköz viszonylag könnyû szerkezete miatt nem alkalmas egy teljes kerékpár torziós rezgéseinek csillapítására, ami sokkal nagyobb tömeget igényel a kerékpár tömegének arányában. Ennélfogva szükség van vasúti jármûvek tengelyeiben ébredõ rezgések csillapítására szolgáló javított rendszerre. A jelen találmány értelmében vasúti jármûhöz kerékpárt hoztunk létre, amely egy pár, tengellyel összekapcsolt kereket tartalmaz, továbbá egy rezgéselnyelõ eszközt is tartalmaz, amely a kerékpárra rugalmasan szerelt tömeget tartalmaz, amely a kerék/rendszer torziós rezgéseinek rezonanciafrekvenciáján való rezgésre van kialakítva. A torziós rezgésekre kevésbé hajlamos kerékpár további elõnyös megvalósításait határozzák meg a függõ igénypontok jellemzõi. A jelen találmány továbbá egy eljárást is ad egy pár, tengellyel összekapcsolt kereket tartalmazó vasútijármû-kerékpár torziós rezgéseinek megakadályozására vagy csökkentésére, amely eljárás szerint meghatározzuk a kerék/rendszer torziós rezgéseinek rezonanciafrekvenciáját, és egy tömeget tartalmazó rezgést csillapító eszközt rugalmasan szerelünk rá a kerékpár-
1
HU 006 202 T2
ra, ahol is a tömeg és a rugalmas szerelés úgy van megválasztva, hogy a rezonanciafrekvencián vagy annak közelében rezegjen. A rezgést elnyelõ eszközök hatásának növelése érdekében azokat elõnyösen olyan helyekre kell szerelni, ahol a rezgõmozgás amplitúdója a legnagyobb, vagyis a rezgési csomóponttól a lehetõ legtávolabbra. Úgy találtuk, hogy a rezgéselnyelõ eszköznek a kerék sugárirányban kifelé esõ helyen történõ elhelyezése különösen elõnyös a kerékpárnak saját alapfrekvenciáján való nemkívánatos rezgésének csökkentése szempontjából. Különösen fontos a rezgéselnyelõ eszköz és a kerékpár közötti megfelelõ csillapítás jelenléte. Csillapítás nélkül a rezgéselnyelõ eszköz egy jellegzetes, keskeny frekvenciasávban mûködik hatékonyan. Mivel a kerékpár tömege és inerciája változik a kerekek kopásának következményeként, ezért elérkezik egy olyan ponthoz, amikor a torziós rezgés alapfrekvenciája kívül esik ezen a keskeny sávon és az eszköz már nem képes a hatékony elnyelésre. Csillapításnak a rendszerbe történõ befoglalása révén a rezgéselnyelõ eszköz hatásos sávszélessége megnövekszik, ami lehetõvé teszi szélesebb frekvenciasávban történõ hatásos mûködését, amely frekvenciasáv lefedi a kerék valamennyi állapotának megfelelõ értéket, vagyis még a kerék legelkopottabb állapotában is hatásos. A túlzott csillapítás azonban elkerülendõ, mivel annak az a hatása, hogy lecsökkenti az elnyelt rezgés egészének amplitúdóját. A jelen találmány egyik különösen elõnyös kiviteli alakja rezgéselnyelõ eszközként a féktárcsák tömegét használja fel. Ez csökkenti további tömegnek a kerékpárhoz történõ hozzáadását, és kihasználja mind a féktárcsák meglévõ nagy inercianyomatékát, mind annak a tengely középpontján lévõ rezgési csomóponttól való távolságát. A rezgéselnyelõ eszköz két féktárcsát tartalmazhat, amelyek a kerék mindkét oldalán helyezkednek el, és a keréken áthaladó rugós elemekkel vannak összekapcsolva. Egy másik lehetõség értelmében mindkét féktárcsa másféle csatlakozóeszközökkel, például csavarokkal csatlakoztatható közvetlenül a kerékhez. Mindkét féktárcsa ellátható a kerékkel érintkezésben lévõ olyan felülettel, amely ki van készítve ahhoz, hogy meghatározott súrlódási tényezõje legyen, annak érdekében, hogy megfelelõ csillapítást biztosítson. A jelen találmány ezen szempontja értelmében a keréktárcsákat alkalmazzuk ellenrezgõ tömegként. Ezáltal nincs szükség további masszív szerkezeti elemekre. Speciális acélrugóelemek, például rugós hüvelyek alakjában szolgáltatják a szükséges rugalmas csatlakoztatást a féktárcsa és a kerék között. Még aktív fékezés közben is a féktárcsa ellenrezgése továbbra is lehetséges, és ezáltal még a kapcsolódó fékpofák esetén is a féktárcsa rezgéscsillapító eszközként való funkciója megmarad. A rugóacélelemeknek a torziós merevsége úgy van megválasztva, hogy a féktárcsa tömegével együttesen a kerékpár torziós frekvenciájánál lévõ harmonikus frekvencia érhetõ el. Ezáltal a kerékpár torziós rezgését megakadályozza a féktárcsák ellenfázisú rezgése.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
A találmány egyik további kiviteli változata esetében a rezgéselnyelõ eszköz fémabroncsot vagy abroncsszegmenseket tartalmazhat, amelyek a kerékhez való csatlakoztatáshoz vulkanizált gumiréteggel vannak ellátva. Az abroncs elõnyösen a kerék sugárirányban külsõ kiterjedésénél van elrendezve és szorítókkal, csavarokkal, orsókkal, ragasztóval vagy más eszközzel csatlakoztatható. A csillapítóeszköz forgótömege illeszkedik a gumi merevségéhez annak érdekében, hogy megegyezzen a tengely önrezgési frekvenciájával. Ezen önrezgési frekvencián a csillapítóeszköz a kerék rezgéseihez képest ellenfázisban kap gerjesztést, ami megakadályozza a rezonanciahatások fellépését. A jelen találmány szerinti rezgést elnyelõ eszköz ezáltal egyszerû és hatásos eszközt szolgáltat a vasúti jármû kerékpárjaiban fellépõ torziós rezgések csökkentéséhez. Szerkezete egyszerû, és nem kíván energiaellátást sem, és karbantartási igénye is csekély. Hozzákapcsolható meglévõ kerekekhez, és alkalmas mind hajtott, mind hajtás nélküli kerékpárokon való felhasználásra. A hajtórendszertõl való függetlensége lehetõvé teszi továbbá a hajtásvezérlõrendszernek a csúszás elleni vezérléshez történõ jobb hozzáigazítást, mivel egy ilyen vezérlõrendszer mûködési paramétereinél nem kell figyelembe venni a torziós rezgés stabilizálását. A jelen találmány kiviteli alakjait a továbbiakban a csatolt rajzokra hivatkozva példák kapcsán ismertetjük, amely rajzokon: az 1. ábra a jelen találmány szerinti kerék keresztmetszeti képe rugalmasan szerelt féktárcsákkal; a 2. ábra a féktárcsák nyomott hüvelyt tartalmazó rugalmas felszerelésének egy másik elrendezését mutatja; a 2.1 ábra a 2. ábra A–A vonala mentén vett keresztmetszeti kép; a 3. ábra a féktárcsák központosító hüvellyel és laprugó felhasználásával kialakított rugalmas felszerelésének egy másik lehetséges elrendezését mutatja keresztmetszeti képben; a 3.1 ábra a 3. ábra A–A vonala mentén felvett keresztmetszeti kép; a 3.2 ábra a 3.1 ábra B–B vonala mentén felvett keresztmetszeti kép; a 4. ábra a 3. ábrához hasonló kiviteli alak keresztmetszeti képe préselve kialakított rugalmas szerelvénnyel; a 4.1 ábra a 4. ábra A–A vonala mentén felvett keresztmetszeti kép; a 4.2 ábra a 4.1 ábra B–B vonala mentén felvett keresztmetszeti kép; az 5. ábra gumival szerelt abroncsszegmensek alakjában kialakított rezgéselnyelõ eszköz egyik további kiviteli alakjának a képe; a 6. ábra az 5. ábra A–A vonala mentén felvett keresztmetszeti kép; a 7. ábra gumival szerelt kerékkoszorút tartalmazó rezgéselnyelõ eszköz egy további kiviteli változatának keresztmetszeti képe;
1
HU 006 202 T2
a 8. ábra mozgathatóan szerelt kerékkoszorút tartalmazó rezgést elnyelõ eszköz egy további kiviteli változatának keresztmetszeti képe; a 9. ábra a 8. ábra szerinti eszköz másik szerkezeti kialakításának a keresztmetszeti képe; a 10. ábra a 9. ábra 10–10 vonala mentén vett részlete, amely egy rugózóelemet szemléltet; és a 11. ábra a 10. ábrához hasonló kép, amely egy másféle rugózóelemet szemléltet. Az 1. ábra vasúti jármû kerékpárjaiban fellépõ torziós rezgések csökkentésére vagy megakadályozására szolgáló elrendezést szemléltet. Habár ez a felszerelés névlegesen merev, azonban a jelen találmánnyal összefüggésben meg kívánjuk jegyezni, hogy a tengely torziós erõknek van kitéve, és úgy tud elcsavarodni, hogy az egyik kerék el tud fordulni a másikhoz képest. Ezek a rezgések a kerékpár szerkezetétõl és a terhelési körülményektõl függnek. Minden egyes kerék 18 agyrészt és egy lényegében véve hengeres 7 kerékkoszorút tartalmaz, amelyeket 15 karima tart meg egymáshoz képest távköznyire, amely 15 karima a kerék 7 kerékkoszorúja és a kerék 18 agya között helyezkedik el. A szemléltetett kiviteli alak esetében az 1 kerék két gyûrû alakú 2 féktárcsával van ellátva, amelyek a 15 karima egy-egy oldalán koncentrikusan helyezkednek el a tengely körül. A találmány egy másik kiviteli változata esetében az is szóba jöhet, hogy a 15 karimának csupán az egyik oldalán legyen egyetlen féktárcsa felszerelve. Annak biztosítása érdekében, hogy a 2 féktárcsák rezegni tudjanak az 1 kerékhez képest, a 15 karima és a 2 féktárcsa vele szemben fekvõ felülete közötti érintkezési tartomány elõnyösen egy kikészített 3 felületet tartalmaz, amelynek meghatározott súrlódási együtthatója van. Ez a felület szokásosan arra szolgál, hogy csökkentse a súrlódást a két felület között. A kikészített 3 felület kialakítható akár a 15 karimán vagy akár a 2 féktárcsán, avagy mindkettõn, és megfelelõ eszközöket tartalmaz a súrlódás csökkentése vagy növelése érdekében, avagy magában foglalhatja egy közbülsõ, súrlódást meghatározó rétegnek az egymással szomszédos felületek közé történõ beillesztését. A tipikus kikészítések közé tartozik a polírozás vagy bevonattal ellátás. Különösen hatékonynak találtuk bevonat vagy közbülsõ réteg kialakítására PTE alkalmazását. A 15 karima és a 2 féktárcsa vele szemben fekvõ felülete közötti érintkezés tartománya egyúttal csillapítás megvalósítására is szolgál. A csillapítás mértékét a két felület közötti súrlódási tényezõ és az azokat összenyomó erõ határozza meg. A jelen esetben ez az erõ annak megfelelõen változik, ahogyan a fékeket mûködtetik, ami azt okozza, hogy a 2 tárcsák a 15 karima irányában szorosan egymáshoz nyomódnak. A két 2 féktárcsát a 15 karimában kialakított átmenõ21 furatokon átvezetett 5 csavarok kapcsolják össze. A mellékelt ábrák egyetlen csavaron átmenõ keresztmetszeteket mutatnak, de az úgy értendõ, hogy több
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
21 furat és ennek megfelelõ számú 5 csavar van jelen, amelyek elõnyösen a 17 keréktengely körül koncentrikusan vannak elrendezve. Példaként említve kerekenként nyolc 5 csavar használható a féktárcsák megfelelõ rögzítésének biztosítása érdekében. A leírás további részében csupán egyetlen csavarszerelvényt írunk le. Az 5 csavar egy megfelelõ 23 anyával van rögzítve. Megfelelõ rugós 19 alátétek vagy más eszközök szolgálnak annak megakadályozására, hogy a 23 anya meglazuljon, és a 19 alátétek a 23 anya és a 2 féktárcsa, valamint a 22 csavarfej és a 2 féktárcsa között vannak elrendezve. Az 5 csavar 22 feje és a 23 anya ellentétes irányban besüllyesztve helyezkedik el a 2 féktárcsában. Ugyanezen hatás eléréséhez másféle alakú csatlakoztatóelemek is alkalmazhatók. Különösen abban az esetben, ha csupán egyetlen féktárcsát alkalmazunk, akkor az 5 csavar menetes csonkkal helyettesíthetõ, amely a karima felületébõl áll ki. Egy ilyen elrendezés esetében a 23 anya alatt a kikészített 3 felületen túlmenõen megfelelõ súrlódást csökkentõ eszközökre lehet szükség annak érdekében, hogy biztosítsa a féktárcsa szabad elmozdulását. Az 5 csavart 4 rugós hüvely veszi körül, és át van vezetve a 15 karimán, és belekapcsolódik a 2 féktárcsákban lévõ 20 ellenfuratba. A 4 rugós hüvely helyett másféle alakú rugós elem is alkalmazható, ami lehet például egy rugóacélból tekercselt illesztõbetét. A rugós elem méreteinek és anyagjellemzõjének megválasztása révén a torziós merevség úgy választható meg, hogy a 2 féktárcsák tömegével együttesen egy adott önrezgési frekvenciájú rugó/tömeg rendszer keletkezzen. Ennek illeszkednie kell a kerékpár torziós rezgéseinek frekvenciájához. Ezáltal amikor a kerékpárban torziós rezgések lépnek fel, a féktárcsák gerjesztést kapnak saját önrezgési frekvenciájukon, és ellenfázisban rezegnek, és ezáltal csökkentik vagy megakadályozzák a torziós rezgések további kialakulását. A rezgést elnyelõ eszköz másféle szerkezeti elrendezését mutatja a 2. ábra, amelyen a hasonló alkatrészeket ugyanazon hivatkozási számok jelölik. Ez a megállapítás érvényes a 3–11. ábrákon szemléltetett kiviteli alakokra is. A 2. ábra 2 féktárcsákat ábrázol, amelyek itt is rezgést elnyelõ eszközként vannak elrendezve. A 2 féktárcsák tömege 4 rugós hüvelyek segítségével rugalmasan vannak rászerelve az 1 kerék 15 karimájára. A kerék 15 karimáján belül van elrendezve a 4 rugós hüvely, mégpedig egy 21 furat kerületénél. A 4 rugós hüvely végei a 2 féktárcsákon belül az azokban kialakított elliptikus vagy ovális 20’ ellenfuratokba érnek bele, ami látható a 2.1 ábrán. Ebbõl az ábrából az is kivehetõ, hogy a rugós hüvelyek érintkezésben vannak a 2 féktárcsákban lévõ furatok sugárirányban külsõ felületével. Hûtött körülmények között az elliptikus 20 ellenfurat sugárirányban vett belsõ felülete és a 4 rugós hüvely között egy kisméretû 24 rés marad vissza. Ezen elliptikus ellenfurattal kialakított kiviteli alak mûködését és elõnyeit a továbbiakban tárgyaljuk. A 2.1 ábrának megfelelõen a 4 rugós hüvely hosszirányú 25 hasítékkal van ellátva, amely a rugós moz-
1
HU 006 202 T2
gás korlátozására van kiképezve. Amikor a féktárcsa elmozdul az 1 kerékhez képest, akkor mozgáspályáját lényegében az korlátozza, amikor a 25 hasíték összezáródik. Ez arra szolgál, hogy megakadályozza a tárcsa túlzott elmozdulását, például erõteljes fékezés közben. Ebben az esetben is a 4 rugós hüvely pontos merevségét a 4 hüvely vastagsága és átmérõje határozza meg. A 2 féktárcsának a fékezés közben keletkezõ hõ okozta hõtágulásának számításba vétele érdekében a radiális irányú elmozdulásnak szabadnak kell lennie. Ez a 2 féktárcsában lévõ 20’ ellenfuratok elliptikus vagy ovális formája útján érhetõ el. Ezen 20 furatok „a” excentricitása teszi lehetõvé a féktárcsának „a” távközzel való tágulását anélkül, hogy ez problémákat okozna. A 2 féktárcsa 1 kerékhez képesti központosítása a 4 rugós hüvelyek útján érhetõ el, amelyek körben koncentrikusan helyezkednek el az 1 kerék 15 karimáján. Az „a” légrés rendre a 18 kerékagy felé van elrendezve. A 2. ábra szerinti kiviteli alak esetében a 2 féktárcsáknak az 1 kerékhez képesti szabad elmozdulásának javításához ez a kiviteli alak nyomott 6 hüvelyt tartalmaz. A nyomott 6 hüvely hosszúsága megfelelõen van megválasztva ahhoz, hogy az 5 csavar elõfeszítésének nagyobb része a 2 féktárcsa és a kerék 15 karimája közötti érintkezési felületeken halad át. A 2 féktárcsa és a kerék 15 karimája között ható eredõerõ úgy van megválasztva, hogy a rezgést elnyelõ eszköz, vagyis a 2 féktárcsa szabad rezgését ne akadályozza. Ezen kiviteli alaknak továbbá az az elõnye, hogy javul a hõnek a 2 féktárcsákról a kerék 15 karimájára történõ átadása. A 2 féktárcsának a 15 karimához képesti szabad csatlakozása ellenére a 2 féktárcsában a fékezés közben keletkezõ hõt a nyomott 6 hüvely továbbítja a 15 karimának. Ezen elrendezés szerint a nyomott 6 hüvely az 5 csavar feszítésével együtt biztosítja azt, hogy mindkét féktárcsa azonos fázisban rezegjen. Ezen túlmenõen a fékek mûködtetése közben biztosítja a rezgéselnyelõ eszköz mûködését, mivel a fékpofák által a 2 tárcsára gyakorolt fékezõ erõt az egyik 2 tárcsáról a másikra a nyomott 6 hüvely viszi át, és ezáltal a 2 féktárcsák továbbra is szabadon tudnak rezegni. A 2. ábra szerinti elrendezéshez képest egy másik változat esetén a nyomott 6 hüvely úgy rendezhetõ el, hogy megfelelõen kialakított lépcsõs felületeknek (nincsenek ábrázolva) támaszkodjanak a 2 féktárcsákban lévõ 20 ellenfuratokba, miáltal a nyomott 6 hüvelyek lényegében fel tudják venni teljes egészében az 5 csavar elõterhelése által keltett erõt és a fékpofák által fékezés közben kifejtett esetleges eredõerõt. A 3. ábra szerint kiviteli alak a rugós elem egy másik kialakítási módját szemlélteti. A 4 rugós hüvely egy hengeres 4a központosító hüvely és egy lényegében téglalap alapú 4b laprugó kombinációját tartalmazza. A 4a központosító hüvely a 15 karimán átmenõ 21 furatba való helyezésre szolgál. A 4b laprugó a 2 féktárcsában lévõ megfelelõ alakkal kiképzett mélyedésbe kapcsolódik. Átellenesen a 4b laprugó lényegében sugárirányban elhelyezkedõ szélei fel vannak hajtva, annak érdekében, hogy rugalmas elõfeszítést szolgáltas-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
sanak a tárcsa és a karima közötti érintõ irányú viszonylagos elmozdulással szemben. A laprugó másféle alakúra is kiképezhetõ, beleértve a trapéz jellegû vagy ívelt alakú lapokat, attól függõen, hogy milyen alakja van a féktárcsának. A 4 rugós hüvely elõnyösen zsugorillesztésû alkatrészként gyártható, mikor is a 4a központosító hüvelyt az elõre temperált 4b laprugó nyílásába történõ behelyezése elõtt lehûtik. A 4a központosító hüvely felmelegedése közben kitágul, és a két elemet szilárdan összekapcsolja egymással. Az ilyen csatlakozás elõnyös, mivel a 4b rugólap bármilyen felmelegítése, például hegesztés miatt, károsan befolyásolhatja annak rugókarakterisztikáját. A 4. ábra a rugózóelem egy további kiviteli alakját ismerteti. Ez a kiviteli alak lényegében hasonló a 3. ábra szerinti kiviteli alakhoz, azonban sajtolással, préseléssel vagy hasonló módszerrel egyetlen darabból alakítható ki, még azon hõkezelés elõtt, amely a megkívánt rugókarakterisztika eléréséhez szükséges. Mind a 3., mind a 4. ábra egyetlen rugózóelemet mutat a karima egyik oldalán lévõ furatba szerelve. Az is elképzelhetõ, hogy a rugózóelemeket váltakozva helyezzük el az egyes furatokban a kerék karimájának belsõ és külsõ oldalán. Lehetséges azonban az is, hogy minden egyes furat két 4 rugózóelemmel legyen ellátva, amelyek egyenként a karima vonatkozó oldala felõl vannak behelyezve. Az 5. és 6. ábra vasúti jármû kerékpárja számára egy rezgéselnyelõ eszköz másféle kiviteli alakját mutatja. Akárcsak az 1–4. ábrák szerinti kiviteli alakok esetében, a vasúti 1 kerék 7 kerékkoszorút, 18 agyat, a 7 kerékkoszorú és a 18 agy között elhelyezkedõ 15 karimát tartalmaz. Az 1 kerék 15 karimájára 2 féktárcsák vannak rászerelve a szokásos gyakorlati megoldás szerint. A jelen kiviteli alak esetében a 2 féktárcsáknak nincs szerepe a rezgések elnyelésében (habár a kerékpár lendtömegének integráns részét képezik), és bármilyen megfelelõ alakjuk lehet, vagy teljesen elhagyhatók. Ez az elrendezés különösen elõnyös olyan szerkezeti kialakítások esetében, amikor tengelyre szerelt fékezõeszközöket alkalmaznak. A 7 kerékkoszorú belsõ felületének szomszédságában gyûrûs 33 abroncs van elrendezve. A gyûrûs 33 abroncs elõnyösen nagy sûrûségû fémbõl, például vasból vagy ólomból van kialakítva, annak érdekében, hogy megnövelje annak a 17 tengely körüli lendtömegét. Más elegendõen masszív változatok is figyelembe vehetõk, amilyenek például a kompozitok és ötvözetek. A gyûrûs abroncs kerületének külsõ felületén rugalmas 32 gumiréteg van kialakítva. A 32 gumiréteg viszont a 7 kerékkoszorú belsõ felületéhez van kapcsolva oly módon, hogy a gyûrûs 33 abroncs rezegni tud a 7 kerékkoszorúhoz képest. A gumirétegnek a 7 kerékkoszorúhoz és a gyûrûs 33 abroncshoz való csatlakoztatásához különféle eszközök alkalmazhatók, beleértve a vulkanizálást, a ragasztást, hegesztést vagy mechanikai rögzítõeszközöket, amilyenek például a csavarok vagy szorítók, amelyek mindegyikének biztosítania kell azt, hogy a 7 kerékkoszorú és a gyûrûs 33 abroncs kö-
1
HU 006 202 T2
zötti csatlakozásban szerepet kapjon a 32 gumiréteg rugalmassága. A gyûrûs 33 abroncs rugalmas megtámasztásának másféle módszerei is elképzelhetõk, amelyek közé tartoznak a rugóacél szorítók vagy illesztõbetétek, amelyek megkönnyítik a gyûrûs 33 abroncsnak kerületmenti irányú rezgését az 1 kerékhez képest. Ezek kombinálhatók járulékos eszközökkel, például a fenti 1–4. ábrák szerint kikészített 3 felülettel, annak érdekében, hogy meg lehessen valósítani a szükséges csillapítást. Akárcsak a fenti kiviteli alakok esetében, a 32 gumiréteg vagy más rugalmas eszköz a gyûrûs abroncs lendtömegével összefüggésben választandó meg, annak érdekében, hogy illeszkedjen a kerékpárban ébredõ torziós rezgések önrezgési frekvenciájához. Az ezen kiviteli alak szerinti 32 gumiréteg a rugó és csillapító kettõs funkcióját látja el. Az ilyen elrendezések hatásos rezgéselnyelés megvalósítását igazolták széles frekvenciatartományban. Az 5. ábra szerinti kiviteli alak esetében a gyûrûs 33 abroncs egymáshoz 35 csavarokkal összekapcsolt több szegmenst tartalmaz. Egy ilyen elrendezés megkönnyíti a már meglévõ kerékpárokra történõ felszerelést. Másféle kapcsolóeszközök, például tüskék vagy csavarok is alkalmazhatók, és a gyûrûs 33 abroncs kialakítható láncként is, amelynek egy vagy több szétválasztható szeme van. Az is tekintetbe veendõ, hogy a kerék önmaga is ellátható rugalmas szerelvénnyel, és ezáltal a kerék egésze vagy egy része el tud fordulni a tengelyhez képest. Egy olyan elrendezés is alkalmazható, amelynél a kerék külsõ kerékkoszorúja rugalmas eszközökkel van rászerelve a kerék több részére, ami megfelelõen kalibrált rugalmas eszközökkel, például gyûrûs gumiabronccsal valósítható meg. Ezen elrendezésnek az lenne az elõnye, hogy a kerék kerékkoszorújának egyrészt tekintélyes tömege van, másrészt azon a ponton helyezkedik el, hogy a kerékpár rezgésének a legnagyobb az amplitúdója. A 7. ábra egy 15 karimával ellátott 1 kerék ilyen elrendezését ismerteti. A 7 kerékkoszorú 42 belsõ felülettel van ellátva, amelyen borda alakú gyûrûs 45 kiemelkedése van. Ezt egy 43 függesztõelem által képzett megfelelõ alakú tartomány fogadja be a 15 karima külsõ kerületén, amelyet 50 csavarral rögzített 44 zárógyûrû zár le, és ezáltal egy csap és horony típusú kapcsolódás alakul ki. Egy másik lehetõség szerint ezek a részek megfordíthatók, oly módon, hogy a hornyot a kerékkoszorú belsõ 42 felülete képezze, és a borda a 43 függesztõelemen legyen kialakítva. Ezen kiviteli alak esetében a kerék 7 kerékkoszorúja úgy van elrendezve, hogy a kerék többi részéhez képest rugalmasan van felszerelve. Ennek eléréséhez a 7 kerékkoszorú belsõ 42 felülete és a 43 függesztõelem között egy gumiból készített szalag vagy 41 abroncs van elrendezve. A 41 abroncs elõnyösen ragasztással, vulkanizálással vagy hasonlóval hozzá van erõsítve mind a 7 kerékkoszorúhoz, mind a 43 függesztõelemhez. Egy másik lehetõség szerint a kapcsolódást kizárólag a gumi és a szomszédos felületek közötti súrlódás valósítja meg, amely a kerékrõl továbbítja az erõket a kerékkoszorúhoz.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
A rugalmasan szerelt 7 kerékkoszorú tömegének a kerékpár többi részéhez képesti gondos megválasztása és a gumiból készített 40 abroncs megfelelõ méretezése útján a kerékkoszorú/abroncs rendszer rezgési tulajdonságai úgy állíthatók be, hogy megvalósítsák a szükséges rezgéselnyelést, ami ahhoz szükséges, hogy a kerékpár torziós rezgéseit csökkentsék vagy kiküszöböljék. A nemkívánatos torziós rezgések ezen csökkenésének eredményeként olyan kerékpár valósítható meg egy hajtórendszerrel és hajtásvezérléssel együtt, amely jobban alkalmas a kerék csúszásának csökkentésére, azáltal, hogy elkerüli a torziós rezgésekre vonatkozó azon vezérlési paramétereket, amelyekre egyébként szükség lenne. A fenti kiviteli alak olyan gumiból készített 41 abroncsot szemléltet, amely mind sugárirányban, mind kerületi irányban rugalmasságot valósít meg, azonban meg kívánjuk jegyezni, hogy a torziós rezgések csökkentése céljából a kerületi irányú rugalmasságnak van jelentõsége. A 8. ábra szerint kiviteli alak esetében egy hasonló elrendezést szemléltettünk, ahol, a külsõ kerékkoszorú úgy van felszerelve, hogy szabadon el tud fordulni a karimához képest. A külsõ kerékkoszorú belsõ 42 felülete és a 43 függesztõelem közötti érintkezés tartománya az 1–4. ábrák kapcsán bemutatott elõkészített felülethez hasonló elõkészített felülettel van ellátva. A vonatkozó részek között kerületi irányban ható rugózóelemek vannak úgy elrendezve, hogy a 7 kerékkoszorú rezegni tud a 43 függesztõelemhez képest, és a szükséges csillapítást az elõkészített felület súrlódása valósítja meg. Egy ilyen elrendezésnek a gumival szerelt kerékkoszorúhoz képesti elõnye abban van, hogy a kerékkoszorút nem teszi ki járulékos hajlítófeszültségnek, amely hosszú távon kifáradáshoz és a kerék meghibásodásához vezet. Ez az elrendezés továbbá növeli a hajtáslánc együttes rugalmasságát, csökkenti a kerékrõl a hajtásnak közvetített hirtelen lökéseket. A 9. ábra a rugalmasan szerelt kerékkoszorú egy másik elrendezési változatát mutatja, amely nem igényel járulékos reteszelõgyûrût. Ezen kiviteli alak esetében a viszonylagos elmozdulás a 7 kerékkoszorú és a 43 függesztõelem egymással szomszédos felületei között valósul meg, továbbá egy 51 alátét van elrendezve a rögzítõ- 50 csavaron. Ezen felületek közül bármelyik vagy mindegyik megfelelõen ellátható súrlódást meghatározó vagy csökkentõ eszközökkel. Annak érdekében, hogy a 7 kerékkoszorú el tudjon fordulni a kerék többi részéhez, ezért hosszúkás vagy ovális 52 furatokkal van ellátva, amelyek kerületi irányban állnak, és ezeken vannak átvezetve a rögzítõ- 50 csavarok. A 10. ábra a 7 kerékkoszorú és a 43 függesztõelem között elrendezett 53 rugózóelemre ad példát. Az 53 rugózóelem rugóacélból készített ovális hüvelyt tartalmaz, amely részben a 7 kerékkoszorúban, részben a 43 függesztõelemben kialakított megfelelõ alakú ovális 54 mélyedésekbe van behelyezve. Az 54 mélyedés a kerék külsõ felületérõl hozzáférhetõ és látható, és a kerület mentén több 53 rugózóelem és 54 mélyedés rendezhetõ el. Egy másik lehetõség szerint ilyen rugózóelemek rendezhetõk el a 8. ábra szerinti borda és ho-
1
HU 006 202 T2
rony között, és ezeket a 44 reteszelõgyûrû jelenléte rögzíti a helyükön. A 11. ábra a 7 kerékkoszorú és a 43 függesztõelem között kialakított megfelelõ alakúra kiképzett hengeres 54 mélyedésbe helyezett 55 csavarrugót felhasználó elrendezési változatot mutat. A rugózóelem másféle alakkal például a 2–4. ábrák szerinti hasított rugóval vagy rugózólapokkal vagy bármilyen más megfelelõ rugalmas eszközzel megvalósíthatók, amilyen lehet például gumi vagy elasztomertömb, ami ugyanígy használható a szükséges rugalmasság létrehozásához. Habár a jelen találmányt kerékre szerelt rezgéselnyelõ eszközökkel kapcsolatban ismertettük, azonban megjegyezzük, hogy ilyen elrendezések ugyanígy rászerelhetõk magára a tengelyre is. Különösen a tengelyre szerelt féktárcsák esetében a féktárcsa rugalmasan szerelhetõ rá megfelelõ rugalmas csillapítórendszerrel a tengelyre, és ezáltal a féktárcsa tömegének egésze vagy egy része úgy mûködik, hogy elnyeli a tengely torziós rezgéseit.
5
10
15
20
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Kerékpár vasúti jármûhöz, amely egy pár, tengellyel (17) összekapcsolt kereket (11), a kerékhez képest rezgõmozgáshoz rugalmasan szerelt tömeget, valamint a tömeg és a kerékpár között mûködõ rugózóelemet (4, 53) tartalmazó rezgéselnyelõ eszközt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a tömeg kerületmenti rezgõmozgáshoz rugalmasan van felszerelve, a rugózóelem (4, 53) a tömeg és a kerékpár között kerület mentén mûködik, oly módon, hogy a tömeg a kerék/tengely rendszer torziós rezgéseinek rezonanciafrekvenciáján tud rezegni, továbbá a rezgõmozgás csillapítását a kerékpár és a tömeg egymással közösen érintkezõ felületei közötti, súrlódást meghatározó felület adja. 2. Az elõzõ igénypont szerinti kerékpár, amelynél a rezgést elnyelõ eszköz a kerékre (1) van szerelve. 3. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amelynél a rezgéselnyelõ eszköz tömege gyûrûs abroncs (33) legalább egy szegmensét tartalmazza, amely a tengelyhez (17) képest koncentrikusan van felszerelve. 4. A 3. igénypont szerinti kerékpár, amelynél az abroncsszegmens a rugózóelemmel (4, 53) van felszerelve a kerékre (1). 5. A 4. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a kerék (1) furattal (21) van ellátva, és a rugózóelem (4, 53) a furatba behelyezendõ központosító hüvelyt (4a) és az abroncsszegmenssel való összekapcsolódáshoz egy laprugót (4b) tartalmaz. 6. A 4. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a kerék furattal (21) van ellátva, és az abroncsszegmens ellenfurattal (20, 20’) van ellátva, továbbá a rugózóelem (4, 53) mind a furatba (21, 52), mind az ellenfuratba (20, 20’) beleillesztett rugós hüvelyt (4) tartalmaz. 7. Az 5. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a rugós hüvelynek (4) hosszirányú hasítéka (25) van, amelynek szélessége határozza meg az abroncsszeg-
25
30
35
40
45
50
55
60 7
2
mensnek a kerékhez (1) képesti rezgõmozgásának legnagyobb amplitúdóját. 8. A 3–7. igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amelynél a kerék (1) karimát (15) és a kerék (1) átellenes irányban álló oldalaira szerelt egy pár abroncsszegmenset tartalmaz, amelyek együttes rezgéshez a karimán (15) át össze vannak kapcsolva. 9. A 8. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a kerék (1) a karimán (15) átmenõfurattal (21, 52) van ellátva, és a rugós hüvely (4) áthalad a furaton (21, 52) és beleilleszkedik mindkét abroncsszegmensben kialakított ellenfuratokba (20, 20’). 10. A 9. igénypont szerinti kerékpár, amelynél az abroncsszegmensek a rugós hüvelyen (4) áthaladó rögzítõelemmel vannak összekapcsolva. 11. A 10. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a rögzítõelem nyomott hüvelyt (6) és feszítõcsavart tartalmaz, és a nyomott hüvely (6) hosszúsága úgy van megválasztva, hogy az abroncsszegmensek között a karimán (15) át támaszkodjon, és ezáltal megfeszítéskor a csavar (5) elõfeszítését a nyomott hüvely (6) veheti fel az abroncsszegmensek és a karima (15) közötti érintkezõerõ csökkentéséhez. 12. A 3–11. igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amelyben az abroncsszegmenset féktárcsa (2) alkotja. 13. Az 5–11. igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amelyben az abroncsszegmenset féktárcsa (2) alkotja, és vagy a furat (21, 52) vagy az ellenfurat (20, 20’) közül legalább az egyik elliptikus vagy ovális, és sugárirányban úgy helyezkedik el, hogy lehetõvé teszi a féktárcsa (2) hõtágulását. 14. A 3–11. igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amelynél a tömeg a kerékhez (1) annak kerületének szomszédságában van hozzáerõsítve. 15. Az 1. vagy 2. igénypont bármelyike szerinti kerékpár, amelynél a rezgéselnyelõ eszköz a kerék egy részét tartalmazza. 16. A 15. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a rezgéselnyelõ eszköz tömegét a kerék kerékkoszorúja (7) alkotja, amely a kerék többi részéhez képest rugalmasan van szerelve. 17. Az 1. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a rezgéselnyelõ eszköz a kerék (1) szomszédságában van a tengelyre (17) szerelve. 18. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amelynél a rezgéselnyelõ eszköz a két kerékre vagy azok szomszédságában van szerelve. 19. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti kerékpár, amely továbbá a tengely (17) forgását elõidézõ csatlakoztatott hajtást tartalmaz. 20. A 19. igénypont szerinti kerékpár, amelynél a hajtás a tengelyhez (17) annak középpontjánál vagy annak szomszédságában kapcsolódik. 21. A 19. vagy 20. igénypont szerinti kerékpár, amely továbbá vezérlõrendszert tartalmaz, amely vezérlõrendszer úgy van kialakítva, hogy használat közben észlelje és vezérelje a kerekek és a sín közötti csúszást. 22. Vasúti jármû, amely az 1–21. igénypontok bármelyike szerinti legalább egy kerékpárt tartalmaz.
1
HU 006 202 T2
23. Eljárás egy pár, tengellyel (17) összekapcsolt kereket (1) tartalmazó vasútijármû-kerékpárban fellépõ torziós rezgések megakadályozására vagy csökkentésére, azzal jellemezve, hogy az eljárás során meghatározzuk a kerék/tengely rendszer torziós rezgéseinek rezonanciafrekvenciáját, és a kerékpárra rugós elem (4, 53) felhasználásával rugalmasan tömeget szerelünk fel, amely rugós elem a kerékpár és a tömeg között kerületi
5
8
2
irányban hat, továbbá a kerékpár és a tömeg egymással kölcsönösen érintkezõ felületei között súrlódást meghatározó felület van, továbbá a tömeg és annak rugalmas szerelése úgy van kiválasztva, hogy a rezonanciafrekvencián vagy annak közelében rezegjen. 24. A 23. igénypont szerinti eljárás, amelynél a tömeg az 1–21. igénypontok bármelyike szerint van felszerelve.
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
9
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
10
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
11
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
12
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
13
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
14
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
15
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
16
HU 006 202 T2 Int. Cl.: B60B 17/00
17
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
