AT516736A4 - Wheel tire for a rail wheel - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Radreifens aus Metall für ein Schienenrad und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen gegossen wird, was zu einer Reduzierung des Gewichts des Schienenrads führt.The invention relates to a method for producing a wheel tire made of metal for a rail wheel and is characterized in that the wheel tire is cast, which leads to a reduction of the weight of the rail wheel.

Description

Beschreibungdescription

Radreifen für ein Schienenrad Technisches GebietWheel tire for a rail wheel Technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Radreifens aus Metall für ein Schienenrad, also für ein Rad eines Schienenfahrzeugs, sowie einen Radreifen und ein Schienenrad. Das fertige Schienenrad besteht somit aus einem Radkörper und dem Radreifen, wobei beide Teile getrennt voneinander gefertigt und erst anschließend zum Schienenrad zusammengefügt werden.The invention relates to a method for producing a wheel tire made of metal for a rail wheel, ie for a wheel of a rail vehicle, as well as a wheel tire and a rail wheel. The finished rail wheel thus consists of a wheel body and the tire, both parts are made separately from each other and then joined together to form the rail.

Einschlägige Schienenräder zeichnen sich dadurch aus, dass der Radreifen einen Spurkranz aufweist.Relevant rail wheels are characterized by the fact that the wheel tire has a flange.

Stand der TechnikState of the art

Der Hersteller von Radsätzen für Schienenfahrzeuge ist bestrebt, dass die Radsätze möglichst wenig Gewicht haben, somit sollten auch die Räder und Radreifen möglichst leicht sein, aber dennoch die nötigen technischen Eigenschaften, wie möglichst geringe Abnutzung und hohe Festigkeit, erfüllen. Gewicht kann durch Optimierung der Gestalt der Schienenräder reduziert werden und/oder durch den Einsatz leichterer Materialien.The manufacturer of wheel sets for rail vehicles strives that the wheelsets have as little weight as possible, so the wheels and tires should be as light as possible, but still meet the necessary technical characteristics, such as minimum wear and high strength. Weight can be reduced by optimizing the shape of the rail wheels and / or by using lighter materials.

Grundsätzlich ist es bekannt, etwa aus der DE 203 06 253 Ul, ein Vollrad für Radsätze von Schienenfahrzeugen aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (Austempered Ductile Iron, ADI) herzustellen, das leichter ist als Stahlguss- oder Stahlschmiedeteile. Stahl hat eine Dichte von 7850 kg/m3, während ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) oder Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) eine Dichte von nur 7100 kg/m3 hat.Basically, it is known, for example from DE 203 06 253 Ul, to produce a solid wheel for wheelsets of rail vehicles made of ausferritischem cast iron with nodular iron (Austempered Ductile Iron, ADI), which is lighter than cast steel or steel forgings. Steel has a density of 7850 kg / m3, while non-ferritic ductile iron (ADI) or spheroidal graphite cast iron (GJS) has a density of only 7100 kg / m3.

Leichtere Materialien, etwa der Verzicht auf gewalzten oder geschmiedeten Stahl, geht aber oft zu Lasten der gewünschten hohen Festigkeit des Schienenrades.Lighter materials, such as the elimination of rolled or forged steel, but often at the expense of the desired high strength of the rail wheel.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und einen Radreifen zur Verfügung zu stellen, der im Hinblick auf die Festigkeit und geringe Abnützung des Schienenrades ausgelegt ist.It is therefore an object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a wheel tire which is designed in view of the strength and low wear of the rail wheel.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach der Radreifen gegossen wird.This object is achieved by a method having the features of claim 1, after which the wheel tire is cast.

Gusswerkstoffe haben in der Regel den Vorteil, ein geringeres spezifisches Gewicht zu haben als geschmiedete Werkstoffe. Durch die Zusammensetzung der Legierungsbestandteile sowie durch die Verfahrensführung, insbesondere Temperaturführung, können dennoch günstige Eigenschaften des Radreifens im Hinblick auf Festigkeit und geringe Abnützung erzielt werden.Cast materials usually have the advantage of having a lower specific gravity than forged materials. Due to the composition of the alloying constituents as well as the process control, in particular temperature control, nevertheless favorable properties of the wheel tire can be achieved in terms of strength and low wear.

Darüber hinaus kann der zugehörige Radkörper wahlweise ebenfalls aus einem Gusswerkstoff hergestellt sein oder anders hergestellt werden, etwa konventionell geschmiedet sein. Eine andere Herstellungsart des Radkörpers hat den Vorteil, dass der Radkörper dann Eigenschaften aufweisen kann, die der gegossene Radreifen nicht bieten kann, bzw. können so etwaige Nachteile des gegossenen Radreifens ausgeglichen werden.In addition, the associated wheel body can optionally also be made of a cast material or manufactured differently, for example conventionally forged. Another method of manufacturing the wheel body has the advantage that the wheel body can then have properties that the cast tire can not offer, or so any disadvantages of the cast tire can be compensated.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Radreifen aus Gusseisen hergestellt wird. Gusseisen hat mit etwa 7200 kg/m3 eine geringere Dichte als Stahl und bedingt daher jedenfalls eine Gewichtseinsparung.An embodiment of the invention provides that the wheel tire is made of cast iron. Cast iron has a lower density than steel at about 7200 kg / m3 and therefore requires at least a weight saving.

Eine weitere Gewichtseinsparung kann erreicht werden, wenn der Radreifen aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt wird.Further weight savings can be achieved if the wheel tire is made from nodular cast iron.

Der Radreifen wird nach dem Gießen vorzugsweise wärmebehandelt, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten.The tire is preferably heat treated after casting to obtain the desired properties.

Insbesondere kann der Radreifen aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) hergestellt werden,In particular, the wheel tire may be made of Ausferritic ductile iron (ADI),

Sogenanntes ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit wird im Englischen als Austempered Ductile Iron (ADI) bezeichnet, wobei die Abkürzung ADI auch im Deutschen gebräuchlich ist. ADI ist ein austenitisch-ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit, die mechanischen Eigenschaften von ADI sind beispielsweise in der Europäischen Norm EN 1564 beschrieben. ADI ist ein verzugsarm isothermisch vergütetes Gusseisen mit Kugelgraphit. Es zeichnet sich aus durch eine sehr günstige Kombination von Festigkeit und Dehnung sowie hohe Wechselfestigkeit und günstiges Verschleißverhalten.So-called ausferritic ductile iron is referred to in English as the Austempered Ductile Iron (ADI), the abbreviation ADI also being used in German. ADI is an austenitic-ferritic ductile iron, while the mechanical properties of ADI are described in the European standard EN 1564, for example. ADI is a low-warpage isothermally tempered cast iron with nodular graphite. It is characterized by a very favorable combination of strength and elongation as well as high resistance to change and favorable wear behavior.

Als Basis für ADI dient Gusseisen mit Kugelgraphit. Um die isothermische Umwandlung ohne Perlitbildung oder Bainitbildung zu erreichen, werden die für ADI bestimmten Schmelzen in der Regel mit geringen Mengen von Kupfer, Molybdän, Mangan und Nickel legiert. Wegen der notwendigen Makro- und Mikrohomogenität werden hohe Qualitätsanforderungen an die ADI-Gussstücke gestellt.The basis for ADI is cast iron with nodular graphite. In order to achieve isothermal conversion without pearlite or bainite formation, the melts destined for ADI are typically alloyed with small amounts of copper, molybdenum, manganese and nickel. Due to the necessary macro- and micro-homogeneity, high quality requirements are placed on the ADI castings.

Die in der Regel auf Maß bearbeiteten Werkstücke werden in einem Ofen unter Schutzatmosphäre auf dieThe usually custom machined workpieces are placed in an oven under protective atmosphere on the

Austenitisierungstemperatur von 850-950 °C aufgeheizt. Die Haltezeit ist durch die Wandstärke und die chemische Zusammensetzung der Gussstücke bestimmt. Nach der vollständigen Austenitisierung wird das Gussstück sehr schnell ins Abschreckbad umgehängt und auf die gewünschte Temperatur der isothermischen Transformation abgekühlt (abgeschreckt). Als Abschreckmedium wird sehr oft ein Salzbad verwendet. Die Umwandlungstemperatur liegt zwischen 220 und 450 °C. Die Umwandlungszeit beträgt mehrere Stunden. Zu geringes Halten führt zu metastabilem Restaustenit, zu langes Halten zur Umwandlung in (echten) Bainit (Ferrit mit integrierter Karbidausscheidung). Beides ist ungünstig für die typischen ADI-Eigenschaften.Austenitizing temperature of 850-950 ° C heated. The holding time is determined by the wall thickness and the chemical composition of the castings. After complete austenitization, the casting is quickly transferred to the quench bath and cooled (quenched) to the desired isothermal transformation temperature. As a quenching medium, a salt bath is often used. The transformation temperature is between 220 and 450 ° C. The conversion time is several hours. Too little holding leads to metastable retained austenite, too long holding for conversion to (real) bainite (ferrite with integrated carbide precipitation). Both are unfavorable for the typical ADI properties.

Die Temperatur der isothermischen Umwandlung beeinflusst das entstehende Gefüge und dadurch die mechanischen Eigenschaften der Gussstücke. Je niedriger die Temperatur, desto höher ist die resultierende Härte und Festigkeit des Materials (bzw. desto geringer der Restaustenitanteil).The temperature of the isothermal transformation affects the resulting structure and thereby the mechanical properties of the castings. The lower the temperature, the higher the resulting hardness and strength of the material (or the lower the retained austenite content).

Der Radreifen kann aber auch aus weiteren Sorten von ferritischem oder perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt werden, sowie aus Stahlguss, wobei man Legierungen auswählt, die eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen.The wheel tire can also be made from other grades of ferritic or pearlitic ductile iron cast iron, as well as from cast steel, whereby one selects alloys that have a particularly high wear resistance.

Das Gießen des Radreifens erlaubt eine Reduktion der Herstellungskosten, weil es weniger Energie als etwa das Schmieden benötigt. Bei entsprechender Auswahl des Gusswerkstoffes können sogar die Verschleißeigenschaften im Vergleich zu Schmiedestahl verbessert werden sowie die akustischen Eigenschaften des Radreifens durch verminderte Laufflächenrauheit und/oder durch die innere Dämpfung des Gusswerkstoffes verbessert werden, insbesondere bei Verwendung von ADI.The casting of the wheel tire allows a reduction in manufacturing costs because it requires less energy than, say, forging. With appropriate selection of the casting material, even the wear characteristics can be improved compared to forged steel and the acoustic properties of the tire can be improved by reduced tread roughness and / or by the internal damping of the casting material, especially when using ADI.

Zudem können durch das Gießen Reifenformen hergestellt werden, die bezüglich Festigkeit günstiges sind als geschmiedete Reifen.In addition, molding can produce tire molds that are more favorable in strength than forged tires.

Bei den ausgewählten Gusswerkstoffen ist darauf zu achten, dass die für Eisenbahnräder notwendigenIn the case of the selected cast materials, care must be taken to ensure that those required for railway wheels

Werkstoffeigenschaften erfüllt sind. So sind in der Regel eine Härte von mindestens 270 HB, eine Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa und eine Bruchdehnung von mindestens 10% erforderlich.Material properties are met. As a rule, a hardness of at least 270 HB, a tensile strength of at least 800 MPa and an elongation at break of at least 10% are required.

Wenn ein Radkörper mit einem erfindungsgemäßen Radreifen kombiniert wird, wären folgende Werkstoffe für den Radkörper günstig: Aluminiumguss, wegen des geringen Gewichts; Grauguss oder - besser - Sphäroguss (Gusseisen mit Kugelgraphit), wegen der geringen Materialkosten, Sphäroguss auch wegen der guten inneren Dämpfung; Stahlguss, ADI.If a wheel body is combined with a wheel tire according to the invention, the following materials would be favorable for the wheel body: cast aluminum, because of the low weight; Gray cast iron or - better - nodular cast iron (spheroidal graphite cast iron), because of the low material costs, nodular cast iron also because of the good internal damping; Cast Steel, ADI.

Der erfindungsgemäße Radreifen ist besonders geeignet für sogenannte Light Rail Anwendungen, etwa für Fahrzeuge bis max. 12,5 Tonnen, wegen der geringen Massen und Geschwindigkeiten. Bei Light Rail Anwendungen sind wegen der akustischen Eigenschaften mehrteilige Räder üblich.The wheel tire according to the invention is particularly suitable for so-called light rail applications, such as for vehicles up to max. 12.5 tons, because of the low masses and speeds. In light rail applications, multi-piece wheels are common because of the acoustic characteristics.

Claims (18)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur Herstellung eines Radreifens aus Metall für ein Schienenrad, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen gegossen wird.1. A method for producing a wheel tire made of metal for a rail wheel, characterized in that the wheel tire is cast. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus Gusseisen hergestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the wheel tire is made of cast iron. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the wheel rim is made of cast iron with nodular graphite. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen nach dem Gießen wärmebehandelt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the wheel tire is heat treated after casting. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the wheel rim is made of ausferritischem cast iron with nodular graphite. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus ferritischem oder perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the wheel tire is made of ferritic or pearlitic cast iron with nodular graphite. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus Stahlguss hergestellt wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the wheel tire is made of cast steel. 8. Radreifen aus Metall für ein Schienenrad, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus einem Gusswerkstoff besteht.8. wheel tire made of metal for a rail wheel, characterized in that the wheel tire consists of a cast material. 9. Radreifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus Gusseisen besteht.9. tire according to claim 8, characterized in that the wheel tire is made of cast iron. 10. Radreifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.10. Wheel tire according to claim 9, characterized in that the wheel tire consists of ausferritischem cast iron with nodular graphite. 11. Radreifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus ferritischem oder perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.11. Wheel tire according to claim 9, characterized in that the wheel tire consists of ferritic or pearlitic cast iron with nodular graphite. 12. Radreifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus Stahlguss besteht.12. Wheel tire according to claim 8, characterized in that the wheel tire consists of cast steel. 13. Schienenrad mit einem Radreifen nach einem der Ansprüche 8 bis 12 und mit einem Radkörper aus Aluminiumguss, Grauguss, Gusseisen mit Kugelgraphit, ADI oder Stahlguss. Neue Patentansprüche13. Rail wheel with a wheel tire according to one of claims 8 to 12 and with a wheel body made of cast aluminum, gray cast iron, cast iron with nodular graphite, ADI or cast steel. New claims 1. Radreifen aus Gusswerkstoff für ein Schienenrad, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.1. wheel of cast iron material for a rail wheel, characterized in that the wheel tire made of cast iron with nodular graphite. 2. Radreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.2. tire according to claim 1, characterized in that the wheel tire made of ausferritischem cast iron with nodular graphite. 3. Radreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen aus ferritischem oder perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.3. tire according to claim 1, characterized in that the wheel tire made of ferritic or pearlitic cast iron with nodular graphite. 4. Verfahren zur Herstellung eines Radreifens nach einem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radreifen nach dem Gießen wärmebehandelt wird.4. A method for producing a wheel tire according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the wheel tire is heat treated after casting. 5. Schienenrad mit einem Radreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Radkörper aus Aluminiumguss, Grauguss, Gusseisen mit Kugelgraphit, ADI oder Stahlguss besteht.5. rail wheel with a tire according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wheel body made of cast aluminum, gray cast iron, cast iron with nodular graphite, ADI or cast steel.
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