CH615865A5 - Wheel for rail vehicles and method for its manufacture - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad für Schienenfahrzeuge, mit einem Radkörper aus Leichtmetall, welcher Radkörper einen Laufkranz und wenigstens einen Spurkranz aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rades.

Räder für Schienenfahrzeuge üblicher Bauweise zeichnen sich durch hohes Gewicht und grosse Massen aus. Für schnell fahrende Züge bedeuten die damit verbundenen hohen Massenkräfte vorzeitigen Verschleiss an Fahrzeug und Gleiskörper, weshalb es nicht an Bestrebungen gefehlt hat, die Räder bzw. aus diesen zusammengesetzte Radsätze leichter zu gestalten.

Es sind im wesentlichen drei Gruppen solcher bekannter Räder zu unterscheiden:

1. Räder aus einer Aluminiumscheibe mit aufgezogenem

Stahlreifen,

2. Ganzaluminiumräder in gegossener oder geschmiedeter

Ausführung,

3. gummigefederte Räder mit einer Gummilage zwischen

Lauffläche und Radscheibe zur Gewichtsverminderung sowie zur Geräuschdämpfung.

Die durch den Betrieb am Rad verursachten Abnutzungen an Lauffläche und Spurkranz werden periodisch durch Abdrehen auf das gewünschte Profil ausgeglichen. Dabei verkleinert sich der Durchmesser des Rades von üblicherweise 920 auf etwa 820 mm; der letztgenannte Durchmesser stellt eine untere Grenze dar, bei deren Erreichen das Rad dann auch verschrottet wird, wenn es noch als mechanisch einwandfrei zu bezeichnen ist. Dies gilt sowohl für konventionelle Stahlräder als auch für übliche Ganzaluminiumräder.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Rad der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches niedriges Gewicht und damit geringe Massen bei hoher Verschleissfestigkeit aufweist und darüber hinaus den Aufbau des für Signalsteuerungen geforderten magnetischen Feldes erlaubt. Zudem soll eine Erneuerung abgenutzter Räder vereinfacht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Rad, dessen Lauffläche des Laufkranzes mit einer thermisch aufgespritzten Verschleissschicht aus ferromagnetischem Stahl und die ihr benachbarte, schienenseitige Oberfläche des Spurkranzes mit einer thermisch aufgespritzten Verschleissschicht aus ferromagnetischem Stahl oder aus Keramik versehen ist.

Vorteilhafterweise ist die Verschleissschicht plasmagespritzt.

Damit wird es möglich, Aluminiumräder geringen Gewichtes einzusetzen, welche gegenüber bekannten Rädern dieser Art an den hochbeanspruchten Stellen ausserordentlich ver-schleissfest sind.

Die Massnahme, die eigentliche Lauffläche mit einer metallischen Verschleissschicht aus ferromagnetischem Stahl zu versehen, trägt der Forderung nach dem Vorhandensein eines magnetischen Feldes Rechnung; eine keramische Verschleissschicht kann vor allem an der Spurkranzinnenseite aufgespritzt werden. Hierfür wird a-Aluminiumoxid vorgeschlagen, welches bereits für Gleitringdichtungen bekannt und in besonderem Masse korrosionsunempfindlich ist. Diese keramische Verschleissschicht an den hochbeanspruchten Zonen des Spurkranzes kann nach dem Aufspritzen durch Einwalzen verdichtet werden.

Zur Abwehr von Korrosionsangriffen zwischen dem Aluminiumkörper und der thermisch aufgespritzten Verschleissschicht kann eine ebenfalls thermisch aufgebrachte NiAl-Schicht vorgesehen werden.

Die Verwendung thermisch gespritzter Verschleissschich-ten auf Radkörpern erlaubt es auch, die von Gummireifen her bekannte Farbmarkierung auf Räder von Schienenfahrzeugen zu übertragen, was bei den üblichen Stahlreifen ausgeschlossen bleibt.

Um eine innige Verbindung zwischen Aluminiumkörper und Verschleissschicht zu erreichen, kann die Oberfläche des Radkörpers durch Riefen in Längs- und/oder Querrichtung vergrössert werden.

Das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemässer Räder für Schienenfahrzeuge zeichnet sich dadurch aus, dass auf einen Radkörper aus Leichtmetall auf die Lauffläche des Laufkranzes eine Verschleissschicht aus ferromagnetischem Stahl und auf die ihr benachbarte schienenseitige Oberfläche des Spurkranzes eine Verschleissschicht aus ferromagnetischem Stahl oder aus Keramik durch thermisches Spritzen —

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vorzugsweise durch Plasmaspritzen - aufgebracht wird, gegebenenfalls nach einer Beschichtung von Lauffläche und/oder Spurkranzoberfläche durch thermisches Aufspritzen einer NiAl-Schicht.

Einen besonderen Vorteil gegenüber bekannten Rädern bringt die Möglichkeit, das erfindungsgemässe Rad nach einer bestimmten Laufzeit durch thermisches Spritzen wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen. Dieses Verfahren hat sowohl kostenmässig als auch arbeitstechnisch erhebliche Einsparungen zur Folge; bekanntlich mussten Eisenbahnräder bislang durch Abdrehen erneuert werden.

Übersichtlichkeitshalber werden im folgenden nochmals die Vorzüge von Rädern des erfindungsgemässen Aufbaus wiedergegeben:

1. Verringerung des Gewichts durch Verwendung von Aluminium- oder Magnesiumlegierungen;

2. kleinstmöglicher Durchmesser des Rades; bei Abnutzung im Fährbetrieb wird die Lauf- oder Spurkranzfläche durch Auftragen einer neuen Schicht korrigiert;

3. das für die Signalsteuerung geforderte magnetische Feld im Rad wird begünstigt;

4. durch den kleineren E-Modul des Aluminiumkörpers ist die Hertzsche Pressung - auf jedem Rad lasten üblicherweise etwa 8 bis 10 t — geringer; entsprechend kleiner sind auch die Schläge beim Überfahren von Schienenstössen und Weichen;

5. das beschichtete Aluminiumrad ist für hohe Geschwindigkeiten geeignet, was mit den erwähnten gummigefederten Rädern technisch nicht möglich ist.

6. es besteht keine Schrumpfspannung zwischen Radkörper und Mantelschicht im Gegensatz zum bekannten Rad mit aufgezogenem Stahlreifen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

Fig. 1 die schematische Seitenansicht einer Elektrolokomotive,

Fig. 2 eine Radachse mit einer bekannten (oben) und einer erfindungsgemässen (unten) Variante eines Rades im Querschnitt,

Fig. 3 ein vergrössertes Detail der erfindungsgemässen Variante aus Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform in einem vergrösserten Detail gemäss der Darstellung nach Fig. 3.

Eine elektrisch getriebene Lokomotive A auf Schienen 1 weist auf ihrem Dach 2 Stromabnehmer 3 auf, deren Abnahmebügel 4 durch nichtdargestellte Federn gegen eine Oberleitung 5 gehalten werden.

In dem an seinen Stirnseiten von jeweils einem Führerstand 6 begrenzten Fahrzeuginnenraum J befinden sich unterhalb jener Stromabnehmer 3 Vertikallüfter 7 für am Fahr615 865

zeugboden 9 angeordnete Fahrmotoren 10; diese treiben auf den Schienen 1 lastende Räder 11 an.

Zwischen den Vertikallüftern 7 sind im Fahrzeuginnenraum J über einem Luftbehälter 8 ein Hauptumspanner 12 mit einem Ölkühler 13 untergebracht sowie Batterien 14 und Zusatzumspanner 15.

Neben dem Hauptumspanner 12 erkennt man in Fig. 1 eine Motorluftpumpe 16 sowie einen Lüfter 17 für den Ölkühler 13.

In Fig. 2 wird eines der durch eine Radachse 20 des Durchmessers d = 165 mm verbundenen Räder 11 eines Radsatzes 19 wiedergegeben mit einem über die Radaussenfläche 22 hinausragenden Achsschenkel 21 engeren Durchmessers di von 120 mm.

Das Rad 11 ist auf den sich in einem Konus von 0,2 Prozent verjüngenden Nabensitz 23 aufgeschrumpft. Die Tiefe t der Radnabe 25 beträgt 200 mm, die maximale Radbreite b 13 mm.

Von der Radnabe 25 bis zu dem auf dem Kopf 26 der Schiene 1 ruhenden Laufkranz 27 mit seitlichem Spurkranz 28 erstreckt sich eine mit Laufkranz 27 und Radnabe 25 einstük-kige Radscheibe 29; deren Radialprofil Q etwa von Nabenmitte bis Laufkranzmitte geschwungen sowie mit Ausnehmungen 30 versehen ist.

Bei der in Fig. 2 oberhalb der Achsenmitte A dargestellten, bekannten Ausführungsform umgibt den aus Aluminium oder Magnesium bestehenden Laufkranz 27f geringer Höhe h ein aufgeschrumpfter Stahlreifen 30 der Stärke k von 40 mm; der gesamte Radius rj des Rades 11 entspricht dem Radius r2 von 460 mm der unten erkennbaren Ausführungsform mit Laufkranz 27.

Wie insbesondere die Fig. 3, 4 erkennen lassen, ist die aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung bestehende Lauffläche 31 des Laufkranzes 27a mit einer auf dem Wege des Plasmaspritzens aufgebrachten Verschleissschicht 32 versehen; diese Verschleissschicht 32 ist als ferromagnetische Stahlschicht ausgebildet, um ein sicheres Ansprechen der elektromagnetisch arbeitenden Signale der Schienenanlage — nicht dargestellt — zu gewährleisten. An den hochbeanspruchten Innenzonen des Spurkranzes 28 ist gemäss Fig. 4 eine keramische Verschleissschicht 33 vorgesehen, die nach dem Plasmaspritzen durch Einwalzen verdichtet worden ist.

Je nach Abrieb schwanken die Schichtdicken u zwischen 1 und 5 mm.

Damit das Mass der Abnutzung sichtbar wird, sind beide Schichten mit einer in der Zeichnung mit F kenntlich gemachten Farbmarkierungsschicht versehen.

Mit 34 ist eine thermisch aufgebrachte NiAl-Schicht zwischen dem Laufkranz 27a und der Verschleissschicht 32, 33 bezeichnet; diese Zwischenschicht 34 soll einen eventuellen Korrosionsangriff verhindern.

Lauffläche 31 und Spurkranz 28 sind in Fig. 3 mit Riefen R versehen, welche die entsprechenden Oberflächen vergrössern.

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2 Blatt Zeichnungen

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1 bis 5 mm beträgt.

1. Rad für Schienenfahrzeuge, mit einem Radkörper aus Leichtmetall, welcher Radkörper einen Laufkranz und wenigstens einen Spurkranz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (31) des Laufkranzes (27a) mit einer thermisch aufgespritzten Verschleissschicht (32) aus ferromagne-tischem Stahl und die ihr benachbarte, schienenseitige Oberfläche des Spurkranzes (28) mit einer thermisch aufgespritzten Verschleissschicht (33) aus ferromagnetischem Stahl oder aus Keramik versehen ist.

2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleissschicht (32, 33) plasmagespritzt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schicht aus a-Aluminium-oxid besteht.

4. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleissschicht (32, 33) verdichtet ist.

5. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verschleissschicht (32, 33) eine Farbschicht (F) eingebracht ist.

6. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Radkörper (27 bis 29) und Verschleissschicht (32, 33) eine thermisch gespritzte NiAl-Schicht (34) angeordnet ist.

7. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (u) der Verschleissschicht (32, 33)

8. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Radkörpers (27 bis 29)

durch Riefen (R) vergrössert ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Rades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Radkörper (27 bis 29) auf die Lauffläche (31) des Laufkranzes (27a) eine Verschleissschicht (32) aus ferromagnetischem Stahl und auf die ihr benachbarte, schienenseitige Oberfläche des Spurkranzes (28) eine Verschleissschicht (33) aus ferromagnetischem Stahl oder aus Keramik thermisch aufgespritzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleissschicht (32, 33) plasmagespritzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufspritzen der Verschleissschicht (32, 33) eine NiAl-Schicht (34) aufgetragen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die NiAl-Schicht (34) thermisch aufgespritzt, vorzugsweise plasmagespritzt, wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen ersten Teil der Verschleissschicht (32, 33) eine Farbschicht (F) aufgetragen und auf diese Farbschicht (F) ein zweiter Teil der Verschleissschicht (32, 33) aus demselben Material wie der erste Teil der Verschleissschicht (32, 33) aufgespritzt wird.