DE1153051B

DE1153051B - Welded rail wheel with a double-walled wheel body made of light metal

Info

Publication number: DE1153051B
Application number: DEV14358A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Dies
Original assignee: KURT DIES DR ING
Current assignee: KURT DIES DR ING
Priority date: 1958-05-09
Filing date: 1958-05-09
Publication date: 1963-08-22

Description

Geschweißtes Schienenrad mit einem doppelwandigen Radkörper aus Leichtmetall An die Radscheiben der Verkehrsfahrzeuge werden hohe Anforderungen gestellt. Gleichzeitig wird aber auch eine leichte Bauweise gefordert, damit das Gewicht der ungefederten Massen möglichst gering bleibt. Es muß ferner auch noch bei Schienenfahrzeugen gewährleistet sein, daß sich der Radkranz, der meistens aus Stahl besteht, nicht von dem Radkörper löst. Außerdem sollen die Schrumpfteile frei vom Verschleiß bleiben und die bauliche Ausführung eine hohe Wechselfestigkeit, insbesondere gegen Schlagbeanspruchung, aufweisen. Schließlich wird eine wirtschaftlich hohe Fertigung der Räder erwartet.Welded rail wheel with a double-walled wheel body made of light metal High demands are placed on the wheel disks of traffic vehicles. Simultaneously but a lightweight construction is also required so that the weight of the unsprung Mass remains as low as possible. It must also be guaranteed for rail vehicles be that the rim, which is mostly made of steel, not from the wheel center solves. In addition, the shrink parts should remain free from wear and tear and the structural Execution a high fatigue strength, especially against impact stress, exhibit. Finally, an economically high production of the wheels is expected.

Bekannt sind Radkörper aus geschmiedeten, gezogenen oder gepreßten Leichtmetallegierungen. Bei diesen Ausführungen ist jedoch die Verbindungsmöglichkeit zwischen dem Achsschenkel auf der einen Seite und dem Radkranz auf der anderen Seite des Radkörpers sehr problematisch. Die vorgeschlagenen Ausführungsmöglichkeiten haben bisher in der Praxis nicht befriedigen können.Wheel bodies made of forged, drawn or pressed are known Light metal alloys. In these designs, however, is the connection option between the steering knuckle on one side and the rim on the other of the wheel body very problematic. The proposed execution options have so far not been able to satisfy in practice.

Es ist ferner bekannt, Doppelscheibenräder aus Leichtmetallguß zu verwenden, bei denen der bei Gußteilen übliche Kern durch einen Stahlblechmantel ersetzt wird. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, daß die Wechselfestigkeit dieser Verbindung außerordentlich gering ist, so daß solche Räder für den praktischen Betrieb nur beschränkt brauchbar sind.It is also known to have double-disc wheels made of cast light metal use where the core common in cast parts is covered by a sheet steel jacket is replaced. However, it has been shown that the fatigue strength of this Connection is extremely small, so that such wheels for practical use are only of limited use.

Es ist weiterhin nicht mehr neu, aus Leichtmetall bestehende geschweißte Doppelscheibenräder aus zwei einstückigen unsymmetrisch ausgebildeten Teilen zusammenzusetzen. Die beiden Radteilkörper stoßen in versetzt zueinander liegenden Radialebenen zusammen. Um sie miteinander zu verbinden, kann unter Umständen ein Aufschrumpfen auf dem Nabensitz und ein Aufschrumpfen des Radreifens genügen. Eine solche Befestigung ist aber besonders bei der Verwendung von Leichtmetall als Baustoff für die Räder von Schienenfahrzeugen wegen der verhältnismäßig hohen mechanischen Beanspruchung beim Fahren nicht genügend sicher, weil die Schrumpfverbindung unter der wechselnden Einwirkung von Erwärmung und Abkühlung nachgeben und sich lockern kann.It is still no longer new, made of welded light metal Assemble double disc wheels from two one-piece, asymmetrically designed parts. The two partial wheel bodies collide in radial planes that are offset from one another. In order to connect them to one another, the The hub seat and shrink-fitting of the wheel tire are sufficient. Such a fastening but is especially important when using light metal as a building material for the wheels of rail vehicles because of the relatively high mechanical stress not safe enough when driving because the shrink fit under the changing May give in and loosen up to the effects of heating and cooling.

Die Befestigung der beiden Radteilkörper kann aber auch durch Aufschieben auf eine gemeinsame Buchse erfolgen. Sie ist mit diesen durch Kehlschweißnähte zwischen ihrer Außenwandung und den äußeren Stirnwandungen der Radteilkörper verbunden. Uni ]zu Scheiben bzw. Speichen des Rades Druckvo-spnnungen zu verleihen, ist ferner die Axiall'inge ihrer Nabenteile so bemessen, daß diese bei einander berührenden Felgenteilen noch einen Abstar_d haben, so daß sie um dieses Maß einander angenähert werden können. Aber auch eine solche Halterung genügt für die Aufnahme der beim Fahren auftretenden Kräfte nicht immer, wenn die Radscheiben-oder Felgenteile aus Leichtmetall gefertigt sind.The two wheel part bodies can also be attached by sliding them on done on a common socket. It is with these by fillet welds between their outer wall and the outer end walls of the wheel part body connected. University ] to give pressure voltages to the disks or spokes of the wheel is furthermore the axial rings of their hub parts are dimensioned so that they touch each other Rim parts still have a distance so that they approximate each other by this amount can be. But even such a bracket is sufficient for the inclusion of the Driving forces do not always occur when the wheel disc or rim parts are off Light metal are made.

Die Erfindung geht zwar auch von einem bekannten Schienenrad mit einem doppelwandigen Radkörper aus Leichtmetall aus, der aus zwei unsymmetrischen Gußstücken zusammengesetzt ist, die an ihren Stirnkanten miteinander verschweißt sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem in dieser Weise aufgebauten Schienenrad die bei bekannten Schienenrädern auftretenden Mängel zu beseitigen. Das Schienenrad soll in der Leichtbauweise hergestellt, aber trotzdem betriebssicher und den hohen Anforderungen im Eisenbahnbetrieb voll gewachsen sein.The invention is also based on a known rail wheel with a double-walled wheel center made of light metal, which consists of two asymmetrical castings is composed, which are welded together at their front edges. Of the The invention is based on the object of a rail wheel constructed in this way to eliminate the defects occurring in known rail wheels. The rail wheel should be made in the lightweight construction, but still operationally safe and the high Be able to fully meet the demands of rail operations.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß für die Herstellung des Radkörpers eine Aluminiumlegierung verwendet wird, die aus 8 bis 11 19110 Magnesium und als Rest Aluminium von 99,5 % Reinheitsgrad besteht oder auch eine Aluminiumlegierung mit 3 bis 7 % Kupfer, 0,1 bis 0,5 % Zirkon, das ganz oder teilweise durch Titan ersetzt werden kann, und als Rest wiederum Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99 Indem die beiden Radkörperteile nicht wie bekannt nur am äußeren Kranz, sondern auch am inneren Umfang, also an der Nabe, miteinander an Stellen verschweißt worden sind, die in radialer Richtung versetzt zueinander liegen, wird ein durch die Schweißspannungen erzeugtes Widerstandsmoment erlangt, um die besonders gefährdete Zugseite unter der Ein- Wirkung entgegengesetzt gerichteter Druckkräfte zu entlasten.The object set is achieved according to the invention in that An aluminum alloy is used for the manufacture of the wheel center, which is made from 8 to 11 19 110 magnesium and the remainder aluminum of 99.5% purity or an aluminum alloy with 3 to 7% copper, 0.1 to 0.5% zircon, that can be completely or partially replaced by titanium, and the remainder in turn aluminum with a degree of purity of 99 by not using the two wheel body parts as known only on the outer rim, but also on the inner circumference, i.e. on the hub, with one another have been welded at points that are offset from one another in the radial direction a moment of resistance generated by the welding stresses is obtained, around the particularly endangered train side under the entrance Opposite effect to relieve directed compressive forces.

Es ist weiterhin für die erfindungsgemäße Auswahl des Werkstoffs in Verbindung mit der konstruktiven Ausführung wichtig, das Gußgefüge durch geregelte Abkühlung so auszubilden, daß am Übergang des dünneren Scheibenteiles in dem dickeren Nabenteil das Wachstum der Kristallite in radialer Richtung verläuft und somit die Achsen der Kristallite radial gerichtet sind. so daß sich eine für die Wechselbeanspruchung günstige Lage der Kristallite ergibt. Dieses wird durch eine Lenkung des Wärmeflusses in radialer Richtung erreicht, d. h. dadurch, daß der Innenteil der Nabe verhältnismäßig stark gekühlt wird, während die Wärmeabführung vom dünneren äußeren Scheibenradkörper nur langsam erfolgt. Hierdurch entsteht an dem besonders gefährdeten Übergang zwischen dem dünnen und dem dicken Teil des Radkörpers ein Kristallgefüge, bei dem die Achsen der Kristallite vorzugsweise in radialer Richtung und damit fast parallel zur Auße-nfiäche des Scheibenkörpers verlaufen.It is also for the selection of the material according to the invention in Connection with the structural design is important, the cast structure through regulated To train cooling so that at the transition of the thinner disc part in the thicker Hub part the growth of the crystallites runs in the radial direction and thus the Axes of the crystallites are directed radially. so that there is one for the alternating stress favorable position of the crystallites results. This is done by directing the flow of heat reached in the radial direction, d. H. in that the inner part of the hub is relatively is strongly cooled, while the heat dissipation from the thinner outer disc wheel body only happened slowly. This creates at the particularly endangered transition between the thin and the thick part of the wheel center have a crystal structure in which the axles the crystallites preferably in the radial direction and thus almost parallel to the outer surface of the disc body.

Im Hinblick auf das Erstarrungsgefüge ist es günstig, von aushärtungsfähigen Legierungen auszugehen, die aus etwa 8 bis 11% Magnesium, Rest Aluminium, vorzugsweise mit einem Reinheitsgrad von 99,5 %, bestehen oder auch von solchen, die aus 3 bis 7% Kupfer, 0,1 bis 0,5% Zirkon, Rest Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99 % zusammengesetzt sind, wobei das Zirkon ganz oder teilweise durch Titan ersetzt sein kann.With regard to the solidification structure, it is advantageous to use hardenable To start with alloys that consist of about 8 to 11% magnesium, the remainder aluminum, preferably with a degree of purity of 99.5%, or of those consisting of 3 to 7% copper, 0.1 to 0.5% zirconium, the remainder aluminum with a purity of 99% are composed, the zirconium being completely or partially replaced by titanium can.

Die Herstellung des Scheibenrades geht so vor sich, daß zunächst die beiden unsymmetrischen Gußstücke entweder aus der einen oder anderen Sonderlegierung gefertigt werden, wobei auf die bereits erwähnte Ausbildung der Kristallachsen in radialer Richtung zu achten ist. Die beiden Scheibenhälften werden dann verschweißt, so daß die Schweißnähte in zwei verschiedenen Ebenen liegen. Das Gußstück kann dann gegebenenfalls noch vergütet werden.The production of the disc wheel is done in such a way that initially the two asymmetrical castings either from one or the other special alloy are made, with the aforementioned formation of the crystal axes in radial direction is to be observed. The two halves of the pane are then welded, so that the welds are in two different planes. The casting can then may still be remunerated.

Die Scheibenradkörper zeichnen sich insbesondere durch eine große Festigkeit der beiden Scheibenteile und damit auch des Radkranzes aus und erlauben auch die Verbindung mit der Radachse allein durch Aufschrumpfen. Die Legierungen vermeiden ferner die Bildung von Reiboxyden. Die besondere Gefügeausbildung am Übergang vom dünnen zum dickeren Radkörperteil bewirkt in Verbindung mit der jeweils ausgewählten Legierung eine hohe Wechselfestigkeit.The disc wheel bodies are characterized in particular by a large Strength of the two disc parts and thus also of the wheel rim and allow also the connection with the wheel axle by simply shrinking it on. The alloys also avoid the formation of friction oxides. The special structure at the transition from the thin to the thicker wheel body part in conjunction with the selected one Alloy has a high fatigue strength.

Die erfindungsgemäßen Radscheiben können im gesamten Fahrzeugbau Anwendung finden, wie z. B. bei Personenwagen, Lastkraftwagen, insbesondere aber auch bei Schienenfahrzeugen und für Flugzeuge.The wheel disks according to the invention can be used in the entire vehicle construction find such as B. in passenger cars, trucks, but in particular also in Rail vehicles and for airplanes.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Sie zeigt ein Fahrzeugrad zur Hälfte im Schnitt.The drawing illustrates an embodiment. She shows a Half of the vehicle wheel in section.

Das Rad besteht aus den beiden Scheibenteilen 1 und 2, die unsymmetrisch gestaltet sind und aus den bereits vorher festgelegten Aluminiumlegierungen bestehen. Die Scheiben 1 und 2 sind durch Schweißnähte 3 und 4 zur Bildung des äußeren Kranzes und der Nabe zusammengeschweißt. Die durch die Schweißnähte 3 und 4 gelegten Schweißebenen haben einen Abstand 5 voneinander.The wheel consists of the two disc parts 1 and 2, which are asymmetrical are designed and consist of the previously specified aluminum alloys. The discs 1 and 2 are welded 3 and 4 to form the outer rim and the hub welded together. The welding planes laid through the welds 3 and 4 have a distance of 5 from each other.

Anspruch 1 schützt nur die Gesamtkombination der in diesem Anspruch enthaltenen Merkmale.Claim 1 only protects the overall combination of those in this claim contained features.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Welded rail wheel with a double-walled Wheel center made of light metal, which is composed of two asymmetrically designed castings is, characterized in that an aluminum alloy with 8 up to 11% magnesium and the remainder aluminum of 99.5% purity or an aluminum alloy with 3 to 71 / o copper, 0.1 to 0.51 / o zirconium, completely or partly through titanium can be replaced, and a remainder aluminum with a purity of 99% is used will.

2. Welded rail wheel according to claim 1, characterized in that the Weld seam planes of the hub and the impeller rim in a known manner a distance (5) each other.

3. Welded rail wheel according to claims 1 and 2, characterized in that the axes of the crystallites in the two castings (1 and 2) of the wheel disc in the transition area from the thin disc parts to thicker hub are directed radially. Publications considered: German Patent Nos. 808128, 944 018.