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Die Erfindung betrifft :ein Spurlager, insbesondere Pfannenlager für
Schienenfahrzeuge, das am Fahrzeugdrehgestell für die Abstützung des Fahrzeugaufbaues
vorgesehen ist. Die Achslast eines Hüttenfahrzeuges isst wesentlich größer als 20
t, so daß die Spurlager der beiden zweiachsigen Drehgestelle eines vierachsigen
Fahrzeuges je mit weit mehr als 40 t, z. B. 60 t, belastet sind.
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Derart hochbelastete Spurlager, die meist als Pfannenlager ausgebildet
sind, neigen trotz Schmierung und sonstiger Wartung zum sögenannten »Fressen«. Dieser
übelstand kann, wie sich gezeigt hat, durch ein Vergrößern der tragenden Lagerfläche,
d. h. durch Herabsetzung der spezifischen Flächenpressung, nicht behoben werden.
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Schalenförmige Einlagen in Pfannenlagern von Schienenfahrzeugen aus
Metall, Kunststoff, Kohle und aus sogenannter Tokat-Bronze sind zwar bekannt und
somit Stand der Technik.
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Solche benannten Einlagen vermögen jedoch ein Fressen des Lagers bei
großen Flächenpressungen nicht zu vermeiden. Dies gilt auch für eine Tokat Bronze-Einlage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Spurlager eines Schienenfahrzeugs
so auszubilden, daß es sehr große Kräfte übertragen kann, ohne daß ein Fressen an
den. Lagerflächen auftritt. Das Fahrzeug soll dadurch unter Beibehaltung seiner
einfachen und übersichtlichen Bauweise insbesondere für die Verwendung im Hüttenbetrieb
geeignet werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Schienenfahrzeug mit einem Spurlager
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Verwendung eines austenitischen
Stahles für eine der beiden Lagerflächen gelöst. Es wird also mit anderen Worten
der übliche Lagerwerkstoff, z. B. Stahl, Gußeisen, Baustahl einerseits mit austenitischem
Stahl andererseits gepaart. Dabei kann im Interesse einer Werkstoffeinsparung zwischen
die beiden Lagerteile eine Einlage aus austenitischem Stahl eingebaut werden.
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Versuchsweise nach der Erfindung umgebaute Pfannenlager mehrerer Hüttenfahrzeuge
haben im Dauerbetrieb ihre Bewährungsprobe bestanden. Der für die Einlage verwendete
Stahl hat folgende Legierungsbestandteile:
| C = 0,15 0/0, Si = 1,0 0/0, |
| Mn = 17 bis 19 %, Cr = 11 bis 13 %, |
| Mo = 0,3 bis 0,8%, Ni = 1,5 bis 2,5%, |
| P = 0,08 0/0. |
Bei diesen Versuchen wurde von einer Lagerschmierung abgesehen und das vor dem Umbau
im alten Lager noch vorhandene Fett sorgfältig (mit Hilfe eines Lösungsmittels)
entfernt. Die unter Verzicht auf Einpaßarbeiten eingebauten Einlagen gemäß der Erfindung
zeigten nach einem Betrieb von mehr als 4 Monaten eineinwandfreies Tragbild und
ließen keine Freßspuren, keinen Verschleiß oder sonstige Mängel erkennen.
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Dabei ist wesentlich, daß sich an diesem Ergebnis grundsätzlich auch
dann nichts ändert, wenn die auf die Projektion der tragenden Lagerfläche bezogene
Flächenpressung auf das fünf- bis sechsfache des bisher zugelassenen Wertes (40
bis 50 kp/cm2), also auf etwa 250 bis 300 kp/cm2 heraufgesetzt wird. Deshalb kann
erfindungsgemäß für den Umbau eines schon vorhandenen Pfannenlagers, das für nur
etwa 40 bis 50 kp/cm2 ausgelegt ist, an Stelle einer Kugelschaleneinlage unbedenklich
nur ein Schalenausschnitt, beispielsweise in Gestalt eines oder mehrerer Ringe oder
Ringsegmente, vorgesehen werden. Die größere spezifische Belastung der erfindungsgemäßen
Kugelschaleneinlage bietet übrigens für den Neubau eine Pfannenlagers den Vorteil,
daß die tragende Lagerfläche und damit das gesamte Lager kleiner wird.
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Darüber hinaus wurde erkannt, daß eine Einlage aus austenitischem
Stahl für Flächenpressungen von etwa 300 kp/cm2 besser als für kleinere Werte geeignet
ist, weil die Einlage unter einer solchen Belastung anfänglich plastisch nachgeformt
sowie verfestigt und dadurch der Widerstand gegen »Fressen« noch gesteigert wird.
Hierin ist zudem eine bemerkenswerte Vereinfachung der Fertigung begründet. Es kann
nämlich auf ein genaues Einpassen (Nachbearbeiten) der nur roh vorbearbeiteten Einlage
verzichtet werden.
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Die Zeichnungen veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes,
und zwar zeigt F i g. 1 schematisch einen Erztransportwagen, an dessen Drehgestellen
die Puffer und Kupplungen angeordnet sind, F i g. 2 denselben Wagen mit am Wagenkasten
angeordneten Puffern, F i g. 3 ein Drehgestellspurläger mit Kugelpfanne und Stahleinlage
im Schnitt, F i g. 4 ein Zapfenspurlager mit Einlage im Schnitt, F i g. 5 und 6
sinngemäß zu F i g. 1 ein Kugelpfannenlager, und zwar F i g. 5 mit zwei Einlageringen,
F i g. 6 mit nur einem Ring, F i g. 7 und 8 eine solche Einlage mit nach außen verbreiterten
Armen, F i g. 9 ein Pfannenlager mit Kugelschaleneinlage im Schnitt, F i g. 10 einen
Schnitt gemäß der Linie A-B in F i g. 9.
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Wie aus den F i g.1 bis 3 ersichtlich, ist auf das Drehgestell l eine
Kugelpfanne 2 aufgesetzt, die einen den Wagenaufbau, z. B. den Wagenkasten 3, abstützenden
Kugelkörper 4 aufnimmt. Ein in einer Bohrung der Pfanne 2 befestigter Bolzen 5 zentriert
den Kugelkörper 4 in seiner Pfanne 2 derart, daß sich Drehgestell 1 und Wagenkasten
3 nicht nur um den Bolzen 5 drehen, sondern auch gegeneinander um den Kegelwinkel
einer im Kugelkörper 4 vorgesehenen Aussparung 6 neigen können.
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Soweit handelt es sich um die bei Hüttenfahrzeugen übliche Spurlagerausführung,
bei welcher der Kugelkörper 4 mit seiner Lagerfläche unmittelbar in die Kugelpfanne
2 eingepaßt ist. Dabei hat die Kugelpfanne 2 einen solchen Durchmesser d,-daß die
spezifische Flächenpressung, d. h. das Verhältnis der Lagerbelastung zur Fläche
des Kreises mit dem Durchmesser d, höchstens 45 bis 50 kp/cm2 beträgt.
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Weil die erfindungsgemäße Einlage aus austenitischem Stahl eine erhebliche
Steigerung der spezifischen Flächenpressung bis etwa 300kp/cm2 erlaubt, zeigt F
i g. 3 als Einlage an Stelle einer die gesamte Lagerfläche der Pfanne 2 auskleidenden
Kugelschale lediglich einen Schalenausschnitt in Gestalt eines Ringes 7 aus austenitischem
Stahl, dessen Kragen 7' in die Aussparung 6 des Kugelkörpers 4 hineinragt und dadurch
den Ring 7 gegen Verschieben auf dem Kugelkörper 4 quer zum Bolzen 5 sichert.
Der
Ring 7 nimmt im wesentlichen lotrechte Belastungen auf und eignet
sich deshalb für Fährzeuge (F i g. 2), bei denen die horizontal gerichteten Zug-
und Stoßkräfte (Pufferkräfte) am Wagenkasten 3 angreifen, also nicht vom Spurlager
des Drehgestelles 1 auf den Wagenkasten 3 übertragen werden.
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Sind dagegen Puffer und Kupplung am Drehgestell 1 angeordnet (F i
g. 1), dann empfiehlt sich die Ausführung nach F i g. 5 mit zwei Einlageringen 8
und 9 aus austenitischem Stahl, d. h. einem Innenring 8 für die lotrechten Kräfte
P" und einem Außenring 9 für die waagerechten Kräfte P,,. Die beiden Ringe 8 und
9 haben im Querschnitt ein dreieckiges Profil und sind in Ringnuten der Pfanne 2
eingelassen.
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Auf den Innenring 8 kann gegebenenfalls verzichtet werden, sofern
nach F i g. 6 der verbleibende Ring 9' einen kleineren Außendurchmesser als der
Außenring 9 und einen größeren Außendurchmesser als der Innenring 8 hat. Dabei soll
die am Kugelkörper 4 anliegende Fläche des Ringes 9' nach Maßgabe der zulässigen
Flächenpressung verbreitert sein. Beim dargestellten Beispiel beträgt die Neigung
des durch den mittleren Durchmesser des Ringes 9' gehenden Kugelhalbmesser R gegen
den Bolzen 5 etwa 45°.
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Ein Spurlager mit nur einem Einlagering kann wahlweise für Fahrzeuge
gemäß den F i g. 1 und 2 verwendet werden. Das trifft zwar grundsätzlich auch auf
die Auflage mit Doppelringeinlage (F i g. 5) zu. Im Vergleich zu dieser hat aber
die Ausführung nach F i g. 6 den Vorzug, daß der Umbau eines vorhandenen Lagers
einfacher ist, weil nur eine Ringnut in die Kugelpfanne 2 eingedreht zu werden braucht.
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Die neue Einlage aus austenitischem Stahl bietet grundsätzlich dieselben
Vorteile für Zapfenspurlager. Wie F i g. 4 demonstriert, ist auf das Stirnende des
zylindrischen Zapfens 4' ein winkelförmig profilierter Ring 10 aus austenitischem
Stahl aufgesetzt. Die Flächenpressung kann dabei, wie im Falle eines Kugelpfannenlagers,
gleichfalls etwa fünfmal so groß wie bisher sein. Daraus erklärt sich, daß die Ringstirnfläche
wesentlich kleiner ist als die für eine Pressung von nur 45 bis 50 kp/cm= berechnete
Zapfenstirnfläche.
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Beim Einbau einer gegebenenfalls mehrteiligen Ringeinlage kann der
nötige Halt gegen Verschieben mit fertigungsmäßig einfacher herzustellenden Schweißbutzen
erreicht werden, die mit einer Hartmetallelektrode in gleichmäßiger Verteilung auf
den Ring aufgebracht werden. Diese Butzen drücken sich unter der Lagerbelastung
(der großen Flächenpressung) in den verhältnismäßig weichen Werkstoff der Kugelpfanne
2 (oder des Kugelkörpers 4) ein.
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Zu erwähnen ist weiter die Möglichkeit, die Einlage so zu gestalten,
daß sie sich unmittelbar am Bolzen 5 abstützt. Dies gilt z. B. für eine Spiraleinlage,
deren Innenwindung den Bolzen 5 umfaßt. Die Länge (Windungszahl) der gegebenenfalls
aus einem Streifen gebogenen Spirale richtet sich im Einzelfalle nach der Größe
und der Art der Lagerbelastung, d. h. nach dem Verhältnis der lotrechten Kräfte
P" zu den waagerechten Kräften P,, (F i g. 5).
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Ein anderes Beispiel dieser Art ist eine kreuzförmige Einlage (F i
g. 7 und 8), deren Arme um den Mittelpunkt des Kugelkörpers 4 gebogen sind. Je nach
der Horizontalbelastung P,, (F i g. 5) werden die Arme gegebenenfalls nach außen
verbreitert, damit die Flächenpressung an den Armenden wenigstens angenähert dieselbe
ist wie an den anderen Stellen der Einlage.
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Beim Neubau eines Spurlagers ergeben sich aus der zulässigen und erwünschten
Steigerung der spezifischen Flächenpressung wesentlich kleinere Lagerabmessungen.
Aus diesem Grunde zeigt F i g. 9 eine Kugelschaleneinlage 14 aus austenitischem
Stahl, die - im Gegensatz zu einem Lagerumbau - die gewölbte Fläche des Kugelkörpers
4 lückenlos abdeckt. Die Einlage 14 greift mit einer Einprägung
15 in eine Bohrung 16 des Kugelkörpers 4 ein. Auf die Pfanne 2 ist
eine zweiteilige Anschlagscheibe 17 aufgeschraubt, die den Lagerabschnitt
des Kugelkörpers 4 übergreift und diesen gegen Herausheben aus seiner Pfanne 2 sichert.
Die Einlage 14 ist so groß, daß sie mit etwa 300 kp/cm22 belastet und - wie die
für einen Lagerumbau bestimmten Einlagen (z. B. nach F i g. 7 bzw. 8) - anfänglich
unter plastischer Verformung verfestigt wird.