DE19624598C1 - Verfahren zur Herstellung von Flächen für Preßsitzverbindungen für Radsätze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Flächen für mehrfach verwendbare Längspreßverbindungen, insbesondere bei Radsätzen, die in der Lage sind, hohe Fügedrücke unter Anwendung hoher axialer Kräfte zum Auf- und Abpressen aufzunehmen.

Es ist seit Jahrzehnten bekannt, die stählernen Wellen mit Radscheiben und Zahnrädern bei Radsätzen von Bahnen in konventioneller Weise, d. h., ohne Vorbehandlung der zu fügenden Flächen mit großen axialen Kräften zusammenzupressen.

Die Schwierigkeiten liegen jedoch darin, daß es bei diesen Fügeverfahren in den meisten Fällen zur Riefenbildung und zum Ansatz von Passungsrost kommt, so daß die teueren Wellen meist nicht wieder eingesetzt werden können.

Im DE-Buch: F. C. Kollmann "Welle-Nabe-Verbindungen" (Konstruktionsbücher Bd. 32), Springer-Verlag 1984, S. 81/82 wird empfohlen zu schmieren, d. h., ". . . die Sitzflächen vor dem Fügen leicht einzuölen."

Aus DD-PS 1 52 972 kann zum Stand der Technik entnommen werden, daß bei Längspreßverbindungen Molybdändisulfidpaste zur Verhinderung fortschreitender Passungsrostbildung mit teilweisem Erfolg zur Anwendung gebracht wurde. Molybdändisulfidpulver soll auch bei Quer- und Längspreßverbindungen die Passungsrostbildung mit geringem Erfolg verhindern. Das Patent selbst sieht vor, ′′ . . . ., daß Paßflächen einer Wellen-Nabenverbindung mit aus einer chemischen Verbindung des Grundwerkstoffes bestehenden nichtmetallisch- organischen Schichten versehen sind. In diese können auch temporäre Korrosionsschutzmittel eingelagert werden. Dadurch soll Passungsrost verhindert und der Haftwert zwischen den Paßflächen erhöht werden.

Weiterhin ist es seit längerer Zeit bekannt, die Wellen durch Metallspritzen mit Molybdän zu beschichten. Der Vorteil der besseren Gleitfähigkeit wird allerdings mit einem hohen Fertigungsaufwand und einer Schwächung der Welle erkauft.

In der Praxis zeigt sich, daß die Metallspritzschichten oft nicht ausreichend haften. Außerdem tritt in den Naben Passungsrost auf.

In DE-OS 23 46 144 wird eine Leichtmetallscheibe mit Stahlbandage durch einen konischen Sitz mit Zweikomponentenkleber verbunden. Nach DE-OS 23 61 891 kommt eine Buchse zum Einsatz, die weicher als die Welle ist und in die Radnabe eingeschrumpft wird. Diese Kombination wird wiederum auf die Welle aufgeschrumpft.

In DE-OS 23 54 206 wird eine Klebschrumpfverbindung vorgestellt. Nach DE-OS 23 62 434 haben die Vollräder eine spezielle Formgebung, so daß bei einem Preß- oder Schrumpfsitz Wärmeeintragungen durch die Klotzbremse bis über 300°C keine Spurmaßänderungen bzw. Lockerungen der Scheiben bewirken.

In DE-OS 23 63 403 ragt bei einer normalen Pressung die Nabe über den Wellensitz hinaus, so daß an dieser Stelle eine elastische Masse gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und die Bildung von Passungsrost eingebracht werden kann.

Im EP 223759 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen für mehrfachverwendbare Längssitzverbindungen erläutert.

Die härtbaren Stahlwellen weisen parallele in axialer Richtung, d. h., in Preßkraftrichtung verlaufende Härtespuren, insbesondere Laserhärtespuren der Festphase mit einem Martensitgefüge auf.

Durch die gehärteten Flächen soll die Reibung in axialer Richtung, um den Preßvorgang zu erleichtern, verringert werden, während die Reibung in radialer Richtung durch leichtes Eindringen der Härtespuren in die Nabenoberfläche erhöht werden soll.

In DE-OS 26 35 608 wird schließlich der klassische Preßsitz der Radsätze verlassen und auf eine Befestigung mit Schrauben, auch für andere Konstruktionsteile der Welle übergegangen.

Bei diesen Lösungen bleiben jedoch die Nachteile des Fressens, d. h. erhebliche Beschädigungen der Oberflächen infolge des Auftretens starker Festkörperreibung bei Preßsitzen weitgehend bestehen. Eine Schmierung mit Öl ist bei den hier wirkenden hohen Drücken nur begrenzt wirksam, weil der Ölfilm durchbrochen wird.

Der Einsatz nichtmetallisch-organischer Schichten ist nicht auf eine Reibungsreduzierung beim mehrfachen Fügen und Lösen von Längspreßverbindungen ausgelegt.

Durch die Laserhärtung der Stahlwelle werden jedoch Vorteile bezüglich der Reibung beim Auf- und Abpreßvorgang in axialer und eine Reibungserhöhung in radialer Richtung erreicht. Jedoch findet weiterhin, wenn auch z. T. mit gehärteten Flächen, eine Reibung von Stahl auf Stahl bzw. Stahl auf Stahlguß statt, ohne eine Gleitschicht einzubringen und dem Passungsrost wirksam entgegenzutreten.

Bei konischen Sitzen mit Zweikomponentenklebern besteht das Risiko des Lösens der Verbindung, insbesondere bei höheren Wärmeeintragungen.

Eine zusätzliche Buchse einzusetzen bedeutet erhöhten Fertigungsaufwand, wobei die Freßneigungen nicht beseitigt sind.

Bei Klebschrumpfverbindungen besteht das Risiko extremer Abpreßkräfte mit anschließendem Fressen.

Ragt die Nabe über den Wellensitz hinaus, so wird die Länge des möglichen Sitzes nicht ausgenutzt bzw. die Nabe wird zu groß dimensioniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von Flächen für Preßsitzverbindungen, insbesondere bei Radsätzen, so zu gestalten, daß ein geringerer Fertigungsaufwand erforderlich ist, keine Beschädigungen selbst nach mehreren Preßvorgängen entstehen, Passungsrost vermieden wird und eine Schwächung der Welle entfällt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf den härtbaren Stahlwellen parallele Laserhärtespuren in der Festphase in axialer Richtung auf der Fläche der Preßsitzverbindung und beidseitig darüber hinaus gezogen werden, so daß die Oberflächenhärte um ein Mehrfaches zum Grundmaterial angehoben wird, um anschließend Messing mit kubisch-flächenzentrierten α-Mischkristallen, vorzugsweise mit 30-37% Zn-Gehalt, als Festschmierstoff, in Form feiner Partikel aufzutragen.

Bei stark spannungsbelasteten Abschnitten der Wellen beginnt die Laserhärtung vor der Preßsitzverbindung mit einer minimalen Härtetiefe, steigt dann auf die erforderliche Tiefe an und nimmt nach der Preßsitzverbindung wieder ab.

Auf Grund des bei der Laserhärtung erzeugten feinen und harten Martensitgefüges kommt es unter der Einwirkung des Festschmierstoffes trotz der hohen Fügekräfte nicht mehr zum Herausreißen von Materialpartikeln und damit nicht zum Fressen oder zur Riefenbildung. Die in axialer Richtung gelegten Laserhärtespuren gestatten ein günstiges Gleiten in direkter Preßrichtung. Sie nehmen weiterhin die radialen Kräfte der Preßsitzverbindung, die bei der Übertragung von Drehmomenten sehr wichtig sind, auf und tragen sie in das Grundmaterial ein.

Weiterhin beginnen bzw. enden die Härtespuren aus den gleichen gründen vor bzw. nach der Preßsitzverbindung nicht in gleicher Höhe.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß keine Freß- oder Abriebserscheinungen selbst nach häufigen Preßvorgängen entstehen, was auf die parallelen, axialen Härtespuren im Zusammenhang mit der guten Kaltverformbarkeit der kubisch-flächenzentrierten α-Mischkristalle des Messings zurückzuführen ist.

Weiterhin verhindert die gute chemische Beständigkeit des Messings Passungsrost und damit einhergehende negative Wirkungen bei Preßsitzverbindungen, wie extreme axiale Abpreßkräfte, Oberflächenschäden u. dgl.

Ausführungsbeispiel

An der Stahlwelle eines Diesellokomotivradsatzes wurde die Fläche der Längspreßsitzverbindung eines Zahnrades mit etwas überstehenden, parallelen, in axialer Richtung verlaufenden Laserhärtespuren in der Festphase versehen. Die Oberflächenhärte konnte dabei von rd. 200 HV 0,05 auf rd. 600 HV 0,05 angehoben werden.

Anschließend ist eine Auftragung des Messings mit kubisch-flächen-zentrierten α-Mischkristallen bei einem Zinkanteil von ca. 37% in feiner Form vorgenommen worden.

Es wurden mehrere Aufpreß- und Abpreßvorgänge ohne Anwendung des Druckölverfahrens nur unter Einsatz der konventionellen Schmiermittel bei Raumtemperatur durchgeführt.

Dabei traten keinerlei Oberflächenschäden ein, das Messing war gleichmäßig verteilt, die axialen Preßkräfte mit min. 95 t wurden eingehalten.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Flächen mehrfach verwendbarer Längspreßsitzverbindungen, insbesondere für Radsätze von Bahnen, wobei auf den härtbaren Stahlwellen parallele Laserhärtespuren in der Festphase mit einem Martensitgefüge in direkter Richtung der Längspreßkraft, d. h. axial zur Welle auf der Fläche der Preßsitzverbindung und beidseitig darüber hinaus gezogen werden, so daß die Oberflächenhärte um ein Mehrfaches zum Grundmaterial angehoben wird, um anschließend Messing mit kubisch- flächenzentrierten α-Mischkristallen, vorzugsweise mit 30-37% Zn-Ge­ halt, als Festschmierstoff, in Form feiner Partikel aufzutragen, um dann über das sehr harte und feinstrukturierte Werkstoffgefüge der Laserspuren die hohen Reibkräfte beim Auf- und Abpressen und die Haftkräfte der Preßsitzverbindung in das weichere Grundmaterial auch nach wiederholten Fügevorgängen ohne Beschädigungen der Oberflächen sicher einzutragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei stark spannungsbelasteten Abschnitten der Wellen die Laserhärtung vor der Preßsitzverbindung mit minimaler Härtetiefe beginnt, danach auf die erforderliche Tiefe ansteigt und nach der Preßsitzverbindung die Härtetiefe in umgekehrter Weise wieder abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtespuren vor der Preßsitzverbindung nicht alle in gleicher Höhe beginnen, und nach der Preßsitzverbindung nicht alle in gleicher Höhe enden.