DE2457719A1

DE2457719A1 - Verwendung eines aushaertenden, austenitischen manganstahls fuer ein rad mit bremsscheibe an einem schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE2457719A1
Application number: DE19742457719
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Knorr; Heinz Juergen Peters; Erwin Dr Rer Nat Raquet
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1976-06-16
Also published as: DE2457719B2; DE2457719C3

Description

Verwendung eines aushärtenden, austenitischen Manganstahls für ein Rad mit Bremsscheibe an einem Schienenfahrzeug Es ist bekannt, die Radscheiben von Rädern von Schienenfahrzeugen als Bremsscheiben auszubilden, so daß die beiden Oberflächen der Radscheibe zwei zueinander parallele und senkrecht zur Radachse angeordnete Ringflächen bilden. Solche schon sehr lange bekannten und aus legiertem oder unlegiertem Stahl mit Umwandlungsgerüge bestehende gewalzte oder gegossene Räder haben sich trotz ihrer günstigen Herstellungskosten in der Praxis nicht durchsetzen können, weil die Räder anfällig ür Spannungsrisse waren, die durch die beim Xederholten Bremsen auftretende örtliche Erwärmung verursacht wurden. Aus diesem Grunde ist man seit langem dazu übergegangen, an den Rädern separate Bremsscheiben anzubringen. Bei solchen Rädern mit separaten Bremsscheiben sind die Räder nicht spannungsrißgefährdet und die Bremsscheiben selbst nur einer wesentlich geringeren Gefahr von Spannungsrissen ausgesetzt als in den Rädern integrierten Bremsscheiben. Man hat dabei aber andere Nachteile in Kauf genommen: Räder mit jeweils zwei separaten Bremsscheiben haben im Vergleich zu Rädern mit integrierten Bremsscheiben ein um 40 ß höheres Gewicht, ein um annähernd Do ß höheres Trägheitsmoment um die Rotationsachse und ein um etwa 40 ß höheres Trägheitsmoment um die Vertikalachse. Aufgrund dieser größeren Daten bei Rädern mit separater Bremsscheibe ist die unabgefederte Radsatzmasse wesentlich vergrößert und damit auch die dynamischen Kräfte zwischen Rad und Schiene. Die kritische Geschwindigkeit ( stabiler Sinuslauf) ist gegenüber den Rädern mit integrierter Bremsscheibe verringert.
Ferner ist es bekannt, Schienenräder aus austenitischem Manganstahl herzustellen. Schienenräder aus solchem Material sind gegen Spannungsrisse geschützt, die bei herkömmlichem Material an den Kontaktflächen zwischen Rad und Schiene infolge Reibung, insbesondere Schlupf, auftreten. Sie sind aber nicht den modern/ Selastungen, insbesondere dann nicht gewachsen, wenn die Räder neben der Belastung durch quer auf sie einwirkende Kräfte durch die beim Bremsen erzeugte Wärme belastet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenrad zu schaffen, das einerseits sowohl unempfindlich gegen Thermoschocks ist, als auch eine ausreichende Festigkeit hat und andererseits sich hinsichtlich der dynamischen Kräfte zwischen Rad und Schiene und der kritischen Geschwindigkeit günstiger verhält als Schienenräder mit separaten Bremsscheiben.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Verwendung eines an sich bekannten aushärtenden austenitischen Manganstahls mit über 5oo N/mm2 Streckgrenze zumindest für die Scheibe von bereiften Rädern oder Vollrädern an Schienenfahrzeugen, deren Scheibe als Bremsscheibe ausgebildet ist und unmittelbar durch Reibung gebremst wird.
Das erfindungsgemäße Rad für Schienenfahrzeuge zeichnet sich gegenüber den bekannten Rädern dadurch aus, daß es keine separate Bremsscheibebenötigt, sondern die Bremsscheibe von der Radscheibe gebildet ist. Daraus ergibt sich eine geringere Masse, die infolge der beim Fahren auftretenden dynamischen Kräfte zwischen Rad und Schiene eine geringere Materialbelastung darstellt. Außerdem bewirken die im Vergleich zu Schienenrädern mit separaten Bremsscheiben geringeren Trägheitsmomente um die Rotationsachse und die vertikale Achse einen stabileren Sinuslauf des Rades. Der an sich bekannte aushärtende austenitische Manganstahl als Material für die Scheibe ist sowohl unempfindlich gegen die beim Bremsen auftretenden Thermoschocks, die bei üblichem Material zu Spannungsrissen im Rad führen, als auch ausreichend fest, so daß das Rad in der Lage ist, die beim Bremsen in der Radscheibe auftretende Spannungsbeanspruchung aufzunehmen. Auch ist ein solches Rad in der Lage, ohne Schaden die beim Fahren durch Kurven auf das Rad einwirkende seitliche Belastung aufzunehmen. Vorteilhaft ist ferner, daß bei der Ausführung des gesamten Rades aus dem aushärtenden, austenitischen Manganstahl ein Überdrehen der Lauffläche, das bei nicht aus solchem Material bestehenden Rädern wegen der Spannungsrisse regelmäßig erforderlich ist, wegfällt, so daß aus diesem Grunde die Standzeit der erfindungsgemäßen Räder länger als die bekannter vergleichbarer Räder ist.
.Nach einer Ausgestaltung der Erfindung liegt der aushärtende austenitische Manganstahl innerhalb folgender Analysengrenzen: Kohlenstoff o,) - o,9 % Silizium o,2 - 2,o % Mangan 17,o - 21,o % Chrom 2,o - 8,o % Vanadin o,5 - 1,o % Stickstoff o,o5 - o,2 ß Phosphor ) max. 0,015 ß Schwefel ) Nickel max. o,5 Molybdän max. o,5 Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen Als bevorzugter Werkstoff wird der unter der Werkstoffnummer )890 geführte Stahl mit folgender Zusammensetzung verwendet: Kohlenstoff o,45 - o,55 ß Silizium 0,50 - o,8o ß Mangan 18,0 - 19,0 % Chrom 3,5 - 5,0 % Vanadin 0,50 - o,65 ß Stickstoff o,o8 - o,12 % Phosphor ) max. o,o15 % Schwefel Nickel max. o,5 Molybdän max. 0,5 Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen Zur Behandlung des aus dem genannten Stahl fertiggewaizten und/oder geschmiedeten Rades wird empfohlen, eine Lösungsglühung bei eftwa 1000° C für mehrere Stunden vorzunehmen und dann insbesondere schnell auf Raumtemperatur abzukühlen.
Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung in Wasser oder Öl, eine Abkühlung an Luft ist aber auch möglich.
Danach wird zweckmäßigerweise die Streckgrenze und die Zähigkeit des Werkstoffes durch ein weiteres Glühen zwischen etwa 500 und 7000 C eingestellt.
Um die Thermospannungen möglichst gering zu halten, steht die Mittelebene des Rades senkrecht auf der Radachse. Dabei können die Oberflächen der Radscheibe mindestens im Bremsbereich parallel zu der Radscheibenmittelebene angeordnet sein. Eine solche Lage der Oberflächen der Radscheiben ermöglicht ein einfaches Bremssystem, weil dann auf das Bremssystem keine radialen Reaktionskräfte einwirken.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Rad anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das eine Hälfte des Rades im Axialschnitt darstellt.
Das aus Nabe 1, Scheibe 2 und Radkranz 3 bestehende Rad ist s aus dem angegebenen Werkstoff durch Pressen oder Walzen aus einem Stück hergestellt. Nach dem Lösungsglühen und Abkühlen wird das Rad durch spanabhebende Oberflächenbearbeitung auf Maß gearbeit. Die Mittelebene 4 des Rades steht senkrecht auf der Radachse 5. Die Radscheibe 2 ist im radkranznahen Bereich als doppelte Bremsscheibe ausgebildet, was durch die beiden strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die beiden ringförmigen Oberrlächen sind plangearbeitet und liegen parallel zu der Mittelebene 4 des Rades.
Ansprüche:

Claims

1Verwendung eines an sich bekannten aushärtenden austenitischen Manganstahls mit über 500 N/mma Streckgrenze zumindest ur die Scheibe von bereiften Rädern oder Vollrädern an Schienenfahrzeugen, deren Scheibe als Bremsscheibe ausgebildet ist und unmittelbar durch Reibung gebremst wird.
2. Verwendung eines Manganstahls gemäß Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Kohlenstoff o,3 - o,9 % Silizium o,2 - 2,o ß Mangan 17,o - 21,o ß Chrom 2,o - 8,o ß Vanadin 0,5 - 1,o % Stickstoff o,o5 - o,2% Phosphor ) je max. o,o15 ß Schwefel ) Nickel max. o,5 Molybdän max. o,5 Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
3. Verwendung eines Manganstahls gemäß Anspruch 2 mit der Zusammensetzung: Kohlenstoff o,45 - o,55 % Silizium 0,30 - 0,80 % Mangan 13,o - l9,o Chrom 3,5 - 5,0 Vanadin 0,50 - o,65 % Stickstoff o,o8 - o,12 ß Phosphor ) je max. o,ol5 ß Schwefel ) Nickel max. o,5 Molybdän max. 0,5 Rest Eisen und übliche erschmelzungsbEingte Verunreinigungen
4. Verwendung eines Manganstahls gemäß deinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gewalzte und/oder geschmiedete Rad lösungsgeglüht bei etwa looo0 C für mehrere Stunden und dann schnell auf Raumteperatur abgekühlt wird.
5. Verwendung eines Manganstahls gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lösungsglühen und nachfolgender Abkühlung auf Raumtemperatur die Streckgrenze und die Zähigkeit des Manganstahls durch eine Glühbehandlung zwischen etwa 500 und 7000 C eingestellt wird.
6. Verwendung eines Manganstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene der Radscheibe senkrecht auf der Radachse steht.
7. Verwendung eines Manganstahls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Radscheibe mindestens im Bremsbereich parallel zur Radscheibenmittelebene angeordnet sind.

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