DE2653990A1

DE2653990A1 - WHEEL FOR RAIL VEHICLES AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION OR PRODUCTION RENOVATION

Info

Publication number: DE2653990A1
Application number: DE19762653990
Authority: DE
Inventors: Jochen Warner; Juerg Dipl Ing Zehnder
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1976-11-27
Publication date: 1978-05-11
Also published as: AU3027577A; GB1566589A; ZA776382B; AU507952B2; FR2369940A1; SE7712607L; JPS5361810A; CH615865A5; ES463928A1; IT1087499B

Description

Rad für Schienenfahrzeuge sowie Verfahren zu dessen Herstellung bzw. ErneuerungWheel for rail vehicles as well as process for its manufacture or renewal

Die Erfindung betrifft ein Rad für Schienenfahrzeuge mit einem Radkörper aus Leichtmetall, insbesondere aus einer geschmiedeten Aluminium- oder Magnesium-Legierung, welcher eine Lauffläche sowie neben dieser wenigstens einen radialen Spurkranz aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rades und zur Erneuerung eines gebrauchten Rades dieser Art.The invention relates to a wheel for rail vehicles with a wheel center made of light metal, in particular made of a forged aluminum or magnesium alloy, which has a running surface and, in addition to this, at least one radial flange and a method for manufacturing such a wheel and for renewing a used wheel this kind.

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.Wheels for rail vehicles of conventional construction are characterized by their high weight and large masses. For fast moving trains, the associated high inertia forces mean premature wear Vehicle and track structure, which is why there has been no lack of efforts, the wheels or wheels made up of them To make wheel sets easier.

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Es sind im wesentlichen drei Gruppen solcher bekannter Räder zu unterscheiden:There are essentially three groups of such well-known wheels:

1.) Räder aus einer Aluminiumscheibe mit aufgezogenem Stahlreifen,1.) Wheels made from an aluminum disc with mounted steel tire,

2.) Ganzaluminiumräder in gegossener oder geschmiedeter Ausführung2.) All-aluminum wheels in cast or forged design

3.) gummigefederte Räder mit einer Gummilage zwischen Lauffläche und Radscheibe zur Gewichtsverminderung sowie zur Gerau s chdämp fun g.3.) Rubber-sprung wheels with a rubber layer between the tread and the wheel disc to reduce weight and to reduce noise.

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 92o mm auf etwa 82o 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.The wear and tear on the running surface and wheel flange caused by operation on the wheel are periodically reduced Compensated turning to the desired profile. This reduces the diameter of the wheel from usually 92o mm to about 82o mm; the latter diameter represents a lower limit at the reaching of which the wheel is then also scrapped if it can still be described as mechanically flawless is. This applies to both conventional steel wheels and conventional all-aluminum wheels.

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 darüberhinaus den Aufbau des für Signalsteuerungen geforderten magnetischen Feldes erlaubt. Zudem soll eine Erneuerung abgenutzter Räder vereinfacht werden*In view of these circumstances, the inventor has set himself the goal of creating a wheel of the type mentioned at the beginning Art to create, which is low weight and thus low mass with high wear resistance and also allows the build-up of the magnetic field required for signal controls. In addition, the replacement of worn wheels should be simplified *

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Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Rad, dessen Lauffläche und/oder Spurkranz mit einer thermisch — vor allem plasmagespritzten— metallischen und/oder keramischen Mantelschicht versehen wird. Dabei soll vorteilhafterweise die Lauffläche eine metallische Mantelschicht erhalten und zumindest die ihr benachbarte Seite des Spurkranzes eine Mantelschicht aus einem anderen Metall oder aus Keramik. Hierdurch wird es möglich, Aluminiumräder geringen Gewichtes einzusetzen, welche gegenüber bekannten Rädern dieser Art an den hochbeanspruchten Stellen ausserordentlich verschleissfest sind.To solve this problem, a wheel, its running surface and / or flange with a thermal - Above all, a plasma-sprayed metallic and / or ceramic jacket layer is provided. In this case, the running surface should advantageously receive a metallic jacket layer and at least the side of the flange that is adjacent to it has a coating layer made of another metal or made of Ceramics. This makes it possible to use lightweight aluminum wheels, which compared to Known wheels of this type are extremely wear-resistant in the highly stressed areas are.

Die Massgabe, die eigentliche Lauffläche mit einer metallischen Mantelschicht bevorzugtermassen aus ferromagnetischem Stahl zu versehen, trägt der Forderung nach dem Vorhandensein eines magnetischen Feldes Rechnung; eine keramische Mantelschicht soll vor allem an der Spurkranzinnenseite aufgespritzt werden. Hierfür wird eincL-Aluminium-Oxid vorgeschlagen, welches bereits für Gleit ring dichtung en bekannt und in besonderem Masse korrosionsunempfindlich ist. Diese keramische Mantelschicht an den hochbeanspruchten Zonen des Spurkranzes soll erfindungsgemäss nach dem Aufspritzen durch Einwalzen verdichtet werden.The stipulation, the actual running surface preferably masses with a metallic jacket layer Providing ferromagnetic steel requires the presence of a magnetic field Invoice; a ceramic jacket layer should be sprayed on primarily on the inside of the wheel flange. For this purpose, a cL-aluminum oxide is proposed, which is already known for mechanical seals and is particularly insensitive to corrosion. This ceramic coating layer on the highly stressed According to the invention, zones of the wheel flange should be compacted by rolling in after spraying will.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zur Abwehr von Korrosionsangriffen zwischen dem Aluminiumkörper und der thermisch aufgespritzen Mantelschicht eine ebenfalls thermisch aufgebrachte NiAl-Schicht vorgesehen. According to a further feature of the invention, to ward off corrosion attacks there is also one between the aluminum body and the thermally sprayed-on jacket layer thermally applied NiAl layer provided.

Die Verwendung thermisch gespritzter Mantelschichten auf Radkörpern erlaubt es auch, die von Gummireifen her bekannte Farbmarkierung auf Räder von Schienenfahrzeugen zu übertragen, was bei den üblichen Stahlreifen ausgeschlossen bleibt.The use of thermally sprayed cover layers on wheel bodies also allows the transferring color markings known from rubber tires to the wheels of rail vehicles, which is excluded with the usual steel tires.

Um eine innige Verbindung zwischen Aluminiumkörper und Mantelschicht zu erreichen, kann die Oberfläche des Radkörpers durch Riefen in Längs- und/oder Querrichtung vergrössert werden.In order to achieve an intimate connection between the aluminum body and the cladding layer, the surface of the wheel body is enlarged by grooves in the longitudinal and / or transverse direction will.

Das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemässer Räder für Schienenfahrzeuge zeichnet sich dadurch aus, dass auf einen Radkörper aus Leichtmetall im Bereich der Laufflächen und/ oder des Spurkranzes wenigstens eine Mantelschicht aus metallischem und/oder keramischem Werkstoff auf dem Wege des thermischen Spritzens — vorzugsweise des Plasma-Spritzens — aufgetragen wird, gegebenenfalls nach einer Beschichtung von Lauffläche und/oder Spurkranz durch das thermische Aufspritzen einer NiAl-Schicht. The method for producing wheels according to the invention for rail vehicles is characterized is characterized by the fact that a wheel center made of light metal in the area of the treads and / or of the wheel flange at least one jacket layer made of metallic and / or ceramic Material by means of thermal spraying - preferably plasma spraying - applied is, if necessary after a coating of the running surface and / or wheel flange by thermal spraying of a NiAl layer.

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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.A particular advantage over known wheels is the possibility of using the wheel according to the invention after a certain period of time by thermal spraying back to its original state to move. This method has considerable savings both in terms of costs and in terms of work technology result; it is well known that railway wheels had to be replaced by turning them up to now.

tibersichtlichkeitshalber werden im folgenden nochmals die Vorzüge von Rädern des erfindungsgemässen Äufbaus wiedergegeben:For the sake of clarity, the following again the advantages of wheels of the invention Structure reproduced:

1.) Verringerung des Gewichts durch Verwendung von Aluminium- oder Magnesiumlegierungen;1.) Reduction in weight through the use of aluminum or magnesium alloys;

2.) kleinstmöglicher Durchmesser des Rades; bei Abnutzung im Fahrbetrieb wird die Lauf- oder Spurkranzfläche durch Auftragen einer neuen Schicht korrigiert;2.) smallest possible diameter of the wheel; if worn while driving, the running or flange surface is replaced by applying a corrected new shift;

3.) das für die Signalsteuerung geforderte magnetische Feld im Rad wird begünstigt;3.) the magnetic field in the wheel required for signal control is favored;

4.) durch den kleineren Ε-Modul des Aluminiumkörpers ist die Hertzische Pressung — auf jedem Rad lasten üblicherweise etwa 8 bis 1o t geringer; entsprechend kleiner sind auch die Schläge beim überfahren von Schienenstössen und Weichen;4.) through the smaller Ε module of the aluminum body is the Hertzian pressure - each wheel usually has a load of around 8 to 10 t lower; The impacts when driving over rail joints are correspondingly smaller and switches;

5.) das beschichtete Aluminiumrad ist für hohe Geschwindigkeiten geeignet, was mit den erwähnten gummigefederten Rädern technisch nicht möglich ist.5.) the coated aluminum wheel is suitable for high speeds, what with the mentioned rubber-sprung wheels is not technically possible.

6.) es besteht keine Schrumpfspannung zwischen Radkörper und Mantelschicht im Gegensatz zum bekannten Rad mit aufgezogenem Stahlreifen. 6.) there is no shrinkage stress between Wheel center and casing layer in contrast to the well-known wheel with a mounted steel tire.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description preferred embodiments and based on the drawing; this shows in:

Fig. 1: die schematische Seitenansicht einer Elektrolokomotive;1: the schematic side view of an electric locomotive;

Fig. 2: ein vergrössertes Detail aus Fig. 1 im Querschnitt;FIG. 2: an enlarged detail from FIG. 1 in cross section; FIG.

Fig. 3: ein vergrössertes Detail aus Fig. 2;FIG. 3: an enlarged detail from FIG. 2;

Fig. 4: eine andere Ausführungsforra in einem vergrösserten Detail gemäss der Darstellung nach Fig. 3.Fig. 4: Another embodiment in an enlarged Detail according to the illustration according to FIG. 3.

Eine elektrisch getriebene Lokomotive A auf Schienen 1 weist auf ihrem Dach 2 Stromabnehmer 3 auf, deren Abnahmebügel 4 durch nicht dargestellte Federn gegen eine Oberleitung 5 gehalten werden.An electrically driven locomotive A on rails 1 has 2 current collectors 3 on its roof, the removal brackets 4 of which are held against an overhead line 5 by springs (not shown).

In dem an seinen Stirnseiten von jeweils einem Führerstand 6 begrenzten Fahrzeuginnenraum J befinden sich unterhalb jener Stromabnehmer 3 Vertikallüfter 7 für am Fahrzeugboden 9 angeordnete Fahrmotoren 1o; diese treiben auf den Schienen 1 lastende Räder 11 an.In the vehicle interior J, which is delimited by a driver's cab 6 on each of its front sides, are located below those current collectors 3 vertical fans 7 for traction motors 1o arranged on the vehicle floor 9; these drive wheels 11 bearing on the rails 1.

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Zwisehen 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.Between the vertical fans 7 are in the vehicle interior A main transformer 12 with an oil cooler 13 is housed above an air tank 8 as well as batteries 14 and additional transformer 15.

Neben dem Hauptumspanner 12 erkennt man in Fig. 1 eine Motorluftpumpe 16 sowie einen Lüfter 17 für den ölkühler 13.In addition to the main transformer 12, FIG. 1 shows a motorized air pump 16 and a fan 17 for the oil cooler 13.

In Fig. 2 wird eines der durch eine Radachse 2o des Durchmessers d = 165 mm verbundenen Räder 11 eines Radsatzes 19 wiedergegeben mit einem über die Radaussenfläche 22 hinausragenden Achsschenkel engeren Durchmessers d,. von 12o mm.In FIG. 2, one of the wheels 11 connected by a wheel axle 2o of diameter d = 165 mm of a wheel set 19 shown with a steering knuckle protruding beyond the wheel outer surface 22 narrower diameter d ,. of 12o mm.

Das Rad 11 ist auf den sich in einem Konus von o,2 Prozent verjüngenden Nabensitz 23 aufgeschrumpft. Die Tiefe t der Radnabe 25 beträgt 2oo mm, die maximale .Radbreite b 13 mm.The wheel 11 is shrunk onto the hub seat 23, which tapers in a cone of 0.2 percent. The depth t of the wheel hub 25 is 2oo mm, the maximum wheel width b is 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 einstückige Radscheibe 29; deren Radialprofil Q etwa von Nabenmitte bis Laufkranzmitte geschwungen sowie mit Ausnehmungen 3o versehen ist.From the wheel hub 25 to the running rim 27 resting on the head 26 of the rail 1 with a lateral flange 28 extends a wheel disk 29 integral with the running ring 27 and the wheel hub 25; their radial profile Q is roughly curved from the center of the hub to the center of the tread and is provided with recesses 3o.

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Bei der in Fig. 2 oberhalb der Achsenmitte A dargestellten Ausführungsform umgibt den aus Aluminium oder Magnesium bestehenden Laufkranz 27_f geringer Höhe h ein aufgeschrumpfter Stahlreifen 3o der Stärke k von 4o mm; der gesamte Radius v. -des Rades 11 entspricht dem Radius r~ von 46o mm der unten erkennbaren Ausführungsform mit kompaktem Laufkranz 27.In the embodiment shown in FIG. 2 above the axis center A, the aluminum or magnesium running rim 27 _{f of} low height h is surrounded by a shrunk-on steel tire 3o of thickness k of 40 mm; the entire radius v. The wheel 11 corresponds to the radius r ~ of 46o mm of the embodiment shown below with a compact running ring 27.

Wie insbesondere die Fig. 3, 4 erkennen lassen, ist die aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung bestehende Lauffläche 31 des Laufkranzes 27 mit einer auf dem Wege des Plasmaspritzens aufgebrachten Mantelschicht 32 versehen; diese Mantelschicht 32 ist im Bereich der Lauffläche 31 bevorzugt 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 Schicht 33 vorgesehen, die nach dem Plasmaspritzen durch Einwalzen verdichtet worden ist.As can be seen in particular from FIGS. 3, 4, it is made of an aluminum or magnesium alloy existing running surface 31 of the running ring 27 with a jacket layer applied by plasma spraying 32 provided; this jacket layer 32 is preferably a ferromagnetic steel layer in the area of the running surface 31 designed to ensure reliable response to the electromagnetic signals from the rail system - not shown - to ensure. To the highly stressed inner zones of the wheel flange 28, a ceramic layer 33 is provided according to FIG. 4, which has been compacted by rolling after plasma spraying.

Je nach Abrieb schwanken die Schichtdicken u zwischen 1 und 5 mm.Depending on the abrasion, the layer thicknesses vary between 1 and 5 mm.

Damit das Mass der Abnutzung sichtbar wird, sind beide Schichten mit einer in der Zeichnung mit F kenntlich gemachten Farbmarkierungsschicht versehen.Both layers are marked with an F in the drawing so that the degree of wear can be seen made color marking layer provided.

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Mit 34 ist eine thermisch aufgebrachte NiAl-Schicht zwischen dem Aluinxniumrad 27 und der Mantelschicht 32, 33 bezeichnet; diese Zwischenschicht 34 soll einen eventuellen Korrosionsangriff verhindern.At 34 is a thermally applied NiAl layer between the aluminum wheel 27 and the cladding layer 32, 33; this intermediate layer 34 is intended to prevent a possible corrosion attack.

Lauffläche 31 und Spurkranz 28 sind mit Riefen R versehen, welche die entsprechenden Oberflächen vergrössern.Tread 31 and flange 28 are provided with grooves R, which the corresponding surfaces enlarge.

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Claims

PATENT Attorney PIPL.-ING. HIEBSCH D - 77 SIN GtN, oen 2853990 A.Z. AL-217 sheet -A 1- A N SPRÜCHE

1. Wheel for rail vehicles with a wheel body made of light metal, in particular a forged one Aluminum alloy, which has a running surface and at least one next to it has radial flange,

characterized,

that tread (31) and / or flange (28) with a thermally sprayed metallic and / or ceramic jacket layer (32) are provided.

2. Wheel for rail vehicles with a wheel body made of a magnesium alloy, which is a Having running surface as well as at least one radial flange in addition to this, characterized in that that tread (31) and / or flange (28) with a thermally sprayed metallic and / or ceramic jacket layer (32) are provided.

3. Wheel according to claim 1 or 2, characterized in that the tread (31) and / or flange (28) with a plasma-sprayed metallic and / or ceramic jacket layer (32) are provided.

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4. Wheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tread (31) a metallic jacket layer (32) and at least on the one facing it Side of the wheel flange (28) a ceramic jacket layer (33) is injection-molded.

5. wheel according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the metallic jacket layer (32) made of ferromagnetic Steel is made.

6. Wheel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ceramic Cladding layer (33) made of an O £ aluminum oxide consists.

7. Wheel according to at least one of the claims

1 to 6, characterized in that the Jacket layer (32, 33) is compressed.

8. Wheel according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that in the coat layer (32, 33) is provided with a color layer (F).

9. Wheel according to at least one of the claims

1 to 8, characterized in that between the wheel body (27 to 29; 31) and the jacket layer (32, 33) a thermally sprayed NiAl layer (34) is arranged.

10. Wheel according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the Thickness (u) of the cladding layer (32, 33) is about 1 to 6 mm.

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11. Wheel according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the The surface of the wheel body (27 to 29; 31) is enlarged by grooves (R) or the like.

12. A method for producing a wheel according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that on a wheel body (27 to 29; 31) in the area of the running surface (31) and / or the wheel flange (28) has at least one jacket layer (32, 33) made of metallic and / or ceramic material is applied by thermal spraying.

13. The method according to claim 12, characterized in that on the wheel body (27 to 29; 31) the coating layer (s) (32, 33) is applied by plasma spraying / will.

14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that prior to spraying the Cladding layer / s (32, 33) a NiAl layer (34) is applied.

15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the NiAl layer (34) is thermally sprayed on.

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AL-217 j, -A 4-

16. The method according to claim 15, characterized in that that the Mi Al layer (34) is plasma sprayed.

17. The method according to at least one of claims 12 to 16, characterized in that that on a first coat layer (32, 33) a color layer (F) is applied and on this then a further jacket layer made of the material of the first jacket layer is sprayed on.

18. A method for renewing or repairing one according to at least one of the claims 12 to 17 manufactured wheel, characterized in that on a partially worn Jacket layer (32, 33) their material by means of thermal spraying is applied.

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