DEP0052413DA

DEP0052413DA - Method and device for the production of rail wheels, in particular rail wheels

Info

Publication number: DEP0052413DA
Authority: DE
Inventors: Leon Lidcombe Greenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-01-18

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Eisenbahn- oder anderen Schienenrädern, wobei verbesserte Dämpfungseigenschaften mit einer Erhöhung der Festigkeit und der Verschleisseigenschaften vereinigt werden.The present invention relates to a method for manufacturing railway or other rail wheels, wherein improved damping properties are combined with an increase in strength and wear properties.

Ein Eisenbahn- oder anderes Schienenrad gemäss der Erfindung besteht aus einer Nabe; einem Radkörper, der aus einer Scheibe oder Speichen oder einer Vereinigung derselben stehen kann; einer Felde, deren Lauffläche und Spurkranz aus einem Stück bestehen kann bzw. auf die ein Radreifen aufgezogen werden kann.A railway or other rail wheel according to the invention consists of a hub; a wheel body that can consist of a disc or spokes or a combination of the same; a field whose tread and flange can consist of one piece or onto which a wheel tire can be fitted.

Schienenräder sind Schwingungsstössen intermittierender Art ausgesetzt, welche einen stetigen Lastwechsel innerhalb des Rades zur Folge haben. Dieser Lastwechsel tritt auch in der Achse auf. Eisenhaltige Metalle oder Eisenlegierungen weisen erhebliche Unterschiede bezüglich der Fähigkeit auf, diese Belastungsstösse zu adsorbieren, welche als "Dämpfungsfähigkeit" des Metalls bekannt ist und die als die Eigenschaft des Metalls umschrieben werden kann, Belastungsstösse zu absorbieren und abzuleiten, wenn diese Belastungsstösse unterhalb der Dauerfestigkeitsgrenze liegen.Rail wheels are exposed to intermittent vibrations, which result in constant load changes within the wheel. This load change also occurs in the axis. Ferrous metals or iron alloys show significant differences in their ability to adsorb these shock loads, known as the metal's "damping ability" and which can be described as the metal's ability to absorb and dissipate shock loads when these shock loads are below the fatigue limit .

Es wurde festgestellt, daß Gußeisen und Gußstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt eine hohe Fähigkeit hat, diese Schwingungs- oder Belastungsstöße zu absorbieren und zu dämpfen, obgleich Gußstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt nicht in demselben Maße wirksam ist wie Gußeisen. Andererseits haben Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt und die meisten legierten Stähle eine hohe Fähigkeit, solche Belastungsstösse zu absorbieren und zu dämpfen. Auf dieser Voraussetzung beruht eine allgemeine Tendenz, Metallgefüge herzustellen, die erforderlich sind, um solche ständige Belastungsstösse in Gußeisen oder in den sogenannten "graphitischen" Stählen aufzunehmen.It has been found that cast iron and low carbon cast steel have a high ability to absorb and dampen these vibrations or stresses, although low carbon cast steel is not as effective as cast iron. On the other hand, steels with a high carbon content and most alloy steels have a high ability to absorb and dampen such stress shocks. Based on this premise, there is a general tendency to produce metal structures which are necessary to absorb such constant load shocks in cast iron or in so-called "graphitic" steels.

Räder für rollendes Eisenbahnmaterial, wie sie für Güter- oder Personenwagen im allgemeinen verwendet werden, werden aus den oben angeführten Gründen im allgemeinen aus zwei Klassen von Werkstoff hergestellt, nämlich (1) aus Gußeisen mit einer oberflächengehärteten Schalengußfelge oder (2) aus einem Stahl mit mittlerem oder niedrigem Kohlenstoffgehalt in Form eines Nabenkörpers und einer Felge mit einem auf dem Umfang der Felge aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bestehenden, aufgeschrumpften Radreifen.Wheels for rolling stock, such as those used for goods or passenger cars in general, are generally made of two classes of material for the reasons given above, namely (1) cast iron with a surface-hardened cast iron rim or (2) a steel with medium or low carbon in the form of a hub body and a rim with a wheel tire made of high carbon steel on the periphery of the rim and shrunk on.

Es ist eine feststehende Tatsache, daß weniger Achsbrüche oder Fehler innerhalb der Radnaben auftreten, wenn die Räder aus Gußeisen statt aus Stahl hergestellt sind. Es ist ebenso bekannt, daß weniger Schwingungen sowohl auf die Achse als auch auf den Wagenaufbau übertragen werden, wenn Gußeisenräder verwendet werden als bei Verwendung von Stahlrädern. Während Gußeisenräder den vorerwähnten Vorteil haben, weisen sie jedoch andererseits z.B. folgende Nachteile auf: Neigung des Gußeisenrades zur Rissbildung infolge seines beträchtlich niedrigeren Zugfestigkeitswertes und anderer Werte im Vergleich zu Stahl, die Neigung der Lauffläche und des Spurkranzes im Betrieb zu verbrennen, Zerspanen oder Absplittern der Felge oder des Spurkranzes, was die Verwendung des Rades gefährlich macht, wenn der Fehler nicht entdeckt wird, bevor das Rad in Betrieb genommen wird; da die Felde des Gußeisenrades an der Lauffläche abgeschreckt werden muss, um einen erträglichen Verschleiss zu geben, kann das Rad durch Abdrehen der Lauffläche nicht wieder verwendbar gemacht werden, außerdem ist das Auftragschweissen der Lauffläche nicht durchführbar. Die abgeschreckte Lauffläche weist auch bestimmte Nachteile auf, wenn ein Gußeisenbremsblock auf seinem Umfange angesetzt wird, da zwei gleichartige Metalle miteinander in Berührung kommen. Dies bedingt ein Reissen oder Verbrennen des Metalles der Lauffläche und das Auftreten hoher Temperaturen an der Lauffläche, was die gehärtete Oberfläche weich macht und so Weichstellen verursacht. Diese Weichstellen brennen aus, oder werden der Ausgangspunkt für Anflächungen, wodurch die Lebensdauer des Rades vorzeitig beendet wird.It is a well established fact that when the wheels are made of cast iron rather than steel, there will be fewer axle breaks or defects within the wheel hubs. It is also known that fewer vibrations are transmitted to both the axle and the car body when cast iron wheels are used than when steel wheels are used. On the other hand, while cast iron wheels have the aforementioned advantage, they have, on the other hand, the following disadvantages, for example: the tendency of the cast iron wheel to crack due to its considerably lower tensile strength value and other values compared to steel, the inclination of the tread and burning, chipping or chipping of the wheel flange in use making the wheel dangerous to use if the fault is not detected before the wheel is put into use; Since the field of the cast iron wheel on the running surface has to be quenched in order to provide tolerable wear, the wheel cannot be made usable again by turning off the running surface, and furthermore, build-up welding of the running surface cannot be carried out. The quenched tread also has certain disadvantages when a cast iron brake block is placed on its perimeter because two metals of the same type come into contact with one another. This causes tearing or burning of the metal of the tread and the occurrence of high temperatures on the tread, which softens the hardened surface and thus causes soft spots. These soft spots burn out or become the starting point for flattening, whereby the service life of the wheel is ended prematurely.

Während im Vorstehenden die hauptsächlichen Vor- und Nachteile des Eisenrades geschildert sind, besteht noch ein weiterer erwähnenswerter Vorteil, nämlich, wenn eine aus Stahl hergestellte Achse in die Nabe eines Gußeisenrades eingepresst wird, besteht eine ideale Voraussetzung für einen besseren Sitz, als wenn die Stahlachse in die Nabe eines Stahlrades eingepresst wird. Dies ist auch dem Grunde seit langem bekannt, weil zwei ungleichartige Metalle besser aufeinander arbeiten als zwei gleichartige Metalle. Wenn Stahlräder auf Stahlachsen gelagert werden, besteht immer die Wahrscheinlichkeit, daß beträchtliche Nachteile entstehen. Beispielsweise geschieht es oft, daß, wenn die Pressverbindung zwischen Stahlrad und Achse gelöst wird, es notwendig ist, die Achse vollständig zu erneuern, oder andernfalls die Achse nachzuarbeiten und das Rad durch ein solches zu ersetzen, das eine kleinere Bohrung hat, so daß es auf dem verringerten Durchmesser der Achse aufgepreßt werden kann.While the main advantages and disadvantages of the iron wheel are described above, there is another advantage worth mentioning, namely when an axle made of steel is pressed into the hub of a cast iron wheel, there is an ideal prerequisite for a better fit than if the steel axle is pressed into the hub of a steel wheel. This has long been known for the reason that two dissimilar metals work better on one another than two similar metals. When steel wheels are supported on steel axles, there is always the likelihood of significant disadvantages. For example, it often happens that when the press connection between the steel wheel and the axle is released, it is necessary to remove the axle to completely renew, or otherwise rework the axle and replace the wheel with one that has a smaller bore so that it can be pressed onto the reduced diameter of the axle.

Andererseits weisen Stahlräder gewisse Vorteile gegenüber Gußeisenrädern auf, die wie folgt dargelegt werden können:On the other hand, steel wheels have certain advantages over cast iron wheels, which can be explained as follows:

Die Radreifen können erneuert werden. Bevor die Radreifen als unbrauchbar ausgeschieden werden, können sie nachbearbeitet werden, um das Profil auf die Normalform zum Ausgleich des Verschleisses zu bringen. Radreifen und Rad aus Stahl haben eine weit größere Zugfestigkeit als das Gußeisenrad mit einer weit geringeren Gefahr des Versagens im Betrieb. Es ist beim Bremsen günstiger, wenn ein eiserner Bremsblock auf der Stahllauffläche angepreßt wird, wodurch die Erwärmung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Diesen Vorteil des Stahlrades stehen folgende Nachteile gegenüber:The wheel tires can be replaced. Before the wheel tires are discarded as unusable, they can be reworked to bring the profile to the normal shape to compensate for wear. Wheel tires and wheels made of steel have a far greater tensile strength than the cast iron wheel with a far lower risk of failure in operation. When braking, it is better if an iron brake block is pressed onto the steel running surface, which reduces heating to a minimum. This advantage of the steel wheel is offset by the following disadvantages:

Es hat eine geringere Dämpfungsfähigkeit als das Gußeisenrad; das Aufpressen auf eine Stahlachse ist unbefriedigend, da zwei gleichartige Metalle zusammenkommen. Bei Rädern mit Radreifen besteht die Gefahr des Lockerwerdens des Radreifens; Räder mit Radreifen bedingen zusätzliche Kosten für die Erneuerung des Radreifens, lange bevor das gesamte Metall des Radreifens durch Verschleiß aufgebraucht ist. Oft werden nur 50% des Wertes des Radreifenmetalls zur produktiven Arbeit verwendet. Bei einem vollen Stahlrad (das nach dem gegenwärtigen Stand der Technik gewöhnlich geschmiedet oder warmverformt wird) sind die Dämpfungseigenschaften des Rades infolge der scheibenähnlichen Verbindung zwischen der Nabe und der Felge zusammen mit seiner Herstellung aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt beträchtlich gegenüber Rädern aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Radreifen mit hohem Kohlenstoffgehalt und noch mehr im Vergleich zu Gußeisenrädern vermindert. Es ergeben sich ausserdem beträchtliche praktische Schwierigkeiten zusammen mit zusätzlichen Kosten bei der Herstellung von warmverformten oder geschmiedeten Stahlrädern mit genügend Felgenmetall um mehr als für den Verschleiß Ausgleich zu schaffen, den man von einem auf eine Felge aufgeschrumpften Radreifen erhalten würde. Außerdem zeigt die ständige Eisenbahnbetriebspraxis klar, daß die Kosten geschmiedeter Stahlräder denjenigen für Räder oder Radreifen nahezu gleichkommen, so daß sich durch die Verwendung geschmiedeter Räder nur ein sehr geringer Vorteil erzielen läßt.It has a lower damping capacity than the cast iron wheel; pressing it onto a steel axle is unsatisfactory because two metals of the same type come together. In the case of bicycles with wheel tires there is a risk of the wheel tire becoming loose; Wheels with wheel tires entail additional costs for the renewal of the wheel tire long before all of the metal of the wheel tire is used up through wear. Often only 50% of the value of the tire metal is used for productive work. For a full steel wheel (which in the current state of the art is usually forged or hot worked), the damping properties of the wheel are significant over wheels made of steel due to the disc-like connection between the hub and the rim, along with being made from high carbon steel low carbon and high carbon wheel tires and even more diminished compared to cast iron wheels. There are also considerable practical difficulties, along with additional costs, in making hot-worked or forged steel wheels with enough rim metal to more than compensate for the wear that would be obtained from a wheel tire shrunk onto a rim. In addition, ongoing railroad operating practice clearly shows that the cost of forged steel wheels is close to that of wheels or wheel tires, so that there is very little benefit to be gained from the use of forged wheels.

Ein weiterer Nachteil bei Rädern mit Radreifen besteht darin, daß der periodisch wiederkehrende Belastungswechsel noch durch die Tatsache betont wird, daß, wie gut auch der Radreifen auf die Felge aufgeschrumpft wird, dieser jedoch nicht aus einem Stück mit derselben besteht. Dies bewirkt eine weitere Verschlimmerung der Übertragung von Geräusch von der Schiene auf das Fahrzeug und der Übertragung von Ermüdungsbelastungen vom Rad auf die Achse, was Achsbrüche gewöhnlich innerhalb der Bohrung des Rades zur Folge hat. Solche Achsbrüche in der Bohrung des Rades sind in der Tat sehr ernst, da sie mit den bekannten Erkennungsmitteln sehr schwer feststellbar sind.Another disadvantage of wheels with wheel tires is that the periodically recurring load change is emphasized by the fact that, however well the wheel tire is shrunk onto the rim, it is not, however, made of one piece with the same. This further exacerbates the transmission of noise from the rail to the vehicle and the transmission of fatigue loads from the wheel to the axle, which usually results in broken axles within the bore of the wheel. Such axle breaks in the bore of the wheel are in fact very serious because they are very difficult to detect with the known detection means.

Die vorliegende Erfindung hat die Schaffung eines Rades zum Ziel, das alle Vorteile des Gußeisenrades mit denen des Stahlrades vereinigt.The present invention aims to provide a wheel which combines all the advantages of the cast iron wheel with those of the steel wheel.

Es wurde festgestellt, daß wenn bei einem Stahlrad die Lauffläche und der Spurkranz mit der Felge und der Nabe aus einem Stück besteht, die miteinander entweder durch Scheibenkörper oderIt has been found that if in a steel wheel the tread and the flange with the rim and the hub consists of one piece, which is either by disc body or with each other

Speichen verbunden sind, oder wenn auf die Felge ein Radreifen aufgezogen ist, und ein Gußeisenring in der Nabenbohrung vorgesehen ist, der eine Büchse zur Aufnahme der Achse bildet, die in dem so ausgebildeten Rad auftretenden Belastungsstöße wirksam durch den Gußeisenring absorbiert und abgeleitet werden.Spokes are connected, or when a wheel tire is mounted on the rim, and a cast iron ring is provided in the hub bore, which forms a sleeve for receiving the axle, the load shocks occurring in the wheel formed in this way are effectively absorbed and dissipated by the cast iron ring.

Es ist ein Kennzeichen der vorliegenden Erfindung, daß solche Gußeisenringe in die Nabe des Gußstahlrades nur einzupressen (welches auch ein kostspieligeres Verfahren ist) so hat ein solches Rad nicht die Dämpfungseigenschaften, die durch das Verschmelzen des Stahles mit dem Gußeisenring in der durch die Erfindung angegebenen Weise erzielt werden.It is a feature of the present invention that such cast iron rings are only pressed into the hub of the cast steel wheel (which is also a more expensive process) so that such a wheel does not have the damping properties obtained by fusing the steel with the cast iron ring in the manner specified by the invention Way to be achieved.

Versuche haben gezeigt, daß das Einschmelzen eines Gußeisenringes in die Nabe eines Stahlrades mit aufgeschrumpften Radreifen nicht so wirksam ist wie ein Stahlrad, dessen Spurkranz und Lauffläche aus einem Stück mit der Felge besteht und das einen in die Nabe eingeschmolzenen Gußeisenring hat.Experiments have shown that melting a cast iron ring into the hub of a steel wheel with shrunk-on tires is not as effective as a steel wheel whose flange and tread are one piece with the rim and which has a cast iron ring fused into the hub.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Rad hat folgende Vorteile:The wheel designed according to the invention has the following advantages:

Die Dämpfungseigenschaften des Gußeisens, die Zugfestigkeit und Verschleißeigenschaften eines Stahlrades, den Vorteil, daß bei einem Vollrad kein Radreifen aufgeschrumpft ist; bessere Nachbearbeitungseigenschaften als beim Gußeisenrad und beim Stahlrad sowohl bezüglich des Laufflächenverschleißes im ersteren Fall als auch bezüglich des Laufflächenverschleißes und der Beschädigung der Nabe und/oder der Achse wenn die Stahlachse eingepreßt wird im letzteren Fall. Seine Dämpfungseigenschaften führen Achs- brüche sowohl innerhalb der Nabe des Rades als auch in unmittelbarer Nähe auf ein Mindestmaß zurück. Da der Gußeisenring eine beträchtlich höhere Druckfestigkeit ohne bleibende Verformung hat als eine Stahlnabe, "hält er die Achse" bei Belastungsstössen viel bessern, ohne dass Ermüdungsbelastungen in der Achse innerhalb oder in der Nähe der Nabe auftreten, es bietet bessere Bedingungen für das Einpressen der Achse in die Nabe ohne Gefahr der Beschädigung der Achse und wenn die Zeit kommt, daß diese Preßverbindung gelöst werden muß, besteht wenig Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Sitzfläche der Achse. Das Herstellungsverfahren besteht darin, daß geschmolzener Stahl um den Gußeisenring herumgegossen wird, welche letzterer in ähnlicher Weise wie ein Kern wirkt. Da der geschmolzene Stahl eine viel höhere Schmelztemperatur als das Gußeisen hat, schmilzt er in das Gußeisen in einer vorbestimmten Tiefe um den Ring ein. Die Tiefe des Eindringens hängt von der Dicke des Ringes, der Temperatur, mit welcher der Stahl gegossen wird und von der Anordnung der Zuführung des geschmolzenen Stahles ab. Der Gußeisenring kann auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt werden, um den Schmelzvorgang zu unterstützen. Die Herstellung des Rades geschieht durch ein Schleudergußverfahren.The damping properties of cast iron, the tensile strength and wear properties of a steel wheel, the advantage that no wheel tire is shrunk on a solid wheel; better post-processing properties than the cast iron wheel and the steel wheel both with regard to the tread wear in the former case and with regard to the tread wear and damage to the hub and / or the axle when the steel axle is pressed in in the latter case. Its damping properties lead to axle breaks both within the hub of the wheel and in the immediate vicinity to a minimum. Since the cast iron ring has a considerably higher compressive strength without permanent deformation than a steel hub, it "holds the axle" much better in the event of load shocks, without fatigue loads occurring in the axle within or near the hub, it offers better conditions for the axle to be pressed in into the hub without risk of damaging the axle, and when the time comes that this interference fit must be loosened, there is little chance of damaging the seating surface of the axle. The manufacturing process consists in that molten steel is poured around the cast iron ring, the latter acting in a similar way as a core. Since the molten steel has a much higher melting temperature than the cast iron, it melts into the cast iron at a predetermined depth around the ring. The depth of penetration depends on the thickness of the ring, the temperature at which the steel is cast and the arrangement of the feed of the molten steel. The cast iron ring can be preheated to a certain temperature to support the melting process. The wheel is manufactured using a centrifugal casting process.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Felgen, der Spurkranz und die Lauffläche in einer Metallgußform mit einer Zuführungsrinne oder Rinnen aus feuerfestem, schlecht wärmeleitenden Material gegossen, wobei diese Rinne oder Rinnen so ausgebildet sind, daß das damit in Berührung kommende Metall die Scheibe oder den Speichenstern und mit dem Gußeisenring die Nabe des Rades bildet. Durch dieses Verfahren ist die Abschreckwirkung der Gußform zusammen mit der auf das Metall wirkenden Fliehkraft groß genug, das Metall ohne Härterisse und ohne das Hilfsmittel eines verlorenen Kopfes oder Steigtrichters zu verdichten.According to the present invention, the rims, the wheel flange and the tread are cast in a metal mold with a feed channel or channels made of refractory, poorly thermally conductive material, these channels or channels being designed so that the metal coming into contact with it is the disc or the spoke star and forms the hub of the wheel with the cast iron ring. Through this process, the quenching effect of the mold is combined with the centrifugal force acting on the metal large enough to compact the metal without hardening cracks and without the aid of a lost head or a funnel.

Die Nabe des Rades wird bei einer Ausführungsform der Erfindung durch den äußeren Kopf in der Mitte aus einer Stopfenpfanne ausgegossen. Dieser Giesskopf oder Behälter hat darüber hinaus, daß er der Fliehkraft gestattet, aus ihm Metall abzuziehen, noch die zusätzliche Schwerkraft für die Zuführung des Metalls zur Radgußform.In one embodiment of the invention, the hub of the wheel is poured out of a plug socket through the outer head in the middle. This casting head or container also has the additional force of gravity for feeding the metal to the wheel mold, allowing centrifugal force to pull metal from it.

Das Metall wird durch Rinnen aus feuerfestem Material von der Nabe zur Felge geführt. Eine große Mannigfaltigkeit der Verbindungen zwischen der Nabe und der Felge für die Ausbildung des Radkörpers kann durch die Ausgestaltung dieser Rinne in Form von Speichen verschiedenartiger Gestalt oder in Form einer Scheibe mit Aussparungen entweder zur Gewichtsverringerung oder zur Aufnahme von Versteifungen erzielt werden. Da das Metall im Schleudergiessverfahren soweit nötig in eine Metallkokillenform gegossen wird, entsteht an diesen Stellen ein feinkörniges Gefüge, wodurch die Lebensdauer des Rades wesentlich erhöht wird.The metal is fed from the hub to the rim through channels made of refractory material. A great variety of connections between the hub and the rim for the formation of the wheel body can be achieved by designing this groove in the form of spokes of various shapes or in the form of a disc with recesses either to reduce weight or to accommodate stiffeners. Since the metal is poured into a metal chill mold as far as necessary using the centrifugal casting process, a fine-grain structure is created at these points, which significantly increases the service life of the wheel.

Der Gußeisenring ist auf seiner Außenfläche vorzugsweise gerillt und mit Flanschen ausgebildet oder erhält eine Oberflächengestaltung, die das Anschmelzen des geschmolzenen Stahls sowie die Erzielung einer mechanischen Bindung unterstützt. Auf der Außenfläche des Ringes kann ein Flußmittel aufgebracht werden, um das Verschmelzen zu erleichtern. Wo eine Vorerwärmung des Ringes gewünscht wird, können elektrische Heizvorrichtungen verwendet werden.The cast iron ring is preferably grooved on its outer surface and designed with flanges or is given a surface design that supports the melting of the molten steel and the achievement of a mechanical bond. A flux can be applied to the outer surface of the ring to facilitate fusing. Where preheating of the ring is desired, electrical heaters can be used.

Eine weitere Ersparnis, die sich mit diesem Rad erzielen läßt, besteht darin, daß bei einer Gußeisenbohrung in der Nabe die Bearbeitung auf die genauen Toleranzen, wie sie für das Einpressen der Achse erforderlich sind, schneller und leichter möglich ist.Another saving that can be achieved with this wheel is that there is a cast iron bore in the hub machining to the exact tolerances required for pressing in the axis is quicker and easier.

Bei Rädern mit Scheibenkörpern haben Aussparungen, die für den Zweck der Aufnahme von Versteifungen vorgesehen werden, eine Spannungsanhäufung auf dem Teilkreis der Aussparungen zur Folge, welche den gesamten Aufbau schwächen.In the case of wheels with disc bodies, recesses which are provided for the purpose of accommodating stiffeners result in an accumulation of stress on the pitch circle of the recesses, which weakens the entire structure.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Scheibe so auszubilden, daß die sich um den Teilkreis der Aussparungen anhäufenden Belastungsspannungen wirksam absorbiert werden, so daß das Rad an diesen Stellen nicht schwächer wird als an deren Punkten.It is a feature of the present invention to design the disc so that the loading stresses accumulating around the pitch circle of the recesses are effectively absorbed so that the wheel does not become weaker at these points than at their points.

Gemäß dem vorerwähnten Merkmal der vorliegenden Erfindung hat das Rad um diese Aussparungen herum an einer Seite oder an beiden Seiten derselben einen Randwulst, der von der Kante der Aussparung bis zum Körper der Scheibe eine gekrümmte Oberfläche und einen solchen Querschnitt hat, daß genügend Metallmasse vorgesehen ist, um die durch die Aussparungen in der Scheibe erzeugten Spannungsanhäufungen im wesentlichen zu absorbieren.According to the aforesaid feature of the present invention, around these recesses, the wheel has, on one or both sides thereof, an edge bead which, from the edge of the recess to the body of the disc, has a curved surface and a cross-section such that sufficient metal mass is provided in order to substantially absorb the stress accumulations generated by the recesses in the disc.

Zwischen den Aussparungen kann die Scheibe mit erhabenen Vorsprüngen an einer oder an beiden Seiten derselben versehen werden. Diese Vorsprünge können die Form radialer Speichen haben oder gekrümmt sein. Die Größe und Form dieser Vorsprünge ist derart, daß mit dem vorerwähnten Randwulst eine völlig gleichförmige Verteilung der Spannung erzielt wird. Ähnliche erhabene Vorsprünge können in Ausfluchtung mit den Aussparungen in der Scheibe entweder radial oder am Teilkreis angeordnet werden.Between the recesses, the disc can be provided with raised projections on one or both sides of the same. These protrusions can be in the form of radial spokes or they can be curved. The size and shape of these projections is such that a completely uniform distribution of the stress is achieved with the aforementioned edge bead. Similar raised protrusions can be arranged in alignment with the recesses in the disk either radially or on the pitch circle.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, Schlitze für die Kühlluft im Körper des Rades neben der Felge des Körpers vorzusehen. Radial oder ähnliche Schaufeln können statt oder zusätzliche zu den Schlitzen auf der Scheibe vorgesehen sein, um eine auf die Zapfen oder Lager gerichtete Kühlluftströmung zu erzeugen. Auch kann auf das nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung hergestellte Rad zusätzlich ein Radreifen aufgezogen werden.It is a further feature of the invention to provide slots for the cooling air in the body of the wheel adjacent to the rim of the body. Radial or similar blades can be provided instead of or in addition to the slots on the disk in order to generate a cooling air flow directed towards the journals or bearings. A wheel tire can also be fitted onto the wheel produced according to a further embodiment of the invention.

Der wesentliche Teil einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und zwar zeigen Abb. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kokille teilweise im Schnitt; Abb. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Mitte der Kokille; Abb. 3 einen Schnitt durch ein Rad; Abb. 4 und 5 Teilschnitte, die die verschiedenen Verfahren zur Einfüllung des Metalls in die Radgußform zeigen; Abb. 6 und 7 perspektivische Ansichten von Teilen erfindungsgemäß ausgebildeter Räder.The essential part of an apparatus for carrying out the invention is shown in the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a perspective view of a mold partly in section; Fig. 2 is a vertical section through the center of the mold; Fig. 3 is a section through a wheel; Figures 4 and 5 are partial sections showing the various methods of filling the metal into the wheel mold; FIGS. 6 and 7 are perspective views of parts of wheels designed according to the invention.

In den Zeichnungen bezeichnet 10 einen hohlen Sockel, der auf einem (nicht gezeigten) Fundament in der Weise angeordnet ist, daß er mit veränderlicher Drehzahl in Umdrehung versetzt werden kann. Die zur Drehung des Sockels verwendete Vorrichtung kann von der üblichen Art sein, so daß deren genauere Beschreibung nicht erforderlich ist. Im Sockel ist vorzugsweise ein Radausstoßstempel 11 mit Mitteln zur Betätigung desselben vorgesehen.In the drawings, 10 denotes a hollow base which is arranged on a foundation (not shown) in such a way that it can be set in rotation at a variable speed. The device used to rotate the base may be of the usual type and therefore it is not necessary to describe it in more detail. A wheel ejector 11 with means for actuating the same is preferably provided in the base.

Die Gußform oder der Formkasten besteht aus einer unteren Formkastenhälfte 12 und einer oberen Formkastenhälfte 13. Die untere Formkastenhälfte 12 ist auf dem Sockel 10 gelagert. Zwischen dem Sockel und dem Boden des Teiles 12 sind Entlüftungshohlräume vorgesehen. Der Sockel hat einen axialen Hohlraum 14 um den Durchtritt des Ausstoßstempels in dem Formkasten zu ermöglichen. Eine aus der Wand des Hohlraumes herausgebildete Schulter 15 bildet ein Bett für den Mittelkern 16, der aus feuerfesten Stoffen besteht und auf einer Metallplatte 17 gelagert ist, wobei diese Platte Bohrungen zur Entlüftung enthält. Der Boden der unteren Formkastenhälfte ist als Bett für den unteren Teil 18 eines Radscheibenkörper- oder Speichenkerns aus feuerfestem Material ausgebildet, das zweckmässig aus vier Abschnitten besteht (siehe Abb. 1) und die gewünschte Formgebung für die Speichenrippung - wie bei 19 (siehe Abb. 5 und 6) angegeben - und Vorsprünge für Aussparungen - wie bei 20 angegeben - hat. Die innere Kante dieses Scheiben- oder Speichenkerns 18 erstreckt sich bis zum Mittelkern 16, die äussere Kante endet an der Radfelgenbegrenzung der unteren Formkastenhälfte 12. Die Felge, die Lauffläche und der Spurkranz eines Rades werden in der unteren Hälfte 12 des Formkastens gegossen, welche, wie in den Zeichnungen dargestellt, Abschreckungsflächen aus Metall für diese Teile vorsieht. Die Flächen des Formkastens 12 für die Lauffläche und den Spurkranz erstrecken sich nach oben und seitlich auswärts, wodurch außer der richtigen Gestaltung dieser Teile auch ein freier Auslaß für den Austritt von Gasen während des Giessvorgangs geschaffen wird.The casting mold or the molding box consists of a lower molding box half 12 and an upper molding box half 13. The lower molding box half 12 is mounted on the base 10. Ventilation cavities are provided between the base and the bottom of the part 12. The base has an axial cavity 14 to allow the ejector punch to pass through the molding box. One Shoulder 15 formed from the wall of the cavity forms a bed for the central core 16, which consists of refractory materials and is mounted on a metal plate 17, this plate containing holes for ventilation. The bottom of the lower half of the molding box is designed as a bed for the lower part 18 of a wheel disc body or spoke core made of refractory material, which expediently consists of four sections (see Fig. 1) and the desired shape for the spoke ribs - as at 19 (see Fig. 5 and 6) - and projections for recesses - as indicated at 20 - has. The inner edge of this disc or spoke core 18 extends to the central core 16, the outer edge ends at the rim boundary of the lower molding box half 12. The rim, the tread and the flange of a wheel are cast in the lower half 12 of the molding box, which, as shown in the drawings, provides metal quenching surfaces for these parts. The surfaces of the molding box 12 for the running surface and the wheel flange extend upwards and laterally outwards, whereby, in addition to the correct design of these parts, a free outlet for the escape of gases during the casting process is created.

Der obere Teil 21 eines Radscheibenkörper- oder Speichenkerns, der ebenfalls aus feuerfestem Material besteht, hat Oeffnungen 22 zur Aufnahme der Kerne 23 für die Aussparungen. Dieser obere Teil 21 besteht ebenfalls aus Abschnitten, wobei der obere und untere Teil durch Schultern 24 an den Kernen 23 in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden. Stifte, die in einen Teil eingetrieben werden und aus diesem mit dem erforderlichen Abstand herausragen, dienen ebenfalls dazu, die Teile in einem bestimmten Abstand voneinander zu halten.The upper part 21 of a wheel disc body or spoke core, which is also made of refractory material, has openings 22 for receiving the cores 23 for the recesses. This upper part 21 also consists of sections, the upper and lower parts being held at a certain distance from one another by shoulders 24 on the cores 23. Pins that are driven into a part and protrude from it at the required distance also serve to keep the parts at a certain distance from one another.

Wenn ein Scheibenrad ohne Speichenrippen oder Aussparungen hergestellt werden soll, werden Stifte nur dazu verwendet, den oberen Teil in einen bestimmten Abstand über dem unteren Teil zu halten.If a disc wheel is to be made without spoke ribs or recesses, pins are only used to hold the upper part a certain distance above the lower part.

Die obere Hälfte 13 des Formkastens sitzt auf einer aus der unteren Formkastenhälfte 12 herausgebildeten Schulter 25 auf und hält den Kernteil 21 in der Lage. Dieser Oberteil 13 des Formkastens wird durch Keile 26 in der Lage gehalten, welche in Keilkäfige 27 eingesetzt werden, die am Unterteil 12 herausgebildet oder gelagert sind. Die Keile 26 erstrecken sich in einem schiefen Winkel nach auswärts, wie in Abb. 1 und 2 gezeigt, so daß sie leicht eingeschlagen und in ähnlicher Weise wieder herausgenommen werden können, wobei sie durch die Fliehkraft der umlaufenden Gußform festgespannt werden. Die Formkastenteile 12 und 13 bestehen vorzugsweise aus Gußeisen. Der Oberteil 13 hat einen ringförmigen Einsatz 28 aus Metall, der in eine axiale Aussparung im Oberteil des Formkastens eingesetzt ist. Die Einführung des Einsatzes 28 geschieht von innen, wobei er an den Schultern 29 zur Anlage kommt, so daß er durch das beim Giessvorgang einfliessende Metall nicht aus seiner Lage gebracht werden kann. Die Bohrung dieses ringförmigen Einsatzes verjüngt sich ebenfalls. Der Giesskern 30 wird von innen eingesetzt, so daß er durch das einfliessende Metall nicht aus seiner Lage gebracht werden kann. In diesem Giesskern sind Gasentlüftungsöffnungen 31 vorgesehen. Der Einsatz 28 ist angeordnet, da er der einzige Teil der Gußform ist, wo das frisch geschmolzene Metall offensichtlich mit seiner ursprünglichen Wärme und Strömungsgeschwindigkeit mit einem Metallteil der Giessform in Berührung kommt. In allen anderen Teilen kommt das frisch geschmolzene Metall zuerst mit dem feuer- festen Material in Berührung. Für den Fall, daß das Metall des Rades am ringförmigen Einsatz hängen bleibt, wird der Einsatz aus dem oberen Teil 13 des Formkastens herausfallen, wenn das Rad herausgenommen wird. Der Einsatz kann dann vom Rad getrennt werden, ohne daß der Gebrauch des Formkastens dadurch unterbrochen wird.The upper half 13 of the flask sits on a shoulder 25 formed from the lower flask half 12 and holds the core part 21 in position. This upper part 13 of the molding box is held in position by wedges 26 which are inserted into wedge cages 27 which are formed or supported on the lower part 12. The wedges 26 extend outwardly at an oblique angle, as shown in Figs. 1 and 2, so that they can be easily hammered in and removed again in a similar manner, being held in place by the centrifugal force of the rotating mold. The molding box parts 12 and 13 are preferably made of cast iron. The upper part 13 has an annular insert 28 made of metal, which is inserted into an axial recess in the upper part of the molding box. The insert 28 is introduced from the inside, whereby it comes to rest on the shoulders 29 so that it cannot be moved out of its position by the metal flowing in during the casting process. The bore of this annular insert is also tapered. The casting core 30 is inserted from the inside so that it cannot be moved out of its position by the metal flowing in. Gas vent openings 31 are provided in this casting core. The insert 28 is arranged because it is the only part of the mold where the freshly molten metal will obviously come into contact with a metal part of the mold at its original heat and flow rate. In all other parts, the freshly melted metal comes first with the fire solid material in contact. In the event that the metal of the wheel gets caught on the annular insert, the insert will fall out of the upper part 13 of the molding box when the wheel is removed. The insert can then be separated from the wheel without interrupting use of the molding box.

Der Gußeisenring 32, der in die Nabe des Rades eingeschmolzen wird, ist so gelagert, daß der geschmolzene Stahl um diesen herumgegossen werden kann. In Abb. 2 ist der Gußeisenring 32 auf dem Mittelkern 16 gelagert, welcher, wie gezeigt, mit Stufen ausgebildet ist, um ein Auflager für den Gußeisenring und für den unteren Kern 33 vorzusehen, der über dem oberen Rand des Gußeisenringes hinausragt und ein Auflager für den Giesskern 30 bildet. Der untere Kern 33 kann aus einem Stück mit dem Giesskern 30 gebildet werden. In jedem Falle sind Auslässe 34 vorgesehen, die mit dem Nabenhohlraum 35 und durch diesen mit dem gesamten Radhohlraum, wie oben beschrieben, in Verbindung stehen.The cast iron ring 32 which is melted into the hub of the wheel is supported so that the molten steel can be poured around it. In Fig. 2, the cast iron ring 32 is mounted on the central core 16, which, as shown, is formed with steps to provide a support for the cast iron ring and for the lower core 33 which protrudes above the upper edge of the cast iron ring and a support for the casting core 30 forms. The lower core 33 can be formed in one piece with the casting core 30. In any case, outlets 34 are provided which communicate with the hub cavity 35 and through it with the entire wheel cavity, as described above.

Bei der in Abb. 4 gezeigten Bauart sitzt der Giesskern 30 auf dem oberen Rand des Gußeisenringes 32 auf und hat eine Verlängerung 36, die sich in den Ring 32 erstreckt und in einen hohlen unteren Kern 37 übergeht, welcher unterhalb des Ringes 32 Auslässe 38 zum Nabenhohlraum 35 hat. Diese Konstruktion sieht einen steigenden Guß zum Nabenhohlraum und von diesem Hohlraum zu den anderen Teilen des Rades vor.In the design shown in Fig. 4, the casting core 30 sits on the upper edge of the cast iron ring 32 and has an extension 36 which extends into the ring 32 and merges into a hollow lower core 37, which below the ring 32 outlets 38 to Hub cavity 35 has. This construction provides a rising cast to the hub cavity and from that cavity to the other parts of the wheel.

In der in Abb. 5 gezeigten Bauart hat der Gußeisenring 32 Öffnungen 39 und die Verlängerung 40 des Giesskernes 30 hat entsprechende Auslässe 41, die diesen gegenüberliegen. Der untere Kern 42 trifft sich mit der Verlängerung 40, wie oben beschrieben.In the type shown in Fig. 5, the cast iron ring 32 has openings 39 and the extension 40 of the casting core 30 has corresponding outlets 41 opposite them. The lower core 42 meets the extension 40 as described above.

Statt der obenerwähnten Scheibenkerne aus feuerfestem Material ist es möglich, einen Metall- oder anderen Schalengußkern zu verwenden, der ebenfalls aus Abschnitten herzustellen wäre und Ausdehnungsspalte zwischen den mit feuerfestem Material gefüllten Abschnitten hat.Instead of the above-mentioned disc cores made of refractory material, it is possible to use a metal or other shell cast core which would also be made from sections and has expansion gaps between the sections filled with refractory material.

Beim Giessvorgang wird das Metall eingegossen, während die Giessform steht oder mit geringer Geschwindigkeit umläuft. Nach Beendigung des Giessvorganges wird die Giessform mit einer Drehzahl gedreht, die notwendig ist, um eine Verfestigung der geschmolzenen Masse zu bewirken.During the casting process, the metal is poured in while the casting mold is stationary or rotating at low speed. After completion of the casting process, the mold is rotated at a speed that is necessary to bring about solidification of the molten mass.

Es ist im Rahmen der Erfindung ein Rad herzustellen, das, als Scheibenrad mit oder ohne Aussparungen, als Speichenrad, oder als eine Kombination eines Scheiben- und Speichenrades ausgebildet ist.Within the scope of the invention, a wheel is to be produced which is designed as a disk wheel with or without recesses, as a spoke wheel, or as a combination of a disk and spoke wheel.

Es ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung, ein Rad zu schaffen, das mit Kühlrippen, wie beispielsweise bei 44 angegeben, und/oder mit Schlitzen für die Kühlluft, wie beispielsweise bei 45 angegeben, versehen ist. Eine Bremstrommel kann ebenfalls in das Rad als Teil des Gußkörpers eingebaut werden.It is also within the scope of the invention to create a wheel which is provided with cooling fins, as indicated at 44, for example, and / or with slots for the cooling air, as indicated at 45, for example. A brake drum can also be built into the wheel as part of the cast body.

Während die Erfindung in erster Linie darauf abzielt, ein im Schleudergußverfahren gegossenes Stahlrad mit einem als Büchse in der Nabe angeordneten Gußeisenkern zu schaffen, so ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres, daß das beschriebene Verfahren für den Guß eines Stahlrades ohne die Anordnung eines Gußeisenkerns für die Nabe verwendet werden kann. In solchen Fällen kann ein Gußeisenkern in die Nabe nach der Fertigstellung des Rades eingepreßt werden, oder überhaupt weggelassen werden. Wenn der Gußeisenkern in das fertig gegossene Rad eingesetzt werden soll, müssen die Kerne entsprechend dem Raum für den Gußeisenkern geändert werden. Keine Änderung der Kerne ist erforderlich, wenn der Gußeisenring in Wegfall kommt.While the invention is primarily aimed at creating a centrifugally cast steel wheel with a cast iron core arranged as a liner in the hub, it will be apparent to those skilled in the art that the method described can be used for the casting of a steel wheel without the arrangement of a cast iron core for the hub can be used. In such cases a cast iron core can be pressed into the hub after the completion of the wheel, or it can be omitted at all. When If the cast iron core is to be inserted into the finished cast wheel, the cores must be changed according to the space for the cast iron core. No change to the cores is required if the cast iron ring is omitted.

Um die Giessarbeit in im wesentlichen ununterbrochenen Arbeitsgängen durchführen zu können, ist eine Reihe von Formkästen von der im Vorstehenden beschriebenen Bauart mit Sockeln auf einer Drehscheibe angeordnet. Die Drehscheibe kann dazu verwendet werden, die Formkästen durch Drehung in die für den Zusammenbau, die Giessarbeit und das Auseinandernehmen erforderlichen Stellungen zu bringen.In order to be able to carry out the casting work in essentially uninterrupted operations, a number of molding boxes of the type described above with bases are arranged on a turntable. The turntable can be used to bring the molding boxes by rotation into the positions required for assembly, casting and dismantling.

Claims

1. A method for the production of rail wheels, in particular railway wheels, characterized in that the hub with the wheel body and the rim in a mold rotatable about its central axis using the centrifugal forces to compress the casting material, for example without using a funnel, is poured into the Hub bore a pre-cast cast iron sleeve is cast in with.

2. The method according to claim 1, characterized in that the running surface of the wheel is made in one piece together with the rest of the wheel body in the same casting process.

3. The method according to claim 1, characterized in that in the disc body of the wheel distributed over the circumference, for example circular recesses are poured, which are provided with a bead in such a way that any material stresses caused by the recesses are compensated by their cross-sectional shape.

4. Apparatus for performing the method according to claims 1 to 3 for the production of a rail, in particular a railway wheel, characterized in that a mold is used in which a core (33) is arranged for the hub cavity and in the for the recesses in Cores (21, 24) required for the wheel body, one or more channels are provided in which the cast material is guided to the wheel rim and in which the surface in the mold is used to deter the wheel rim.

5. rail, in particular railway wheel, manufactured according to claims 1-4, characterized in that a wheel tire is mounted on the wheel.

6. Rail, in particular railway wheel, manufactured according to claims 1 to 4, characterized in that in the case of the rim with tread and flange produced in a chill mold, the tread is cooled by suitable deterrent surfaces on the chill mold and thus hardened.

7. rail, in particular railway wheel according to claims 5 and 6, characterized in that the wheel body consists of spokes.

8. rail, in particular railway wheel according to claims 5 to 7, characterized in that the wheel body is designed as a disc provided with recesses made in the casting process.

9. rail, in particular railway wheel according to claims 5 to 8, characterized in that blades are cast on the disc body in such a way that a cooling air flow directed towards the pin or the bearing is produced.

10. Rail, in particular railway wheel according to claims 5 to 9, characterized in that extending slots are cast in or through the rim, which are used to generate a flow of cooling air.