SE511411C2

SE511411C2 - Förfarande för att förbättra egenskaper på järnvägshjul och järnvägshjul

Info

Publication number: SE511411C2
Application number: SE9701173A
Authority: SE
Inventors: Johan Lennart Olofsson
Original assignee: Duroc Ab
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 1999-09-27
Also published as: WO1998043834A1; BR9808634A; SE9701173D0; SE9701173L; EP0971825A1; JP2001517177A; AU6861398A

Description

511 411 2_ bl.a. vad gäller ytutmattning och dä de bibringas höga rullhastigheter och höga belastningar och da de utsättes för luft- och regnföroreningar. Detta àstadkommes enligt uppfinningen genom att det inledningsvis nämnda förfaran- det uppvisar de kännetecken som i huvudsak framgár av efterföljande patentkrav l.

Genom att järnvägshjulen framställs i enlighet med nämnda kännetecken utnyttjas de goda egenskaperna av dess beprö- vade grundmaterial samtidigt som de erhàller bättre egen- skaper vad gäller ytutmattning och att förhindra sprick- bildning, orundhet och korrosionsangrepp än vad grundmate- rialet skulle kunna àstadkomma. Dessutom erhàlles ett järnvägshjul med erforderlig ytjämnhet.

Det till grund för uppfinningen liggande problemet löses också med hjälp av ett järnvägshjul, vars kännetecken framgär av efterföljande patentkrav 19.

Uppfinningen skall nedan förklaras närmare med hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka figur l med en perspektivvy illustrerar en del av ett järn- vägshjul frán vilket sädana grundmaterialdelar som kan komma att uppvisa sprickor eller uppvisat sprickor svarvats bort; figur 2 illustrerar samma vy av järnvägshjulet enligt figur l vilket kompletterats med kompletteringsytskikt; figur 3 illustrerar samma vy av järnvägshjulet som i figur l vilket kompletterats med kompletteringsytskikt med annan placering än i figur 2; figur 4 illustrerar samma vy av järnvägshjulet som i figur l vilket kompletterats med kompletteringsytskikt med annan placering än i figur l och 2; och ._ 511411 figur 5 illustrerar ett snitt av järnvägshjulet enligt figur 1 under päläggning av kompletteringsytskikt.

Pà ritningarna illustreras en del av ett järnvägshjul 1, som skall kompletteras med ett kompletteringsytskikt. Det illustrerade järnvägshjulet 1 bestàr av ett grundmaterial 2, t.ex. stàl, och uppvisar en hjulbana 3 och en spär- fläns 4. I figur 1 betecknar 5 och 6 sàdana delar av hjul- banan 3, som utsättes för stora päfrestningar dà järnvägs- hjulet 1 rullar pà rälen. Nämnda delar 5, 6 kan exempel- vis utgöras av sàdana delar av hjulbanan 3 som uppvisar eller förväntas uppvisa sprickor som bildats eller för- väntas komma att bildas pá grund av utmattning av grund- materialet 2, exempelvis om järnvägshjulet 1 användes pà höghastighetståg.

För att förbättra egenskaperna hos järnvägshjulet 1 bort- tages ett ytskikt 7 och 8 av grundmaterialet 2 inom nämnda delar 5 och 6. Detta kan verkställas genom att nämnda yt- skikt 7 och 8 svarvas bort eller slipas bort eller tages bort pà annat sätt. Exempelvis kan järnvägshjulet 1 i detta syfte placeras i en roterande anordning (ej visad) för att roteras i förhållande till en ytskiktbearbetnings- anordning, t.ex. ett svarvstal (ej visat). Genom att yt- skikten 7, 8 av grundmaterialet 2 tages bort uppstàr runt om järnvägshjulet 1 gàende fördjupningar 9, 10.

Järnvägshjulet l kan därefter placeras i en annan rote- rande anordning (ej visad) för att roteras i förhállande till ett aggregat 11. Detta är avsett att utsätta grund- materialet 2 vid fördjupningarna 9, 10 för värmestrálning, företrädesvis för högenergistrálning i form av laserstràl- ning 12, för att smälta nämnda grundmaterial 2 i fördjup- ningarnas 9, lO botten.

Aggregatet 11 är avsett att, samtidigt som nämnda grund- material 2 bringas smälta, till smältan 13 tillföra ett 511411 eller flera tillsatsmaterial 14, 15 av sádan typ att det när smältan 13 kallnat bildas kompletteringsytskikt 16, 17 med andra egenskaper än grundmaterialet 2.

Denna smältning och materialtillförsel sker sà att kom- pletteringsytskikten 16, 17 bildas av làngsträckta strängar 18, som uppkommer genom att nämnda smälta 13 bildas och fär stelna. Strängarna 18 kan placeras sä tätt intill varandra att de delvis överlappar varandra (sàsom visas i figurerna 2 och 4) eller placeras med sädana mellanrum 19 i förhållande till varandra att järnvägs- hjulet 1 i nämnda mellanrum 19 har en ytteryta 20 av grundmaterial 2.

Som exempel kan nämnas att det ena kompletteringsytskik- tet 16 kan placeras pä hjulbanan 3 nära inre delar av järnvägshjulet 1 och det andra kompletteringsytskiktet 17 kan placeras nära spàrflänsen 4.

Vidare kan bredden A pà kompletteringsytskiktet 16 väl- jas sà att denna bredd ungefär motsvarar en tredjedel av hjulbanans 3 hela bredd B och bredden C pà kompletterings- ytskiktet 17 kan väljas sä att denna bredd är mindre än ovannämnda bredd A. Kompletteringsytskikten 16, 17 kan placeras pà sàdant avstànd fràn varandra att det mellan dem bildas ett mellanrum 21 med en ytteryta 20 av grund- material 2 och detta mellanrum 21 kan väljas att uppvisa en bredd D, som är nagot mindre än bredden A pà komplette- ringsytskiktet 16.

Strängarna 18 kan placeras sä att de sträcker sig runt järnvägshjulet l (som visas i figurerna 2 eller 3) eller sä att de sträcker sig snett i förhàllande till järnvägs- hjulets 1 axel och har en vinkel a pà 20-90° i förhal- lande till denna axel (vars riktning är markerad med A i figur 4). 5_ 511411 Till smältan 13 kan tillföras sàdant eller sàdana till- satsmaterial 14, 15 att kompletteringsytskiktet eller -skikten 16, 17 bl.a. medger a) bättre sprickbildningsmotstáende egenskaper än vad grundmaterialet 2 medger och/eller b) bättre ytutmattningsmotstàende egenskaper än vad grundmaterialet 2 medger och/eller c) bättre egenskaper att bevara den cirkulära formen pà hjulbanan 3 än vad grundmaterialet 2 medger och/ /eller d) bättre egenskaper att motverka korrosion än om järn- vägshjulet 1 endast bestàr av grundmaterialet 2.

Till smältan 13 kan dessutom tillföras sàdant eller sadana tillsatsmaterial 14, 15 att kompletteringsytskikten 16, 17 uppvisar elektriskt ledande egenskaper för att det skall kunna uppstà atminstone viss elektrisk kontakt mellan järnvägshjulet 1 och räl, som detta har kontakt med, via nämnda kompletteringsytskikt 16, 17 även om denna elekt- riska kontakt inte är lika god som den elektriska kon- takten grundmaterialet 2 kan ge.

Kompletteringsytskikten 16, 17 kan placeras sa att ytter- ytorna 20 av grundmaterialet 2 kan komma i kontakt med rälen för att ástadkomma elektrisk kontakt mellan grund- materialet 2 och rälen. Vidare kan kompletteringsytskik- ten 16, 17 placeras sa att ytterytorna 20 av grundmateria- let 2 pà àtminstone ett av järnvägshjulen 1 pà en järn- vägsvagn kommer att anligga mot rälen dà järnvägsvagnen körs pà dessa sà att det därvid alltid finns elektrisk kontakt mellan àtminstone nagot av järnvägshjulen 1 och rälen. 511411 Tillsatsmaterialet 14, 15 väljes företrädesvis ocksa i beroende av typen pà järnvägshjulets 1 grundmaterial 2 och/eller den nivà av ovannämnda förbättrande egenskaper man önskar. Sålunda kan tillsatsmaterialet 14, 15 vara en metall, en metallegering eller en metallblandning och/ /eller àtminstone en keram. Nämnda metallmaterial 14 kan exempelvis vara järn, kobolt eller nickel och nämnda ke- ramer 15 kan exempelvis vara volframkarbid, titankarbid, vanadin, neobkarbid eller tantalkarbid.

Uppfinningsförfarandet och uppfinningsföremàlet är inte begränsat till denna beskrivning eller bifogade ritningar utan kan variera inom ramen för efterföljande patentkrav.

Som ej närmare beskrivna alternativ kan nämnas att ett eller flera kompletteringsytskikt 16, 17 kan anordnas pä spàrflänsen 4, att järnvägshjulet 1 kan förses med ett eller flera kompletteringsytskikt 16, 17 pä spàrflänsen 4, att de nämnda fördjupningarna 9 och 10 lämpligen kan fyl- las med kompletteringsytskikt 16, 17 sä att kompletterings- ytskiktens 16, 17 ytterytor 22, eventuellt efter tilljäm- nande ytbehandling, exempelvis slipning, kommer att ligga i nivá med ytterytorna 20 av intilliggande grundmaterial 2 och att de ställen av järnvägshjulet 1 som skall förses med kompletteringsytskikt 16, 17 förvärmes.

Claims

511411 Patentkrav: II Il Il II II II Il II II II

1. Förfarande för att förbättra egenskaper pà järnvägshjul, k ä n n e t e c k n a t a v att a) àtminstone ett ytskikt av grundmaterialet borttages pà sädana delar (5 och/eller 6) av järnvägshjulet (l) som upp- visar eller förväntas uppvisa sprickor som bildats eller kan komma att bildas da järnvägshjulet (l) belastas vid användning, exempelvis då detsamma bibringas höga rull- hastigheter vid användning pà höghastighetståg, b) grundmaterialet i den eller de genom borttagning av grundmaterial bildade fördjupningen eller fördjupningarna smältes genom värmestrálning, företrädesvis laserstràlning, c) till smältan av nämnda grundmaterial i fördjupningen eller fördjupningarna tillföres tillsatsmaterial för att bibringa järnvägshjulet ytterligare egenskaper utöver de egenskaper som grundmaterialet kan ge detsamma, d) strängar (18) av nämnda tillsatsmaterial placeras bredvid varandra i fördjupningen eller fördjupningarna tills denna eller dessa är fyllda, och e) kompletteringsytskikt (16 och/eller 17) som bildas i fördjupningen eller fördjupningarna av nämnda bredvid varandra placerade strängar (18) ytbehandlas sä att dess yta kommer att ligga i nivå med en ytteryta (20) av in- tilliggande grundmaterial (2).

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a t a v att nämnda ytskikt (7 och/eller 8) av grund- materialet (2) borttages, företrädesvis svarvas eller sli- pas bort, genom att järnvägshjulet (1) roteras i förhal- lande till en ytskiktborttagningsanordning, varvid det 511411 på järnvägshjulet (1) bildas en eller flera runt detta gående fördjupningar (9 och/eller 10), att åtminstone ett kompletteringsytskikt (16 och/eller 17) placeras i den fördjupning eller de fördjupningar (9 och/eller 10) som åstadkommits vid borttagning av ytskiktet (7 och/eller 8) av grundmaterialet (2) och att nämnda kompletterings- ytskikt (16 och/eller 17) åstadkommes genom att järnvägs- hjulet (1) roteras i förhållande till ett aggregat (11), som genom värmestrålning, företrädesvis laserstrålning (12), kan smälta järnvägshjulets (1) grundmaterial (2) och som samtidigt kan tillföra nämnda tillsatsmaterial (14 och/eller 15) till smältan (13).

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att järnvägshjulets (1) grundmate- rial (2) smältes i fördjupningens eller fördjupningarnas (9 och/eller 10) botten eller bottnar.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att kompletteringsytskik- tet (16 och/eller 17) bildas av långsträckta strängar (18), som sträcker sig runt järnvägshjulet (1) och som uppkommer genom att nämnda smälta (13) bildas och får stelna.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t a v att kompletteringsytskik- tet (16 och/eller 17) bildas av strängar (18) som är så snedställda i förhållande till en axel (A) av järnvägs- hjulet (1) att de har en vinkel (G) på 20-90° i förhål- lande till nämnda axel (A).

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att kompletteringsytskik- tet (16 och/eller 17) bildas av strängar (18) som place- ras så intill varandra att de delvis överlappar varandra. 9_ 511 411

7. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t a v att kompletteringsytskik- tet (16 och/eller 17) bildas av strängar (18) som place- ras med sàdana mellanrum (19) i förhållande till varandra att det mellan strängarna (18) finns en ytteryta (20) av grundmaterial (2).

8. Förfarande enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att ett eller flera komp- letteringsytskikt (16 och/eller 17) astadkommes pà järn- vägshjulets (1) hjulbana (3).

9. Förfarande enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k - n a t a v att átminstone tvà kompletteringsytskikt (16, 17) àstadkommes pà järnvägshjulets (1) hjulbana (3), av vilka ett kompletteringsytskikt (16) placeras närmast inre delar av järnvägshjulet (1) och ett andra komplette- ringsytskikt (17) placeras närmast järnvägshjulets (1) spàrfläns (4). d

10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k - n a t a v att bredden (A) pà det närmast järnvägshju- lets (1) inre delar placerade kompletteringsytskiktet (16) väljes sà, att denna bredd ungefär motsvarar en tredjedel av hjulbanans (3) hela bredd (B) och att bredden (C) pà det närmast spárflänsen (4) placerade kompletterings- ytskiktet (17) väljes sä, att denna bredd är mindre än bredden (A) pà det innanför placerade kompletteringsyt- skiktet (16).

11. Förfarande enligt patentkrav 9 eller 10, k ä n n e - t e c k n a t a v att kompletteringsytskikten (16, 17) placeras pà avstànd frán varandra sá, att det mellan dem bildas ett mellanrum (21) med en ytteryta (20) av grund- material (2), och att bredden (D) pà mellanrummet (21) företrädesvis väljes sa, att denna bredd (D) är nagot 511411 w mindre än bredden pà det bredaste av kompletteringsyt- skikten (16, 17).

12. Förfarande enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att till nämnda smälta (13) tillföres sádant eller sádana tillsatsmaterial (14 och/eller 15) att kompletteringsytskiktet (16 och/eller 17) medger att järnvägshjulet (1) erhàller a) förbättrade sprickbildningsmotstàende egenskaper än vad grundmaterialet (2) medger och/eller b) förbättrade ytutmattningsmotstàende egenskaper än vad grundmaterialet (2) medger och/eller c) förbättrade egenskaper att bibehàlla en cirkulär form pà hjulbanan (3) än vad grundmaterialet (2) medger och/ /eller d) förbättrade korrosionsmotverkande egenskaper.

13. Förfarande enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att till nämnda smälta (13) tillföres sádant eller sàdana tillsatsmaterial (14 och/eller 15) att kompletteringsytskiktet (16 och/eller 17) uppvisar elektriskt ledande egenskaper för att det skall kunna uppstà atminstone viss elektrisk kontakt mel- lan järnvägshjulet (1) och räl, som detta har kontakt med, via nämnda kompletteringsytskikt (16 och/eller 17).

14. Förfarande enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att kompletteringsytskik- tet (16 och/eller 17) placeras så pà järnvägshjulet (1) att ytterytor (20) av järnvägshjulets (1) grundmaterial (2) kan komma i kontakt med rälen för att àstadkomma elekt- risk kontakt mellan grundmaterialet (2) och den räl som järnvägshjulet (1) har kontakt med. ll_ 511411

15. Förfarande enligt nagot av föregàende patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att kompletteringsytskik- tet (16 och/eller 17) placeras sä pà järnvägshjulet (1), att ytterytor (20) av grundmaterialet (2) pà àtminstone ett av järnvägshjulen (1) pà en järnvägsvagn kommer att anligga mot rälen vid körning av järnvägsvagnen sa, att det alltid föreligger elektrisk kontakt mellan nagot av järnvägshjulen (1) pà en järnvägsvagn och rälen dä denna körs.

16. Förfarande enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att till nämnda smälta (13) tillföres tillsatsmaterial (14 och/eller 15) i form av átminstone en metall, metallegering eller metallblandning (14) och/eller àtminstone en keram (15).

17. Förfarande enligt patentkrav 16, k ä n n e t e c k - n a t a v att till nämnda smälta (13) tillföres metall- material (14) i form av järn, kobolt eller nickel.

18. Förfarande enligt patentkrav 16 eller 17, k ä n n e - t e c k n a t a v att till nämnda smälta (13) tillföres keramer (15) i form av volframkarbid, titankarbid, vanadin, neobkarbid eller tantalkarbid.

19. Järnvägshjul som uppvisar ett grundmaterial (2) och av vilket delar (5 och/eller 6) är utsatta för tendenser till sprickbildning, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda delar (5 och/eller 6), som är utsatta för ten- denser till sprickbildning, uppvisar àtminstone en för- djupning (9 och/eller 10), att i nämnda fördjupning (9 och/eller 10) är anordnat ät- minstone ett kompletteringsytskikt (16 och/eller 17), 5911411 12. att nämnda kompletteringsytskikt (16 och/eller 17) bestàr av grundmaterial (2) och tillsatsmaterial (14 och/eller 15), varvid grundmaterialet (2) smälts genom värmepàverkan, företrädesvis genom att pàverkas av laserstràlning, sam- tidigt som tillsatsmaterialet (14 och/eller 15) tillförts smältan (13) för att bibringa järnvägshjulet (1) ytter- ligare egenskaper utöver de egenskaper som grundmateria- let (2) kan ge detsamma, att nämnda kompletteringsytskikt (16 och/eller 17) bestàr av ett antal bredvid varandra i nämnda fördjupning (9 och/ /eller 10) placerade strängar (18) sä att dessa fyller fördjupningen (9 och/eller 10), och att ytan av nämnda kompletteringsytskikt (16 och/eller 17) genom ytbehandling bringats ligga i nivà med en ytteryta (20) av intilliggande grundmaterial (2).

20. Järnvägshjul enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k - n a t a v att nämnda smälta (13) uppvisar sàdant eller sàdana tillsatsmaterial (14 och/eller 15) att komplette- ringsytskiktet (16 och/eller 17) medger att järnvägshjulet (1) erháller a) förbättrade sprickbildningsmotstàende egenskaper än vad grundmaterialet (2) medger och/eller b) förbättrade ytutmattningsmotstàende egenskaper än vad grundmaterialet (2) medger och/eller c) förbättrade egenskaper att bibehàlla en cirkulär form pà hjulbanan (3) än vad grundmaterialet (2) medger och/ /eller d) förbättrade korrosionsmotverkande egenskaper. 511411 13.

21. Järnvägshjul enligt patentkrav 19, k ä n n e - t e c k n a t a v att kompletteringsytskiktet (16 och/ /eller 17) är anordnat pà sàdana delar (5 och/eller 6) av grundmaterialet (2), som uppvisar eller förväntas komma att uppvisa sådana sprickor som bildats eller kan komma att bildas dä järnvägshjulet (1) belastas vid användning, företrädesvis dà det användes pá höghastighetståg vid körning i höga hastigheter, och att nämnda kompletterings- ytskikt (16 och/eller 17) uppvisar bättre sprickbildnings- motstàende egenskaper än grundmaterialet (2).

22. Järnvägshjul enligt patentkrav 21, k ä n n e - t e c k n a t a v att nämnda kompletteringsytskikt (16 och/eller 17) är anordnat eller anordnade i àtminstone en fördjupning (9 och/eller 10) i järnvägshjulet (1), som bildats genom att sädana ytskikt (7 och/eller 8) av grund- material (2), som uppvisar eller förväntas kunna uppvisa sprickbildningar, avlägsnats.

23. Järnvägshjul enligt nagot av patentkraven 19 - 22, k ä n n e t e c k n a t a v att àtminstone ett komp- letteringsytskikt (16 och/eller 17) är sa anordnat pà järnvägshjulet (l), att atminstone ett av järnvägshjulen (1) pà en järnvägsvagn med sitt grundmaterial (2) kommer att anligga mot rälen vid körning av järnvägsvagnen sa att det därvid alltid föreligger elektrisk kontakt mellan järnvägsvagnen och rälen via grundmaterialet (2) i at- minstone nagot av järnvägshjulen (l).