WO2011151195A1 - Radsatzwelle für ein schienengebundenes fahrzeug mit steinschlagschutz und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Radsatzwelle für ein schienengebundenes fahrzeug mit steinschlagschutz und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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WO2011151195A1
WO2011151195A1 PCT/EP2011/058185 EP2011058185W WO2011151195A1 WO 2011151195 A1 WO2011151195 A1 WO 2011151195A1 EP 2011058185 W EP2011058185 W EP 2011058185W WO 2011151195 A1 WO2011151195 A1 WO 2011151195A1
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wheelset
shaft
casing
metallic
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PCT/EP2011/058185
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Edzard Lübben
Oliver Stier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B35/00—Axle units; Parts thereof ; Arrangements for lubrication of axles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/50—Other details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to an axle for a rail- ⁇ bundenes vehicle having as a stone impact protection sheathing lung. Furthermore, the invention relates to various methods for producing a sheathing as Steinschlag- contactor on such a wheelset shaft for rail vehicles.
  • Wheelsets of rail vehicles are damaged by a rockfall from the ballast bed or damage can be limited in terms of their impact.
  • the fluidized ballast stones hit namely with relative speeds of up to 100 m / s in the yield rotie- circumferential surface of the shaft and thereby cause a ⁇ impact crater in the steel with a depth in the single-digit millimeter range. Therefore, there is a desire to protect the exposed surface parts of the lateral surface of the shaft with a shield against the stone chipping.
  • the object of the invention is to improve a rockfall ⁇ protection as a casing of a wheelset to the effect that an effective protection against falling rocks is achieved and at the same time a corrosion attack of the
  • Wheel set shaft can be prevented. Furthermore, the object of the invention to provide method for producing a cladding as a stone impact protection on the initially mentioned axle, with which an outer shell, with the aforementioned property profile of a sufficient rockfall ⁇ protection and an effective corrosion protection herstel ⁇ len leaves.
  • the Umman ⁇ tion has a metallic component that is at most as noble as the interface of the wheelset forming metallic material.
  • metallic materials and metal ⁇ metallic components in the sense of this invention metals or metal alloys are to be understood. That the metallic component is at most as noble as the metallic material of the axle or drive ⁇ is less noble than this means in other words that the metallic component having a ge ⁇ ringeres standard hydrogen electrode potential should, as the metallic material of the axle.
  • the Um ⁇ coat can be designed to 100% of this metallic component. However, it is also possible that the me ⁇ tallische component makes up only a part of the sheath, such. B.
  • the metallic component forms a metalli ⁇ cal matrix in which a further structural phase is distributed.
  • the coating should in the broadest sense any understood the upper surface of the axle assembly covering the ⁇ . This may be particularly one on the axle befind ⁇ Liche layer. However, it can also be a Ver ⁇ formwork, which is self-sustainable.
  • the casing consists of a metallic component
  • the sheathing can therefore ensure effective protection against falling rocks.
  • the ductile behavior of the metallic component also ensures that, in the case of a rockfall, the casing does not fail due to brittle fracture.
  • the stone impact can only lead to a local plastic deformation of the casing, wherein the protection of the casing is maintained until the plastic deformation leads to ei ⁇ nem breakdown of the same up to the surface of the axle.
  • the sheath to-minimum is at most as noble at the interface of the axle as the metallic material of the axle legal ⁇ ensure that at the interface between the Ummante ⁇ development and the axle no electrochemical Lokalele ⁇ training, which leads to a dissolution and thus corrosion the wheelset shaft could lead.
  • a standard hydrogen electrode potential of the metallic component which approximately corresponds to that of the metallic material of the wheelset shaft, no effective local elements will form. If the shell, with its metallic component even significantly less noble than the metallic material of the axle, the outer shell acts as a sacrificial anode and is accordingly set ⁇ dissolves upon occurrence of corrosion, while the axle is spared from corrosive attack.
  • the second object mentioned above is also achieved by a method for producing a shell on the wheelset shaft, in which the shell is produced by cold gas spraying, by particles of a first type with a metallic component which is at most as noble as the interface of the Radsatzwelle forming metallic Werk ⁇ material, are applied to the wheelset.
  • the object can also be achieved by a method in which the sheath is produced as an envelope, with which the wheelset shaft is wound.
  • a coating method is provided OF INVENTION ⁇ dung according to, ie, the sheath forms a layer on the axle.
  • the sheath is a self-supporting component, which is designed as a sheath. This will then be around
  • This closure can preferably also be carried out by cold gas spraying.
  • Cold gas spraying is a process known per se, in which particles intended for the coating are accelerated by means of a convergent-divergent nozzle, so that they adhere to the surface to be coated on account of their impressed kinetic energy.
  • the kinetic energy of the particles is used, which leads to a plastic deformation of the same, wherein the coating particles are melted when hitting only on its surface. Therefore, this method is referred to as cold gas spraying in comparison to other thermal spraying methods, because it is carried out at comparatively low temperatures at which the coating particles remain substantially fixed.
  • a cold gas spraying system which has a gas heater for heating a gas.
  • a stagnation chamber is connected, which is connected on the output side with the convergent-divergent nozzle, preferably a Laval nozzle.
  • Convergent ⁇ divergent nozzles have a converging section and a widening section, which are connected by a nozzle neck.
  • the convergent-divergent nozzle generates a jet of powder in the form of a gas stream with particles in it at high speed.
  • the cold gas spraying is for example from DE
  • a structural phase that increases the stone chip resistance of the Ummante ⁇ ment can, for. B. be formed by hard particles, wherein the particles in the metallic component of
  • Ballast bed of the track fill can also be activated another protective mechanism of the hard particles.
  • these are in fact destroyed, and the will be lost energy applied to Zer ⁇ disorder, whereby the in- sert any metallic matrix is relieved.
  • the hard material particle ver ⁇ says in this case, but remains for the metallic matrix and can continue to exercise their protective function. At least the plastic deformation of the metallic component of the cladding which forms the metallic matrix is reduced by the destruction of the hard material particle or of several hard material particles.
  • pseudo-plastic or pseudo-elastic metallic particles or particles of a material whose modulus of elasticity is at most one tenth of that of the metal ⁇ metallic component of the sheath is formed.
  • these particles are embedded in the manner already indicated in the metallic component which forms the metallic matrix.
  • pseudo-elastic metallic particles which are preferably formed from shape memory alloys such as TiNi, also plastics into consideration.
  • the higher elasticity of these particles means that shocks can be intercepted elastically in the context of a rockfall, and bounce the stones of the casing according to the invention, in which case a comparatively lesser lasting Scha ⁇ creates the shell. This means that a plastic deformation of the metallic matrix of the sheath less fails or even completely avoided.
  • pseudo-plastic metallic particle In the use of pseudo-plastic metallic particle not behave this is similar to the metallic Comp ⁇ component, in which they are embedded. Both parts of the structure have similar moduli of elasticity in the order of magnitude. However, it is possible due to the pseudo-plastic behavior of the metal ⁇ metallic particles that these assume lung by a plantebehand- after deformation by a stone impact taking advantage of the so-called one-way effect of shape memory ⁇ alloys its original shape prior to deformation by the rockfall again ( Shape memory effect), where ⁇ can advantageously be healed again by injuries in the envelope by means of a heat treatment. The forces that arise during the recovery of the pseudo-plastic particles, also have a positive effect on the metallic matrix of the metallic component, which is thereby partly also re-deformed.
  • the pseudo-plastic or pseudo-elastic behavior of the metallic particles which must be adjusted as a function of the alloy composition of the affected shape memory alloy, depends on the temperature of the wheelset shafts. It must be borne in mind that axles are operated ⁇ tur Scheme in a large temperature due to the atmo ⁇ spherical weather conditions. So it makes sense, for example, that the pseudo-plastic and / or pseudo-elastic behavior in a temperature range of Radsatzwellen from -20 to + 40 ° C is guaranteed (Central European Klimabe ⁇ conditions). It is possible that the phase transformation of the shape memory alloy is within this Temperaturbe ⁇ Reich, wherein the transition temperature is below a pseudo-plastic behavior and above this temperature is a pseudo-elastic behavior.
  • the metallic component of the casing is coated with a pseudo-elastic or pseudo-plastic alloy. So on the one hand ensures that, as required by the invention, the metallic component forms the interface to the wheelset and thereby formed at most noble, as the metallic material of the wheelset, and on the other hand, a shape memory alloy can be used, which is above this metallic component and therefore does not come in di ⁇ direct contact with the material of the wheelset. This is important because shape memory alloys such as NiTi are generally nobler than the material of the wheelset shaft, and only in this way a risk of Radsatzwel ⁇ le by corrosion can be excluded.
  • the pseudoelastic or pseudo-plastic alloy which thus forms the surface of the shell to the environment, according to the mechanisms already described can have a positive effect on the stone chip resistance of the shell and advantageously leads to a longer service life of the same.
  • a separating layer of a less noble material is provided as the metallic material forming the interface of the wheelset or an electrochemically inert material.
  • the separating layer can be applied to the shaft or in the interior of the casing, or separating layer and Um ⁇ sheathing are applied as a multi-layer on the wheelset. In any case, however, the separating layer is to be understood as part of the sheathing.
  • the release layer be ⁇ works to improve the corrosion behavior between the Casing and the axle, wherein this difference can ⁇ Liche mechanisms are used.
  • the separating layer consists of a metal that is less noble than the rest of the casing and the wheelset shaft, then this is, so to speak, to be understood as a sacrificial anode.
  • a gap between the axle and the jacket produced in the region of the separating layer, however, the axle and the Ummante ⁇ development, at least not at first attacked by corrosion.
  • This has the advantage that the function of both the wheelset shaft and the sheathing is completely retained. Only with advancing ⁇ tender corrosion can also be a corrosive attack of the shell done, which then still, if this is less noble than the material of the wheelset, a corrosion protection for the wheelset represents.
  • an electrochemically inert material is, for example, plastic or an electrically non-conductive ceramic.
  • an indicator layer of colored material is provided between the boundary surface of the wheel set shaft and the casing, which is permeable to moisture. Due to the moisture permeability causes the indicator layer does not galvanically separate the wheelset shaft from the rest of the shroud formed by the less noble material.
  • the less noble material can serve in the manner already described as a sacrificial material in a corrosive attack in the gap, provided that the indicator layer itself is not less noble than the base material of me ⁇ metallic component.
  • the indicator layer has a different function, namely the possibility to open by a simple visual inspection of the shroud, to ⁇ showing a breakdown of the sheath by rockfall in that the color of the indicator layer is considerate ⁇ bar from the outside. Therefore, the indicator layer should be at any corrosion processes in the gap between the sheathing and
  • Wheelset not be involved so that it is still preserved after consumption of the sheath, and can indicate the color change.
  • the already mentioned separating layer for the purpose of an indication of a breakdown of the sheath, if this has a characteristic color (advantage of functional integration).
  • Wheelset be applied. Further particles can na ⁇ Moslich even after the application of the particles of the first type, that is, after production of the metallic component of the sheathing lung are applied.
  • the method can be Kaltgassprit- zen also used to fill by rockfallassigeru ⁇ fene injuries in the casing again with the material of the sheathing.
  • the cold gas spraying is particularly suitable, since this can also be carried out with portable devices that are equipped with so-called cold gas spray guns.
  • the metallic component of the shell as the Grenzflä ⁇ surface of the axle is less noble forming metallic material and connected directly to the interface of the axle in elektrochemi ⁇ schem contact is, so are, for example as metal- lic component metals such as Al, Mg, Ti, Zn, Mn, V, Nb and their alloys, as far as these are also less noble than the Ma ⁇ TERIAL of the axle.
  • the metallic component of the sheathing contains a light metal.
  • This may be the main alloy component of an alloy, or this material may also be used purely as a metallic component.
  • the use of a light metal has the advantage that by the sheathing, the total weight of the axle comparatively little increases.
  • light metals in particular ⁇ special AI, Ti and their alloys come into question.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • a wheel set shaft 11 is shown, which is connected to egg NEM wheel 12.
  • a sheath 13 which may be of different construction, as will be described in the following figures.
  • the sheath 13 is formed of a metallic component 14, are distributed in the pseudo-elastic particles 15 of NiTi. If a stone 16 strikes a region of the casing 13 which is protected by such a superelastic particle 15, this bounces off the casing 13 in the manner indicated by an arrow, without causing lasting damage.
  • the metallic component 14 of the sheath 13 is formed from the ⁇ same steel as the axle 11. Therefore, intermediate of the axle 11 and the shell 13 see a direct contact possible since corrosion of the plane defined by the axle interface 17 for sheathing at least due to the formation of electrochemical local elements can be excluded.
  • the sheath 13 consists of the metallic component 14 into which hard-material particles 18 are bound. These hard particles are capable of triggering two protective mechanisms upon the impact of a stone 16.
  • the one (not shown) protection mechanism is that the less elastic hard material particles do not deform by the rockfall and thus the impressed by the stone ⁇ impacted load on a phase boundary 19 between the hard ⁇ material particles 18 and the metallic component 14, the metallic Matrix forms around the hard material particles 18, ver ⁇ shares.
  • the second mechanism is ⁇ provides Darge also in FIG. 3 If the stone 16 has sufficient kinetic energy, the distribution of the joint does not extend beyond the hard material particles from ⁇ 18th
  • the metallic component 14 is attacked, 20 hard material particles 18 are destroyed in the resulting crater. The destruction of the hard material particles into smaller ⁇ splitter 21 coming through a fraction of the particles reached, however, absorbs energy so that the Bela ⁇ tung the metallic component 14 is reduced by the destruction of the hard particles 18th
  • the metallic component 14 is formed from a Aluminiumlegie ⁇ tion. This has the advantage that it is relatively easy.
  • aluminum forms a passivation layer 23, which protects the surface 24 of the casing 13 from a weather-related corrosive attack. Since the passivation of aluminum occurs spontaneously, the formation of the passivation layer 23 after a rockfall is ensured, so that a corrosive attack in the formed crater can be avoided. This is of particular importance since the metallic component at Be ⁇ rich of the crater is already weakened.
  • the metallic component 14, the highe ⁇ least is as noble as the material of the axle 11, designed as a relatively thin separating layer, which carries a further layer 25 made of NiTi.
  • the sheath 13 is therefore designed as a multilayer layer.
  • the layer 25 can, as one left Fault line 26 shown to be executed pseudo-elastic. This results in the event of falling rocks according to the attached ⁇ indicated arrow to a rebounding of the block 16. Is the La ⁇ ge 25 executed pseudo-plastic, so the stone 16 causes the formation of a crater 20. However, this injury can be the location 25 by subsequent Heat Treatment ⁇ lung heal, as the shape memory alloy "remembers" the original shape of the situation and so the old structure due to a phase transformation is restored.
  • the cold gas spraying method illustrated in FIGS. 5 to 7 involves various applications of how this method for producing or repairing the sheaths 13 can be applied to the wheelset shafts 11.
  • the sheath 13 consists of a sheath, which is bent around the wheelset shaft 11 (see dash-dotted contour of the sheath 13, which indicates a shape as it is present during the bending process). This results in a butt edge 27 of the envelope, come to rest on the opposite edges of the envelope together. To seal this edge or the resulting gap, the cold gas spraying is used.
  • FIG. 6 shows how, by means of the cold gas spraying, the casing 13 itself is produced on the wheel set shaft 11.
  • the wheel set shaft 11 is rotated slowly ge ⁇ , so that a relative movement between the cold gas jet 29 and the interface 17 of the wheelset 11 stands, at the same time an axial movement of the wheelset shaft can take place (not shown), which is dimensioned such that the coating of a helical line on the
  • Interface 17 is generated. As a result, a closed casing 13 is formed, an intermediate stage of the coating process being illustrated in FIG.
  • the cold gas spraying is used to heal injuries caused by rockfall 30 (in Figures 3 and 4 referred to as crater 20).
  • the injuries caused by the particles of the metalli ⁇ rule component and possibly other particles are filled with Ausbil ⁇ dung of repair locations 31 single ⁇ Lich locally.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radsatzwelle (11) für schienengebundene Fahrzeuge, welche erfindungsgemäß mit einer eine metallische Komponente aufweisenden Ummantelung (13) versehen ist, wobei diese metallische Komponente vorzugsweise elektrochemisch unedler jedoch höchstens genauso edel wie das Material der Radsatzwelle ist. Hierdurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass an der Radsatzwelle Korrosion auftritt. Andererseits ist der metallische Werkstoff der Ummantelung in der Lage, die Radsatzwelle wirksam gegen Steinschlag zu schützen. Vorteilhaft kann die Ummantelung erfindungsgemäß durch ein Kaltgasspritzen auf die Radsatzwelle aufgebracht werden oder es wird zur Ausbildung der Ummantelung eine Umhüllung um die Radsatzwelle (11) herumgebogen. Die Ummantelung kann vorteilhaft Partikel enthalten, welche sie widerstandsfähiger gegen Steinschlag machen. Diese Partikel können beispielsweise aus harten Stoffen, aus besonders duktilen Partikeln oder aus Partikeln einer Formgedächtnislegierung bestehen.

Description

Beschreibung
Radsatzwelle für ein schienengebundenes Fahrzeug mit Stein¬ schlagschutz und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Radsatzwelle für ein schienenge¬ bundenes Fahrzeug, welche als Steinschlagschutz eine Ummante- lung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung verschiedene Verfahren zum Erzeugen einer Ummantelung als Steinschlag- schütz auf einer solchen Radsatzwelle für schienengebundene Fahrzeuge .
Radsatzwellen, die mit einem Steinschlagschutz versehen werden, sind bekannt und werden beispielsweise durch die Bochu- mer Verein Verkehrstechnik GmbH angeboten, wie diese auf ihrer Internetseite www.bochumer-verein.de/s542.html am
28.04.2010 angegeben hatte. Für die Aufbringung eines solchen Steinschlagschutzes können allgemein Beschichtungsverfahren zur Anwendung kommen. Hierdurch wird verhindert, dass
Radsatzwellen von schienengebundenen Fahrzeugen durch einen Steinschlag aus dem Schotterbett beschädigt werden bzw. eine Beschädigung kann hinsichtlich ihrer Auswirkungen begrenzt werden. Die aufgewirbelten Schottersteine schlagen nämlich mit Relativgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s in die rotie- rende Mantelfläche der Welle ein und bewirken dabei Ein¬ schlagkrater im Stahl mit einer Tiefe im einstelligen Millimeterbereich. Daher besteht der Wunsch, die freiliegenden Flächenteile der Mantelfläche der Welle mit einer Abschirmung vor dem Steinschlag zu schützen.
Allerdings sprechen andere Argumente gegen eine solche Ab¬ schirmung. Diese erschwert beispielsweise die visuelle Kon¬ trolle der Wellen zu Inspektionszwecken. Außerdem führt diese zu einem Mehrgewicht des Radsatzes. Zuletzt kann in der Grenzfläche zwischen der Abschirmung und der Welle eine Korrosion begünstigt werden. Daher wird vielfach auf eine Abschirmung der Radsatzwelle aus Gründen der Betriebssicherheit verzichtet und anstelle dessen hingenommen, dass die Radsatz- wellen häufiger aufgrund einer Beschädigung wegen Steinschlages ausgewechselt werden müssen. Als Steinschlagschutz haben sich Dicklackschichten durchgesetzt, allerdings ist deren Schutzwirkung gegen Steinschlag recht begrenzt, da die Lack¬ schichten keinen genügenden mechanischen Widerstand gegen die beim Steinschlag wirkenden Kräfte bewirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Steinschlag¬ schutz als Ummantelung einer Radsatzwelle dahingehend zu verbessern, dass ein wirkungsvoller Schutz gegen Steinschlag erreicht wird und gleichzeitig ein Korrosionsangriff der
Radsatzwelle verhindert werden kann. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Verfahren zum Erzeugen einer Ummantelung als Steinschlagschutz auf der eingangs angegebenen Radsatzwelle anzugeben, mit der sich eine Ummantelung mit dem erwähnten Eigenschaftsprofil eines genügenden Steinschlag¬ schutzes und eines wirkungsvollen Korrosionsschutzes herstel¬ len lässt.
Die erstgenannte Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Radsatzwelle erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Umman¬ telung eine metallische Komponente aufweist, die höchstens so edel ist, wie der die Grenzfläche der Radsatzwelle bildende metallische Werkstoff. Als metallische Werkstoffe und metal¬ lische Komponenten im Sinne dieser Erfindung sind Metalle oder Metalllegierungen zu verstehen. Dass die metallische Komponente höchstens so edel ist wie der metallische Werk¬ stoff der Radsatzwelle bzw. unedler ist als dieser, bedeutet mit anderen Worten, dass die metallische Komponente ein ge¬ ringeres Standardwasserstoffelektrodenpotential aufweisen soll, als der metallische Werkstoff der Radsatzwelle. Die Um¬ mantelung kann zu 100 % aus dieser metallischen Komponente ausgeführt sein. Allerdings ist es auch möglich, dass die me¬ tallische Komponente nur einen Teil der Ummantelung ausmacht, so z. B. nur denjenigen Bereich der Ummantelung, der an die Grenzfläche der Radsatzwelle anschließt. Allerdings ist es auch denkbar, dass die metallische Komponente eine metalli¬ sche Matrix bildet, in der eine weitere Gefügephase verteilt ist. Als Ummantelung soll im weitesten Sinne jede die Ober- fläche der Radsatzwelle abdeckende Baueinheit verstanden wer¬ den. Dies kann insbesondere eine auf der Radsatzwelle befind¬ liche Schicht sein. Allerdings kann es sich auch um eine Ver¬ schalung handeln, die eigenständig tragfähig ist.
Dadurch, dass die Ummantelung aus einer metallischen Komponente besteht, lässt sich im Vergleich beispielsweise zu ei¬ ner Schutzlackschicht eine höhere mechanische Stabilität er¬ reichen. Die Ummantelung kann daher einen wirksamen Schutz gegen Steinschlag gewährleisten. Hierbei gewährleistet das duktile Verhalten der metallischen Komponente außerdem, dass es im Falle eines Steinschlags nicht zu einem Versagen der Ummantelung aufgrund eines Sprödbruches kommt. Der Stein¬ schlag kann lediglich zu einer lokalen plastischen Verformung der Ummantelung führen, wobei der Schutz der Ummantelung so lange erhalten bleibt, bis die plastische Deformation zu ei¬ nem Durchschlag derselben bis hin zur Oberfläche der Radsatzwelle führt.
Andererseits ist durch die Tatsache, dass die Ummantelung zu- mindest an der Grenzfläche der Radsatzwelle höchstens so edel ist, wie der metallische Werkstoff der Radsatzwelle, gewähr¬ leistet, dass sich an der Grenzfläche zwischen der Ummante¬ lung und der Radsatzwelle keine elektrochemischen Lokalele¬ mente ausbilden, die zu einer Auflösung und damit Korrosion der Radsatzwelle führen könnten. Bei einem Standardwasserstoffelektrodenpotential der metallischen Komponente, welches ungefähr demjenigen des metallischen Werkstoffes der Radsatzwelle entspricht, werden sich keine wirksamen Lokalelemente ausbilden. Ist die Ummantelung mit ihrer metallischen Komponente sogar deutlich unedler als der metallische Werkstoff der Radsatzwelle, so wirkt die Ummantelung als Opferanode, und wird dementsprechend bei Auftreten von Korrosion aufge¬ löst, während die Radsatzwelle von einem korrosiven Angriff verschont bleibt. Dies gilt auch dann, wenn die Ummantelung aufgrund eines Steinschlages durchschlagen wird, so dass die darunter liegende Radsatzwelle der Umgebung ungeschützt aus¬ gesetzt ist. Insofern führt dies zu einer doppelten Schutzwirkung der Ummantelung einerseits vor Steinschlag anderer- seits vor einem korrosiven Angriff an der Radsatzwelle.
Die oben als zweites aufgeführte Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Ummantelung auf der Radsatzwelle gelöst, bei dem die Ummantelung durch Kaltgasspritzen hergestellt wird, indem Partikel einer ersten Art mit einer metallischen Komponente, die höchstens so edel ist, wie der die Grenzfläche der Radsatzwelle bildende metallische Werk¬ stoff, auf die Radsatzwelle aufgebracht werden. Alternativ kann die Aufgabe auch durch ein Verfahren gelöst werden, bei dem die Ummantelung als Umhüllung hergestellt wird, mit der die Radsatzwelle umwickelt wird. Im ersten Fall ist erfin¬ dungsgemäß ein Beschichtungsverfahren vorgesehen, d. h. die Ummantelung bildet eine Schicht auf der Radsatzwelle. Im an¬ deren Fall ist die Ummantelung ein selbsttragendes Bauteil, das als Umhüllung ausgebildet ist. Dieses wird dann um die
Radsatzwelle herumgebogen, wobei eine Stoßkante zwischen den beiden Enden der Umhüllung entsteht, welche verschlossen werden muss, damit keine Feuchtigkeit in das Innere der Umhül- lung dringen kann. Dieser Verschluss kann vorzugsweise ebenfalls durch ein Kaltgasspritzen durchgeführt werden.
Das Kaltgasspritzen ist ein an sich bekanntes Verfahren, bei dem für die Beschichtung vorgesehene Partikel mittels einer konvergent-divergenten Düse beschleunigt werden, damit diese aufgrund ihrer eingeprägten kinetischen Energie auf der zu beschichtenden Oberfläche haften bleiben. Hierbei wird die kinetische Energie der Teilchen genutzt, welche zu einer plastischen Verformung derselben führt, wobei die Beschich- tungspartikel beim Auftreffen lediglich an ihrer Oberfläche aufgeschmolzen werden. Deshalb wird dieses Verfahren im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren als Kaltgasspritzen bezeichnet, weil es bei vergleichsweise tiefen Tem- peraturen durchgeführt wird, bei denen die Beschichtungspar- tikel im Wesentlichen festbleiben. Vorzugsweise wird zum Kaltgasspritzen, welches auch als kinetisches Spritzen bezeichnet wird, eine Kaltgasspritzanlage verwendet, die eine Gasheizeinrichtung zum Erhitzen eines Gases aufweist. An die Gasheizeinrichtung wird eine Stagnationskammer angeschlossen, die ausgangsseitig mit der konvergent-divergenten Düse, vorzugsweise einer Lavaldüse verbunden wird. Konvergent¬ divergente Düsen weisen einen zusammenlaufenden Teilabschnitt sowie einen sich aufweitenden Teilabschnitt auf, die durch einen Düsenhals verbunden sind. Die konvergent-divergente Dü¬ se erzeugt ausgangsseitig einen Pulverstrahl in Form eines Gasstroms mit darin befindlichen Partikeln mit hoher Geschwindigkeit . Das Kaltgasspritzen ist beispielsweise aus der DE
10 2005 007 588 AI bekannt. Danach ist es möglich, sogenannte Formgedächtnislegierungen wie NiTi auf einer Oberfläche abzuscheiden. Über die Möglichkeit der Abscheidung von Formgedächtnislegierungen auf Oberflächen mittels Kaltgasspritzen informierte auch die Firma INOVATI auf ihrer Internetseite www.inovati.com/coatings/shapememoryalloy.html am 28.04.2010. Wie beispielsweise D.Y. Li, „A new type of wear-resistant ma- terial: pseudo-elastic TiNi alloy", WEAR 221 (1998), Seiten 116 - 123 zu entnehmen ist, eignen sich Formgedächtnislegie¬ rungen wie TiNi insbesondere auch als Verschleißschutzschichten, da diese aufgrund ihres pseudoelastischen Verhaltens ei¬ nem geringen Abrasionsabtrag unterliegen. Dies gilt auch bei der erfindungsgemäßen Verwendung als Steinschlagschutz, da pseudoelastisches TiNi bei einem Aufschlag eines Steins aus dem Geröllbett der Schiene mit einer zu Metallen ungefähr 10- fachen Elastizität ausweicht und die Verformung der Ummante- lung reversibel ist (hierzu im Folgenden mehr) . Eine Alternative zum Kaltgasspritzen der Ummantelung ist, wie bereits erwähnt, die Herstellung einer Ummantelung als Umhül¬ lung. Gemäß der US 5,531,369 ist ein Verfahren bekannt, wel¬ ches sich dazu eignet, eine solche Umhüllung zuverlässig mit der Radsatzwelle zu verbinden. Dies wird durch Sprengplattie- ren erreicht, wobei eine feste Haftung der Umhüllung auf der Radsatzwelle den Vorteil hat, damit ein korrosiver Angriff in dem Spalt verringert werden kann. Weiterführend im Sinne der Erfindung zu bemerken ist hierzu noch, dass, um eine Korrosi¬ on in diesem Spalt zuverlässig zu verhindern, es erforderlich ist, zwischen der Ummantelung und der Radsatzwelle ein Metall vorzusehen, welches unedler ist als das Material der Radsatzwelle, wobei im Sinne der Erfindung dieses unedlere Material als Teil der erfindungsgemäßen Ummantelung aufgefasst wird und die metallische Komponente bildet, die höchstens so edel ist wie der die Grenzfläche der Radsatzwelle bildende metal¬ lische Werkstoff.
Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere Materialien als Formgedächtnislegierungen auf den Radsatzwellen abgeschieden bzw. diese verschalt werden. Dabei kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kaltgasspritzen vorteilhaft beispielsweise neben den Partikeln der ersten Art, die die Komponente bilden, die höchstens so edel ist, wie der die Grenzfläche der Radsatzwelle bildende metallische Werkstoff, auch Partikel einer zweiten Art abgeschieden werden, welche in einer Gefügematrix (aus den Partikeln der ersten Art) eine verteilte Gefügephase ausbilden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Ummantelung auf der Radsatzwelle hergestellt werden, die aus einem Verbundwerkstoff besteht. Beispielswei¬ se kann eine Radsatzwelle hergestellt werden, bei der die me¬ tallische Komponente bei der Ummantelung beispielsweise aus demselben metallischen Werkstoff, insbesondere also Stahl, besteht, wie die Radsatzwelle selbst. Hierdurch ist es mög- lieh, dass die metallische Komponente der Ummantelung genauso edel ist, wie der die Grenzfläche der Radsatzwelle bildende metallische Werkstoff. In dieser metallischen Komponente kann vorteilhaft eine Gefügephase enthalten sein, die die Stein¬ schlagfestigkeit der Ummantelung erhöht, und die vorteilhaft durch Kaltgasspritzen der Partikel einer zweiten Art zusammen mit den Partikeln der ersten Art hergestellt werden kann.
Eine Gefügephase, die die Steinschlagfestigkeit der Ummante¬ lung erhöht, kann z. B. durch Hartstoffpartikel gebildet sein, wobei die Partikel in die metallische Komponente der
Ummantelung eingebettet sind. Diese Hartstoffpartikel weisen ein sprödes Verhalten auf, welches bei Auftreten eines Steinschlags dazu führt, dass eine in dieses Partikel eingeleitete Stoßkraft des Steins über die Grenzfläche dieses Partikels vergleichsweise großflächig an die Matrix der metallischen Komponente weitergegeben wird. Belastungsspitzen in der metallischen Matrix werden daher klein gehalten, so dass es nicht oder zumindest weniger zu einer plastischen Verformung der metallischen Matrix kommt. Dies hat den Vorteil, dass die metallische Matrix und damit die gesamte Ummantelung über ei¬ nen vergleichsweise längeren Zeitraum Steinschlägen standhalten kann. Bei einer größeren kinetischen Energie der Steine aus dem
Schotterbett der Gleisschüttung kann auch ein anderer Schutzmechanismus der Hartstoffpartikel aktiviert werden. In diesem Fall werden diese nämlich zerstört, wobei die dabei zur Zer¬ störung aufgebrachte Energie verloren geht, wodurch die me- tallische Matrix entlastet wird. Das Hartstoffpartikel ver¬ sagt in diesem Falle, jedoch bleibt dafür die metallische Matrix erhalten und kann weiter ihre Schutzfunktion ausüben. Zumindest wird durch die Zerstörung des HartstoffPartikels oder auch mehrerer Hartstoffpartikel die plastische Deforma- tion der metallischen Komponente der Ummantelung, die die metallische Matrix bildet, verringert.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass vorteilhaft die Gefügephase durch pseudo-plastische oder pseudo-elastische metallische Partikel oder Partikel eines Werkstoffes, dessen Elastizitätsmodul höchstens ein Zehntel desjenigen der metal¬ lischen Komponente der Ummantelung beträgt, gebildet ist. Hierbei sind diese Partikel in der bereits angegebenen Weise in die metallische Komponente, die die metallische Matrix bildet, eingebettet. Als Werkstoff mit geringeren Elastizi¬ tätsmodulen kommen neben pseudo-elastischen metallischen Partikeln, die vorzugsweise aus Formgedächtnislegierungen, wie TiNi, gebildet sind, auch Kunststoffe in Betracht. Die höhere Elastizität dieser Partikel führt dazu, dass Stöße im Rahmen eines Steinschlags elastisch abgefangen werden können, und die Steine von der erfindungsgemäßen Ummantelung abprallen, wobei hierbei ein vergleichsweise geringerer bleibender Scha¬ den an der Ummantelung entsteht. Dies bedeutet, dass eine plastische Verformung der metallischen Matrix der Ummantelung geringer ausfällt oder sogar vollständig vermieden werden kann .
Bei der Verwendung von pseudo-plastischen metallischen Parti- kein verhalten diese sich ähnlich wie die metallische Kompo¬ nente, in die sie eingebettet sind. Beide Gefügeanteile haben in der Größenordnung ähnliche Elastizitätsmodule. Allerdings ist es aufgrund des pseudo-plastischen Verhaltens der metal¬ lischen Partikel möglich, dass diese durch eine Wärmebehand- lung nach erfolgter Verformung durch einen Steinschlag unter Ausnutzung des sogenannten Einwegeffektes von Formgedächtnis¬ legierungen ihre ursprüngliche Form vor der Verformung durch den Steinschlag wieder annehmen (Formgedächtniseffekt) , wo¬ durch Verletzungen in der Umhüllung mittels einer Wärmebe- handlung vorteilhaft wieder ausgeheilt werden können. Dabei wirken sich die Kräfte, die bei der Rückverformung der pseudo-plastischen Partikel entstehen, auch positiv auf die metallische Matrix der metallischen Komponente aus, die dadurch teilweise auch wieder rückverformt wird. Wichtig hierbei ist, dass das pseudo-plastische bzw. pseudo-elastische Verhalten der metallischen Partikel, welches in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung der betroffenen Formgedächtnislegierung temperaturabhängig eingestellt werden muss, bei der Betriebstemperatur der Radsatzwellen vorliegt. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass Radsatzwellen aufgrund der atmo¬ sphärischen Witterungsverhältnisse in einem großen Tempera¬ turbereich betrieben werden. So ist es beispielsweise sinnvoll, dass das pseudo-plastische und/oder pseudo-elastische Verhalten in einem Temperaturbereich der Radsatzwellen von -20 bis +40° C gewährleistet ist (mitteleuropäische Klimabe¬ dingungen) . Dabei ist es möglich, dass die Phasenumwandlung der Formgedächtnislegierung innerhalb dieses Temperaturbe¬ reichs liegt, wobei unterhalb der Umwandlungstemperatur ein pseudo-plastisches Verhalten und oberhalb dieser Temperatur ein pseudo-elastisches Verhalten vorliegt.
Alternativ ist es vorteilhaft auch möglich, dass die metalli- sehe Komponente der Ummantelung mit einer pseudo-elastischen oder pseudo-plastischen Legierung beschichtet ist. So ist einerseits gewährleistet, dass, wie erfindungsgemäß gefordert, die metallische Komponente die Grenzfläche zur Radsatzwelle bildet und dabei höchstens so edel ausgebildet ist, wie der metallische Werkstoff der Radsatzwelle, und andererseits eine Formgedächtnislegierung verwendet werden kann, die oberhalb dieser metallischen Komponente liegt und daher nicht in di¬ rekte Berührung mit dem Werkstoff der Radsatzwelle kommt. Dies ist deswegen wichtig, weil Formgedächtnislegierungen wie NiTi im Allgemeinen edler als der Werkstoff der Radsatzwelle sind, und nur auf diesem Wege eine Gefährdung der Radsatzwel¬ le durch Korrosion ausgeschlossen werden kann. Die pseudoelastische oder pseudo-plastische Legierung, die damit die Oberfläche der Ummantelung zur Umgebung bildet, kann nach den bereits beschriebenen Mechanismen positiv auf die Steinschlagfestigkeit der Ummantelung wirken und führt vorteilhaft zu einer längeren Standzeit derselben.
Überdies kann vorteilhaft auch vorgesehen werden, dass zwi- sehen der Grenzfläche der Radsatzwelle und der Ummantelung eine Trennschicht aus einem unedleren Material als dem die Grenzfläche der Radsatzwelle bildenden metallischen Werkstoff oder einem elektrochemisch inerten Material vorgesehen ist. Die Trennschicht kann dabei auf der Welle oder im Inneren der Ummantelung aufgebracht werden, oder Trennschicht sowie Um¬ mantelung werden als mehrlagige Schicht auf der Radsatzwelle aufgebracht. In jedem Fall ist die Trennschicht allerdings als Teil der Ummantelung zu verstehen. Die Trennschicht be¬ wirkt eine Verbesserung des Korrosionsverhaltens zwischen der Ummantelung und der Radsatzwelle, wobei hierbei unterschied¬ liche Mechanismen zum Einsatz kommen können. Wenn die Trennschicht aus einem im Vergleich zur restlichen Ummantelung und zur Radsatzwelle unedleren Metall besteht, so ist diese sozu- sagen als Opferanode zu verstehen. Sollte es zu einer Korro¬ sion kommen, so entsteht zwar im Bereich der Trennschicht ein Spalt zwischen der Radsatzwelle und der Ummantelung, jedoch werden zumindest zunächst die Radsatzwelle und die Ummante¬ lung durch die Korrosion nicht angegriffen. Dies hat den Vor- teil, dass die Funktion sowohl der Radsatzwelle als auch der Ummantelung vollständig erhalten bleibt. Erst bei fortschrei¬ tender Korrosion kann auch ein korrosiver Angriff der Ummantelung erfolgen, wobei diese dann immer noch, wenn diese unedler als das Material der Radsatzwelle ist, einen Korrosi- onsschutz für die Radsatzwelle darstellt.
Ist die Grenzfläche als elektrochemisch inertes Material vor¬ gesehen, so wird hierdurch gleichzeitig eine Isolierung zwischen der Radsatzwelle und der Ummantelung erzeugt. Hierdurch kann eine Korrosion vermieden werden, wenn die Trennschicht elektrochemisch dicht ist. Erst eine Verletzung der Trennschicht bewirkt, dass der Rest der Ummantelung, nämlich der unedle metallische Werkstoff der Ummantelung, wegen seiner Eigenschaft, unedler als das Material der Radsatzwelle zu sein, einen Korrosionsschutz derselben bewirkt. Korrosiv aufgelöst wird dann nämlich das Material der Ummantelung und nicht das Material der Radsatzwelle. Ein elektrochemisch inertes Material ist beispielsweise Kunststoff oder eine elektrisch nicht leitende Keramik.
Vorteilhaft ist es auch, wenn zwischen der Grenzfläche der Radsatzwelle und der Ummantelung eine Indikatorschicht aus farbigem Material vorgesehen ist, welches feuchtigkeitsdurchlässig ist. Durch die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit bewirkt die Indikatorschicht keine galvanische Trennung der Radsatz¬ welle von dem Rest der Ummantelung, die durch das unedlere Material gebildet ist. Damit kann das unedlere Material in der bereits beschriebenen Weise als Opfermaterial bei einem korrosiven Angriff im Spalt dienen, sofern die Indikatorschicht selbst nicht unedler als das unedle Material der me¬ tallischen Komponente ist. Die Indikatorschicht hat vielmehr eine andere Funktion, nämlich durch eine einfache optische Inspektion der Ummantelung die Möglichkeit zu eröffnen, einen Durchschlag der Ummantelung durch Steinschlag dadurch anzu¬ zeigen, dass die Farbe der Indikatorschicht von außen sicht¬ bar wird. Deswegen sollte die Indikatorschicht an eventuellen Korrosionsprozessen im Spalt zwischen Ummantelung und
Radsatzwelle nicht beteiligt sein, damit diese nach einem Verbrauch der Ummantelung noch erhalten ist, und den Farbumschlag anzeigen kann. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, die bereits erwähnte Trennschicht zum Zweck einer Indikation eines Durchschlags der Ummantelung zu verwenden, wenn diese eine charakteristische Farbe aufweist (Vorteil der Funktionsintegration) .
Trennschichten bzw. Indikatorschichten auf der Radsatzwelle lassen sich mit dem bereits genannten Kaltgasspritzverfahren erfindungsgemäß dadurch erzeugen, dass vor dem Aufbringen der Partikel der ersten Art, die die metallische Komponente der Ummantelung bilden, Partikel einer weiteren Art auf die
Radsatzwelle aufgebracht werden. Weitere Partikel können na¬ türlich auch nach dem Aufbringen der Partikel der ersten Art, also nach Erzeugung der metallischen Komponente der Ummante- lung aufgebracht werden. In dieser Art lässt sich beispiels¬ weise eine Versiegelung der Ummantelung aufbringen, welche zumindest für den Zeitraum, bis ein erster Steinschlag erfolgt, die Ummantelung beispielsweise vor Korrosion von außen schützt . Vorteilhaft kann im Übrigen das Verfahren des Kaltgassprit- zens auch verwendet werden, um durch Steinschlag hervorgeru¬ fene Verletzungen in der Ummantelung wieder mit dem Material der Ummantelung aufzufüllen. Hierzu eignet sich das Kaltgasspritzen in besonderer Weise, da dieses auch mit portablen Geräten durchgeführt werden kann, die mit sogenannten Kaltgas-Spritzpistolen ausgestattet sind. Diese können in einem händischen Betrieb angewendet werden, d. h. dass die Kaltgas- Spritzpistole auf die in der Ummantelung vorhandenen Krater gerichtet wird, um diese wieder aufzufüllen. Insbesondere kann auf diese Weise eine Reparatur der Ummantelung an Stellen erfolgen, wo die bereits erwähnte Indikatorschicht zu se¬ hen ist, um hier die Schutzfunktion der Ummantelung wieder herzustellen.
Hinsichtlich der Materialwahl für die metallische Komponente müssen die unterschiedlichen Bauformen für die Ummantelung beachtet werden. Wird beispielsweise gemäß einer vorteilhaf- ten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die metallische Komponente der Ummantelung unedler als der die Grenzflä¬ che der Radsatzwelle bildende metallische Werkstoff ist und direkt mit der Grenzfläche der Radsatzwelle in elektrochemi¬ schem Kontakt steht, so eignen sich beispielsweise als metal- lische Komponente Metalle wie AI, Mg, Ti, Zn, Mn, V, Nb und deren Legierungen, soweit diese ebenfalls unedler als das Ma¬ terial der Radsatzwelle sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die metallische Komponente der Um- mantelung ein Leichtmetall enthält. Hierbei kann es sich um den Hauptlegierungsanteil einer Legierung handeln bzw. dieses Material kann als metallische Komponente auch rein Verwendung finden. Die Verwendung eines Leichtmetalls hat den Vorteil, dass durch die Ummantelung das Gesamtgewicht der Radsatzwelle vergleichsweise wenig steigt. Als Leichtmetalle kommen insbe¬ sondere AI, Ti und deren Legierungen in Frage.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die metallische Komponente der Ummantelung unter atmosphärischer Einwirkung spontan eine
Passivierungsschicht ausbildet. Hierdurch kann der korrosive Angriff auf die der Atmosphäre ausgesetzte Grenzfläche der Ummantelung vorteilhaft gering gehalten werden. Wird die Ummantelung durch einen Steinschlag verletzt, so wird die ver- letzte Stelle sofort spontan wieder passivieren, so dass hierdurch ein korrosiver Angriff der bereits geschädigten Ummantelung nach wie vor verhindert werden kann. Als sozusagen wetterfeste Leichtmetalle kommen AI, Ti und Zn bzw. deren Le¬ gierungen in Frage.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen :
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Radsatzwelle mit einem Teilausschnitt,
Figur 2 bis 4 Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße
Ummantelung als Teilausschnitte und
Figur 5 bis 7 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Kaltgasspritzverfahrens .
In Figur 1 ist eine Radsatzwelle 11 dargestellt, die mit ei nem Rad 12 verbunden ist. Um die Radsatzwelle 11 vor einem Steinschlag zu schützen, ist diese, wie in einem Ausschnitt dargestellt ist, mit einer Ummantelung 13 versehen, welche unterschiedlich aufgebaut sein kann, wie in den folgenden Figuren beschrieben werden soll. Gemäß Figur 2 ist die Ummantelung 13 aus einer metallischen Komponente 14 gebildet, in die pseudo-elastische Partikel 15 aus NiTi verteilt sind. Trifft ein Stein 16 auf einen Bereich der Ummantelung 13, welcher durch ein solches superelastisches Partikel 15 geschützt ist, so prallt dieser in der durch einen Pfeil angedeuteten Weise von der Ummantelung 13 ab, ohne einen bleibenden Schaden zu verursachen.
Die metallische Komponente 14 der Ummantelung 13 ist aus dem¬ selben Stahl gebildet wie die Radsatzwelle 11. Daher ist zwi- sehen der Radsatzwelle 11 und der Ummantelung 13 ein direkter Kontakt möglich, da eine Korrosion an der durch die Radsatzwelle definierten Grenzfläche 17 zur Ummantelung zumindest aufgrund der Ausbildung von elektrochemischen Lokalelementen ausgeschlossen werden kann.
Gemäß Figur 3 besteht die Ummantelung 13 aus der metallischen Komponente 14, in die Hartstoffpartikel 18 eingebunden sind. Diese Hartstoffpartikel sind in der Lage, bei dem Einschlag eines Steins 16 zwei Schutzmechanismen auszulösen. Der eine (nicht dargestellte) Schutzmechanismus besteht darin, dass die wenig elastischen Hartstoffpartikel sich durch den Steinschlag nicht verformen und somit die durch den Stein einge¬ prägte Belastung auf eine Phasengrenze 19 zwischen dem Hart¬ stoffpartikel 18 und der metallischen Komponente 14, die eine metallische Matrix um das Hartstoffpartikel 18 bildet, ver¬ teilt. Der zweite Mechanismus ist auch in Figur 3 darge¬ stellt. Sofern der Stein 16 eine genügende kinetische Energie aufweist, reicht die Verteilung des Stoßes über die Hart¬ stoffpartikel 18 nicht aus. Die metallische Komponente 14 wird angegriffen, wobei in dem entstehenden Krater 20 Hartstoffpartikel 18 zerstört werden. Die Zerstörung der Hart¬ stoffpartikel in kleinere Splitter 21, die durch einen Bruch der Partikel zustande kommen, absorbiert jedoch Energie, so dass durch die Zerstörung der Hartstoffpartikel 18 die Belas¬ tung der metallischen Komponente 14 verringert wird.
Bei fortschreitender Zerstörung der metallischen Komponente 14 wird diese allmählich vollständig aufgebraucht. Sobald ein Krater 20 hinsichtlich seiner Tiefe die ganze Dicke der metallischen Komponente 14 durchdringt, wird die unter der me¬ tallischen Komponente 14 liegende Indikatorschicht 22 freige¬ legt, die eine Farbe aufweist, welche bei einer visuellen In¬ spektion der Ummantelung 13 sofort auffällt. Daher kann dann für eine Reparatur der Ummantelung 13 gesorgt werden, um deren Funktion wieder vollständig herzustellen.
Die metallische Komponente 14 ist aus einer Aluminiumlegie¬ rung gebildet. Dies hat den Vorteil, dass diese verhältnismä- ßig leicht ist. Außerdem bildet Aluminium eine Passivierungs- schicht 23 aus, die die Oberfläche 24 der Ummantelung 13 vor einem witterungsbedingten korrosiven Angriff schützt. Da die Passivierung von Aluminium spontan erfolgt, ist auch die Ausbildung der Passivierungsschicht 23 nach einem Steinschlag gewährleistet, so dass auch ein korrosiver Angriff in dem ausgebildeten Krater vermieden werden kann. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, da die metallische Komponente im Be¬ reich des Kraters ohnehin bereits geschwächt ist. Gemäß Figur 4 ist die metallische Komponente 14, die höchs¬ tens so edel ist, wie das Material der Radsatzwelle 11, als verhältnismäßig dünne Trennlage ausgeführt, die eine weitere Lage 25 aus NiTi trägt. Die Ummantelung 13 ist daher als Mul- tilayerschicht ausgeführt. Die Lage 25 kann, wie links einer Bruchlinie 26 dargestellt, pseudo-elastisch ausgeführt sein. Dies führt im Falle eines Steinschlags entsprechend des ange¬ deuteten Pfeils zu einem Abprallen des Steins 16. Ist die La¬ ge 25 pseudo-plastisch ausgeführt, so bewirkt der Stein 16 die Bildung eines Kraters 20. Allerdings lässt sich diese Verletzung der Lage 25 durch eine nachfolgende Wärmebehand¬ lung ausheilen, da sich die Formgedächtnislegierung an die ursprüngliche Gestalt der Lage „erinnert" und so die alte Struktur aufgrund einer Phasenumwandlung wieder hergestellt wird.
Bei den in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Kaltgasspritz- verfahren handelt es sich um verschiedene Anwendungen, wie dieses Verfahren zur Erzeugung bzw. Reparatur der Ummantelungen 13 auf den Radsatzwellen 11 angewendet werden kann. Gemäß Figur 5 besteht die Ummantelung 13 aus einer Umhüllung, die um die Radsatzwelle 11 herumgebogen wird (vgl. strichpunktierte Kontur der Ummantelung 13, die eine Gestalt andeutet, wie sie während des Biegeverfahrens vorliegt) . Dabei entsteht eine Stoßkante 27 der Umhüllung, an der gegenüberliegende Kanten der Umhüllung aneinander zu liegen kommen. Um diese Stoßkante bzw. den hierdurch entstehenden Spalt abzudichten, wird das Kaltgasspritzen verwendet. Eine konvergent¬ divergente Düse 28 beschleunigt die Beschichtungspartikel (nicht dargestellt) in einem Kaltgasstrahl 29, wobei die Par¬ tikel aufgrund ihrer kinetischen Energie oberhalb der Sto߬ kante 27 abgeschieden werden und den darunter liegenden Spalt auf diese Weise abdichten. In Figur 6 ist dargestellt, wie mittels des Kaltgasspritzens die Ummantelung 13 selbst auf der Radsatzwelle 11 erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird die Radsatzwelle 11 langsam ge¬ dreht, so dass eine Relativbewegung zwischen den Kaltgasstrahl 29 und der Grenzfläche 17 der Radsatzwelle 11 ent- steht, gleichzeitig kann eine Axialbewegung der Radsatzwelle erfolgen (nicht dargestellt) , die derart bemessen ist, dass die Beschichtung einer Schraubenlinie gleichend auf der
Grenzfläche 17 erzeugt wird. Hierdurch bildet sich eine ge- schlossene Ummantelung 13 aus, wobei in Figur 6 ein Zwischenstadium des Beschichtungsvorganges dargestellt ist.
Gemäß Figur 7 wird das Kaltgasspritzen verwendet, um durch Steinschlag erfolgte Verletzungen 30 (in den Figuren 3 und 4 als Krater 20 bezeichnet) auszuheilen. Hierzu werden ledig¬ lich lokal die Verletzungen durch die Partikel der metalli¬ schen Komponente und eventuell weitere Partikel unter Ausbil¬ dung von Reparaturstellen 31 ausgefüllt.

Claims

Patentansprüche
1. Radsatzwelle (11) für ein schienengebundenes Fahrzeug, welche als Steinschlagschutz eine Ummantelung (13) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Ummantelung (13) eine metallische Komponente (14) aufweist, die höchstens so edel ist, wie der die Grenzfläche (17) der Radsatzwelle bildende metallische Werkstoff.
2. Radsatzwelle (11) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die metallische Komponente (14) der Ummantelung (13) aus demselben metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, besteht wie die Radsatzwelle (11) .
3. Radsatzwelle (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass in der metallischen Komponente (14) der Ummantelung (13) eine Gefügephase (15, 18) enthalten ist, die die Steinschlag- festigkeit der Ummantelung erhöht.
4. Radsatzwelle (11) nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Gefügephase durch Hartstoffpartikel (18) gebildet ist, wobei die Hartstoffpartikel (18) in die metallische Kom¬ ponente (14) der Ummantelung (13) eingebettet sind.
5. Radsatzwelle (11) nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Gefügephase durch pseudoplastische oder pseudoelas¬ tische metallische Partikel (15) oder Partikel eines Werk¬ stoffes, dessen Elastizitätsmodul höchstens 1/10 desjenigen der metallischen Komponente (14) der Ummantelung (13) be- trägt, gebildet ist, wobei die Partikel (15) in die metalli¬ sche Komponente (14) der Ummantelung eingebettet sind.
6. Radsatzwelle (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die metallische Komponente (14) der Ummantelung (13) mit einer pseudoelastischen oder pseudoplastischen Legierung beschichtet ist.
7. Radsatzwelle (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zwischen der Grenzfläche (17) der Radsatzwelle (11) und der Ummantelung (13) eine Trennschicht aus einem elektroche¬ misch unedleren Material als dem die Grenzfläche der Radsatz- welle (11) bildenden metallischen Werkstoff oder einem elekt¬ rochemisch inerten Material vorgesehen ist.
8. Radsatzwelle (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die metallische Komponente (14) der Ummantelung (13) elektrochemisch unedler als der die Grenzfläche der Radsatzwelle (11) bildende metallische Werkstoff ist und mit der Grenzfläche (17) der Radsatzwelle (11) in elektrochemischem Kontakt steht.
9. Radsatzwelle (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die metallische Komponente (14) der Ummantelung (13) ein Leichtmetall enthält.
10. Radsatzwelle (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die metallische Komponente (14) der Ummantelung (13) un¬ ter atmosphärischer Einwirkung spontan eine Passivierungs- schicht (23) ausbildet.
11. Radsatzwelle (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zwischen der Grenzfläche (17) der Radsatzwelle (11) und der Ummantelung (13) eine Indikatorschicht (22) aus farbigem Material vorgesehen ist, welches feuchtigkeitsdurchlässig ist.
12. Verfahren zum Erzeugen einer Ummantelung (13) als Steinschlagschutz auf einer Radsatzwelle (11) für ein schienenge¬ bundenes Fahrzeug,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Ummantelung (13) durch Kaltgasspritzen hergestellt wird, indem Partikel einer ersten Art mit einer metallischen Komponente (14), die elektrochemisch höchstens so edel ist, wie der die Grenzfläche (17) der Radsatzwelle (11) bildende metallische Werkstoff, auf die Radsatzwelle (11) aufgebracht werden .
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zusammen mit den Partikeln der ersten Art Partikel mindestens einer zweiten Art auf die Radsatzwelle aufgebracht werden, welche in einer sich aus den Partikeln der ersten Art ausbildenden Gefügematrix eine verteilte Gefügephase ausbil¬ den .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass vor dem Aufbringen der Partikel der ersten Art Partikel einer weiteren Art auf die Radsatzwelle aufgebracht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass dieses angewendet wird, um eine durch Steinschlag her¬ vorgerufene Verletzung (30) in der Ummantelung (13) wieder mit dem Material der Ummantelung (13) aufzufüllen.
16. Verfahren zum Erzeugen einer Ummantelung (13) als Steinschlagschutz auf einer Radsatzwelle (11) für ein schienenge¬ bundenes Fahrzeug,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Ummantelung (13) als Umhüllung hergestellt wird, mit der die Radsatzwelle (11) umwickelt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass eine Stoßkante (27) der Umhüllung durch Kaltgasspritzen verschlossen wird.
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