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Geschweißtes Schienenrad mit einem doppelwandigen Radkörper aus Leichtmetall
An die Radscheiben der Verkehrsfahrzeuge werden hohe Anforderungen gestellt. Gleichzeitig
wird aber auch eine leichte Bauweise gefordert, damit das Gewicht der ungefederten
Massen möglichst gering bleibt. Es muß ferner auch noch bei Schienenfahrzeugen gewährleistet
sein, daß sich der Radkranz, der meistens aus Stahl besteht, nicht von dem Radkörper
löst. Außerdem sollen die Schrumpfteile frei vom Verschleiß bleiben und die bauliche
Ausführung eine hohe Wechselfestigkeit, insbesondere gegen Schlagbeanspruchung,
aufweisen. Schließlich wird eine wirtschaftlich hohe Fertigung der Räder erwartet.
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Bekannt sind Radkörper aus geschmiedeten, gezogenen oder gepreßten
Leichtmetallegierungen. Bei diesen Ausführungen ist jedoch die Verbindungsmöglichkeit
zwischen dem Achsschenkel auf der einen Seite und dem Radkranz auf der anderen Seite
des Radkörpers sehr problematisch. Die vorgeschlagenen Ausführungsmöglichkeiten
haben bisher in der Praxis nicht befriedigen können.
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Es ist ferner bekannt, Doppelscheibenräder aus Leichtmetallguß zu
verwenden, bei denen der bei Gußteilen übliche Kern durch einen Stahlblechmantel
ersetzt wird. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, daß die Wechselfestigkeit dieser
Verbindung außerordentlich gering ist, so daß solche Räder für den praktischen Betrieb
nur beschränkt brauchbar sind.
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Es ist weiterhin nicht mehr neu, aus Leichtmetall bestehende geschweißte
Doppelscheibenräder aus zwei einstückigen unsymmetrisch ausgebildeten Teilen zusammenzusetzen.
Die beiden Radteilkörper stoßen in versetzt zueinander liegenden Radialebenen zusammen.
Um sie miteinander zu verbinden, kann unter Umständen ein Aufschrumpfen auf dem
Nabensitz und ein Aufschrumpfen des Radreifens genügen. Eine solche Befestigung
ist aber besonders bei der Verwendung von Leichtmetall als Baustoff für die Räder
von Schienenfahrzeugen wegen der verhältnismäßig hohen mechanischen Beanspruchung
beim Fahren nicht genügend sicher, weil die Schrumpfverbindung unter der wechselnden
Einwirkung von Erwärmung und Abkühlung nachgeben und sich lockern kann.
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Die Befestigung der beiden Radteilkörper kann aber auch durch Aufschieben
auf eine gemeinsame Buchse erfolgen. Sie ist mit diesen durch Kehlschweißnähte zwischen
ihrer Außenwandung und den äußeren Stirnwandungen der Radteilkörper verbunden. Uni
]zu Scheiben bzw. Speichen des Rades Druckvo-spnnungen zu verleihen, ist ferner
die Axiall'inge ihrer Nabenteile so bemessen, daß diese bei einander berührenden
Felgenteilen noch einen Abstar_d haben, so daß sie um dieses Maß einander angenähert
werden können. Aber auch eine solche Halterung genügt für die Aufnahme der beim
Fahren auftretenden Kräfte nicht immer, wenn die Radscheiben-oder Felgenteile aus
Leichtmetall gefertigt sind.
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Die Erfindung geht zwar auch von einem bekannten Schienenrad mit einem
doppelwandigen Radkörper aus Leichtmetall aus, der aus zwei unsymmetrischen Gußstücken
zusammengesetzt ist, die an ihren Stirnkanten miteinander verschweißt sind. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem in dieser Weise aufgebauten Schienenrad
die bei bekannten Schienenrädern auftretenden Mängel zu beseitigen. Das Schienenrad
soll in der Leichtbauweise hergestellt, aber trotzdem betriebssicher und den hohen
Anforderungen im Eisenbahnbetrieb voll gewachsen sein.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
für die Herstellung des Radkörpers eine Aluminiumlegierung verwendet wird, die aus
8 bis 11 19110 Magnesium und als Rest Aluminium von 99,5 % Reinheitsgrad besteht
oder auch eine Aluminiumlegierung mit 3 bis 7 % Kupfer, 0,1 bis 0,5 % Zirkon, das
ganz oder teilweise durch Titan ersetzt werden kann, und als Rest wiederum Aluminium
mit einem Reinheitsgrad von 99 Indem die beiden Radkörperteile nicht wie bekannt
nur am äußeren Kranz, sondern auch am inneren Umfang, also an der Nabe, miteinander
an Stellen verschweißt worden sind, die in radialer Richtung versetzt zueinander
liegen, wird ein durch die Schweißspannungen erzeugtes Widerstandsmoment erlangt,
um die besonders gefährdete Zugseite unter der Ein-
Wirkung entgegengesetzt
gerichteter Druckkräfte zu entlasten.
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Es ist weiterhin für die erfindungsgemäße Auswahl des Werkstoffs in
Verbindung mit der konstruktiven Ausführung wichtig, das Gußgefüge durch geregelte
Abkühlung so auszubilden, daß am Übergang des dünneren Scheibenteiles in dem dickeren
Nabenteil das Wachstum der Kristallite in radialer Richtung verläuft und somit die
Achsen der Kristallite radial gerichtet sind. so daß sich eine für die Wechselbeanspruchung
günstige Lage der Kristallite ergibt. Dieses wird durch eine Lenkung des Wärmeflusses
in radialer Richtung erreicht, d. h. dadurch, daß der Innenteil der Nabe verhältnismäßig
stark gekühlt wird, während die Wärmeabführung vom dünneren äußeren Scheibenradkörper
nur langsam erfolgt. Hierdurch entsteht an dem besonders gefährdeten Übergang zwischen
dem dünnen und dem dicken Teil des Radkörpers ein Kristallgefüge, bei dem die Achsen
der Kristallite vorzugsweise in radialer Richtung und damit fast parallel zur Auße-nfiäche
des Scheibenkörpers verlaufen.
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Im Hinblick auf das Erstarrungsgefüge ist es günstig, von aushärtungsfähigen
Legierungen auszugehen, die aus etwa 8 bis 11% Magnesium, Rest Aluminium, vorzugsweise
mit einem Reinheitsgrad von 99,5 %, bestehen oder auch von solchen, die aus 3 bis
7% Kupfer, 0,1 bis 0,5% Zirkon, Rest Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99 %
zusammengesetzt sind, wobei das Zirkon ganz oder teilweise durch Titan ersetzt sein
kann.
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Die Herstellung des Scheibenrades geht so vor sich, daß zunächst die
beiden unsymmetrischen Gußstücke entweder aus der einen oder anderen Sonderlegierung
gefertigt werden, wobei auf die bereits erwähnte Ausbildung der Kristallachsen in
radialer Richtung zu achten ist. Die beiden Scheibenhälften werden dann verschweißt,
so daß die Schweißnähte in zwei verschiedenen Ebenen liegen. Das Gußstück kann dann
gegebenenfalls noch vergütet werden.
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Die Scheibenradkörper zeichnen sich insbesondere durch eine große
Festigkeit der beiden Scheibenteile und damit auch des Radkranzes aus und erlauben
auch die Verbindung mit der Radachse allein durch Aufschrumpfen. Die Legierungen
vermeiden ferner die Bildung von Reiboxyden. Die besondere Gefügeausbildung am Übergang
vom dünnen zum dickeren Radkörperteil bewirkt in Verbindung mit der jeweils ausgewählten
Legierung eine hohe Wechselfestigkeit.
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Die erfindungsgemäßen Radscheiben können im gesamten Fahrzeugbau Anwendung
finden, wie z. B. bei Personenwagen, Lastkraftwagen, insbesondere aber auch bei
Schienenfahrzeugen und für Flugzeuge.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Sie zeigt ein
Fahrzeugrad zur Hälfte im Schnitt.
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Das Rad besteht aus den beiden Scheibenteilen 1 und 2, die unsymmetrisch
gestaltet sind und aus den bereits vorher festgelegten Aluminiumlegierungen bestehen.
Die Scheiben 1 und 2 sind durch Schweißnähte 3 und 4 zur Bildung des äußeren Kranzes
und der Nabe zusammengeschweißt. Die durch die Schweißnähte 3 und 4 gelegten Schweißebenen
haben einen Abstand 5 voneinander.
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Anspruch 1 schützt nur die Gesamtkombination der in diesem Anspruch
enthaltenen Merkmale.