DE10001549A1 - Method of manufacturing a disc wheel body for rail vehicles - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for production of a disc wheel body for rail vehicles. The aim of the invention is to produce a disc wheel body for rail vehicles with a minimal material requirement and which has a high strength and durability and low sensitivity to crack formation. Said aim is achieved, whereby a blank produced by press moulding is hot rolled between two roller heads, where it already achieves a form approaching that of the final dimensions thereof, with at least one rotationally symmetrical profile provided, on either the disc surface (2) and/or the wheel flange and/or wheel rim (3) in the form of a ridge (7) or step (4, 5, 6). On press moulding the blank, the material volume and material distribution is such that it corresponds to the essentially radial material displacement which occurs during hot rolling of the blank to give the form approaching the final dimensions. The removal of large volumes of material in the final machining, in order to achieve the form approaching final dimensions is, thus, avoided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Scheibenradkörpers für Schienenfahrzeuge aus Metall, insbesondere Stahl, durch Formpressen eines Blockes zu einem Rohling des Scheibenradkörpers und anschließendes Warmwalzen des Rohlings zwischen zwei Walzenköpfen.The invention relates to a method for producing a Disc wheel body for metal rail vehicles, especially steel, by compression molding a block a blank of the disc wheel body and subsequent Hot rolling the blank between two roll heads.

In der Praxis werden Scheibenradkörper für Schienenfahrzeuge z. B. in der Weise hergestellt, daß zunächst ein kompakter zylindrischer Block aus Stahl zu einem Rohling des Scheibenradkörpers in einer mehrstufigen Presse umgeformt wird. Anschließend wird dieser Rohling zwischen zwei seitlichen Walzenköpfen im Bereich des Scheibenblattes beginnend an der Scheibenradnabe und fortschreitend zur Scheibenradfelge bzw. -kranz und mit einem radial außen bei einem bereiften Rad an der Radfelge und bei einem Vollrad an der Lauffläche des Spurkranzes angesetzten Walzenkopf gewalzt. Der auf diese Weise erhaltene Scheibenradkörper hat noch nicht die gewünschten Endmaße, insbesondere hat er nicht die für das Anbringen von Bremsscheiben oder Dämpfungskörpern erforderlichen Profilierungen in Form von Stufen oder Stegen. Um einen Scheibenradkörper mit den gewünschten Endmaßen zu erhalten, ist eine abschließende spanabhebende Bearbeitung erforderlich. Voraussetzung für eine solche Bearbeitung ist eine Überdimensionierung des Scheibenradkörpers. Eine solche Überdimensionierung und die spanabhebende abschließende Bearbeitung haben eine Reihe von Nachteilen:
In practice, disc wheel bodies for rail vehicles such. B. manufactured in such a way that a compact cylindrical block of steel is first formed into a blank of the disc wheel body in a multi-stage press. This blank is then rolled between two lateral roller heads in the area of the disc blade, beginning at the disc wheel hub and progressively to the disc wheel rim or rim and with a roller head attached radially on the outside to a wheel with a tire and a full wheel on the tread of the flange. The disk wheel body obtained in this way does not yet have the desired final dimensions, in particular it does not have the profiles in the form of steps or webs required for the attachment of brake disks or damping bodies. A final machining operation is required to obtain a disc wheel body with the desired final dimensions. An oversizing of the disc wheel body is a prerequisite for such machining. Such oversizing and the final machining process have a number of disadvantages:

• 1. bezogen auf den fertigen Scheibenradkörper ist der Materialeinsatz groß.1. based on the finished disc wheel body is the Great use of materials.
• 2. Der große Materialeinsatz bei besonders großformatigen Scheibenradkörpern schließt die Verwendung von stranggegossenen Materialien aus, die wegen ihrer im Vergleich zu Blockgußmaterial besseren Umformeigenschaften und höheren Reinheit besser für Schienenräder geeignet wären.2. The large amount of material used in particular large-sized disc wheel bodies excludes the use made of continuously cast materials, which because of their im Compared to block molding material better Forming properties and higher purity better for Rail wheels would be suitable.
• 3. Die für die abschließende spanabhebende Bearbeitung erforderliche Materialzugabe beeinträchtigt den Wärmetransfer bei der Wärmebehandlung der Scheibenradkörper nach dem Walzen.3. The one for the final machining required material addition affects the Heat transfer in the heat treatment of the Disc wheel body after rolling.
• 4. Der für die Festigkeit, Zähigkeit, Reduzierung der Rißempfindlichkeit sowie Dauerfestigkeit der Scheibenradkörper günstige im wesentlichen radiale Faserverlauf nach dem Walzen wird durch die abschließende spanabhebende Bearbeitung großer Materialvolumina zu einem erheblichen Teil zerstört.4. The one for strength, toughness, reduction of Crack sensitivity and fatigue strength of the Disc wheel body cheap essentially radial The course of the fibers after rolling is determined by the final machining of large volumes of material destroyed a significant part.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Scheibenradkörpers mit mindestens einer rotationssymmetrischen Profilierung in Form eines Steges oder einer Stufe im Scheibenblatt, innen an der Radfelge oder am Radkranz unter geringst möglichem Materialeinsatz zu schaffen. Das durch dieses Verfahren hergestellte Material soll sich durch hohe Festigkeit, Zähigkeit, und Rißunempfindlichkeit auszeichnen.The invention has for its object a method to manufacture a disc wheel body with at least a rotationally symmetrical profile in the form of a Stege or a step in the disc sheet, on the inside of the Wheel rim or on the rim at the lowest possible To create material use. That through this procedure manufactured material should be characterized by high strength, Toughness and crack resistance.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beim Warmwalzen des Rohlings des Scheibenradkörpers der entstehende Scheibenradkörper seine mindestens endmaßnahe Form erhält und dabei im Scheibenblatt und/oder dem Radkranz und /oder der Radfelge mindestens eine rotationssymmetrische Profilierung in Form eines Steges oder einer Stufe geformt wird, wobei das Materialvolumen und die Materialverteilung im Rohling Scheibenradkörpers auf die beim Warmwalzen des Rohlings in die endmaßnahe Form erfolgende, im wesentlichen radiale Materialverlagerung abgestimmt sind.This task is initiated in a procedure mentioned type in that when hot rolling the  Blank of the disc wheel body the resulting Disc wheel body maintains its at least near-net shape and in the disc blade and / or the wheel rim and / or the wheel rim at least one rotationally symmetrical Profiling in the form of a web or a step is formed, the volume of material and the Material distribution in the blank disc wheel body on the when hot rolling the blank into the near-net shape essentially radial material shift are coordinated.

Wegen der Berücksichtigung der Endkontur des Scheibenradkörpers schon beim Formpressen läßt sich erreichen, daß der Scheibenradkörper schon beim Warmwalzen seine Endkontur erhält. Ein abschließendes spanabhebendes Bearbeiten, um die gewünschten Endmaße zu erreichen, kann im einfachsten Fall sogar entfallen. Wenn in der Praxis gleichwohl eine abschließende spanabhebende Bearbeitung erfolgt, dann dient sie in wesentlichen nur der Feinabstimmung: Einhalten von Maßtoleranzen, Beseitigung von Unwuchten und dergleichen. Da grundsätzlich keine abschließende spanabhebende Bearbeitung erforderlich ist, bleiben auch die sich aus dem abschließenden Walzprozeß ergebenden Eigenschaften, wie Festigkeit, Zähigkeit und Rißunempfindlichkeit aufgrund des ungestörten radialen Faserverlaufs des Materials erhalten, die gerade für Scheibenradkörper wegen ihrer im Betrieb schwingenden Belastung von Vorteil sind. Da der Scheibenradkörper nach dem Warmwalzen praktisch seine Endmaße erreicht, also dünner als nach dem bisherigen Verfahren hergestellte Scheibenradkörpern ist, läßt er sich auch optimaler wärmebehandeln. Schließlich ist der mit der Erfindung erzielte Vorteil der Materialersparnis groß. Bei Scheibenradkörpern, die ein Gewicht in der Größenordnung von 700 kg haben, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Einsparungen von 100 kg und mehr erzielen.Because of the consideration of the final contour of the Disc wheel body can already during compression molding achieve that the disc wheel body already at Hot rolling receives its final contour. A final one machining to achieve the desired gauge blocks can be achieved in the simplest case. If in practice nevertheless a final cutting Editing takes place, then it essentially only serves fine-tuning: compliance with dimensional tolerances, Eliminate unbalance and the like. There basically no final cutting Editing is required, the stay out the properties resulting from the final rolling process, such as strength, toughness and crack resistance due to the undisturbed radial fiber course of the Materials obtained just for disc wheel bodies advantageous because of their vibrating load during operation are. Because the disc wheel body after hot rolling practically reached its final dimensions, i.e. thinner than after disc wheel bodies manufactured using the previous method is, it can also be optimally heat treated. Finally, the advantage achieved with the invention is the material savings are great. For disc wheel bodies that  have a weight of the order of 700 kg savings of Get 100 kg and more.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigenIn the following the invention is based on a Exemplary embodiment drawing closer explained. Show in detail

Fig. 1 einen Rohling eines Scheibenradkörpers in einer Pressform im halben Axialschnitt, Fig. 1 shows a blank of a Scheibenradkörpers in a mold half in axial section,

Fig. 2 den aus dem Rohling gemäß Fig. 1 durch Warmwalzen hergestellten Scheibenradkörper im halben Axialschnitt, Fig. 2 shows the disc wheel manufactured from the blank according to Fig. 1 by hot rolling in a half axial section,

Fig. 3 einen Walzenkopf für das Warmwalzen der rechten Seite des Scheibenradkörpers gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a roller head for the hot rolling of the right side of the Scheibenradkörpers according to Fig. 2,

Fig. 4 einen Walzenkopf für das Warmwalzen der linken Seite des Scheibenradkörpers gemäß Fig. 2, Fig. 4 is a roller head for the hot rolling of the left side of the Scheibenradkörpers according to Fig. 2,

Fig. 5 den warmgewalzten Scheibenradkörper gemäß Fig. 2 nach abschließendem Kümpeln im halben Axialschnitt. FIG. 5 shows the hot-rolled disc wheel body according to FIG. 2 after the final cumming in half the axial section.

Der in Fig. 5 dargestellte Scheibenradkörper besteht aus einer Nabe 1, einem Scheibenblatt 2 und einer Radfelge 3. Auf die Radfelge wird ein Radreifen mit Spurkranz aufgeschrumpft. Der Scheibenradkörper weist im Hinblick auf die Erfindung die Besonderheit auf, daß im Scheibenblatt 2 Profilierungen vorgesehen sind, und zwar etwa in der Mitte des Blattes zwei auf gegenüberliegenden Seiten eingeordnete Stufen 4, 5, in der Nähe der Radfelge 3 eine weitere Stufe 6 und auf der dazu gegenüberliegenden Seite eine Rippe 7. Um diese Profilierungen 4, 5, 6 und 7 zu formen, wird erfindungsgemäß zunächst ein Rohling des Radscheibenkörpers entsprechend Fig. 1 hergestellt.The disk wheel body shown in FIG. 5 consists of a hub 1 , a disk blade 2 and a wheel rim 3 . A wheel tire with a flange is shrunk onto the wheel rim. With regard to the invention, the disk wheel body has the special feature that 2 profiles are provided in the disk sheet, namely in the middle of the sheet two steps 4 , 5 arranged on opposite sides, near the wheel rim 3 a further step 6 and a rib 7 on the opposite side. In order to form these profiles 4 , 5 , 6 and 7 , a blank of the wheel disc body according to FIG. 1 is first produced according to the invention.

Fig. 1 zeigt die letzte Stufe des Formpressens. Dafür wird zunächst in herkömmlicher Weise ein zylindrischer Block, der vorzugsweise von einem gegossenen Strang abgelängt ist, nach Erwärmen auf eine geeignete Verformungstemperatur angestaucht. In zwei weiteren Stufen wird der gestauchte Block weiter verformt und gelocht. Die letzte Stufe dieses Fertigungsvorganges zeigt Fig. 1. Hier ist der Rohling des Radscheibenkörpers allseitig von der formgebenden Pressform umgeben. Bei dieser Formgebung werden bereits die späteren Profilierungen 4, 5, 6, 7 durch entsprechende Materialverteilungen berücksichtigt. In Fig. 1 ist zu erkennen, daß schon in der Pressform der besonders stark ausgeprägte, spätere Steg 7 eingeformt ist. Die weniger stark ausgeprägten Profilierungen, wie die flachen Stufen 4, 5, 6, müssen aber nicht schon in der Pressform ausgeformt werden. In jeden Fall ist aber schon in der Pressform das Materialvolumen und die Materialverteilung für das sich in derselben Hitze anschließende Warmwalzen in der Weise zu berücksichtigen, daß beim Warmwalzen gerade soviel Material zur Verfügung steht, wie in den einzelnen Bereichen des Scheibenradkörpers benötigt wird, um am Ende des Warmwalzens mindestens annähernd die Endmaße des Scheibenradkörpers in der Dicke und in der radialen Ausdehnung zu erreichen. Fig. 1 shows the last stage of compression molding. For this purpose, a cylindrical block, which is preferably cut to length from a cast strand, is first compressed in a conventional manner after it has been heated to a suitable deformation temperature. In two further stages, the compressed block is further deformed and punched. The last stage of this manufacturing process is shown in FIG. 1. Here, the blank of the wheel disc body is surrounded on all sides by the shaping mold. With this shaping, the later profiles 4 , 5 , 6 , 7 are already taken into account by appropriate material distributions. In Fig. 1 it can be seen that the particularly pronounced, later web 7 is already formed in the mold. The less pronounced profiles, such as the flat steps 4 , 5 , 6 , do not have to be formed in the press mold. In any case, the material volume and the material distribution for the subsequent hot rolling in the same heat must be taken into account in such a way that just as much material is available during hot rolling as is required in the individual areas of the disk wheel body in order to End of hot rolling to at least approximately reach the final dimensions of the disc wheel body in the thickness and in the radial extent.

Wie die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Walzköpfe für das Warmwalzen der rechten und linken Seite des Scheibenradkörpers zeigen, haben sie eine der gewünschten Endform des Scheibenradkörpers angepaßte Kontur. So hat der Walzenkopf gemäß Fig. 3 eine dem Steg 7 entsprechende umlaufende Nut 9. Der Walzenkopf gemäß Fig. 4 für die andere Seite hat dagegen den Stufen 4 und 6 entsprechende Stufen 11 und 12. Allerdings erhält der Scheibenradkörper seine Endform gemäß Fig. 5 nicht schon beim Warmwalzen sondern erst beim anschließenden Kümpeln. Nach dem Warmwalzen hat er die in Fig. 2 dargestellte Form. In dieser Form ist der radial äußere Bereich des Scheibenradkörpers etwa bis zur Mitte des Scheibenblattes gegenüber dem radial inneren Bereich parallelversetzt. Beim anschließenden Kümpeln findet ein weiterer Parallelversatz statt, und zwar im Bereich der Stufe 6 und des Steges 7 unter Erhaltung ihrer Form und Position und an der Vorstufe 4* unter Erhaltung ihrer Position aber Vergrößerung zur Stufe 4 und unter Bildung einer weiteren gegenüberliegenden Stufe 5.As the roller heads in Figs. 3 and 4 for the hot rolling of the right and left side of the Scheibenradkörpers show, they have a final desired shape of the Scheibenradkörpers adapted contour. The roller head according to FIG. 3 has a circumferential groove 9 corresponding to the web 7 . The roller head according to FIG. 4 for the other side, on the other hand, has stages 11 and 12 corresponding to stages 4 and 6 . However, the disk wheel body does not get its final shape according to FIG. 5 already during hot rolling but only when it is subsequently cured. After hot rolling, it has the shape shown in FIG. 2. In this form, the radially outer region of the disc wheel body is offset parallel to the radially inner region approximately up to the center of the disc blade. During the subsequent carving, a further parallel offset takes place, namely in the area of step 6 and the web 7 while maintaining their shape and position and at the preliminary step 4 * while maintaining their position but enlarging to step 4 and forming a further opposite step 5 .

In einzelnen Fällen kann der so erhaltene Scheibenradkörper mit den verschiedenen Profilierungen zum Einsatz kommen. In der Regel findet aber eine abschließende Überarbeitung an der gesamten Oberfläche durch Überdrehen statt. In Fig. 5 ist mit ausgezogenen Linien die Kontur des Scheibenradkörpers nach dem Warmwalzen und gestrichelt die Kontur des Scheibenradkörpers nach der spanabhebenden Überarbeitung dargestellt. Bei der spanabhebenden Überarbeitung kann auch noch eine Hinterschneidung 13 an der Radnabe 1 erzeugt werden.In individual cases, the disc wheel body obtained in this way can be used with the different profiles. As a rule, however, there is a final overhaul on the entire surface by over-turning. In Fig. 5, the contour of the disc wheel body after hot rolling and the contour of the disc wheel body after machining is shown in broken lines. During the machining revision, an undercut 13 can also be produced on the wheel hub 1 .

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen eines Scheibenradkörpers für Schienenfahrzeuge aus Metall, insbesondere Stahl, durch Formpressen eines Blockes zu einem Rohling eines Scheibenradkörpers und anschließendes Warmwalzen des Rohlings zwischen zwei Walzenköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Warmwalzen des Rohlings der entstehende Scheibenradkörper seine mindestens endmaßnahe Form erhält und dabei im Scheibenblatt und/oder im Radkranz und/oder in der Radfelge mindestens eine rotationssymmetrische Profilierung in Form eines Steges und/oder einer Stufe geformt wird, wobei das Materialvolumen und die Materialverteilung im Rohling auf die beim Warmwalzen des Rohlings in die endmaßnahe Form erfolgende, im wesentlichen radiale Materialverlagerung abgestimmt sind.1. A method for producing a disc wheel body for rail vehicles made of metal, in particular steel, by compression molding a block into a blank of a disc wheel body and subsequent hot rolling of the blank between two roller heads, characterized in that when the blank is hot-rolled, the resulting disc wheel body receives its at least final shape and at least one rotationally symmetrical profile in the form of a web and / or a step is formed in the disk blade and / or in the wheel rim and / or in the wheel rim, the material volume and the material distribution in the blank being based on the shape that takes place when the blank is hot-rolled, are essentially coordinated radial material transfer. 2. Verfahren zum Herstellen eines Scheibenradkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formpressen des Rohlings ein der Profilierungen im Scheibenblatt und/oder im Radkranz und/oder in der Radfelge des Scheibenradkörpers entsprechendes grobes Vorprofil eingeformt wird.2. Method of making a disc wheel body according to claim 1, characterized in that at Compression molding the blank into one of the profiles Disc and / or in the rim and / or in the Corresponding rough wheel rim of the disc wheel body Pre-profile is molded. 3. Verfahren zum Herstellen eines Scheibenradkörper nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß für das Formpressen ein strangegossener Block verwendet wird.3. Method of making a disc wheel body according to claim 1 or 2 characterized in that for the Compression molding a cast block is used.