SCHIENENRAD UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SCHIENENRADES

Schienenrad und Verfahren zur Herstellung eines Schienenrades

Die Erfindung betrifft ein Schienenrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Schienenrades nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.

Eine Verbindung von Reibscheiben zum Abbremsen eines Schienenfahrzeugs mit einem Schienenrad wird durch eine Verschraubung der Reibscheiben auf einem Radsteg ermöglicht. Diese Verbindung muß so ausgeführt sein, dass sich die Reibscheiben bei Erwärmung ausdehnen und beim Abkühlen wieder zusammenziehen können. Dieses temperaturbedingte Ausdehnen und Zusammenziehen verursacht Gleitbewegungen der Reibscheiben auf dem Radsteg. Diese Gleitbewegungen finden aufgrund der Vorspannkraft der Schrauben unter relativ hohem Druck statt.

Reibscheiben werden typischerweise metallisch blank ohne dauerhafte Beschich- tung ausgeliefert. Die Scheiben können dabei mit einem Öl überzogen sein, welches über einen zeitlich begrenzten Raum den Reibscheiben einen Korrosionsschutz bietet. Gerade bei längerer Lagerung, insbesondere Freilagerung, kann es zur Korrosion ua der Kontaktflächen der Reibscheibe kommen.

Von einigen Herstellern wurde beispielsweise eine Grundierung des Radstegs vorgesehen oder auch das Aufbringen einer Montagegleitpaste, welche aufgrund der Gleitbewegungen allerdings nach und nach wieder aus dem Kontaktbereich zwischen dem Radsteg und den Reibscheiben ausgetragen wurde und die daher über längere Zeit nicht die Minderung der Reibung zwischen dem Radsteg und den Reibscheiben gewährleisten können.

Sofern die Reibung zunimmt, kann es allerdings zunehmend zu Reibkorrosion und adhesivem Verschleiß, auch als„Fressen" bekannt, kommen. Durch diesen adhesiven Verschleiß wird das Ausdehnen und Zusammenziehen der Brems- Scheibe beim Bremsen erschwert und die Schraubenvorspannung reduziert. Dies führt wiederum zu einer höheren Belastung und verkürzt die Lebensdauer der Verschraubung. Bei der Umsetzung eines wohldefinierten dauerhaften Kontaktes zwischen

Bremsscheibe und Radsteg ergibt sich bei Verwendung eines an sich bekannten Gleitlackes das Problem, dass eine Verbindung einer Gleitlackschicht mit der metallischen Oberfläche eines Schienenrades bzw. der Kontaktfläche des Radsteges keine ausreichende Haltbarkeit aufwies. Der Gleitlack löste sich nach einer geringen Anzahl von Bremsungen von der metallischen Oberfläche ab. Es kam zu einer Reibung Metall auf Metall und den damit verbundenen Problemen des adhesivem Verschleisses und der Reibkorrosion.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung den Effekt des Auftretens von adhesivem Verschleiß bei einem Schienenrad mit Reibscheiben über einen längeren Zeitraum zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch ein Schienenrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Erfindungsgemäß weist ein Schienenrad mit Radbremsscheibe einen Radkörper und beidseitig daran mit Befestigungselementen angebrachten Reibscheiben auf, wobei zumindest zwischen den jeweiligen Kontaktflächen der Reibscheiben und den Kontaktflächen des Radkörpers eine mehrlagige Beschichtung angeordnet ist.

Die Beschichtung ist mehrlagig aufgebaut, um Synergieeffekte einzelner Materiallagen auszunutzen, welche beispielsweise die Temperaturbeständigkeit oder die Härte der Beschichtung insgesamt erhöhen. Die mehrlagige Beschichtung ermög- licht eine Verringerung eines Eindrückens der Reibscheibe in den Radkörper und eine Verringerung eines Vorkraftspannverlustes der Befestigungselemente.

Grundsätzlich sind der Aufbau und die Herstellung eines Schienenrades beispielsweise aus der WO 2009/086900 A1 bekannt. Hier wird der adhesive Ver- schleiß durch eine Zwischenschicht aus einem metallischen Blech, das zwischen der Reibscheibe bzw. Radbremsscheibe und dem Radsteg angeordnet ist, verringert. Durch die Anordnung einer mehrlagigen Beschichtung zumindest im jeweiligen Kontaktbereich zwischen den Reibscheiben und dem Rad körper wird, alternativ zu einer Zwischenschicht aus einem metallischen Blech, eine Verringerung von Fresserscheinungen und Radschäden ermöglicht. Diese erste Materiallage kann in materialsparender Art und Weise direkt auf die jeweilige Kontaktfläche der Reibscheiben aufgebracht sein. Alternativ kann auch die gesamte Reibscheibe beschichtet sein. Die mehrlagige Anordnung der Beschichtung kann besonders vorteilhaft bereits vor der Montage auf der Reibscheibe vorliegen oder sich erst im Zusammenspiel der Kontaktflächen der Reibscheibe und des Radkörpers ergeben. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Kontaktfläche der Reibscheibe eine erste mechanisch und thermisch hochbelastbare Materiallage aufweist und die Kontakt- fläche des Radkörpers eine schmierstoffhaltige Materiallage, welche gemeinsam nach der Montage des Schienenrades eine mehrlagige Beschichtung ergeben.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere phosphathaltige Materiallagen eine große Abriebfestigkeit aufweisen und zugleich einen sehr festen Verbund mit dem metallischen Untergrund der Reibscheibe bilden, so dass ein Ablösen dieser Materi- allage, anders als bei Gleitbeschichtungen, nach mehreren Bremsungen nicht zu beobachten ist.

Auf die phosphathaltige Materiallage kann vorteilhaft eine schmierstoffhaltige Materiallage aufgebracht werden. Dabei eignet sich die phosphathaltige Materiallage als Trägermaterial und ermöglicht ein festes Anhaften der zweiten Materiallage, wie beispielsweise ein aushärtender Gleitlack oder eine Trockenschmierstoffbe- schichtung.

Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Herstellen eines Schienenrades mit einer oder mehreren Reibscheiben folgende Schritte auf: A) Bereitstellen einer Reibscheibe mit einer Kontaktfläche zum Anlegen an eine Kontaktfläche eines Radkörpers,

B) Phosphatieren zumindest der Kontaktfläche der Reibscheibe unter Ausbildung einer phosphathaltigen Materiallage;

C) Aufbringen einer schmierstoffhaltigen Materiallage auf die phosphathal- tige Materiallage und

D) Montage des Schienenrades.

Das Bereitstellen der Reibscheibe kann üblicherweise durch Guss oder Schmie- den eines Formteils und eine anschließende mechanische Bearbeitung erfolgen.

Anschließend erfolgt das Phosphatieren, also das Aufbringen einer phosphathaltigen Materiallage auf die Kontaktfläche der Reibscheibe. Dadurch bildet sich eine mechanisch belastbare und zugleich thermisch stabile Materialschicht auf der Kontaktfläche aus. Diese wirkt einerseits als Trägermaterial für eine schmierstoff- haltige Schicht und verhindert deren Ablösen während des Bremsvorgangs. Diese Synergieeffekte ermöglichen gleichbleibende und dauerhafte Gleitbewegungen der Kontaktflächen des Reibscheibe und des Radkörpers ohne dass es zu Fresserscheinungen kommt.

Um eine möglichst gleichbleibende Qualität der Reibscheiben und deren Be- schichtungen zu erreichen, hat sich die Anwendung von genormten Verfahren für das Phosphatieren der Kontaktflächen der Reibscheiben als sinnvoll erwiesen. Hierbei bietet sich die Variante T1 der DIN EN 12476 an.

Dabei reicht es aus, wenn die Reibscheibe beschichtet ist und auf einen metallischen, unbeschichteten Radsteg eines Radkörpers festgelegt wird. Da das Beschichten des Radsteges aufgrund der schlechteren Zugänglichkeit der Kontaktflächen deutlich arbeitsaufwendiger ist, würde durch eine zusätzliche Beschich- tung der Kontaktflächen des Radsteges ein weiterer Kostenfaktor bei der Herstellung des Schienenrades entstehen. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bereits das Beschichten der Kontaktfläche einer Reibscheibe eine ausreichende und dauerhafte Verringerung der Reibung gewährleistet, um ein Festfressen zu verhindern. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Schienenrades und

Figur 2 einen Teilschnitt des Schienenrades aus Fig. 2 bei der Montage.

In den Figuren 1 und 2 sind an einen Radkörper 1 Reibscheiben 2 angebracht bzw. montiert.

Dabei weist ein Radsteg 3 des Radkörpers 1 , der zwei umfängliche, radial sich erstreckende Kontaktflächen A bildet, eine Bohrung 8 auf, durch die eine Schraube 6 geführt ist, mit der die Reibscheiben 2 mit dem Radkörper 1 verbunden sind.

Jede Schraube 6, von denen, wie in Fig. 3 dargestellt, mehrere, in gleichem Winkelabstand auf einem Umfangskreis verteilt sind, ist durch ein Befestigungsauge 5 der jeweiligen Reibscheibe 2 geführt, das stirnseitig ebenso einen Anlagebereich gegenüber dem Radsteg 3 bildet, wie Kühlrippen 4 der Reibscheibe.

Zwischen den Anlagebereichen des Befestigungsauges 5 und den Kühlrippen 4 und dem Radsteg 3 ist jeder Reibscheibe 2 zugeordnet eine Beschichtung 7 angeordnet, an der einerseits die Kontaktfläche A des Radsteges 3 und andererseits eine Kontaktfläche B der Reibscheibe 2 anliegen.

Die Beschichtung 7 wird vorzugsweise auf die Kontaktfläche B der Reibscheibe 2 aufgebracht. Die Kontaktfläche A des Radstegs 3 kann unbeschichtet bleiben oder optional ebenfalls eine Beschichtung aufweisen. Diese optionale Beschichtung der Kontaktfläche A kann beispielsweise auch analog zur Beschichtung 7 der Kontaktfläche B oder als Schmierstoffschicht ausgebildet sein Die Besch ichtung 7 kann zudem über den gesamten Umfangkreis der Reibscheibe 2 auf der Kontaktfläche B verteilt werden oder materialsparend lediglich abschnittsweise. Ersteres in von Vorteil für eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung im Bereich der Kontaktflächen A und B über den gesamten Umfangskreis.

Dabei weist die beschriebene Beschichtung 7 zumindest eine phosphathaltige Materiallage X auf. Bevorzugt besteht die Beschichtung der Materiallage X aus einem oder mehreren kristallinen Metallphosphaten, vorzugsweise aus Mangan-, Zink- oder Eisenphosphat. Die mehrlagige Beschichtung 7 weist vorzugsweise eine größere Abriebfestigkeit als die unbeschichtete Kontaktpaarung der Reibscheibe 2 mit dem Radsteg 3 auf.

Das Schichtgewicht der phosphathaltigen Materiallage X der Beschichtung 7 der Reibscheibe 2 beträgt für die Anwendung auf einem Schienenrad vorzugsweise mindestens 4 g/m ² bis höchstens 100 g/m ² . Beschichtungen mit kleineren

Schichtgewichten können oftmals der mechanischen Beanspruchung nicht standhalten während größere Schichtgewichte sich beim Setzen der Schraubverbindungen aufgrund ihres hohen Betrages als nachteilig erwiesen haben. Die Schichtdicke der phosphathaltigen Materiallage X der Beschichtung 7 der Reibscheibe 2 beträgt vorzugsweise zwischen 5-20 μιτι. Bei deutlichem Überschreiten dieses Wertes der Schichtdicke können im Einzelfall Setzerscheinungen auftreten und ein Lösen der Schrauben erfolgen. Wie die Vergrößerung in Fig. 2 zeigt, ist auf die Materiallage X der beschriebenen Beschichtung 7 zusätzlich eine weitere Materiallage Y aufgebracht. Diese Materiallage besteht aus einem Schmierstoff, vorzugsweise einem Trockenschmierstoff oder weist zumindest Schmierstoffpartikel auf. Zu den Trockenschmierstoffen bzw. Festschmierstoffen zählen ua Molybdändisulfid, Graphit, PTFE oder auch alpha-Bornitrid. Dabei sollte der Schmierstoff im vorliegenden Fall eine Temperaturbeständigkeit von vorzugsweise zumindest 300°C aufweisen. Dabei hat sich Molybdändisulfid als besonders geeignet für die Anwendung auf einem Schienenrad erwiesen. Durch die Beschichtung 7 kann ein Reibwert zwischen den Kontaktflächen A und B auf einen Wert zwischen 0,06 bis 0,2 stabil ermöglicht werden. Die Kontaktflächen sind wieder voneinander lösbar. Nachfolgend wird anhand der Fig.1 -3 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Reibscheibe 2 für ein Schienenrad nähe beschrieben. In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen einer unbeschichteten Reibscheibe. Dieses Bereitstellen kann üblicherweise den Guss bzw. das Schmieden eines Formteils und ggf. eine anschließende mechanische Bearbeitung des Formteils umfassen. In einem zweiten Schritt wird die Reibscheibe 2 nach der mechanischen Bearbeitung zumindest auf der Kontaktfläche B, wie sie in Fig. 1 und 2 abgebildet ist, zum Radsteg 3 hin mit einer Beschichtung 7 versehen. Diese Beschichtung weist zumindest eine phosphathaltige Materiallage auf. Daher wird das Aufbringen der Beschichtung 7 im Weiteren als Phosphatieren bezeichnet. Die Beschichtung ist vorzugsweise nach der Variante T4 der DIN EN 12476 auf die Kontaktfläche B aufzubringen.

Alternativ kann die Reibscheibe 2 auch allseitig, inklusive den Kontaktflächen B phosphatiert werden. Nach der Phosphatierung liegt die phosphathaltige Material- läge X vorzugsweise kristallin auf der Kontaktfläche B der Reibscheibe 2 vor und ist ein optimaler Träger für weitere Material lagen, wie zB eine Trockenschmierstofflage. Selbst bei längerem Betrieb einer solchen Bremsscheibe befindet sich immer noch Schmierstoff zwischen den Kontaktflächen der Reibscheibe und dem Radsteg. Damit wird dauerhaft ein guter Kontaktzustand erreicht.

Bei Bedarf kann nach dem Phosphatieren ein Schmierstoff bzw. ein Gleitmittel aufgetragen werden, welches die Reibwerte der Reibscheibe 2 auf dem Radsteg 3 des Radkörpers 1 weiter verringert. Die so hergestellte Reibscheibe kann auf einen metallischen unbeschichteten Radsteg festgelegt werden, vorzugsweise verschraubt, werden. Dabei kann ein zusätzlicher Beschichtungsprozess der schwerer zugänglichen Kontaktflächen A des Radsteges 3 vorteilhaft entfallen. Alternativ kann beispielsweise auch auf dem Radsteg 3 eine Materiallage mit einem Schmierstofflage aufgebracht werden, welche in Zusammenspiel mit der phosphathaltigen Materiallage X eine mehrlagige Beschichtung 7 ausbildet, so- bald das Schienenrad im montierten Zustand vorliegt und die Kontaktflächen A mit der Schmierstofflage und B mit der phosphathaltigen Materiallage X aneinander anliegen.

Durch die mehrlagige Beschichtung wird auch ein wirksamer Korrosionsschutz der Kontaktflächen der Reibscheibe ermöglicht.

Nach der Beschichtung und Montage der Reibscheibe 2 kann die Radpfanne mit einem Korrosionsschutzmittel zur Konservierung des Radstegs 3 geflutet werden.

Bezugszeichenliste

1 Radkörper

2 Reibscheibe

3 Radsteg

4 Kühlrippe

5 Befestigungsauge

6 Schraube

7 Beschichtung

8 Bohrloch