Die Erfindung betrifft einen Radsatz für Schienenfahrzeuge. Der Radsatz weist mindestens ein Rad und eine Radsatzwelle mit zumindest einem Presssitz auf. Dabei ist das Rad mit einer Radnabenbohrung durch Längspressen oder Schrumpfen auf dem Presssitz der Radsatzwelle gefügt.

Radsätze, insbesondere in Form von Lauf- oder Treibradsätzen, werden in Schienenfahrzeugen für Güterwagen, Personenzüge, Lokomotiven, Hochgeschwindigkeitszüge, Nah- und Regionalzüge, Straßenbahnen, Stadtbahnen, S-Bahnen und U-Bahnen eingesetzt.

Bei Radsätzen von Schienenfahrzeugen werden die Welle-Nabe-Verbindungen zwischen der Radsatzwelle und zu verpressenden Bauteilen hauptsächlich durch Längspressen oder Schrumpfen hergestellt. Dazu weisen die Bauteile eine Bauteilnabenbohrung auf, die auf einem Presssitz der Radsatzwelle gefügt werden.

Aus dem Stand der Technik bekannte Bauteile eines Radsatzes sind insbesondere Räder und Funktionsbauteile, welche beispielsweise Teile einer Antriebseinheit und/oder Teile einer Bremsausrüstung umfassen. Insbesondere sind Bremsscheiben, Kupplungsteile und Getriebezahnräder Funktionsbauteile, die regelmäßig auf einen Presssitz der Radsatzwelle gepresst werden.

An die Welle-Nabe-Verbindungen der Bauteile an den Radsatzwellen werden hohe Anforderungen zur Übertragung von Antriebs- und Bremsmomenten, Momenten aus Drehschwingungen oder auch Torsions- oder Rollierschwingungen, Biegemomenten und Axialkräften gestellt. Es muss sichergestellt sein, dass die Anbauteile während des Betriebes nicht in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung verrutschen. Insbesondere Drehschwingungen können bei Schienenfahrzeugen dadurch entstehen, dass der Kraftschluss durch einen Längsschlupf der Räder auf einer Schiene kurzzeitig verloren geht. Dies führt zu gegenphasigen Schwingungen der beiden Räder gegeneinander und damit zu kurzzeitig sehr hohen Torsionsmomenten. Diese hohen Torsionsschwingmomente haben in der Vergangenheit in einigen Fällen zum Rutschen der Räder auf den Presssitzen der Radsatzwelle in Umfangsrichtung geführt. Es ist sicherheitsrelevant, dass diese kurzzeitig sehr hohen Torsionsmomente ohne Rutschen der Räder im Presssitz sicher übertragen werden, so dass ein nachteiliges Rutschen der Räder auf den Radsatzwellensitzen in Umfangsrichtung verhindert wird.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den hohen Torsionsmomenten mittels einer Schlupfregelung für Antriebssysteme entgegenzuwirken, indem die Schlupfregelung ein Auftreten dieser sehr hohen Torsionsschwingungen reduziert. Eine ebenfalls bekannte Gegenmaßnahme gegen das Rutschen der Räder auf den Radsatzwellensitzen aufgrund von hohen Torsionsmomenten ist es, an den Rädern Schwingungsdämpfer anzubringen.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Bauteilnaben mit hohen Kräften unter Verwendung von Schmiermitteln axial auf den Presssitz der Radsatzwelle gepresst werden müssen. Je nach Durchmesser der Presssitze sind Aufpresskräfte von z.B. 300 bis 1500 kN erforderlich. Dabei werden als Schmiermittel insbesondere Molybdänsulfidpasten, Öle oder Talg verwendet. Das verwendete Schmiermittel reduziert dabei den Haftreibwert im Pressverband.

Die Anforderungen an das Fügen von Radsätzen für Bahnanwendungen sind insbesondere in der Norm „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle -Radsätze -Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ festgelegt.

Das Abpressen der Bauteile, z.B. in der Instandhaltung, erfolgt regelmäßig durch ein Druckölverfahren. Dazu weisen die Bauteile vorzugsweise Öldruckbohrungen und Ölnuten in den jeweiligen Nabenbohrungen auf. Zum Abpressen werden die Nabenbohrungen mit Drucköl beaufschlagt, so dass die Bauteile geweitet werden und dann auf dem Ölschmierfilm axial abgedrückt werden können.

Beim Auf- oder Abpressen von Bauteilen von der Radsatzwelle kann es jedoch zu Pressschäden in Form von Längsriefen und Kaltverschweißungen kommen, die die Bauteile dann unbrauchbar machen. Dies gilt insbesondere dann, wenn Bauteile im Rahmen der Wartung mehrfach auf- und abgepresst werden.

Weiterhin kann durch die dynamischen Beanspruchungen im Betrieb an den Kanten der Pressverbindungen Reibkorrosion auftreten, die zu Rissbildung führen kann.

Aus der EP 1 379 709 B1 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Presssitzschäden an Radsatzwellen oder zur Erhöhung der Dauerfestigkeit und Verminderung von Reibkorrosionsbildung von Presssitzen an Radsatzwellen bekannt. Dabei wird auf eine Oberfläche der Presssitze der Radsatzwelle mittels eines Plasma- Ionenimplantationsverfahrens ein den Reibungskoeffizienten reduzierendes Sulfidhaltiges Pulver aufgetragen. Durch diese Plasmabehandlung werden Festschmierstoffpartikel in die Oberfläche der Radsatzwelle implantiert. Mittels dieses Verfahrens soll eine Härtesteigerung erreicht werden, welche einen erhöhten Widerstand gegen das Auftreten von Presshefen bewirkt und dadurch die Dauerfestigkeit des Presssitzes der Radsatzwelle gewährleistet.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass eine thermische Beschichtung mit nahezu reinem Molybdän der Presssitze, die insbesondere häufig auf den Presssitzen der Radsatzwelle für die Radnabenbohrung aufgebracht wird, Pressschäden und Passungsrost vermindert. Insbesondere ist diesbezüglich das Aufbringen einer chemisch passiven Randschicht auf den Presssitzen von Radsatzwellen aus der DE 10 2005 046 595 B4 bekannt. Diese chemisch passive Randschicht härtet bzw. verfestigt die Oberfläche der Presssitze der Radsatzwelle. Als passive Randschichten schlägt die DE 102005 046 595 B4 Mineral- Keramik, Phosphatschichten oder Metallschichten, wie z. B. Molybdän, vor. Vorzugsweise wird dabei die Randschicht nitriert, wodurch eine Steigerung der Dauerfestigkeit des Presssitzes der Radsatzwelle erreicht werden soll. Nachteilig an diesen Beschichtungen ist jedoch, dass es sich um eine kostenintensive Beschichtung handelt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Oberflächenbehandlungen, insbesondere mittels eines den Reibungskoeffizienten reduzierenden Sulfid-haltigen Pulvers, wie aus der EP 1 397 709 B1 , oder mittels einer thermischen Molybdän bzw. einer chemisch passiven Randschicht haben sich vorteilhaft für die Vermeidung von Presssitzschäden an Radsatzwellen aufgrund von Auf- und/oder Abpressvorgängen bzw. zur Erhöhung der Dauerfestigkeit und Verminderung von Reibkorrosionsbildung bewährt. Sie konnten jedoch nicht die Übertragungsfähigkeit der axial wirkenden Kräfte sowie der Torsions- sowie Biegemomente verstärken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radsatz zur Verfügung zu stellen, welcher die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet, insbesondere ein Rutschen der Bauteile, zumindest des Rades, auf der Radsatzwelle vermeidet, vorzugsweise unter Beibehaltung eines zumindest gleichwertigen Schutzes gegen Pressschäden und Passungsrost und mindestens gleicher Dauerfestigkeit der Radsatzwelle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass auf dem Presssitz der Radsatzwelle und/oder auf der Radnabenbohrung des Rades eine Oberflächenbeschichtung aus einem relativ zu einem Werkstoff der Radsatzwelle und/oder des Rades die Adhäsion erhöhenden Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung aufgebracht ist, werden die Haftreibwerte zwischen dem Rad und der Radsatzwelle bzw. der Radnabenbohrung und dem Presssitz der Radsatzwelle stark erhöht. Die Folge ist, dass mittels der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung eine geeignete Zwischenschicht in den Wellen-Nabe-Sitzpaarungen eingebracht wird, welche zu einer höheren Übertragbarkeit von Kräften und Torsionsmomenten, insbesondere durch Torsionsschwingungen, gegenüber konventionellen Pressverbindungen führt und dadurch den Widerstand gegen ein Rutschen zumindest des Rades auf der Radsatzwelle erhöht. Die Erfindung stellt eine Haftreibwerterhöhung zwischen der Radnabenbohrung und dem Presssitz bereit, welche zu gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Welle-Nabenverbindungen eine anderthalbfache bis dreifache Steigerung der übertragbaren Kräfte und Momente aus Antrieb und Bremse sowie Torsionsschwingungen führt. Dadurch wird ein sicherer Betrieb erreicht und die Zuverlässigkeit erhöht.

Vorteilhaft stellt der Radsatz zudem mittels der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung ein Mittel zur Vermeidung von Pressschäden in Form von Längsriefen und Kaltverschweißungen beim Auf- und Abpressen der Bauteile auf die Radsatzwelle bereit. Zweckmäßig kann auf bekannte Schmierstoffe, zumindest beim Aufpressen, verzichtet werden, da die Oberflächenbeschichtung selbst ein Gleiten der Bauteile, insbesondere des Rades, beim Aufpressen auf die Radsatzwelle und/oder beim Abpressen von der Radsatzwelle hinunter ermöglicht. Insbesondere die Eignung zum mehrfachen Auf- und Abpressen wird dadurch verbessert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Radsatz zumindest einen weiteren Presssitz für weitere Funktionsbauteile, insbesondere für Teile einer Antriebseinheit und/oder Teile einer Bremsausrüstung, auf. Zweckmäßig weisen die Funktionsbauteile jeweils eine Funktionsnabenbohrung auf, mit welcher sie auf dem Presssitz gefügt sind. Vorzugsweise sind die Funktionsbauteile analog zu dem Rad auf den jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle aufgepresst oder geschrumpft.

In einer vorteilhaften Variante ist auf dem jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle und/oder auf der Funktionsnabenbohrung des jeweiligen Funktionsbauteils eine Oberflächenbeschichtung aus einem im relativ zu einem Werkstoff der Radsatzwelle und/oder des Funktionsbauteils die Adhäsion erhöhende Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung aufgebracht ist. Dadurch wird eine höhere Übertragbarkeit von Kräften und Torsionsmomenten, insbesondere durch Torsionsschwingungen, bereitgestellt. Es stellen sich hinsichtlich der Anordnung der Funktionsbauteile auf der Radsatzwelle vorteilhaft die gleichen Vorteile ein, wie es erfindungsgemäß bezüglich des Rades auf der Radsatzwelle vorgesehen ist. Beispielhafte Funktionsbauteile sind Bremsscheiben, insbesondere Wellenbremsscheiben, Kupplungsteile und Getriebezahnräder.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das Rad und/oder die Funktionsbauteile Stahl- und/oder Aluminiumbauteile sind und auf dem jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle verpresst gefügt sind.

Besonders vorteilhaft sieht es eine Ausführungsvariante vor, dass die Oberflächenbeschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Zink oder aus Aluminium oder aus Zinn oder aus Silber besteht. Zweckmäßig können in einer Variante die genannten Werkstoffe auch lediglich den überwiegenden Werkstoffanteil einer Legierung ausmachen.

Als besonders vorteilhat hat sich zudem Kupfer als Werkstoff für die Oberflächenbeschichtung herausgestellt, so dass eine vorteilhafte Variante der Erfindung vorsieht, dass die Oberflächenbeschichtung aus hochreinem Kupfer, insbesondere mit Reinheitsgraden von 90 % bis 99,9 %, vorzugsweise 99,9 %, besteht.

Insbesondere hat die Oberflächenbeschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung die Vorteile, dass zum Aufpressen insbesondere kein reibwertminderndes Schmiermittel benötigt wird und beim Abpressen von dem Rad und/oder von den Funktionsbauteilen von der Radsatzwelle die Gefahr vor Beschädigungen, wie Riefen oder Kaltverschweißungen, vermindert ist. Neben diesen Vorteilen vermindert die Oberflächenbeschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zweckmäßig Reibkorrosion an den Kanten der Presssitze der Radsatzwelle. Insbesondere entsteht durch die genannten Vorteile keine Dauerfestigkeitsminderung der Radsatzwelle durch Montage- und Demontagebeschädigungen und/oder Reibkorrosion und/oder durch Biegemoment- und Torsionsbeanspruchungen aus dem Betriebseinsatz. Zudem hat die Oberflächenbeschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung insbesondere den Vorteil, dass in einem Pressverband der Haftreibwert sehr hoch ist und dadurch höhere Axialkräfte, Biegemomente und insbesondere höhere Torsionsmomente als bei konventionellen Pressverbänden übertragen werden können. Exemplarische Pressverbände aus dem Stand der Technik sind insbesondere die Materialpaarungen Stahl und Stahl oder Stahl mit einer Molybdänbeschichtung und Stahl.

Zweckmäßig kann die Oberflächenbeschichtung, insbesondere als Spritzschicht, mit konventionellen Oberflächenbeschichtungsverfahren auf den jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle und/oder in der jeweiligen Radnabenbohrung und/oder der jeweiligen Funktionsnabenbohrung des Radsatzes aufgebracht werden.

Als zweckmäßig haben sich thermische Oberflächenbeschichtungsverfahren erwiesen, so dass die Oberflächenbeschichtung vorzugsweise mittels eines thermischen Oberflächenbeschichtungsverfahrens, insbesondere eines thermischen Spritzverfahrens, aufgebracht ist. Vorteilhaft wird mittels thermischer Oberflächenbeschichtungsverfahren eine geringe Porosität in der Schicht erreicht und gleichzeitig eine Oxidation des Beschichtungswerkstoffs geringgehalten. Insbesondere hat dies eine hohe Dichte und Haftfestigkeit der Oberflächenbeschichtung zur Folge.

Exemplarische Oberflächenbeschichtungsverfahren, die zum Aufträgen der Oberflächenbeschichtung eingesetzt werden, sind nicht ausschließlich Flammspritzen, insbesondere Lichtbogenflammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen und Plasmaflammspritzen etc. und Kaltgasspritzen. Damit wird die Oberflächenbeschichtung festhaftend auf den jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle und/oder in der jeweiligen Radnabenbohrung und/oder der jeweiligen Funktionsnabenbohrung des Radsatzes aufgebracht, wobei eine geringe Porosität, eine geringe Oxidation des Beschichtungswerkstoffs, eine hohe Dichte und hohe Haftfestigkeit erreicht wird.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die Oberflächenbeschichtung mittels Galvanisieren oder einem Reibauftragsverfahren aufgetragen ist. Vorteilhaft weist die Oberflächenbeschichtung eine Dicke im Bereich von 0,04 mm bis 0,45 mm, insbesondere von 0,05 mm bis 0,4 mm, besonders bevorzugt von 0,08 mm bis 0,255 mm auf. Oberflächenbeschichtungen, welche eine Dicke in diesen Bereichen aufweisen, eignen sich hinsichtlich ihrer Haft- und Abnutzungseigenschaften besonders gut für den Einsatz auf dem jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle und/oder an der jeweiligen Radnabenbohrung und/oder an der jeweiligen Funktionsnabenbohrung des Radsatzes. Zweckmäßig wird die Dicke der Oberflächenbeschichtung entsprechend der gewählten Übermaße für die auf die Radsatzwelle zu pressenden Bauteile, insbesondere das Rad und/oder die Funktionsbauteile, ausgewählt.

Zweckmäßig weist die Oberflächenbeschichtung in einem rohen Zustand zumindest des einen Presssitzes der Radsatzwelle und/oder der Radnabenbohrung zumindest des einen Rads und/oder der Funktionsnabenbohrung zumindest des einen Funktionsbauteils eine Rauheit (Ra) bis 30 pm, insbesondere bis 20 pm, vorzugsweise bis 15 pm auf. Der spritzrohe Zustand ist insbesondere ein Zustand, in welchem die Oberflächenbeschichtung nicht nachbehandelt bzw. nicht nachbearbeitet, insbesondere nicht mechanisch nachbearbeitet ist.

Eine Variante des Radsatzes sieht es vor, dass die Radsatzwelle und das jeweilige Rad und/oder das jeweilige Funktionsbauteil jeweils mit der Oberflächenbeschichtung im rohen Zustand miteinander gefügt sind. Optional kann anwendungsabhängig eine mechanische Nachbehandlung der Oberflächenbeschichtung vorteilhaft sein.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Radsatzwelle eine zusätzliche Korrosionsschutzbeschichtung oder/und oder eine stoßdämpfende Beschichtung aufweist. Insbesondere können herkömmliche Beschichtungen dafür verwendet werden. Es ist dabei zweckmäßig, dass die Korrosionsschutzbeschichtung und/ oder die stoßdämpfende Beschichtung auf zumindest einem gegenüber der Oberflächenbeschichtung freien Oberflächenabschnitten der Radsatzwelle ausgebildet ist. Insbesondere die axial zu den Presssitzen benachbarten Bereiche der Radsatzwelle sind vorzugsweise mit der zusätzlichen Korrosionsschutzbeschichtung und/oder der stoßdämpfenden Beschichtung beschichtet. Auch ist es ergänzend oder alternativ vorteilhaft, dass die Radsatzwelle im Bereich zumindest eines Spalts einer Nabenkante, insbesondere einer Nabenkante der Radnabenbohrung und/oder der Funktionsnabenbohrung, zumindest eines Rads und/oder zumindest eines Funktionsbauteils zu dem jeweiligen Presssitz mit der Korrosionsschutzabdichtung und/oder der stoßdämpfenden Beschichtung versehen ist.

Zweckmäßig wird die Radsatzwelle mit dem Rad und/oder den Funktionsbauteilen im Längspressverfahren gefügt. Das Aufpressen der Bauteile erfolgt vorzugsweise mit dem bekannten Längspressverfahren ohne zusätzliche Schmierstoffe.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Aufpressen im Verlauf des Pressdiagramms die Anforderungen der Produktanforderungen für Radsätze der „DIN EN 13260: 12- 2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle -Radsätze - Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ erfüllt. Vorzugsweise ist daher eine Fügegeschwindigkeit entsprechend dieser Anforderungen der „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle -Radsätze - Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ anzupassen.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass zumindest der eine Presssitz der Radsatzwelle mit der Radnabenbohrung zumindest des einen Rads und/oder der Funktionsnabenbohrung zumindest des einen Funktionsbauteils mit einer Fügegeschwindigkeit im Bereich von 20 mm/min bis 130 mm/min, insbesondere im Bereich von 30 mm/min bis 120 mm/min, vorzugsweise im Bereich von 40 mm/min bis 110 mm/min, vorteilhaft im Bereich von 50 mm/min bis 100 mm/min, besonders bevorzugt 50 mm/min im Längspressverfahren gefügt ist.

Zweckmäßig kann das Abpressen zumindest des einen Rads und/oder zumindest des einen Funktionsbauteils von der Radsatzwelle mittels aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, insbesondere mittels des Druckölverfahrens, erfolgen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass alle die Oberflächenbeschichtung betreffenden Merkmale sowohl die Oberflächenbeschichtung auf dem jeweiligen Presssitz der Radsatzwelle und/oder in der jeweiligen Radnabenbohrung und/oder der jeweiligen Funktionsnabenbohrung des Radsatzes betreffen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung und den abhängigen Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Radsatzes mit einer

Radsatzwelle und zwei auf der Radsatzwelle gefügten Rädern,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Presssitzes der Radsatzwelle des

Radsatzes gemäß Fig. 1 axial zu der Radsatzwelle mit einem auf dem Presssitz gefügten Rad,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer weiteren Radsatzwelle mit zwei bereiften Rädern und zwei Funktionsbauteilen axial zu der Radsatzwelle und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer weiteren Radsatzwelle mit zwei

Vollrädern und zwei Funktionsbauteilen axial zu der Radsatzwelle.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen.

Zu der anschließenden Beschreibung wird beansprucht, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr ist jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels von Bedeutung für den Gegenstand der Erfindung.

In den Fig. 1 , 3 und 4 sind jeweils ein Radsatz 100 dargestellt. Der dargestellte Radsatz 100 ist exemplarisch für Schienenfahrzeuge geeignet. Der Radsatz 100 weist mindestens ein Rad 102, im dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhaft zwei Räder 102, und eine Radsatzwelle 104 auf. Vorteilhaft weist die Radsatzwelle 104, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, eine Hohlbohrung 106 auf.

Das zumindest eine Rad 102 ist insbesondere als ein Vollrad, dargestellt in Fig. 4, oder als ein gummigefedertes Rad oder als ein bereiftes Rad, dargestellt in Fig. 3 ausgebildet sein. Die Radsatzwelle 104 ist insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Eisenmetall oder einer Eisenmetalllegierung ausgebildet.

Wie insbesondere in den Fig. 2, 3 und 4 abgebildet, weist die Radsatzwelle 104 zumindest einen Presssitz 108 auf. Insbesondere die in Fig. 3 dargestellte Radsatzwelle 104 weist vorteilhaft vier Presssitze 108 auf. Das Rad 102 weist eine Radnabenbohrung 110 auf, wobei das Rad 102 m it der Radnabenbohrung 110 durch Längspressen oder Schrumpfen auf dem Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 gefügt ist.

Erfindungsgemäß ist auf dem Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder auf der Radnabenbohrung 110 des Rades 102 eine Oberflächenbeschichtung 112 aus einem relativ zu einem Werkstoff der Radsatzwelle 104 und/oder des Rades 102 die Adhäsion erhöhenden Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung aufgebracht. Die Oberflächenbeschichtung 112 ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Oberflächenbeschichtung 112 hat die vorteilhafte Eigenschaft, dass durch die Adhäsion die Haftreibwerte zwischen dem Rad 102 und der Radsatzwelle 104 bzw. der Radnabenbohrung 110 und dem Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 stark erhöht sind. Insbesondere führt die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung 112 dadurch zu einer höheren Übertragbarkeit von Kräften und Torsionsmomenten, insbesondere durch Torsionsschwingungen, gegenüber konventionellen Pressverbindungen.

Drehschwingungen werden auch als Torsions- oder Rollierschwingungen bezeichnet, die entstehen können, wenn z. B. der Kraftschluss durch Längsschlupf der Räder 102 auf der Schiene kurzzeitig verlorengeht. Dies führt, wie in den Fig. 1 und 4 durch die Pfeile 114 veranschaulicht, zu gegenphasigen Schwingungen der beiden Räder 102 gegeneinander und damit zu kurzzeitig sehr hohen Torsionsmomenten, die mittels der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung 112 sicher auf die Radsatzwelle 104 übertragen werden. Erfindungsgemäß wird durch die verbesserte Übertragbarkeit von Kräften und Torsionsmomenten ein Rutschen des jeweiligen Rads 102 auf seinem Presssitz 108 in Umfangsrichtung verhindert.

Eine weiterentwickelte, in den Fig. 3 und 4 dargestellte, Ausführung sieht es vor, dass der Radsatz 100 zumindest einen weiteren Presssitz 108 für zumindest ein weiteres Funktionsbauteil 116 aufweist. Funktionsbauteile 116 können insbesondere Teile einer Antriebseinheit und/oder Teile einer Bremsausrüstung sein. Das Funktionsbauteil 116 weist vorzugsweise eine Funktionsnabenbohrung 118 auf, mit welcher sie jeweils auf dem ihr zugeordneten Presssitz 108 gefügt ist. Entsprechend der Fügemethode der Räder 102 auf der Radsatzwelle 104 ist das Funktionsbauteil 116 vorzugsweise auf dem jeweiligen Presssitz 108 aufgepresst oder geschrumpft.

In einer weiterentwickelten Ausführung ist auf dem dem Funktionsbauteil 116 zugeordneten Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder auf der Funktionsnabenbohrung 118 des jeweiligen Funktionsbauteils 116 eine Oberflächenbeschichtung 112 aus einem im relativ zu einem Werkstoff der Radsatzwelle 104 und/oder des Funktionsbauteils 116 die Adhäsion erhöhende Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung aufgebracht ist. Insbesondere stellen sich dadurch die gleichen vorteilhaften Eigenschaften wie bei der erfindungsgemäßen Radnabenbohrung-Presssitz-Verbindung mittels der Oberflächenbeschichtung 112 ein. Die vorteilhafte Anordnung und Pressverbindung zwischen den Funktionsbauteilen 116 und der Radsatzwelle 104 entspricht der erfindungsgemäßen Anordnung und Pressverbindung zwischen dem Rad 102 und der Radsatzwelle 104, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Funktionsbauteile 116 im Sinne der Erfindung sind insbesondere und nicht ausschließlich Bremsscheiben, z. B. Wellenbremsscheiben, Kupplungsteile und Getriebezahnräder. Exemplarisch ist in Fig. 3 ein Funktionsbauteil 116 als Wellenbremsscheibe 120 und ein Funktionsbauteil 116 als eine Antriebskupplung 122 ausgebildet und in Fig. 4 ein Funktionsbauteil 116 als ein Zahnrad 124 ausgebildet.

Zweckmäßig ist zumindest das eine Rad 102 und/oder zumindest das eine Funktionsbauteil 116 insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Eisenmetall oder einer Eisenmetalllegierung ausgebildet. Vorzugsweise ist zumindest das eine Rad 102 und/oder zumindest das eine Funktionsbauteil 116 aus Stahl- oder Aluminium ausgebildet.

Die Oberflächenbeschichtung 112 besteht zweckmäßig aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Zink oder aus Aluminium oder aus Zinn oder aus Silber. Zweckmäßig kann es gemäß einer vorteilhaften Variante bevorzugt sein, dass Kupfer oder Zink oder Aluminium oder Zinn oder Silber den überwiegenden Werkstoffanteil der Oberflächenbeschichtung 112 ausmachen.

In einer Ausführung der Erfindung besteht die Oberflächenbeschichtung 112 aus Kupfer. In einer Weiterentwicklung dieser Ausführung besteht die Oberflächenbeschichtung 112 zweckmäßig aus hochreinem Kupfer, insbesondere mit Reinheitsgraden von 90 % bis 99,9 %, vorzugsweise 99,9 %.

Als vorteilhaftes Oberflächenbeschichtungsverfahren, insbesondere thermisches Oberflächenbeschichtungsverfahren, zum Aufträgen der Oberflächenbeschichtung 112 hat sich insbesondere ein Spritzverfahren, besonders bevorzugt ein thermisches Spritzverfahren erwiesen, so dass die Oberflächenbeschichtung 112 vorzugsweise als Spritzschicht ausgebildet ist. Vorteilhaft wird mittels thermischer Oberflächenbeschichtungsverfahren eine geringe Porosität in der Schicht erreicht und gleichzeitig eine Oxidation des Beschichtungswerkstoffs geringgehalten. Insbesondere hat dies eine hohe Dichte und Haftfestigkeit der Oberflächenbeschichtung 112 zur Folge.

Zweckmäßig ist die Oberflächenbeschichtung 112, insbesondere die als Spritzschicht ausgebildete Oberflächenbeschichtung 112, mit konventionellen Oberflächenbeschichtungsverfahren auf dem jeweiligen Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder in der jeweiligen Radnabenbohrung 110 und/oder der jeweiligen Funktionsnabenbohrung 118 des Radsatzes 100 aufgebracht.

Beispielhaft ist die Oberflächenbeschichtung 112 insbesondere mittels Flammspritzen, Lichtbogenflammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen und Plasmaflammspritzen etc. und Kaltgasspritzen auf dem jeweiligen Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder in der jeweiligen Radnabenbohrung 110 und/oder der jeweiligen Funktionsnabenbohrung 118 des Radsatzes 100 aufgebracht. Durch diese Verfahren wird die Oberflächenbeschichtung 112 festhaftend auf den jeweiligen Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder in der jeweiligen Radnabenbohrung 110 und/oder der jeweiligen Funktionsnabenbohrung 118 des Radsatzes 100 aufgebracht, wobei eine geringe Porosität, eine geringe Oxidation des Beschichtungswerkstoffs, eine hohe Dichte und hohe Haftfestigkeit erreicht wird.

Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Oberflächenbeschichtung 112, insbesondere die Oberflächenbeschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wie in Fig. 2 gekennzeichnet, eine Dicke 126 im Bereich von 0,04 mm bis 0,45 mm, insbesondere von 0,05 mm bis 0,4 mm, besonders bevorzugt von 0,08 mm bis 0,255 mm auf. Diese Dicken haben sich aufgrund ihrer Haft- und Abnutzungseigenschaften besonders gut für den Einsatz auf dem jeweiligen Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder an der jeweiligen Radnabenbohrung 110 und/oder an der jeweiligen Funktionsnabenbohrung 118 des Radsatzes 100 bewährt. Die Dicke 126 der Oberflächenbeschichtung 112 ist vorteilhaft entsprechend der gewählten Übermaße für die auf die Radsatzwelle 104 zu pressenden Bauteile, insbesondere das zumindest eine Rad 102 und/oder das zumindest eine Funktionsbauteil 116 ausgewählt.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung weist die Oberflächenbeschichtung 112, insbesondere die Oberflächenbeschichtung 112 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, in einem rohen Zustand, insbesondere einem nicht nachbehandelten bzw. nicht nachbearbeiteten, insbesondere nicht mechanisch nachbearbeiteten Zustand, zumindest des einen Presssitzes 108 der Radsatzwelle 104 und/oder der Radnabenbohrung 110 zumindest des einen Rads 102 und/oder der Funktionsnabenbohrung 118 zumindest des einen Funktionsbauteils 116 eine Rauheit (Ra) bis 30 pm, insbesondere bis 20 pm, vorzugsweise bis 15 pm auf.

Eine Variante des Radsatzes 100 sieht es vor, dass die Radsatzwelle 104 und das jeweilige Rad 102 und/oder das jeweilige Funktionsbauteil 116 jeweils mit der Oberflächenbeschichtung 112 im rohen Zustand miteinander gefügt sind. Optional ist anwendungsabhängig die Oberflächenbeschichtung 112 chemisch und/oder mechanisch nachbearbeitet/nachbehandelt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sieht es eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Radsatzwelle 104 eine zusätzliche Korrosionsschutzbeschichtung 128 und/oder eine stoßdämpfende Beschichtung 130 aufweist.

Zweckmäßig ist die Korrosionsschutzbeschichtung 128 und/oder die stoßdämpfende Beschichtung 130 zumindest auf einem gegenüber der Oberflächenbeschichtung 112 freien Oberflächenabschnitten der Radsatzwelle 104, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgebildet. In einer verbesserten Variante sind insbesondere die axial zu den Presssitzen 108 benachbarten Bereiche der Radsatzwelle 104 mit der zusätzlichen Korrosionsschutzbeschichtung 128 und/oder der stoßdämpfenden Beschichtung 130 beschichtet. Diese Ausführung ist insbesondere in Fig. 2 dargestellt.

Vorteilhaft ist zudem die Variante, dass die Radsatzwelle 104 im Bereich zumindest eines Spalts einer Nabenkante, insbesondere einer Nabenkante der Radnabenbohrung 110 und/oder der Funktionsnabenbohrung 118, zumindest des einen Rads 102 und/oder zumindest des einen Funktionsbauteils 116 zu dem jeweiligen Presssitz 108 mit der Korrosionsschutzbeschichtung 128 und/oder der stoßdämpfenden Beschichtung 120 versehen ist.

Zur Montage des Radsatzes 100, bzw. zum Fügen des Rades 102 und/oder des Funktionsbauteils 116, auf die Radsatzwelle 104 hat sich insbesondere das Längspressverfahren als vorteilhaft erwiesen. Das Aufpressen der Bauteile, insbesondere des zumindest einen Rades 102 und/oder des zumindest einen Funktionsbauteils 116, erfolgt vorzugsweise mit dem bekannten Längspressverfahren und bevorzugt ohne die Verwendung zusätzlicher Schmierstoffe.

Das Aufpressen erfüllt vorzugsweise im Verlauf des Pressdiagramms die Anforderungen der Produktanforderungen für Radsätze der „DIN EN 13260: 12- 2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle -Radsätze - Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“. Insbesondere ist daher eine Fügegeschwindigkeit entsprechend dieser Anforderungen der „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle -Radsätze - Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ anzupassen.

Eine Form der Erfindung sieht vor, dass zumindest der eine Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 mit der Radnabenbohrung 110 zumindest des einen Rads 102 und/oder die Funktionsnabenbohrung 118 zumindest des einen Funktionsbauteils 116 mit einer Fügegeschwindigkeit im Bereich von 20 mm/min bis 130 mm/min, insbesondere im Bereich von 30 mm/min bis 120 mm/min, vorzugsweise im Bereich von 40 mm/min bis 110 mm/min, vorteilhaft im Bereich von 50 mm/min bis 100 mm/min, besonders bevorzugt 50 mm/min, im Längspressverfahren gefügt ist.

Erfindungsgemäß kann die Oberflächenbeschichtung 112, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wesentlich höhere Aufpresskräfte in Abhängigkeit des gewählten Übermaßes zwischen dem Presssitz 108 und der Radnabenbohrung 110 oder der Funktionsnabenbohrung 118 und auf Grund des höheren Reibwertes durch die Oberflächenbeschichtung 112, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, erreichen. Damit sind dann auch die übertragbaren Kräfte und Momente, insbesondere die Torsionsmomente, im Betriebseinsatz des Radsatzes 100 wesentlich höher. Insbesondere sind durch eine Oberflächenbeschichtung 112 aus Kupfer im Vergleich den aus dem Stand der Technik bekannten Materialpaarungen Stahl und Stahl oder Stahl mit einer Molybdänbeschichtung und Stahl bei gleichem Übermaß, die Aufpresskräfte anderthalbfach bis dreifach höher.

Bei konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Radsätzen, insbesondere bei den bekannten Materialpaarungen Stahl und Stahl oder Stahl mit einer Molybdänbeschichtung und Stahl, liegt das Übermaß, abhängig vom Nenndurchmesser, nach der „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle -Radsätze -Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ in einem Bereich von:

0,0010 * D [mm] bis 0,0015 * D [mm] + 0,06 [mm].

Für aus dem Stand der Technik bekannte konventionelle Radsätze, ohne eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung 112, mit der Materialpaarung Stahl und Stahl der Pressverbindung des Rades auf der Radsatzwelle und einem Nenndurchmesser „D“ von 171 mm ergibt sich gemäß der obigen Formel nach der „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle - Radsätze -Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ ein Übermaßbereich von:

0,0010 * 171 [mm] bis 0,0015 * 171 [mm] + 0,06 [mm] =

0,1710 [mm] bis 0,3165 [mm] Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung des Radsatzes 100 liegt das Übermaß der Pressverbindung mit der Materialpaarung Oberflächenbeschichtung 112, z. B. aus Kupfer, und Stahl vorzugsweise in einem Bereich von:

0,0010 * D [mm] bis 0,0025 * D [mm] + 0,06 [mm]. Insbesondere liegt das Übermaß der erfindungsgemäßen Ausführung mit der Materialpaarung Oberflächenbeschichtung 112, z. B. aus Kupfer, und Stahl gemäß dieser Formel im Vergleich zum Stand der Technik bei dem Nenndurchmesser „D“ der Pressverbindung von 171 mm in einem Bereich von:

0,0010 * 171 [mm] bis 0,0025 * 171[mm] + 0,06 [mm] = 0,1710 [mm] bis 0,4875 [mm]

Zweckmäßig wird das zumindest eine Rad 102 und/oder das zumindest eine Funktionsbauteil 116 mit einer Aufpresskraft auf den jeweiligen Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 im Längspressverfahren gefügt, die von dem Nenndurchmesser „D“ des Presssitzes bzw. der Nabenbohrung abhängig ist.

Bei Radsätzen aus dem Stand der Technik ist es bekannt die Aufpresskraft in Anlehnung an die „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen -Radsätze und Drehgestelle -Radsätze -Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“ zu wählen. Bei bekannten Radsätzen ist dabei ein Intervall, in dem sich die Aufpresskraft „Ff“ befinden muss, abhängig von der in der DIN EN 13260: 12-2020, Kap. 4.2.1 festgelegten Kraft „F“, wobei die festgelegte Kraft „F“ (gemessen in Kilonewton) viermal dem Nenndurchmesser „D“ (gemessen in Millimeter) entspricht (F [kN] = 4 * D [mm]). Die Aufpresskraft „Ff“ muss gemäß der oben genannten Norm zwischen 0,85 F und 1 ,45 F liegen.

Exemplarisch ergibt sich für einen aus dem Stand der Technik bekannten Radsatz mit der Materialpaarung der Pressverbindung Stahl und Stahl bei einem Nenndurchmesser von 171 mm durch die Formel nach DIN EN 13260: 12-2020, Kap. 4.2.1 die Kraft „F“:

F = 4 * 171 = 684 [kN]

Demnach liegt die Aufpresskraft „Ff“ in einem Bereich von:

Ff = 0,85 * 684 [kN] bis 1,45 * 684 [kN] = 581 [kN] bis 992 [kN]] Erfindungsgemäß liegt im Vergleich dazu, in Abhängigkeit des Übermaßes der Pressverbindung mit der Materialpaarung Oberflächenbeschichtung 112, z. B. aus Kupfer, und Stahl bei einem Nenndurchmesser „D“ von 171 mm die Aufpresskraft „Ff“ in einem Bereich von 1200 kN bis 2800 kN.

Insbesondere beträgt die in Versuchen ermittelte Aufpresskraft „Ff“ bei der die Oberflächenbeschichtung 112 aufweisenden Radnabenbohrung 110 welche auf dem Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 aus Stahl gefügt ist bei dem Nenndurchmesser „D“ von 171 mm größer gleich 1488 kN, vorzugsweise größer gleich 1984 kN, besonders bevorzugt größer gleich 2228 kN. Dies entspricht einem Faktor von 1 ,5 bis 2,25 gegenüber der maximalen Aufpresskraft von 992 kN des konventionellen Radsatzes.

Da die Aufpresskraft „Ff“ proportional zum Gleitreibwert ist, ist der Haftreibwert nach dem Aufpressen mindestens so hoch, wie der Gleitreibwert. Die Versuche haben gezeigt, dass die Aufpresskraft durch die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung gegenüber dem Stand der Technik bei gleichem Nenndurchmesser erhöht ist. Vorteilhaft ist somit mittels der Oberflächenbeschichtung 112 der Haftreibwert und dadurch auch die übertragbaren Kräfte und Momente, insbesondere die Torsionsmomente, gegenüber konventionellen Radsätzen deutlich erhöht.

Zum Abpressen des Rades 102 und/oder des Funktionsbauteils 116 von der Radsatzwelle 104 haben sich die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, insbesondere das Druckölverfahren bewährt.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass alle die Oberflächenbeschichtung 112 betreffenden Merkmale sowohl die Oberflächenbeschichtung 112 auf dem jeweiligen Presssitz 108 der Radsatzwelle 104 und/oder die Oberflächenbeschichtung 112 in der jeweiligen Radnabenbohrung 110 und/oder die Oberflächenbeschichtung 112 der jeweiligen Funktionsnabenbohrung 118 des Radsatzes 100 betreffen. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Es wird ausdrücklich betont, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf alle Merkmale in Kombination beschränkt sind, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal auch losgelöst von allen anderen Teilmerkmalen für sich eine erfinderische Bedeutung haben. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen beziehungsweise durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.

Bezuqszeichenliste

100 Radsatz

102 Rad

104 Radsatzwelle

106 Hohlbohrung

108 Presssitz

110 Radnabenbohrung

112 Oberflächenbeschichtung

114 Gegenphasige Schwingungen

116 Funktionsbauteil

118 Funktionsnabenbohrung

120 Wellenbremsscheibe

122 Antriebskupplung

124 Zahnrad

126 Dicke

128 Korrosionsschutzbeschichtung

130 Stoßdämpfende Beschichtung

D Nenndurchmesser

Ff Aufpresskraft

F Festgelegte Kraft nach „DIN EN 13260: 12-2020, Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle -Radsätze -Produktanforderungen; Deutsche Fassung EN 13260:2020“