AT391285B

AT391285B - Vorrichtung zum verdichten und verfestigen von schienenteilen

Info

Publication number: AT391285B
Application number: AT15589A
Authority: AT
Inventors: Hans Dieter Moerzl
Original assignee: Voest Alpine Maschinenbau
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1990-09-10
Also published as: ATA15589A

Description

Nr. 391 285

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verdichten und Verfestigen von Schienenteilen, Weichenteilen, Radlenkem, Zungenschienen od. dgl. Bauteilen aus im Eisenbahnwesen üblichen Stahlsorten, mit welcher Schlagkräfte intermittierend aufgebracht werden.

Aus der DE-Al 35 08 998 ist ein Verfahren zur Explosionsverfestigung des gegossenen Teiles von spitzen Eisenbahn-Herzstücken von Weichen beschrieben. Zur Verfestigung und zum Verdichten von Werkstoffen, wie sie für derartige Eisenbahn-Herzstücke Verwendung finden, d. h. insbesondere von manganhaltigem Stahl, wird gemäß diesem bekannten Verfahren eine Sprengstoffladung auf die Lauffläche und die Seitenflächen des Herzstückteiles und der Knieschienen des gegossenen Teiles im Bereich des Radüberlaufes aufgelegt und diese Ladung zur Erzeugung eines auf die genannten Flächen ausgeübten Druckes zur Explosion gebracht. Dieses bekannte Verfahren ist relativ arbeitsintensiv und es kommt auf die exakte Bemessung der Sprengladung und die exakte Anordnung der Sprengladungen am Werkstück an.

Zur Verdichtung und Verfestigung von Werkstücken ist es darüberhinaus bekannt, intermittierende Schläge auf das Werkstück zur Einwirkung zu bringen. Insbesondere für die Herstellung von Sensen od. dgl. wurden Schlagbeanspruchungen zur Verfestigung bereits vorgeschlagen. Zur Gefügeverdichtung metallischer Werkstoffe durch Kaltumformung wurde in der DD-PS 252 336 eine Schlagbohrmaschine eingesetzt, wobei das Werkstück in einem Aufnahmeblock festgelegt wurde und auf der Bohrspindel der Schlagbohrmaschine ein Kupplungsstück mit Stößel befestigt wurde und diese Schlagbohrmaschine gleichfalls in einem Aufnahmeblock festgelegt wurde.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher intermittierende Schlagkräfte auch auf komplizierte geometrische Bauteile, wie insbesondere Weichenteile, Herzstücke, Radlenker, Zungenschienen od. dgl., in exakt definierbarer Weise eingebracht werden können und welche eine wirtschaftliche Verdichtung und Verfestigung der einem besonders hohen Verschleiß unterworfenen Bereiche derartiger Schienen- oder Weichenteile ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen darin, daß eine Mehrzahl von Hammerwerkzeugen in einem gemeinsamen Werkzeugträger zu intermittierenden Schlaghüben antreibbar gelagert ist, daß die Richtung des Arbeitshubes wenigstens eines Hammerwerkzeuges mit der Richtung des Afbeitshubes wenigstens eines weiteren Hammerwerkzeuges einen spitzen Winkel einschließt, daß ein Widerlager zum Festlegen des zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteiles vorgesehen ist, daß der Werkzeugträger und/oder das Widerlager in Längsrichtung der Lauffläche des Schienen- oder Weichenteiles relativ zueinander beweglich gelagert und reversierbar antreibbar ist und daß die Hammerwerkzeuge mit der Kontur der Oberfläche des Schienen- oder Weichenteiles in den zu behandelnden Bereichen der Oberfläche entsprechenden Schlagstücken lösbarverbunden sind. Dadurch, daß eine Mehrzahl von Hammerwerkzeugen in einem gemeinsamen Werkzeugträger zu intermittierenden Schlaghüben antreibbar gelagert ist, können Bereiche der Lauffläche bzw. der zu bearbeitenden Oberfläche der Schienenteile bzw. Weichenteile gleichzeitig einer verdichtenden und verfestigenden Kaltverformung unterworfen werden, wobei .durch gleichzeitiges Einbringen von Schlagkräften auf einen insgesamt größeren Oberflächenbereich die Gefahr einer Beschädigung durch unzulässig hohe regionale Aufbringung von Schlagkräften reduziert wird. Durch die gleichzeitige Bearbeitung eines größeren Teilbereiches der zu bearbeitenden Oberfläche wird die Geahr von Ausbrüchen herabgesetzt. Dadurch, daß nun die Richtung des Arbeitshubes wenigstens eines Hammerwerkzeuges mit der Richtung des Arbeitshubes wenigstens eines weiteren Hammerwerkzeuges einen spitzen Winkel einschließt, kann sichergestellt werden, daß die besonders hohem Verschleiß unterworfenen Kanten bzw. seitlichen Bereiche von Weichenteilen oder Schienenteilen einer entsprechenden Verdichtung und Verfestigung unterworfen werden, wobei dadurch, daß diese seitlichen Bereiche gleichzeitig mit Teilbereichen der Lauffläche bearbeitet werden, auch hier die Gefahr einer Beschädigung der zu bearbeitenden Oberflächen deutlich herabgesetzt wird. Dadurch, daß nun ein Widerlager zum Festlegen der zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteile vorgesehen ist, wird die Möglichkeit geschaffen, die Weichen- oder Schienenteile in der Vorrichtung in definierter Lage festzulegen, wobei die Festlegung in einfacher Weise über an den Fußteilen der Schienen- oder Weichenteile angreifende Befestigungsmittel ähnlich der tatsächlichen Festlegung im verlegten Geleise oder in der verlegten Weiche erfolgen kann dadurch, daß nun das Widerlager und/oder der Werkzeugträger in Längsrichtung der Lauffläche des Schienen- oder Weichenteiles relativ zu einander beweglich gelagert und reversierbar antreibbar sind, läßt sich das Ausmaß der gewünschten Verdichtung bzw. Verfestigung durch entsprechende Steuerung dieses Relativantriebes exakt an die Erfordernisse anpassen. So ist es beispielsweise möglich, kompliziert geformte Weichenteile ohne Gefahr einer Überlastung durch mehrfachen Durchschub unter dem Werkzeugträger bei gleichzeitiger Bearbeitung der zu bearbeitenden Flächen während des Verschiebens des Werkstückes einer in mehreren Durchgängen erfolgenden Oberflächenbehandlung zu unterziehen. Die Zahl der erforderlichen Durchgänge kann in Übereinstimmung mit den Materialeigenschaften des für die Weichenteile bzw. Schienenteile gewählten Werkstoffes angepaßt werden, wobei beispielsweise im Fall von gegossenen Herzstücken zur Verringerung der Gefahr einer Beschädigung in drei aufeinanderfolgenden Durchgängen gearbeitet werden kann. Bei speziell geformten Schienenteilen oder Weichenteilen kann es mitunter genügen, bereichsweise nur die Seitenflanken einer Verdichtung oder Verfestigung durch intermittierendes Hämmern zu unterwerfen, und durch die Maßnahme im Werkzeugträger, eine Mehrzahl von Hammerwerkzeugen anzuordnen, kann auch hier durch Steuerung der Antriebe der einzelnen Hammerwerkzeuge eine optimale Anpassung an die jeweilige Werkstfickgeometrie erfolgen. Dadurch, daß die Hammerwerkzeuge mit der Kontur der Oberfläche des Schienenoder Weichenteiles in den zu behandelnden Bereichen der Oberfläche entsprechenden Schlagstücken lösbar -2-

Nr. 391 285 verbunden sind, läßt sich durch einfaches Umstecken der Schlagstücke eine rasche Anpassung an unterschiedliche geometrische Ausbildungen erzielen und es läßt sich durch Wahl der Kontur der Schlagstücke das Ausmaß und die Fläche, über welche die Bearbeitung zum Verdichten oder Verfestigen erfolgen soll, exakt einstellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Hammerwerkzeuge im Werkzeugträger in Verschieberichtung des Werkzeugträgers und/oder des Widerlagers gestaffelt angeordnet. Eine derartige Anordnung einer Mehrzahl von Hammerwerkzeugen im Werkzeugträger stellt eine gleichmäßige Verformungskrafteinwirkung auf die zu behandelnde Oberfläche über eine relativ große Oberfläche sicher und es wird auf diese Weise ermöglicht, eine homogene Krafteinwirkung in die jeweils zu behandelnden Teile der Oberfläche sicherzustellen.

Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, daß die Verschiebegeschwindigkeit des Widerlagers und/oder des Werkzeugträgers einstellbar ist, wobei vorzugsweise auch die Schlagkraft und/oder Schlagfrequenz der Hammerwerkzeuge einstellbar ist Eine derartige Einstellbarkeit der Verschiebegeschwindigkeit bzw. der Schlagkraft und/oder Schlagfrequenz ermöglicht es, bei der gleichen Vorrichtung ohne großen Zeitaufwand die für das Verdichten und Verfestigen der Oberfläche einzubringenden Kräfte jeweils an das Material oder die geometrische Form der Schienenteile bzw. Weichenteile anzupassen, wobei insbesondere bei spitz auslaufenden Teilbereichen der zu behandelnden Oberflächen oder aber in Bereichen großer Querschnittsänderungen die Ausbildung mit Vorteil so getroffen sein kann, daß die Schlagkraft und/oder Schlagfrequenz der Hammerwerkzeuge gesondert voneinander einstellbar ist Auf diese Weise kann die Verformungskraft gerichtet in die zu behandelnde Oberfläche eingebracht werden und durch die gleichzeitige Beaufschlagung anderer Bereiche der zu behandelnden Oberfläche mit geringerer Schlagfrequenz oder geringerer Schlagkraft wird auch bei regional deutlich erhöhten Schlagkräften oder Schlagfrequenzen die Gefahr einer Zerstörung der zu behandelnden Oberfläche weitgehend herabgesetzt. Für eine Anpassung für die Bearbeitung zum Verdichten und Verfestigen von Radlenkem, Zungenschienenteilen oder ähnlichen Schienen- oder Weichenteilen, bei welchen in erster Linie Flanken einem erhöhten Verschleiß unterworfen sind, ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, die Ausbildung so zu treffen, daß die Richtung des Arbeitshubes wenigstens eines Hammerwerkzeuges verstellbar ist. Mit einer derartigen Verstellung der Rüstung des Arbeitshubes wenigstens eines Hammerwerkzeuges lassen sich auch relativ steile Flanken verdichten und verfestigen, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung universell für alle Bauteile im Bereich des Schienen- oder Weichenbaues einsetzbar wird.

In einfacher Weise ist für die Verdichtung und Verfestigung die Ausbildung so getroffen, daß die Form der Schlagstücke etwa der negativen Kontur des zu behandelnden Schienen- oder Weichenteiles entspricht, wodurch die Bearbeitung in wenigen Arbeitsschritten und mit den gewünschten erzielbaren Eigenschaften einfach durchführbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verdichten und Verfestigen von Schienen- oder Weichenteilen; Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles (Π) der Fig. 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Werkzeugträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von Hammerwerkzeugen; Fig. 4 bzw. 5a bis 5d ein für eine Aufnahme in den in Fig. 3 gezeigten Werkzeugträger geeignetes Hammerwerkzeug zur intermittierenden Beaufschlagung eines Schienen- oder Weichenteiles sowie mit etwa negativer Kontur der Oberfläche eines zu behandelnden Schienenoder Weichenteiles ausgebildete Schlagstücke; Fig. 6 einen Schnitt durch einen zu behandelnden Schienen- oder Weichenteil, wobei die Angriffsflächen der in den Fig. 4 bzw. Fig. 5a bis 5d gezeigten Schlagstücke schematisch angedeutet sind; und Fig. 7 ein Diagramm des Härteverlaufes in Abhängigkeit von der Tiefe von der behandelten Oberfläche eines in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeiteten Schienen- oder Weichenteiles.

In Fig. 1 ist an einem Rahmen (1) ein Werkzeugträger (2) gelagert, in welchem im gezeigten Beispiel vier Hammerwerkzeuge (3) aufgenommen sind, welche zu intermittierenden Schlaghüben in Richtung des Pfeiles (4) antreibbar sind. An den Hammerwetkzeugen (3) sind dabei, wie dies im folgenden noch näh» beschrieben werden wird, entsprechend der Kontur der Oberfläche (5) eines zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteiles (6) ausgebildete Schlagstücke (7) festgelegt. Der Schienen- oder Weichenteil (6) ist dabei auf einem Widerlager (8) festgelegt, welches gleichfalls am Rahmen (1) gelagert sein kann. Für eine Behandlung einer gewissen Länge des zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteiles bzw. Radlenkers ist dabei das Widerlager (8) mit dem festgelegten Schienen- oder Weichenteil (6) oder der Werkzeugträger (2) mit den Hammerwerkzeugen (3) in Längsrichtung der Lauffläche des schienen- oder Weichenteiles beweglich gelagert und reversierbar antreibbar. Gegebenenfalls können sowohl das Widerlager (8) als auch der Werkzeugträger (2) bewegbar sein. Für eine Justierung der Hammerwerkzeuge (3) relativ zum zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteil (6) kann der Werkzeugträger (2) auch in einer weiteren Ebene verstellbar am Rahmen (1) gelagert sein, wie dies durch den Doppelpfeil (9) angedeutet ist.

In Fig. 1 ist ein weiterer Werkzeugträger (2') angedeutet, so daß beispielsweise zwei Schienen- oder Weichenteile gleichzeitig bearbeitet werden können.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ansicht ist lediglich das Widerlager (8) mit dem festgelegten und zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteil (6) in Richtung des Doppfelpfeiles (10) relativ zum Werkzeugträger (2) mit den -3-

Claims

Nr. 391 285 Hammerwerkzeugen (3) beweglich dargestellt. Weiters wird deutlich, daß die Hammerwerkzeuge (3) im Werkzeugträger (2) in Längsrichtung der Lauffläche des Schienen- oder Weichenteiles (6) gestaffelt angeordnet sind. In der Darstellung gemäß Fig. 3 des Werkzeugträgers (2) sind Ausnehmungen (11) für die Aufnahme von 5 Hammerwerkzeugen (3) dargestellt. Weiters sind Anschlußleitungen (12) für die Beaufschlagung der Hammerwerkzeuge (3) mit einem unter Druck stehenden Fluid angedeutet. Die Richtung des Arbeitshubes der einzelnen Hammerwerkzeuge ist jeweils mit (13) bezeichnet und es ist aus Fig.3 deutlich ersichtlich, daß die Richtungen des Arbeitshubes der einzelnen Hammerwerkzeuge miteinander einen spitzen Winkel einschließen, um der zu bearbeitenden Kontur des Schienen- oder Weichenteiles angepaßt zu werden. Dabei können auch einem 10 besonderen Verschleiß ausgesetzte seitliche Bereiche eines Schienen- oder Weichenteiles durch an eine Auflagefläche des Schienen- oder Weichenteiles entsprechend schräggestellte Hammerwerkzeuge in gewünschter Weise bearbeitet werden. In Fig. 3 ist weiters angedeutet, daß die Richtung des Arbeitshubes eines Hammerwerkzeuges durch geänderte Festlegung im Werkzeugträger (2) ebenfalls anpaßbar ist, wobei dies mit den Bezugszeichen (11') und (13') veranschaulicht werden soll. 15 In Fig. 4 ist in vergrößertem Maßstab ein Hammerwerkzeug (3) dargestellt, welches für die Aufnahme in einer Ausnehmung (11) des Werkzeugträgers (2) geeignet ist. Auf den dem zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteil zugewandten Endbereich (14) des Hammerwerkzeuges (3) wird dabei ein entsprechend der Kontur der zu bearbeitenden Oberfläche eines Schienen- oder Weichenteiles angepaßtes Schlagstück festgelegt, wobei in den Fig. 5a bis 5d unterschiedliche Ausführungsformen derartiger Schlagstücke (7a) bis (7d) dargestellt sind. Die 20 Schlagstücke (7a) bis (7d) weisen jeweils unterschiedlich ausgebildete Arbeitsflächen (15) auf. In Fig. 6 ist in vergrößerter Darstellung ein Querschnitt durch einen zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteil (6) dargestellt, wobei die Angriffsstellen der in den Fig. 4 bzw. Fig. 5a bis 5d gezeigten Schlagstücke (7a) bis (7d) mit den entsprechenden Positionen (a) bis (d) bezeichnet ist. Es ist wiederum deutlich, daß die Richtungen der Arbeitshübe der einzelnen nicht näher dargestellten Hammerwerkzeuge an den 25 Positionen (a) bis (d) miteinander jeweils einen spitzen Winkel einschließen und es zeigt sich, daß die einzelnen Bearbeitungsflächen (15) der Schlagstücke (7a) bis (7d) der Oberfläche (5) des zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteiles (6) angepaßt sind. Der in Fig. 7 gezeigte Härteverlauf eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verdichteten und verfestigten Schienen- oder Weichenteiles (6) aus Mnl3-Stahl zeigt, daß in Abhängigkeit von der Tiefe von der 30 bearbeiteten Oberfläche sich ein homogener Härteverlauf erzielen läßt, wobei die geforderten Eigenschaften der Verdichtung bzw. Verfestigung durch die Einstellung der Schlagkraft und/oder der Schlagfrequenz der einzelnen Hammerwerkzeuge in weiten Grenzen variiert werden kann. Dadurch, daß die zu bearbeitende Schienen- bzw. Weichenoberfläche von einer Mehrzahl von Hammerwerkzeugen intermittierend beaufschlagt wird, kann auch unterschiedlichen Belastungen in unterschiedlichen Oberflächenbereichen durch Einstellung der Schlagkraft 35 und/oder der Schlagfrequenz der einzelnen, den gewissen Oberflächenbereichen zugeordneten Hammerwerkzeugen Rechnung getragen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für die Verdichtung und Verfestigung von Schienen- oder Weichenteilen aus im Eisenbahnwesen verwendeten Stahlsorten, insbesondere zum Verdichten und Verfestigen von aus Mnl3-(X120Mnl2)-Stahlschienen bestehenden Schienen- oder Weichenteilen, welche einen 40 Mangangehalt von 12 % und einen Kohlenstoffgehalt von 1,2 % aufweisen. Entsprechend der zu erzielenden Härte der zu behandelnden Oberfläche des Schienen- oder Weichenteiles erfolgt die Verdichtung bzw. Verfestigung beispielsweise derart, daß bei einem Vorschub von 400 mm/min des Schienen- oder Weichenteiles relativ zu den Hammerwerkzeugen diese bearbeitet werden, wobei die Hammerwerkzeuge beispielsweise 3000 Hübe pro Minute durchführen. Für eine gleichmäßige und schonende Bearbeitung wird dabei die Behandlung mehrmals in 45 Längsrichtung durchgeführt, wobei bei drei bis vier Arbeitsdurchgängen im allgemeinen die gewünschten Verdichtungs- und Verfestigungswerte erzielt werden. Durch Anpassung der Anzahl der verwendeten Hammerwerkzeuge sowie deren unterschiedlicher Festlegung im Werkzeugträger als auch durch entsprechende Ausbildung der Schlagstücke können dabei unterschiedlichste Schienen- oder Weichenteile in kostengünstiger und gegenüber anderen bekannten Verdichtungsverfahren, wie 50 beispielsweise Explosionshärten, einfacherer Weise mit einfachen Mitteln bearbeitet werden. 55 PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Verdichten und Verfestigen von Schienenteilen, Weichenteilen, Radlenkem, Zungenschienen od. dgl. Bauteilen aus im Eisenbahnwesen üblichen Stahlsorten, mit welcher Schlagkräfte intermittierend aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Hammerwerkzeugen (3) in einem -4- Nr. 391 285 gemeinsamen Werkzeugträger (2) zu intermittierenden Schlaghüben antreibbar gelagert ist, daß die Richtung (13) des Arbeitshubes wenigstens eines Hammerwerkzeuges (3) mit der Richtung (13) des Arbeitshubes wenigstens eines weiteren Hammerwerkzeuges (3) einen spitzen Winkel einschließt, daß ein Widerlager (8) zum Festlegen des zu bearbeitenden Schienen- oder Weichenteiles (6) vorgesehen ist, daß der Werkzeugträger (2) und/oder das Widerlager (8) in Längsrichtung der Lauffläche (5) des Schienen- oder Weichenteiles (6) relativ zueinander beweglich gelagert und reversierbar antreibbar ist und daß die Hammerwerkzeuge (3) mit der Kontur der Oberfläche (5) des Schienen- oder Weichenteiles (6) in den zu behandelnden Bereichen der Oberfläche entsprechenden Schlagstücken (7a, 7b, 7c, 7d) lösbar verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hammerwerkzeuge im Werkzeugträger (2) in Verschieberichtung des Werkzeugträgers (2) und/oder des Widerlagers (8) gestaffelt angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebegeschwindigkeit des Widerlagers (8) und/oder des Werkzeugträgers (2) einstellbar ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagkraft und/oder Schlagfrequenz der Hammerwerkzeuge (3) einstellbar ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagkraft und/oder Schlagfrequenz der Hammerwerkzeuge (3) gesondert voneinander einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung (13) des Arbeitshubes wenigstens eines Hammerwerkzeuges (3) verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (15) der Schlagstücke (7a, 7b, 7c, 7d) etwa der negativen Kontur des zu behandelnden Schienen- oder Weichenteiles (6) entspricht. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -5-