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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum aluminothermischen Verbundschienenschweissen eines mit einer Lücke verlegten Schienenstosses, der mit einer Form umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stahlgusslegierungen aus zwei verschieden zusammengesetzten Schweissmassen in zwei getrennten Tiegelkammern erzeugt werden, wobei die eine dieser Schweissmassen so aufgebaut ist, dass sie einen zähen und hoch dehnbaren Stahl liefert, der zuerst in die Form einfliesst und der zum Schweissen der Schienenfüsse und Stege dient und die zweite in einer zweiten Tiegelkammer untergebrachte Schweissmasse so zusammengesetzt ist, dass daraus ein harter und verschleissfester Stahl entsteht, der die Schienenköpfe zusammen schweisst, wobei er sich entsprechend mengenmässig dosiert unmittelbar nach beendetem Einlauf der ersten Stahlsorte in die Form ergiesst.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel zur Aufnahme der beiden Schweissmassen so gebaut ist, dass er über zwei getrennte Kammern verfügt, die jede eine Austrittsdüse oder je eine im Düsenverschlussteil eingebauten Schieber enthalten, durch dessen Betätigung die Düsen ge öffnet oder geschlossen werden können.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Schweissen benutzte Giessform im oberen Drittel der Schienensteghöhe horizontal verlaufende Kanäle besitzt, durch die überschüssiger aluminothermisch erzeugter Stahl zum Schweissen des Steg- und Fussbereiches der Schienen seitlich in daran angebrachten Auffangschalen auslaufen kann, wobei diese Kanäle nach Erreichen des erforderlichen Füllungsgrades der Form durch Herabdrücken je eines feuerfesten Schiebers schliessbar sind.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung der zwischen den beiden Formenhälften verlaufende Fugen Dichtungsschläuche oder Dichtungsbänder an den Formen angebracht oder diesen zum Ansetzen beigegeben sind, die aus elastischen und feuerfesten Stoffen bestehen.
Das aluminothermische Schweissverfahren ist bekannt.
Alle bisher gebräuchlichen Verfahren haben den Nachteil, dass bei ihrer Anwendung nur ein einheitlich beschaffener Stahl erzeugt werden kann. Dieser Mangel wirkt sich besonders nachteilig beim Schweissen von Schienen aus, die sehr harte und somit verschleissfeste Schienenköpfe besitzen.
Würde in einem solchen Falle eine aluminothermische Schweissportion benutzt, die einen Stahlguss liefert, der der vorhandenen hohen Schienenhärte entspricht, dann wäre seine Dehnfähigkeit und seine Zähigkeit im Steg- und Fussbereich der Schweissverbindung nicht ausreichend, um der Dauerbiegebelastung dieser Schweissyerbindung im Be- - triebsgleis standzuhalten. Bisher ist es nur möglich, aluminothermisch entweder einen sehr harten und verschleissfesten Stahl zu erzeugen oder aber einen zähen und dehnbaren. Die Eisenbahnverwaltungen sind aber daran interessiert, Schienen zu verlegen mit möglichst harten und verschleissfesten Fahrflächen, um die Schienenabnutzung im Interesse einer wirtschaftlichen Gleisunterhaltung möglichst klein zu halten.
Die Möglichkeiten zur Verwirklichung dieses Zieles ist gerade heute von besonderer Bedeutung, da in vielen Ländern im zunehmenden Umfange Schnellbahnstrecken geplant, gebaut und streckenweise auch schon betrieben werden. Hierfür werden besonders verschleissfeste Schienen gebraucht. Solche Schienensorten können schon seit Jahrzehnten hergestellt werden. Man hat sie aber mit Rücksicht auf die technologischen Grenzen des aluminothermischen Schweissverfahrens nur mit einer beschränkten, diesem angepassten Schienenkopfhärte versehen können. Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, das aluminothermische Schweissverfahren so zu verbessern, dass dieser vorhandene Engpass überwunden wird.
Erreicht wird dieses Ziel durch das erfindungsgemässe Verfahren zum aluminothermischen Verbundschienenschweissen. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Von diesen beiden Stahlsorten ist die eine hart und verschleissfest, bestimmt für den Bereich der Schienenköpfe und die andere weniger hart, dafür aber zäh und dehnbar zur Verbindung der Schienenfüsse und Stege vorgesehen. Das erfindungsgemässe Verbundschweissverfahren ermöglicht es, die aluminothermische Schienenverbindungsschweissung derart auszuführen, dass der dabei erzeugte Stahlguss im Steg- und Fussbereich der Schweissverbindung die erforderliche grösste Dehnbarkeit besitzt, die zur Gewährleistung der benötigten Dauerbiegefestigkeit vorhanden sein muss und dass zugleich die Härte im Stahlguss zwischen den beiden Schienenköpfen so hoch liegt wie bei diesen selbst.
Es wird nur dann mit Sicherheit vermieden, dass sich beim Schweissgut durch Verschleiss die unerwünschten, schädlichen Ausfahrungen bilden können und es ist sicher, dass die Dauerbiegefestigkeit der Schweissverbindung den Anforderungen im Betriebsgleis genügt.
Dieses Verbundschweissverfahren schliesst nicht aus, dass auch jede Schienenstahlsorte damit geschweisst werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung sollen mittels der hier beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden:
Fig. 1 zeigt die zu schweissenden Schienenenden (1) und (2) umgeben von den beiden Formenhälften (3) und (4) und dem darüber befindlichen Tiegel (5) mit den beiden Tiegelkammern (6) und (7) zur Aufnahme der beiden unterschiedlich beschaffenen aluminothermischen Schweissmassen zur Erzeugung der-beiden verschieden zusammengesetzten Stahlarten zum Schweissen der Schienensteg- und Fussbereiche einerseits und der Schienenkopfzonen andererseits. Dargestellt sind ferner die Verschlüsse (8) der Ausflussdüsen der Tiegelkammern (6) und (7), die Schliess-Schieber (10) zur Unterbindung des Stahlaustritts nach Einlauf der Schmelze in den Steg- und Fussbereich der Giessform (3) und (4).
Fig. 2 macht deutlich einen Querschnitt durch die Form (3) und (4) in dem Zeitpunkt nach erfolgtem Einlauf des in der Tiegelkammer (6) erzeugten Stahles in den Steg- und Fussbereich der Form. Die beiden Schieber (10) sind geschlossen.
Fig. 3 enthält die Darstellung des Querschnitts durch die beiden Formenhälften (3) und (4) nach Einlauf des in der Tiegelkammer (7) erzeugten Stahles in den Schienenkopfbereich der Form.
Fig. 4 zeigt die Anordnung des Dichtungsschlauches (9), mit dem jede Form ausgerüstet ist oder der daran angesetzt werden kann. Anstelle solcher Schläuche können z. B. auch Dichtungsbänder Verwendung finden.
Die zur Aufnahme dieser Dichtungsmaterialien vorgesehenen Rillen an den Anpressflächen der beiden Formenhälften sind derart gestaltet, dass bei deren Zusammenpressen die nicht benötigte Dichtungsmasse - bei verwendeten Schläuchen nach deren Aufplatzen - nach aussen herausgequetscht wird.
Der erfindungsgemässe aluminothermische Verbundschweissvorgang nimmt folgenden Verlauf:
Zuerst werden die beiden zu verschweissenden Schienenenden (1) und (2) mit einer vom Schienenprofil abhängigen Lückenweite leicht überhöht ausgerichtet. Es werden dann die beiden Formenhälften (3) und (4) mit den auf ihren Be rührungsflächen vorhandenen Dichtungsstoffen angesetzt und mit einer Verbindungs- und Pressvorrichtung, die angezogen wird, fest und dicht verschlossen.
Danach erfolgt die Vorwärmung des Schienenstosses innerhalb der Form mit einer Heizflamme. Nach Erreichen der benötigten Schienenstossvorwärmetemperatur wird die in der Tiegelkammer (6) enthaltene aluminothermische Schweissmasse zur Reaktion gebracht. Nach Beendigung des Reaktionsvorganges wird die Tiegeldüse dieser Tiegelkammer geöffnet. Der hier zur Verfügung stehende Stahl fliesst dann in den Steg- und Fussbereich der Form.
Der Füllungsgrad in diesem Formbereich ist dann erreicht wenn aus den an den Formenaussenseiten befindlichen Öffnungen (12) und (13) oder aus einer von diesen flüssiger Stahl auszutreten beginnt. In diesem Augenblick werden die Tfegeldüsenöffnung der Tiegelkammer (6) und die Schieber (10) geschlossen, damit dieser Stahl nicht zu hoch in der Form ansteigt. Anschliessend wird der in der Tiegelkammer (7) nach Abschluss der bereits vorher eingeleiteten Reaktion dieser aluminothermischen Schweissmasse erzeugte Stahl durch Öffnen ihrer Tiegeldüse zum Ausfliessen gebracht. Er füllt dann die restlichen Formenhohlräume aus und verschweisst den Kopfbereich der Schienen.
Die übrigen Arbeiten zur Fertigstellung der Schweissung erfolgen in bekannter Weise.
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PATENT CLAIMS
1. A method for the aluminothermal composite rail welding of a rail joint which is laid with a gap and is surrounded by a shape, characterized in that two cast steel alloys are produced from two differently composed welding compounds in two separate crucible chambers, one of these welding compounds being constructed in such a way that it unites them tough and highly ductile steel, which first flows into the mold and which is used to weld the rail feet and webs, and the second welding compound housed in a second crucible chamber is composed in such a way that a hard and wear-resistant steel is produced, which welds the rail heads together, in accordance with the quantity, poured into the mold immediately after the first type of steel had run in.
2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the crucible for receiving the two welding masses is constructed so that it has two separate chambers, each containing an outlet nozzle or a slide built into the nozzle closure part, by its actuation the nozzles can be opened or closed.
3. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the casting mold used for welding has horizontally extending channels in the upper third of the rail web height, through the excess aluminothermic steel for welding the web and foot area of the rails laterally in collecting trays attached to it can leak, these channels can be closed by pressing down one fireproof slide once the required degree of filling of the mold has been reached.
4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that sealing hoses or sealing tapes are attached to the molds for sealing the joints running between the two mold halves or are added to the molds, which consist of elastic and refractory materials.
The aluminothermic welding process is known.
All of the previously used processes have the disadvantage that only a uniformly procured steel can be produced when they are used. This deficiency has a particularly disadvantageous effect when welding rails which have very hard and therefore wear-resistant rail heads.
If, in such a case, an aluminothermic welding portion was used to deliver a cast steel that corresponds to the existing high rail hardness, its elasticity and toughness in the web and foot area of the weld connection would not be sufficient to withstand the permanent bending stress of this welding system connection in the operating track . So far it has only been possible to produce aluminothermic either a very hard and wear-resistant steel or a tough and ductile one. However, the railway administrations are interested in laying rails with as hard and wear-resistant running surfaces as possible in order to keep rail wear as small as possible in the interest of economical track maintenance.
The possibilities for realizing this goal are of particular importance today, since in many countries, high-speed rail lines are increasingly being planned, built and, in some cases, already operated. Particularly wear-resistant rails are needed for this. Such rail types have been manufactured for decades. In view of the technological limits of the aluminothermic welding process, however, it was only possible to provide it with a limited rail head hardness that was adapted to this. The purpose of the present invention is to improve the aluminothermic welding process in such a way that this existing bottleneck is overcome.
This goal is achieved by the inventive method for aluminothermic composite rail welding. The object is achieved by the features listed in claim 1. Of these two types of steel, one is hard and wear-resistant, intended for the area of the rail heads and the other less hard, but is tough and flexible for connecting the rail feet and webs. The composite welding method according to the invention makes it possible to carry out the aluminothermic rail connection welding in such a way that the cast steel produced in the web and foot area of the weld connection has the required greatest extensibility, which must be present to ensure the required flexural strength and that the hardness in the cast steel between the two rail heads is as high as this.
It is only then safely avoided that the unwanted, harmful extensions can form in the weld metal due to wear and it is certain that the permanent bending strength of the welded connection meets the requirements in the operating track.
This composite welding process does not exclude that every type of rail steel can also be welded with it.
The method according to the invention and the device for carrying it out are to be explained in more detail by means of the drawings attached here:
Fig. 1 shows the rail ends to be welded (1) and (2) surrounded by the two mold halves (3) and (4) and the crucible (5) above with the two crucible chambers (6) and (7) for receiving the two differently made aluminothermic welding masses for the production of the two differently composed steel types for welding the rail web and foot areas on the one hand and the rail head zones on the other. Also shown are the closures (8) of the outflow nozzles of the crucible chambers (6) and (7), the closing slides (10) to prevent the steel from escaping after the melt has run into the web and foot area of the mold (3) and (4) .
Fig. 2 clearly shows a cross section through the mold (3) and (4) at the time after the steel produced in the crucible chamber (6) has entered the web and foot region of the mold. The two slides (10) are closed.
Fig. 3 contains the representation of the cross section through the two mold halves (3) and (4) after the steel produced in the crucible chamber (7) has entered the rail head region of the mold.
Fig. 4 shows the arrangement of the sealing tube (9) with which each mold is equipped or which can be attached to it. Instead of such hoses such. B. also use sealing tapes.
The grooves provided for receiving these sealing materials on the contact surfaces of the two mold halves are designed in such a way that when they are pressed together, the sealing compound that is not required is squeezed outwards when the hoses are used after they burst open.
The aluminothermic composite welding process according to the invention takes the following course:
First, the two rail ends (1) and (2) to be welded are aligned with a gap width that depends on the rail profile. The two mold halves (3) and (4) are then attached with the sealing materials present on their contact surfaces and are tightly and tightly closed with a connecting and pressing device that is tightened.
Then the rail joint is preheated within the mold with a heating flame. After the required rail joint preheating temperature has been reached, the aluminothermic welding compound contained in the crucible chamber (6) is reacted. After the reaction process has ended, the crucible nozzle of this crucible chamber is opened. The steel available here then flows into the web and foot area of the mold.
The degree of filling in this mold area is reached when liquid steel begins to emerge from the openings (12) and (13) on the outside of the mold or from one of these. At this moment the level nozzle opening of the crucible chamber (6) and the slide (10) are closed so that this steel does not rise too high in the mold. The steel produced in the crucible chamber (7) after the reaction of this aluminothermic welding compound which has already been initiated is brought to flow out by opening its crucible nozzle. It then fills the remaining mold cavities and welds the head area of the rails.
The remaining work to complete the welding is carried out in a known manner.