CH673791A5

CH673791A5 -

Info

Publication number: CH673791A5
Application number: CH383987A
Authority: CH
Inventors: Jules Less
Original assignee: Litec Sah
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1990-04-12
Also published as: DE3833355A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen gebrauchter Schrauben gemäss dem Oberbegriff von Anspruch

1. Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung in der Form eines Tunnel-Induktionsofens zur Durchführung des Verfahrens.

Die Instandsetzung von abgenutzten Schrauben für den 5 Eisenbahnoberbau durch Warmumformung ist bereits seit geraumer Zeit bekannt. Dabei wurden jeweils Schrauben einer bestimmten Kategorie, also z. B. Schwellenschrauben oder Hakenofenschrauben, derart aufbereitet, dass sie wieder wie neuwertige Schrauben eingesetzt werden konnten. Dabei wur-io den teilweise die Schaftteile und Schraubenköpfe ausgetauscht und wiederum neu geformt. So istz. B. durch die DE-A-461429 ein Verfahren zum Instandsetzen abgenutzter Schwellenschrai}-ben bekannt geworden, bei dem zunächst das Schaftoberteil ausgestaucht und die richtige Kopfform durch Pressung wieder 15 hergestellt wird, worauf der Gewindeteil durch Anrollen wieder aufgearbeitet wird. Durch die DE-A-640 251 ist ein Verfahren zur Wiederherstellung abgenutzter Hakenkopfschrauben bekannt geworden, bei dem die Schraube hintereinander in drei verschiedenen Gesenken neu geformt wird, wobei die Umfor-20 mung ausschliesslich am Kopf und am gewindefreien Schaftteil stattfindet.

Die Umformung gebrauchter Schwellenschrauben in Schrauben mit völlig unterschiedlicher Konfiguration wurde bisher wegen der charakteristischen Form bzw. der Abmessungen der 25 Schwellenschraube nicht für möglich gehalten. Da an einer Schraube mit anderer Konfiguration, also z. B. auch mit einem anderen Kerndurchmesser, ein neues Gewinde geschnitten werden muss, ist eine komplette Ausstauchung des Schraubenbolzens erforderlich. Infolge der unterschiedlichen Materialmassen 30 am Schraubenkopf und am Schraubenbolzen ist dies jedoch schwierig. Beim Verfahren gemäss der eingangs erwähnten DE-A-640 251 sind bereits mehrere Arbeitsgänge erforderlich, um nur den Schraubenkopf und den gewindelosen Schaft neu zu formen. Der das Gewinde tragende Teil des Bolzens bleibt vom 35 Umformprozess unberührt. Ein Umformen in zahlreichen Stufen ist jedoch unwirtschaftlich, da der Preis einer aufbereiteten Schraube weit über demjenigen einer neuen Schraube liegen würde.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu 40 schaffen, mit dem auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise gebrauchte Schrauben in Schrauben mit anderer Konfiguration umgeformt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Die Temperaturdifferenz zwischen Schraubenkopf und Schrau-45 benbolzen beeinflusst das Fliessverhalten des Materials beim nachfolgenden Gesenkschmieden derart, dass der Bolzen über seine gesamte Länge ohne Falten, Lufteinschlüsse usw. vollständig ausgestaucht wird, ohne dass Material in den volumenreicheren Schraubenkopf fliesst und in den Abgrat entweichen kann. 50 Die Temperatur am Schraubenbolzen erlaubt ausserdem ein schnelles und müheloses Glattwalzen der Gewindegänge, was für einen reibungslosen Stauchprozess erforderlich ist. Das neue Gewinde, das in der Regel eine andere Steigung, ein anderes Flankenprofil und einen anderen Kerndurchmesser aufweist als das ursprüngliche Gewinde, wird zuletzt kaltgewalzt, so dass der Faserverlauf des Materials nicht unterbrochen wird.

Besonders vorteilhaft erfolgt die differenzierte Erhitzung der Schrauben dadurch, dass diese durch einen Tunnel-Induktionsofen geführt werden, dessen Spulen im Bereich der Schraubenbolzen mehr Wärme induzieren als im Bahnbereich der Schraubenköpfe. In diesem Tunnel-Induktionsofen lässt sich die Temperaturverteilung im Schraubenkörper relativ präzise steuern. Dies im Gegensatz zu einer Erhitzung durch Gasflammen oder im Salzbad, die an sich auch möglich wären. Die Schrauben können mit ihrer tellerartigen Erweiterung an Haltebügeln eingehängt werden, welche an einem im oberen Bereich des Ofens angeordneten endlosen Fördermittel befestigt sind. Die Induktionsspulen auf beiden Seiten der Vorschubbahn der Schrauben

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sind derart angeordnet, dass auf den Schraubenkopf nur noch ein Streufeld einwirkt. Um eine zu starke Abschirmung gegenüber dem elektrischen Feld bzw. eine Eigenerhitzung zu vermeiden, sind die Haltebügel vorzugsweise aus einem austenitischen Material gefertigt.

Besonders vorteilhaft werden die Schrauben derart erhitzt, dass sie am Schraubenbolzen über seine gesamte Länge eine Temperatur von ca. 1300 °C aufweisen während die Temperatur am Schraubenkopf nur etwa 500 bis 600 °C beträgt. Die tellerartige Erweiterung liegt somit im Grenzbereich und hat eine Temperatur von ca. 800 °C. Das Umformen nach der Erhitzung muss relativ rasch erfolgen, da die Wärmein der Schraube bei Temperaturdifferenzen von ca. 700 °C dazu neigt, sich gleichmäs-sig im ganzen Schraubenkörper zu verteilen und insbesondere die Temperatur im Schraubenkopf weiter zu erhöhen. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn nach dem Erhitzen und Auswalzen des Gewindebolzens die Schraube innerhalb von weniger als 10 Sekunden in einer Hitze umgeformt wird. Damit ist gewährleistet, dass der Bolzen des neuen Formlings vollständig ausgestaucht wird, ohne dass zuviel Material in den Bereich des neuen Kopfes und damit in den Abgrat abfliesst.

Zum Kaltwalzen der neuen Gewindegänge muss der Form-ling zuerst entgratet und durch Schälen am Bolzen von der Zunderschicht befreit werden.

Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend näher erläuterten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Verfahrensablauf in stark vereinfachter, schema-tischer Darstellung;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Tunnel-Induk-tionsofens, und

Fig. 3 eine massstabgetreue Gegenüberstellung einer Schwellenschraube und einer Hakenschraube.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine konventionelle Schwellenschraube 1 als Ausgangsmaterial verwendet, die einen Schraubenbolzen 4 und einen Schraubenkopf 2 mit der charakteristischen tellerartigen Erweiterung 3 aufweist. Der Bolzendurchmesser beträgt beispielsweise 24 mm. Im Wiederaufbereitungs-prozess sollen Hakenschrauben 5 hergestellt werden, die bekanntlich eine völlig unterschiedliche Kopf- und Gewindeform aufweisen. Je nach der Länge der Schwellenschrauben bzw. nach dem Volumen der herzustellenden Hakenschraube 5 muss die Schwellenschraube 1 am Gewindeteil z.B. mit Hilfe einer Schere 6 gekürzt werden. Die richtige Dimensionierung des Ausgangsmaterials verhindert später einen übermässigen Materialfluss in den Abgrat. Die vorbereiteten Schwellenschrauben 1 werden nun dem Tunnel-Induktionsofen 7 zugeführt, der mit einem endlosen Fördermittel 9 versehen ist. An dessen Förderkette oder Förderband sind in regelmässigen Abständen Haltebügel 10 befestigt, an denen die Schrauben eingehängt werden können. Die Geschwindigkeit des Fördermittels 9 lässt sich vorzugsweise stufenlos einstellen, so dass immer die richtige Durchlaufzeit gewählt werden kann. Parallel zur Vorschubbahn der Schrauben 1 sind Induktionsspulen 8 angeordnet, wie aus Fig. 2 genauer hervorgeht. Diese Spulen induzieren auf an sich bekannte Weise hochfrequente Wirbelströme in die durchlaufenden Schrauben, so dass sich diese rasch erhitzen. Aufgrund der Anordnung der Spulen 8 wirkt auf die Schraubenköpfe 2 nur ein Streufeld ein, so dass sich diese bedeutend weniger erhitzen als die Schraubenbolzen 4. Nach dem Verlassen des Ofens ist diese differenzierte Temperaturverteilung an den Glühfarben deutlich erkennbar. Während der Schraubenbolzen eine hellgelbe bis gelbweisse Farbe aufweist, ist der Schraubenkopf nur dunkelbraun bis braunrot und der Teller im Grenzbereich etwa kirschrot.

Das Ausstossen der erhitzten Schrauben aus dem Tunnel-Induktionsofen erfolgt automatisch mit Hilfe einer Abschiebevorrichtung 11, die mit einem hier nicht näher dargestellten Endschalter verbunden ist. Sobald der Endschalter das Vorhandensein einer Schraube ermittelt, wird die Abschiebevorrichtung beispielsweise pneumatisch betätigt, so dass diese die Schraube 1 vom Haltebügel 10 wegschiebt. Die Schraube gelangt dann in eine schräge Zuführschurre 12, in der sie auf kürzestem Wege s zum Walzwerk 13 rutscht.

Im Walzwerk 13, bestehend aus den symbolisch dargestellten Walzbacken 14 und 14', wird der erhitzte Schraubenbolzen ausgewalzt und im Durchmesser reduziert. Der Bolzendurchmesser von ursprünglich 24 mm wird z. B. auf 18 mm reduziert. 10 Dabei wird ersichtlicherweise auch das ursprüngliche Gewinde ausgewalzt. Nach dem Walzvorgang muss der Formling unverzüglich dem Gesenk 15 zugeführt werden, um eine zu rasche Abkühlung bzw. einen Temperaturausgleich zu vermeiden.

15 Das Gesenk 15 besteht aus dem Untergesenk 16 mit der Negativform der herzustellenden Hakenschraube 5. Die Trennebene des Gesenks verläuft quer zur Schraubenmittelachse durch die oberste Begrenzungsfläche der neuen Schraube. Der Gesenkstempel 17 kann auf seiner Unterseite mit einer Prägung 20 zur Markierung der Hakenschrauben versehen sein. So kann z. B. das Herstellerzeichen und das Herstellungsdatum in den Schraubenkopf eingeprägt werden. Für die Betätigung des Gesenks 15 kann eine Schmiedepresse an sich bekannter Bauart eingesetzt werden. Beim Absenken des Stempels 17 erhält 25 sowohl der Schraubenbolzen 4 als auch der Schraubenkopf 2 mit der tellerartigen Erweiterung 3 eine vollständig neue Konfiguration. Die Länge des ausgewalzten Schraubenbolzens wird reduziert und dessen Durchmesser wiederum von z. B. 18 mm auf 23,5 mm vergrössert. Die ursprünglich relativ tiefen Gewinde-30 flanken der Schwellenschraube werden vollständig ausgestaucht, so dass sich am neuen Formling eine homogene Materialstruktur einstellt. Am Kopf bildet sich die charakteristische halbmondförmige Konfiguration der Hakenschraube. Das überschüssige Material fliesst in den Abgrat zwischen Untergesenk 16 und 35 Stempel 17.

Nach dem Umformprozess im Gesenk 15 muss der Abgrat 19 am Formling 18 in der Entgratungsvorrichtung 20 entfernt werden. Die Formlinge sind dabei wieder weitgehend abgekühlt. Zur Vorbereitung des Gewindeschneidvorgangs müssen die 40 Formlinge 18 dann in einer Schälvorrichtung 21 geschält werden. Dies erfolgt durch Einspannen und Drehen in einem Klemmfutter 22 und durch Entfernen der Zunderschicht mit Hilfe einer Schneide 24. Die Hakenschraube erhält dabei ihren neuen Aussendurchmesser vonz. B. 22 mm. Nachdem Schälen werden 45 die Formlinge in einer an sich bekannten Gewinderollmaschine 23 durch Kaltwalzen mit einem neuen Gewinde versehen. Die fertige Hakenschraube 5 weist die gleichen mechanischen Eigenschaften auf wie eine neu hergestellte Hakenschraube. Durch Wiederverwendung der gebrauchten Schwellenschrauben liegt so ihr Preis jedoch unter dem Neupreis. Selbstverständlich Hessen sich auf die gleiche Weise neben Hakenschrauben auch andere Schraubentypen mit unterschiedlicher Konfiguration aus den gebrauchten Schwellenschrauben herstellen. Im Eisenbahnoberbau werden bei den bisher bekannten Befestigungsarten jedoch 55überwiegend Schwellenschrauben und Hakenschrauben verwendet.

In Fig. 2 ist der Tunnel-Induktionsofen 7 mit den Haltebügeln 10 zur Aufnahme der Schrauben etwas genauer dargestellt. Der Ofen weist eine Induktionsspule 8 für beispielsweise 180 kW auf, 60 deren Leiterbahnen mäanderförmig angeordnet und U-förmig aufgebogen sind, so dass ein oben geöffneter Tunnel 30 entsteht. Auf den beiden parallelen Seiten des Tunnels liegen im Bahnbereich des Schraubenbolzens 4 untereinander jeweils eine untere Leiterbahn 27, eine mittlere Leiterbahn 28 und eine obere 65 Leiterbahn 29. Die obere Leiterbahn 29 ist relativ zur Vorschubbahn der Schraube derart angeordnet, dass auf den Schraubenkopf 2 nur noch ein Streufeld einwirkt, so dass dieser nicht über 1000 °C erwärmt wird.

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Die Schrauben sind in den Haltebügeln 10 eingehängt, welche der zu erhitzenden Schrauben kann der Tunnel 30 eine Breite von sich gehalten vom Fördermittel 9 in Pfeilrichtung A über dem 50 bis 70 mm und eine Höhe von 200 bis 250 mm aufweisen. Die

Tunnel 30 bewegen. Jeder Haltebügel besteht aus zwei Halte- Länge des Tunnels kann bis zu einem Meter betragen. Da die platten 25, deren Enden eine T-förmige Erweiterung 26 aufwei- Durchlaufgeschwindigkeit der Schrauben vom Arbeitstakt der sen. Auf dieser Erweiterung liegt der Teller der Schwellen- s nachfolgenden Arbeitsgänge abhängt, ist die Länge des Tunnels schrauben auf. Die Halteplatten 25 sind aus einem austenitischen der jeweils maximal möglichen Durchlaufgeschwindigkeit anzu-

Material gefertigt und isoliert am Fördermittel 9, einer Förder- passe n.

kette, befestigt. In Fig. 3 ist zum Grössenvergleich eine Schwellenschraube 1

Die dargestellte Induktionsspule 8 ist von einem hier nicht dargestellt, die nach dem beschriebenen Verfahren in eine gezeigten Gehäuse umgeben. Je nach Durchmesser und Länge io Hakenschraube 5 umgeformt wurde.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Warmumformen gebrauchter Schrauben, insbesondere Eisenbahn-Schwellenschrauben (1) mit einem Schraubenkopf (2) mitteilerartiger Erweiterung (3) und mit einem Schraubenbolzen (4), in Schrauben mit einer anderen Aussenkonfiguration, insbesondere in Hakenschrauben (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (1) zuerst derart erhitzt werden, dass der Schraubenbolzen (4) eine Temperatur von über 1000 °C und der Schraubenkopf (2) eine Temperatur von unter 1000 °C aufweist, dass nach dem Erhitzen das Gewinde am Schraubenbolzen ausgewalzt wird, dass unmittelbar anschliessend der Formling in einem Gesenk (15) umgeformt wird, wobei sich die Kopfform verändert und sich der Durchmesser des ausgewalzten Bolzens wieder vergrössert, und dass am umgeformten Bolzen ein neues Gewinde kaltgewalzt wird.
2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (1) zum Erhitzen durch einen Tunnel-Induktions-ofen (7) geführt werden, dass Spulen (8) im Bahnbereich der Schraubenbolzen (4) mehr Wärme induzieren als im Bahnbereich der Schraubenköpfe (2).
3. Verfahrennach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (1) an einem mit Haltebügeln (10) versehenen, endlosen Fördermittel (9) durch den Tunnel-Induktionsofen (7) geführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche2oder3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (1) nach dem Verlassen des Tunnel-Induktionsofens (7) am Schraubenbolzen (4) eine Temperatur von 1100 bis 1400 °C und am Schraubenkopf (2) eine Temperatur von 400 bis 800 °C aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (1) vor dem Erhitzen in Abhängigkeit vom Volumen des neuen Formlings gekürzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (1) am Ende des Tunnel-Induktionsofens (7) durch eine Abschiebevorrichtung (11) von den Haltebügeln (10) in eine schräge Zuführschurre (12) geschoben werden und durch diese dem Walzwerk (13) zugeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erhitzen und Auswalzen des Gewindebolzens (4) die Schraube innerhalb von weniger als 10 Sekunden in einer Hitze umgeformt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die neuen Formlinge nach dem Umformen entgratet und am Bolzen geschält werden.
9. Tunnel-Induktionsofen (7) zum Erhitzen von länglichen Stahlteilen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1T gekennzeichnet durch ein endloses Fördermittel (9), das mit Haltebügeln (10) zum Festhalten der Stahlteile (1) versehen ist, wobei parallel zum Fördermittel im Bahnbereich der Stahlteile auf beiden Seiten die Induktionsspulen (8) derart angeordnet sind, dass zur differenzierten Erhitzung der Stahlteile auf deren eines Ende nur ein Streufeld einwirkt.
10. Tunnel-Induktionsofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebügel aus einem austenitischen Material gefertigt sind.
11. Tunnel-Induktionsofen nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Förderstrecke eine durch einen Endschalter gesteuerte Abschiebevorrichtung zum Abschieben der Stahlteile von den Haltebügeln angeordnet ist.