DE10053933B4 - Method for straightening a rail - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten einer Schiene.The The invention relates to a method for straightening a rail.
Schienen, die durch Warmwalzen oder ein anderes Warmformverfahren erzeugt werden, werden in der Regel ausgehend von ihrer Temperatur am Ende der Warmverformung auf einem Kühlbett auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Wegen der unterschiedlichen Verhältnisse von Masse zu Oberfläche am Schienenkopf und am Schienenfuß entstehen dabei langwellige Verbiegungen. Darüber hinaus können durch den Verformungsprozeß selbst und die anschließenden Transportvorgänge kurzwellig verlaufende Geradheitsabweichungen verursacht werden. Zu ähnlichen Formfehlern kommt es bei Schienen, die aus der Verformungshitze beschleunigt abgekühlt werden oder einer ergänzenden Wärmebehandlung unterzogen werden.Rails, produced by hot rolling or another thermoforming process usually will be based on their temperature at the end the hot deformation on a cooling bed cooled to ambient temperature. Because of the different circumstances from earth to surface at the rail head and at the rail foot longwave arise Bending. About that can out through the deformation process itself and the subsequent ones transport processes shortwave straightness deviations are caused. To similar Deformation occurs in rails, which come from the deformation heat accelerated cooled be or supplementary heat treatment be subjected.
Die mit derartigen Abweichungen von der Geradheit behafteten Schienen sind als solche für den Gleisbau nicht zu gebrauchen und müssen deshalb nach dem Abkühlen gerichtet werden. Das Richten erfolgt üblicherweise auf einer Richtmaschine, die mit einer ungeraden Zahl, insbesondere sieben oder neun, Richtrollen ausgestattet ist. Die jeweils ungeradzahligen (1.,3.,5.,...) Richtrollen sind dabei im allgemeinen dem Schienenfuß zugeordnet, während die geradzahligen (2.,4.,6.,...) Richtrollen auf den Schienenkopf wirken.The with such deviations from the straightness afflicted rails are as such for not to use the track construction and must therefore be directed after cooling become. The judging is usually done on a straightener, with an odd number, in particular seven or nine, straightening rollers is equipped. The odd ones (1., 3., 5., ...) Straightening rollers are generally assigned to the rail base, while the even-numbered (2nd, 4th, 6th, ...) straightening rollers on the rail head Act.
Durch das Rollenrichten entstehen an und unter der Fahrfläche des Schienenkopfs und im mittleren Bereich der Unterseite des Schienenfußes hohe Zugeigenspannungen. Es ist festgestellt worden, daß diese Zugeigenspannungen die Bruchsicherheit der Schienen bei statischer und dynamischer Beanspruchung vermindern. Diesen Spannungen überlagern sich im Betrieb noch die Kontaktspannungen, die durch die auf den Schienen abrollenden Räder verursacht werden. Diese Kontaktspannungen lösen wiederum Biegezug- und -druckspannungen aus. Weitere Spannungen entstehen aus dem Unterschied der jeweils aktuell gegebenen Schienentemperatur zur Verlegetemperatur.By The rolling straightening occurs at and under the running surface of the Rail head and in the middle area of the bottom of the rail foot high Tensile stresses. It has been found that these tensile residual stresses the breakage resistance of the rails with static and dynamic Reduce stress. These voltages are superimposed during operation the contact stresses caused by the rolling on the rails Wheels caused become. These contact voltages in turn solve flexural and compressive stresses out. Further tensions arise from the difference of each currently given rail temperature to the laying temperature.
Es
sind verschiedene Versuche gemacht worden, die durch das Rollenrichten
verursachten Zugeigenspannungen zu mindern. So ist beispielsweise
vorgeschlagen worden, ein Spannungsarmglühen, ein Reckrichten (
Die beim Rollenrichten an der Unterseite des Schienenfußes einzuhaltenden, maximal zulässigen Längszugeigenspannungen sind in der EN 13 674-1 "Oberbau Schienen, symmetrische Breitfußschienen ab 46 kg/m", Entwurf September 1999 auf höchstens 250 N/mm2 begrenzt worden. Für den Schienenkopf ist von entsprechenden Werten auszugehen. Gleichzeitig begrenzt die EN 13 674-1 die maximale vertikale Ebenheitsabweichung auf einer Bezugslänge von drei Metern auf höchstens 0,3 mm.The maximum permissible longitudinal compressive stresses to be adhered to when rolling the underside of the rail foot have been limited to a maximum of 250 N / mm 2 in EN 13 674-1 "Superstructure rails, symmetrical wide-angle rails from 46 kg / m", design September 1999. The rail head can be assumed to have corresponding values. At the same time, EN 13 674-1 limits the maximum vertical flatness deviation over a reference length of three meters to a maximum of 0.3 mm.
Der heutige Hochgeschwindigkeitsverkehr stellt besonders hohe Anforderungen an die Geradheit von Schienen und deren Bruchsicherheit. Durch einen optimal geradlinigen Zustand der Schienen wird bei geringen vertikalen und horizontalen Schwingungsanregungen ein ruhiger Fahrzeuglauf gewährleistet. Optimale gerade verlaufende Schienen sind daher Voraussetzung für einen besonders hohen Fahrkomfort und eine geringe dynamische Belastung der Schienenfahrzeuge und des Gleisoberbaus.Of the Today's high-speed traffic makes particularly high demands to the straightness of rails and their resistance to breakage. Through a optimal straight-line condition of the rails is at low vertical and horizontal vibration excitations a quiet vehicle running guaranteed. Optimal straight running rails are therefore a prerequisite for a particularly high ride comfort and low dynamic load rail vehicles and track superstructure.
Die hohen an den geraden Oberflächenverlauf von Schienen gestellten Anforderungen machen erhebliche Biegeverformungen während des Rollenrichtens erforderlich. Anders läßt sich die geforderte Maßhaltigkeit nicht erreichen. Ein derart "scharf" durchgeführtes Rollenrichten ruft jedoch erhebliche Zugeigenspannungen hervor.The high on the straight surface course Requirements imposed by rails make considerable bending deformations while the role of directing required. The required dimensional accuracy can be different do not reach. Such a "sharp" performed scrolling however, causes considerable residual stresses.
Auch Versuche, die Entstehung von Zugeigenspannungen und die Vorgänge beim Rollenrichten allgemein durch FEM-Berechnungen und Simulationsbetrachtungen nachzuvollziehen, haben keine Resultate erbracht, die in der Praxis zu einer unmittelbar verwertbaren Verbesserung geführt hätten.Also Experiments, the formation of tensile residual stresses and the processes during Role alignment in general through FEM calculations and simulation considerations have not yielded results in practice would have led to a directly exploitable improvement.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ein Verfahren zum Rollenrichten zu schaffen, welches ohne zusätzliche Einrichtungen und Mittel das Richten von Schienen ohne die Gefahr des Entstehens hoher Zugeigenspannungen ermöglicht.The The object of the invention is, starting from the above explained Prior art to provide a method for Rollenrichten, which without additional Facilities and means of aligning rails without the danger the emergence of high tensile residual stresses possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Richten einer Schiene gelöst, bei dem die Schiene eine Rollenrichtmaschine durchläuft, welche eine Gruppe den Schienenfuß berührender Rollen und eine Gruppe den Schienenkopf berührender Rollen aufweist, wobei mindestens die Rollen einer dieser Gruppen in Richtung der Schiene anstellbar sind, bei dem die Anstellung der anstellbaren Richtrollen so gewählt wird, daß im Einlaufbereich der Richtmaschine an einer Richtrolle ein verglichen mit den an den anderen Richtrollen erzielten Verformungen maximaler Wert der Biegeverformung erreicht wird, und bei dem diejenigen Richtrollen, die im Anschluß an die Richtrolle, an welcher der maximale Wert der Biegeverformung erreicht wird, von der Schiene durchlaufen werden, so eingestellt werden, daß die maximale Biegeverformung an jeder dieser Richtrollen um jeweils eine Stufe abgebaut wird.These Task is achieved by a method for straightening a rail solved, wherein the rail a Scroll straightening machine goes through, which a group of the rail foot touching roles and a group touching the rail head Has roles, wherein at least the roles of one of these groups can be adjusted in the direction of the rail, in which the employment the adjustable straightening rollers are chosen so that in the inlet area the straightening machine on a straightening roller compared with the on the other straightening rollers achieved maximum value of deformation Bending deformation is achieved, and in which those straightening rollers, the following the straightening roll, at which the maximum value of the bending deformation is reached, be traversed by the rail, so set be that the maximum bending deformation at each of these straightening rolls around each a level is reduced.
Vorzugsweise werden dabei diejenigen Rollen, die im Anschluß an die Richtrolle durchlaufen werden, an welcher der maximale Wert der Biegeverformung erreicht wird, von der Schiene durchlaufen werden, so angestellt, daß die Amplitude der Biegeverformung an jeder dieser Rollen degressiv mit möglichst hoher Degression abgebaut wird. Dadurch kann die Entstehung von Zugeigenspannungen besonders wirkungsvoll vermieden werden. Günstig ist es in diesem Zusammenhang darüber hinaus, wenn die Rollen, die nach den im Anschluß an die Rolle mit der höchsten Biegeverformung positionierten Rollen durchlaufen werden, so angestellt werden, daß die Schiene im Übergangsbereich der elastisch-plastischen Wechselbiegung in den geraden Zustand überführt wird.Preferably are doing those roles that go through following the straightening roll at which the maximum value of the bending deformation is reached is traversed by the rail, so employed that the amplitude the bending deformation at each of these roles degressive with possible high degression is reduced. As a result, the emergence of Residual tensions are particularly effectively avoided. Cheap is it in this regard about it addition, if the rollers following the roller with the highest bending deformation be run through positioned roles, so hired, that the Rail in the transition area the elastic-plastic alternating bending is converted into the straight state.
Eine gezielte Verteilung der ohnehin auf einem niedrigen Niveau vorliegenden Eigenspannungen über den Querschnitt der gerichteten Schiene läßt sich dadurch erreichen, daß ausgehend von einer Anfangseinstellung die Anstellung der im Auslaufbereich positionierten Rollen der Richtmaschine über das Verhältnis der Biegekrümmungen an den betreffenden Rollen von etwa 0,7 bis 1,3 variiert wird.A targeted distribution of already present at a low level Residual stresses over the Cross-section of the directed rail can be achieved by that starting from an initial setting the employment of the in the discharge area positioned rolls of straightening machine on the ratio of bending curvatures is varied at the respective roles of about 0.7 to 1.3.
Gemäß der Erfindung wird im Zuge des Richtvorgangs mittels Anstellung einer Richtrolle eine maximale Biegeverformung an einer Rolle verursacht, die mit dem Schienenfuß in Berührung ist. Diese Verformung reicht aus, um den gewünschten Richteffekt zu erreichen. Die durch diese maximale Biegeverformung hervorgerufene stetige Krümmung der Schiene wird an den anschließend passierten Richtrollen durch Wechselbiegung der Schiene mit stufenweise abnehmender Amplitude abgebaut.According to the invention becomes during the straightening process by employment of a straightening roll causing a maximum bending deformation on a roll with the rail foot in contact is. This deformation is sufficient to achieve the desired straightening effect. The constant caused by this maximum bending deformation curvature the rail is on the subsequently passed straightening rollers by alternating bending of the rail with gradually decreasing amplitude reduced.
Überraschend hat sich gezeigt, daß auf diese Weise eine Schiene gerichtet werden kann, die eine optimale Geradheit bei geringen Zugeigenspannungen aufweisen. Aufwendiger Nachbehandlungen der erfindungsgemäß gerichteten Schiene bedarf es dazu nicht.Surprised has been shown on This way a rail can be straightened which is an optimal one Straightness at low tensile residual stresses. consuming Aftertreatments of the invention directed rail needs not for that.
Besonders gute Ergebnisse des Richtens bei gleichzeitig minimierten Zugeigenspannungen können erreicht werden, wenn die Biegerichtrolle, an welcher die maximale Biegeverformung erreicht wird, dem Schienenfuß zugeordnet ist. Dabei ist es ebenso günstig, wenn die Abstufung der einzelnen Verfomungsschritte beim Abbau der maximalen Biegeverformung so ausgelegt ist, daß die Biegerichtrolle, an der die letzte plastische Verformung der Schiene beim stufenweisen Abbau der maximalen Biegeverformung erreicht wird, ebenfalls dem Schienenfuß zugeordnet ist. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei einer derartigen Verteilung der stufenweisen "Rückverfomung" der Schiene sich ein Minimum an Zugeigenspannungen bei gleichzeitig optimierter Geradheit erreichen läßt.Especially good results of straightening while minimizing tensile residual stresses can be achieved when the Biegerichtrolle, at which the maximum bending deformation is achieved assigned to the rail is. It is also cheap if the gradation of the individual Verfomungsschritte in the dismantling of maximum bending deformation is designed so that the Biegerichtrolle on the the last plastic deformation of the rail during gradual dismantling the maximum bending deformation is achieved, also assigned to the rail foot is. It has been shown that in particular in such a distribution of the gradual "Rückverfomung" of the rail, a minimum of tensile residual stresses can achieve at the same time optimized straightness.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in hervorragender Weise auf herkömmlich aufgebauten Richtmaschinen durchführen, bei denen die Richtrollen der ersten Gruppe in Förderrichtung der Schiene versetzt zu den Rollen der zweiten Gruppe angeordnet sind. Die versetzte Anordnung wird allgemein als Teilung bezeichnet. In der Praxis ist es üblich, Schienenrichtmaschinen mit Teilungen von 1400 – 1800 mm auszulegen. Die Teilung der Rollen kann an einer Richtmaschine gleich, unterschiedlich groß oder variable einstellbar sein. Die Rollen können in der Maschine horizontal übereinander oder vertikal nebeneinander angeordnet sein.The inventive method let yourself in an excellent way to conventional built straightening machines perform where the straightening rollers the first group in the conveying direction the rail is offset from the rollers of the second group are. The staggered arrangement is commonly referred to as pitch. In practice, it is common Rail leveling machines with pitches of 1400 - 1800 mm. The division The rolls can be equal to a straightening machine, different sizes or variable be adjustable. The roles can in the machine horizontally over each other or be arranged vertically next to each other.
Herkömmliche Richtmaschinen sind dabei mit anstellbaren Kopfrollen oder mit anstellbaren Fußrollen ausgerüstet. Die für den Richtprozeß nötigen alternativ wechselnden Biegungen werden in den sogenannten Richtdreiecken erzielt. Bei bekannten Richtmaschinen der in Rede stehenden Art bilden jeweils zwei Richtrollen der einen Gruppe mit einer Richtrolle der jeweils anderen Gruppe ein solches Richtdreieck. Im Hinblick auf die Erfindung ist es in diesem Zusammenhang günstig, wenn die Richtrolle, an der die höchste Biegeverformung erreicht wird, die zuletzt passierte Richtrolle eines Richtdreiecks ist. Günstig ist es darüber hinaus, wenn das betreffende Richtdreieck, dem die Richtrolle zugeordnet ist, an der die höchste Biegeverformung erreicht wird, am Anfang der von der Schiene durchlaufenen Richtstrecke angeordnet ist. Auf diese Weise kann der stufenweise Abbau der höchsten Biegeverformung auch auf Maschinen mit einer geringen Rollenzahl sicher erfolgen. So läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auf Richtmaschinen durchführen, die in bekannter Weise mit sieben oder mehr Richtrollen ausgestattet sind. Dabei ist es im Hinblick auf die angestrebte Minimierung der Zugeigenspannungen günstig, wenn die jeweils ungeradzahligen Richtrollen dem Schienenfuß zugeordnet sind.Conventional straightening machines are equipped with adjustable head rollers or with adjustable castors. The necessary for the straightening process alternately changing bends are achieved in the so-called Richtdreiecken. In known straightening machines of the type in question each form two straightening rollers of a group with a straightening roller of the other group such a directional triangle. With regard the invention is favorable in this context, when the straightening roller on which the highest bending deformation is achieved, the last passed straightening roller of a straightening triangle. It is also favorable if the relevant directional triangle, to which the straightening roller is assigned, at which the highest bending deformation is achieved, is arranged at the beginning of the straightening track through which the rail passes. In this way, the gradual reduction of the highest bending deformation can be done safely even on machines with a low number of rolls. Thus, the method according to the invention can be carried out, for example, on straightening machines, which are equipped in a known manner with seven or more straightening rollers. It is favorable in terms of the desired minimization of residual tensile stresses when the respective odd-numbered straightening rollers are assigned to the rail.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:following the invention is based on a two embodiments performing Drawing closer explained. They show schematically:
Die
in
In der Richtmaschine R wird eine Schiene S gerichtet, die zuvor durch Warmwalzen erzeugt und auf einem nicht dargestellten Kühlbett von der ca. 900 °C betragenden Walzendtemperatur auf Raumtemperatur abgekühlt worden ist.In the leveler R is a rail S directed previously through Hot rolling produced and on a cooling bed, not shown the approx. 900 ° C having been cooled to room temperature is.
Die
jeweils ungeradzahligen Richtrollen
Die
dem Schienenkopf K zugeordnete Richtrolle
Die bei der Durchführung des Richtvorgangs erforderlichen Biegekrümmungen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 für zwei Beispiele angegeben. Beispiel 1A bezieht sich dabei auf eine Schiene mit normalen bzw. geringen Krümmungsdifferenzen nach der Abkühlung, während Beispiel 1B für eine Schiene mit größeren Krümmungsdifferenzen gilt.The during execution Bending curvatures required in the straightening process are as follows Table 1 for two examples given. Example 1A refers to a Rail with normal or small curvature differences after the Cooling, while Example 1B for a rail with larger curvature differences applies.
Tabelle 1 Table 1
Als
positiv ist in diesem Zusammenhang eine Krümmung definiert, wenn die Biegung
an einer Rolle über
den Schienenkopf K erfolgt, d.h. an den Rollen
In
praktischen Versuchen an Schienen des Profils UIC60 in Güte UIC900A
hat sich gezeigt, daß auf einer
gemäß
Die
in
Tabelle
2 gibt beispielhaft die beim Richten einer Schiene S in der in
Tabelle 2 Table 2
Genauso
wie bei der Tabelle 1 ist in Tabelle 2 als positiv eine Krümmung definiert,
wenn die Biegung an einer Rolle über
den Schienenkopf K erfolgt, d.h. an den Rollen
Die "bezogenen Biegekrümmungen", welche in den Tabellen
1 und 2 genannt sind, entsprechen den Biegekrümmungen kv im
Kontaktbereich der Rollen
Bei den in der voranstehend angegebenen Tabellen 1 und 2 eingetragenen Abstufungen handelt es sich um Richtwerte, welche die Größenordnungen angeben, in denen die im Anschluß an die höchste Biegeverformung durchlaufenen Stufen der "Rückverformung" liegen. In der Praxis werden die maximale Biegeverformung und die Stufen der anschließenden "Rückverformung" im wesentlichen proportional zur Streckgrenze und zum Verfestigungsverhalten des Schienenwerkstoffs bemessen. Der Wert der höchsten Biegeverfomung muß umso größer sein je größer die nach der Abkühlung der Schiene S vorhandenen Krümmungen und Welligkeiten der Schiene S sind.at those listed in Tables 1 and 2 above Gradations are guidelines, which are the orders of magnitude in which the steps passed after the highest bending deformation the "reversion" lie. In practice For example, the maximum bending deformation and the stages of the subsequent "re-deformation" become substantially proportional to the yield strength and the hardening behavior of the Dimensioned rail material. The value of the highest Biegeverfomung must be greater the bigger the after cooling the rail S curvatures existing and ripples of the rail S are.
Wenn
die Werte der maximalen Biegeverfomung und der letzten noch wirksamen
plastischen Verformung bestimmt sind, können die notwendigen Anstellungen
der zwischen der Richtrolle
Selbstverständlich kann das Richten der Schiene S auch auf Richtmaschinen durchgeführt werden, die mit mehr als neun Rollen ausgestattet sind. Es zeigt sich, daß auf solchen Maschinen eine weitere Absenkung der Zugeigenspannungen erreicht werden kann.Of course you can the straightening of the rail S can also be performed on leveling machines, which are equipped with more than nine rolls. It turns out that on such Machines achieved a further reduction in tensile residual stresses can be.
Praktische
Versuche an Schienen des Profils UIC60 in Güte UIC900A haben ergeben, daß auf einer gemäß
- 1–71-7
- Richtrollenstraightening rollers
- 11–1911-19
- Richtrollenstraightening rollers
- FF
- Schienenfuß der Schiene SRail foot of the rail S
- KK
- Schienenkopf der Schiene Srailhead the rail S
- PP
- Förderrichtung der Schiene Sconveying direction the rail S
- RR
- Richtmaschinestraightener
- RD1,RD2,RD3RD1, RD2, RD3
- RichtdreieckeDirectional triangles
- SS
- Schienerail
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |