DE1508362B1 - Verfahren zur abkuehlung von stahlraedern, insbesondere von eisenbahnraedern - Google Patents

Description

und die Drehzahl des Rades so gewählt wird, daß das Übertreten von Kühlflüssigkeit auf den Schei-

chem Maße abzukühlen, um eine gleiche Strukturänderung im gesamten Rad zu erhalten. Hierzu wirkt auf den Scheibenteil des Rades eine kleinere Menge Kühlflüssigkeit als auf den Felgenteil des Rades. Der Felgenteil wird in einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten ringförmigen Gefäß angeordnet. Dem Scheibenteil des Rades wird Kühlflüssigkeit aus einer Brause zugeführt. Das Rad ist bei diesem bekannten Kühlverfahren stationär angeordnet (deutsche Patentschrift gleich ist, dadurch gekennzeichnet, io 293 648).
daß die Kühlflüssigkeit auf den Außenumfang des Als nachteilig erweist sich beim letztgenannten be-

Felgenteils des rotierenden Rades aufgesprüht kannten Verfahren, daß eine vollständig gleichmäßige Abkühlung von Scheibenteil und Felgenteil nicht erreichbar ist, insbesondere wegen der schwierigen benteil verhindert und ein radial nach außen ge- 15 Bemessung der Brause, so daß die Abkühlung des richteter, auf den Scheibenteil eine schwächere Scheibenteils normalerweise zu rasch vor sich geht. Kühlwirkung als die Kühlflüssigkeit auf den FeI- Außerdem ist es umständlich, vor der Abkühlungsbegenteil ausübender Luftstrom erzeugt wird. handlung das Rad in das ringförmige Gefäß einzu-

2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch ge- bringen und die Brause oberhalb des Rades anzuordkennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit an mehre- 20 nen.

ren über den Radumfang verteilten Stellen aufge- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren

anzugeben, mit dem die gleichmäßige Abkühlung von Scheibenteil und Felgenteil und damit die Radeigenschaften verbessert werden können.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kühlflüssigkeit auf den Außenumfang des Felgenteiles des rotierenden Rades aufgesprüht und die Drehzahl des Rades so gewählt wird, daß das Übertreten von Kühl

sprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad von etwa 845 bis 870° C gleichmäßig auf etwa 205 bis 370° C abgekühlt, dann wieder auf 480° C erhitzt und anschließend wieder gleichmäßig auf 205 bis 370° C abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zweiten Abkühlung die 3° flüssigkeit auf den Scheibenteil verhindert und ein ra-Kühlflüssigkeit in die Nabenbohrung des Rades dial nach außen gerichteter, auf den Scheibenteil eine gesprüht wird. schwächere Kühlwirkung als die Kühlflüssigkeit auf

den Felgenteil ausübender Luftstrom erzeugt wird.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren zum Abkühlen von Vollrädern wird bei der Erfindung die Kühlflüssigkeit lediglich auf den Felgenumfang des

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abkühlung von Stahlrädern mit einem sich an den verhältnismäßig dünnwandigen Scheibenteil radial nach außen anschließenden starkwandigen Felgen-

Rades aufgesprüht. Dabei wird das Rad mit einer solchen Drehzahl gedreht, daß einerseits das Übertreten von Kühlflüssigkeit vom Felgenumfang auf den

teil, insbesondere von Eisenbahnrädern, bei dem 40 Scheibenteil verhindert ist und andererseits am Schei-

eme Kühlflüssigkeit derart zugeführt wird, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit von Scheibenteil und Felgenteil etwa gleich ist.

Zum Härten der Lauffläche eines Eisenbahnrades

benteil ein von innen nach außen radial gerichteter Luftstrom erzeugt wird. Dieser Luftstrom hat eine schwächere Abkühlwirkung auf dem Scheibenteil zur Folge als die Kühlflüssigkeit am Felgenteil, wodurch ist es bekanntgeworden, über eine Düse auf den FeI- 45 insgesamt die Abkühlung im Scheibenteil und im Felgenumfang Kühlwasser aufzusprühen. Das Übertre- genteil außerordentlich gleichmäßig erfolgt. Auf diese ten von Kühlwasser auf die Stirnseiten des Felgentei- Weise werden ein ungleichmäßiges Schrumpfen des les wird durch einen entgegengesetzt gerichteten ra- Scheiben- und Felgenteiles und somit schädliche dialen Luftstrom vermieden. Das Eisenbahnrad wird Spannungen im Rad vermieden. Um die gleichmäßige hierbei stationär gelagert (französische Patentschrift 50 Abkühlung des Felgenteiles weiter zu verbessern, 1 422 647). Zum Härten der Lauffläche eines Eisen- wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kühlflüssigkeit an mehreren über dem Radumfang verteilten Stellen aufgesprüht. Zweckmäßigerweise wird dabei das Rad von etwa 845 bis 870° C gleichmäßig auf etwa 205 bis 370° C abgekühlt, dann wieder auf 480° C erhitzt und anschließend wieder gleichmäßig auf 205 bis 370° C abgekühlt. Bei einem derartig durchgeführten Verfahren wird dabei eine Struktur erzielt, die sich günstig auf

Spritzdüsen sind entsprechend dem zu härtenden be- 60 die Festigkeit und Zähigkeit des Rades auswirkt. In schränkten Profilbereich entsprechend ausgebildet vorteilhafter Weise wird bei der zweiten Abkühlung

die Kühlflüssigkeit in die Nabenbohrung des Rades gesprüht.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine teilweise Draufsicht auf eine Vor

bahnrades ist es ferner bekanntgeworden, Kühlflüssigkeit auf den Felgenumfang eines sich drehenden Rades aufzusprühen. Um ein Durchhärten an den Kanten zu vermeiden, wird nur der Bereich der mittleren Lauffläche und die Hohlkehle zwischen Lauffläche und Spurkranz auf die erforderliche Temperatur erhitzt und durch Aufsprühen der Kühlflüssigkeit mittels Spritzdüsen gekühlt. Die Öffnungen der

und so angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Strahlen den zu härtenden Oberflächenbereich in tangentialer Richtung bespülen (deutsche Patentschrift 971 761).

Zum Vergüten des Stahls bei Eisenbahnrädern, insbesondere bei Scheibenrädern, ist schließlich bekannt, den Scheibenteil und den Umfangsteil in glei-

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richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ende mit dem Abdeckteil 20 und am anderen Ende

Verfahrens; mit den Befestigungsplatten 82 verbunden.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrich- Die Sprühvorrichtung 16, bestehend aus einer ring-

tung nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2; förmigen Leitung 92, die als Sammelleitung für eine

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrich- 5 Mehrzahl von mit ihr verbundenen Düsen 94 dient,

tungnach Fig. 2 entlang der Linie 3-3; und wird von vier Stangen 96 gestützt, die in Stan-

F i g. 4 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch genträgern 98 verschiebbar sind. Jeder Stangenträger die Vorrichtung mit einer Abwandlung. ist zwischen den beiden Winkeleisen 90 mittels senkin den Zeichnungen stellen F i g. 1 und 2 eine Vor- recht zu diesen verlaufenden Teilen eines Stiftes 100 richtung zum Abkühlen von Stahlrädern dar, beste- io mit Gewinden entgegengesetzten Gewindesinns verhend aus einem Unterbau 10, der einen Sammeltank stellbar befestigt, die in Schlitzen 102 in den Winkelfür Wasser 12, eine Drehscheibenvorrichtung 14 und eisen 90 geführt ist. Die Düsen 94 sind verstellbar eine Sprühvorrichtung 16 trägt. und haben ein Kugelgelenk, das erlaubt, die Düse so

Der Unterbau 10 kann aus einer Mehrzahl von einzustellen, daß jeder gewünschte Sprühwinkel ersenkrechten Stützen 18 bestehen, deren obere Enden 15 zielt werden kann. In dieser bevorzugten Ausfühüber ein ringförmiges Abdeckteil 20 miteinander, rungsform sind sechzehn Düsen in gleichen Abstänz. B. durch Schweißung, verbunden sind. Tragarme den an der Sammelleitung 92 angebracht.
22 und Streben 24 sind zwischen den Stützen 18 vor- Eine Zuleitung 104 mit einem Ventil 106 verbindet gesehen und tragen einen unteren Lagerbock 26, der die Sammelleitung 92 mit einer Quelle von Kühlflüsein Lager 28 aufnimmt. 20 sigkeit 108. Die Bodenplatte 74 kann mit einer öff-

Zwei sich seitlich erstreckende Träger 30, die beide nung 109 versehen werden, durch welche die ver-

an ihren Enden mit dem ringförmigen Abdeckteil 20 brauchte Kühlflüssigkeit in einen geeigneten Behälter

verbunden sind, tragen einen oberen Lagerbock 32, geleitet werden kann,

der ein Lager 34 aufnimmt. Als Antrieb für die Antriebswelle 40 werden eine be-

Eine senkrechte Antriebswelle 40 ist in den Lagern 25 wegliche Kupplung 110 herkömmlicher Art, eine im

28 und 34 gelagert, mit einem Bund 36 versehen, rechten Winkel arbeitende Getriebeübersetzung 112,

der einer Abwärtsbewegung entgegenwirkt und durch eine Flüssigkeitskupplung 114 und ein Antriebsag-

geeignete Mittel, wie z. B. einen Setzkeil 38, mit der gregat 116 verwendet.

Drehscheibenvorrichtung 14 verbunden ist. Die Arbeitsweise der gezeigten Vorrichtung ist

Die Drehscheibenvorrichtung 14 besteht aus einem 30 kurz wie folgt. Das Stahlrad, in diesem Falle ein

im allgemeinen rechteckig geformten Tisch, 42, des- Eisenbahnrad 118 aus Gußstahl, wird vorzugsweise

sen fest verbundener unterer Teil 44 so ausgebildet auf eine Temperatur von annähernd 845 bis 870° C

ist, daß er fugenlos das obere Ende der Antriebswelle erhitzt und auf den Drehtisch 14 gelegt. Dann wird

40 aufnimmt. Der Tisch 42 ist mit Längsführungen die Verstellschraube 56 gedreht, wodurch sich die

46 und 48 versehen, deren innere Führungsflächen 50 35 Teile 120 der Einspannbacken 62 und 64 gegen den

und 52 parallel zueinander sind. äußeren Durchmesser der Nabe 122 des Rades anle-

Ein Laufzapfen 54, z. B. in der Form eines norma- gen.

Jen Lagerbocks ist'fest mit dem Tisch 42 verbunden Das Antriebsaggregat 116 wird dann angeschaltet,

und nimmt eine Verstellschraube 56 auf, deren Teile dreht die Welle 40, wodurch sich die Drehscheiben-

58 und 60 Rechts- bzw. Linksgewinde aufweisen. 40 vorrichtung 14 und das Rad 118 um die Mittellinie

Schraubenmuttern 66 und 68 zur Aufnahme der Ver- 124 bewegen. Wenn jetzt das Ventil 106 geöffnet

stellschraube 56 sind mit Rechts- bzw. Linksgewinde wird, wird von der Flüssigkeitsquelle 108 eine geeig-

versehen und mit Einspannbacken 62 und 64 fest ver- nete Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser, durch die Lei-

bunden, von denen jeweils ein Teil zwischen den tung 104, die Sammelleitung 92 geschickt, und die

Führungsflächen 50 und 52 läuft. 45 Düsen 94 sprühen das Wasser gegen den Felgenteil

Vorzugsweise ist jedes Ende der Verstellschraube 126 des Rades 118, wie es ganz allgemein bei 128 an-

56 mit einem Antriebsschlitz 70 versehen, durch den gedeutet ist.

die Schraube 56 gedreht werden kann, um die Ein- Das Rad 118 wird ständig gedreht, bis die Tempestellbacken 62, 64 entweder zueinander oder vonein- ratur des Rades unterhalb des kritischen Temperaturander weg zu bewegen. 5° bereichs gekommen ist. Vorzugsweise wird die Be-

Der Wassersammeitank 12 kann aus einer im allge- sprühung mit Wasser fortgesetzt, bis das Rad eine meinen zylindrischen, senkrechten Wand 72 beste- Temperatur zwischen 205 bis 370° C erreicht hat. hen, an deren unterem Ende eine Bodenplatte 74 an- Die verstärkte Kühlung durch das Sprühwasser begebracht ist. Eine zweite, durchgehende Wand 76 er- wirkt, daß die Lauffläche des Rades eine sehr feine streckt sich senkrecht nach oben von einer in der Bo- 55 perlitische Struktur mit großer Härte und Formbardenplatte 74 angebrachten Öffnung 78, die die Stüt- keithat.

zen 18 aufnimmt. Vorzugsweise erstreckt sich die Wie bereits erwähnt wurde, muß darauf geachtet Wand 76 so weit nach oben, daß sie gegen den unte- werden, daß sowohl die Teile mit dickem (Felgenteil) ren Rand des ringförmigen Abdeckteils 20 anliegt. als auch die Teile mit dünnem Querschnitt (Scheiben-Alle Verbindungen des Wassertanks müssen natür- 60 teil) des Rades durch den kritischen Temperaturbelich wasserdicht sein. Eine sich radial erstreckende reich mit der gleichen Geschwindigkeit abgekühlt Abdeckplatte 80 liegt am Bock 32 oberhalb des Ab- werden. Dies wird einmal dadurch erreicht, daß fortdeckteils 20 und der Querträger 30 an. währende Drehung des Rades 118 bei relativ hohen Eine Mehrzahl von Befestigungsplatten 82 sind auf Drehgeschwindigkeiten verhindert, daß das auf den der Innenseite der Wand 72 angebracht. Stützträger 65 Felgenteil 126 auftreffende Wasser über das Schei- 84, bestehend aus spiegelverkehrt zueinander an- benteil 130 nach innen hin zur Nabe 122 gelangen geordneten Winkeleisen 90, die an den Endplatten 86 kann, d. h., die gesamte Kühlflüssigkeit wird von der und 88 miteinander verbunden sind, sind an einem Felge nach außen weggeschleudert.

Die gleichmäßige Abkühlung wird ferner durch folgende Tatsache herbeigeführt. Von zwei in radialer Richtung beliebig weit voneinander entfernten Punkten auf dem Rad 118 hat der der Achse des Rades 118 näher gelegene Punkt eine kleinere Tangen- S tialgeschwindigkeit als der weiter entlegene. Das ist unabhängig von der gleichbleibenden Winkelgeschwindigkeit des Rades 118. Die Tangentialgeschwindigkeit irgendeines Punktes auf dem Rad ist proportional seinem Abstand von der Drehachse. Da bekanntlich der statische Druck einer Flüssigkeit unter anderem von ihrer relativen Geschwindigkeit abhängt (je höher die Geschwindigkeit desto niedriger der statische Druck) ist ersichtlich, daß der statische Luftdruck in der Nähe der Nabe größer ist als in der Nähe der Felge. Daher wirkt das Rad 118 wie eine Pumpe und erzeugt einen radialen Luftstrom von der Nabe 122 über den Scheibenteil 130 zum Felgenteil 126, wie er allgemein durch die stark ausgezogenen Pfeile 132 angedeutet ist. In gleicher Weise entsteht in der Bohrung 136 der Nabe 122 eine Luftströmung, wie sie durch die Pfeile 134 angedeutet ist.

Diese vorstehend beschriebenenLuf tströmungen unterstützen also die Wärmeableitung von der Platte 130 und der Nabe 122, wobei die Geschwindigkeit der Wärmeableitung größer ist als bei einer relativ unbewegten Atmosphäre.

Nachdem sich das Rad, wie beschrieben, auf eine Temperatur zwischen 205 und 370° C abgekühlt hat, wird es von der Drehtischvorrichtung 14 entfernt und wiederum auf eine Temperatur von annähernd 480° C erwärmt, um den Guß zu entspannen und unerwünschte Verspannungen zu entfernen. Eine Wiedererwärmung des Rades hat natürlich keine gegenteilige Wirkung auf die MikroStruktur der Lauffläche, wie sie durch die Wasserbesprühung erzielt wurde.

Nachdem das Rad nochmals auf eine Temperatur von etwa 480^c C erwärmt worden ist, wird es auf eine passende Auflage 138 (F i g. 4) gelegt. Dann wird in das Bohrloch 136 eine Sprüheinrichtung 140 eingeführt. Die Sprüheinrichtung 140 besteht vorzugsweise aus einem im allgemeinen kreisförmigen Flansch 142, der mit einer sich senkrecht erstreckenden Sammelleitung 144 verbunden ist, die eine Rohrleitung 146 bildet, die mit einer Mehrzahl von axial angeordneten und radial ausgerichteten Sprühdüsen 148 verbunden ist. Die Leitung 144 ist mit einer Leitung 150 verbunden, die ein Ventil 152 hat und die mit einer geeigneten Quelle 154 für Kühlflüssigkeit, in diesem Falle Wasser, in Verbindung steht.

Nachdem das wiedererwärmte Rad auf die Auflage 138 gelegt und die Düsenvorrichtung 140 eingeführt worden ist, wird das Ventil 152 geöffnet, wodurch die Quelle 154 Kühlwasser durch die Düsen 148 gegen die Nabenbohrung 136 sprüht. Die Wasserbesprühung wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis die Temperatur des Rades wieder auf 205 bis 370° C herabgesetzt worden ist. Dieses abschließende Besprühen der Nabe mit Wasser dient dazu, daß günstige innere Spannungsverhältnisse innerhalb des Rades entstehen. Dadurch steht nach vollständiger Abkühlung des Rades der Scheibenteil 130 unter einer radialen als auch einer Umfangsverdichtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abkühlung von Stahlrädern mit einem sich an den verhältnismäßig dünnwandigen Scheibenteil radial nach außen anschließenden starkvvandigen Felgenteil, insbesondere von Eisenbahnrädern, bei dem eine Kühlflüssigkeit derart zugeführt wird, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit von Scheibenteil und Felgenteil etwa