DE1909277A1

DE1909277A1 - Verfahren zur Reinigung von Schienen

Info

Publication number: DE1909277A1
Application number: DE19691909277
Authority: DE
Inventors: Alston Liviu Leonard; Derek Linder; Hix Lucien David John Miller
Original assignee: British Railways Board
Current assignee: British Railways Board
Priority date: 1968-02-27
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1969-09-11
Also published as: NL6902555A; FR2002719A1; CH490577A

Description

British Railways Board 222, Marylebone Road, London "Verfahren 2ur Reinigung von Schienen"

Die Erfindung betrifft ein Schienenreinigungsverfahren zur Verbesserung der Adhäsion zwischen Rad und Schiene von Eisen-

anbahnlokomcativen und/Geren Fahrzeugen.

Es wurde bereits vorgeschlagen für diesen Zweck die an sich bekannte Lichtbogen-Plasma-Technik anzuwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Mittel anzugeben, mit deren Hilfe die bereits vorgeschlagene Plasmatechnik wirkungsvoll angeordnet werden kann, insbesondere dünne Schichten von Verunreinigungen aus der Seher-Beanspruchung - diese werden in erster Linie als Ursache für zu niedrige Adhäsion angesehen - von der Schiene durch eine Kombination von mechanischen, chemischen und thermischen Verf&hrensschritten entfernt werden können,■wobei ein Plasmagenerator als Ausstoßquelle für ein Betriebsmittel verwendet wird, welches die zur Erzeugung dieser Reinigungseffekte erforderlichen Eigenschaften in sich vereinigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schienenoberfläche einem Hochgesehwindigkeits-Liehtbogenplasmastrahl ausgesetzt wird, der ein gasförmiges Medium

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- 2 verwendet, das ein oder mehrere mehratomige Gase enthält.

Im mechanischen Sinne wird die Übertragung kinetischer Energie des Hochgeschwindigkeitsstrahles aus einem Plasmabrenner benutzt, um große Mengen von Verunreinigungen vom Schienenkopf zu entfernen. Die aus einem derartigen Strahl zur Verfugung stehenden hohen Wärmeenergien werden auf den Kopfteil der Schiene durch Wärmeleitung und Konvektion übertragen, der . durch diese Übertragung erzeugte Temperaturanstieg ist derart, daß die Verunreinigungen durch Verdampfung oder irreversible chemische Umsetzung verteilt, bzw. dispergiert werden. Der Hochgeschwindigkeits-Gasstrom sichert einen ungehinderten, ungebremsten Fluß des aktiven Gases gegen den Kopfteil der Schiene und gewährleistet dabei unter anderem, daß das aktive Gas nicht wesentlich durch starke Fahrt- oder Seitenwinde" beeinflußt wird, wenn ein Fahrzeug in Betrieb ist.

Ein weiterer, die Reinigung unterstützender Effekt, ergibt sich aus der Wirkung der in dem Arbeitsgas des Strahles gebildeten besonderen chemischen reaktionsfähigen Gasart und dadurch, daß die umgebende Atmosphäre den in diesem Strahl entwickelten hohen Temperaturen ausgesetzt wird.

Es wurde gefunden, daß eine gute Ausnutzung der vorgenannten Reinigungswirkungen durch Verwendung von zweiatomigem Gas oder Gase als Betriebsmittel in einem Gleichstromplasmagene- ^:

rator in Verbindung mit einem Hochgeschwindigkeitsstrahl

! erreicht werden können. ;

Dissoziierte Gasmoleküle können bei ihrem Auftreffen auf der ; kalten Schienenoberfläche an diese Energie dadurch abgeben, : daß sie sich wiedervereinigen (rekombinieren) und dabei ^: ihre potentielle Energie an diese Oberfläche in Form von ' Wärme abgeben, Ein dissoziiertes Gasmolekül kann sich an-derer -

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seits auch mit einem Molekül aus der Verunreinigung an der _: Oberfläche direkt rekombinieren und dabei ausreichend Energie : abgeben um die chemische und/oder mechanische Bindung zwischen der Verunreinigung und der Schiene aufzubrechen.

Ein Argon-Plasma, das den Brenner mit einer Temperatur von I5OOO ⁰K bis I6OOO ⁰K verläßt, wird seine Wärme beim Durchgang durch die umgebende Luft rasch verlieren, so kann z. B. auf eine Entfernung, von zwei oder drei cm seine Temperatur auf 10000 ⁰K oder darunter gefallen sein« Bei diesen niedrigen Temperaturen besitzen einatomige Gase wie z.B. Argon, nur eine sehr geringe potentielle Energie in Form von noch nüit rekombinierten Ionen; den größten Teil ihrer Energie tragen sie in Form von kinetischer Energie. Zweiatomige Gase, wie z.B. Wasserstoff, besitzen dagegen einen hohen Partialdruck von "Atomgas" noch bei so niedrigen Temperaturen wie z.B. 4000 ⁰K. Bei 8000 ⁰K ist das Gas noch fast vollständig dissoziiert.

Besonders gute Ergebnisse werden durch Verwendung einer Mischung aus Wasserstoff und Argon erzielt. Ein Plasmastrahl, bei dem reiner Wasserstoff oder reiner Stickstoff verwendet wird, wird im allgemeinen eine niedrigere Geschwindigkeit besitzen, als einer der reines Argon verwendet. Trotzdem erweisen sich die erstgenannten Gase hinsichtlich des Reinigungseffektes als weitaus aktiver, weil sie in wirksame Berührung mit der Schienenoberfläche gebracht werden können. Durch Kombi-: nation dieser Gase mit Argon in geeigneten Anteilsverhältnissen, kann leicht ein Plasma erhalten werden, dessen Geschwindikeit . ■ zirka 9I5 m (jOOOft) pro Sekunde und mehr erreichen, und dessen thermische und chemische Energie sehr hohe Werte aufweist.

Der Anteil des Wasserstoffes in einer Wasserstoff-Argonraisohung kann zwischen 5% und vorzugsweise 20 oder JO^ bis sogar

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betragen. Dabei werden Geschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 600 bis 900 m (2000 bis JOOOft) pro Sekunde erreicht. Als Beispiel für eine Mischung, die hervorragende Ergebnisse liefert, seien beispielsweise 10$ Wasserstoffanteil und eine Geschwindigkeit von etwa 600 m (2000ft) pro Sekunde erwähnt.

Bei einer Mischung von Stickstoff und Argon, kann.der Stickstoffanteil zwischen 10 und nahezu 100$, vorzugsweise zwischen 10 und 50$ liegen, bei einer besonders geeigneten Mischung beträgt er 20$.

Es können auch Mischungen aus Wasserstoff und Stickstoff mit Argon verwendet werden, wobei der Wasserstoffanteil zwischen 10 und 50$ und auch der Stickstoffanteil zwischen 10 und 50$ liegen kann. In einem speziellen Fall enthält die Mischung beispielsweise" 10$ Wasserstoff und 10$ Stickstoff. Mischungen dieser Art sind gegen das Auftreten unerwünschter Nebeneffekte durch öle und Fette oder Schienenstahl weniger empfindlich als Mischungen mit hohen Anteilen von Stickstoff allein.

Es können auch Mischungen aus Stickstoff und Wasserstoff verwendet werden. Eine Mischung von 80 bis 9®$ Stickstoff und 20 bis 10$ Wasserstoff ist für die Schienenreinigung besonders wirksam.

An anderen Gasen, die allein oder in Mischung verwendet werden können, sind noch zu nennen, Kohlenmonoxyd, üblicherweise in Form von Dieselmotor-Abgasen, und Preßluft.

Es können Lichbogenplasma-Brenner mit Düsen und Elektroden bekannter Art verwendet werden, wobei lediglich solche Änderungen vorgesehen sind, wie sie z.B. durch die Anwendung der besonderen Gase erforderlich sind oder durch die besonderen

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Umstände der Anwendung. Die Brenner können an einem Fahrzeug befestigt sein und gegen das Oberteil der Schiene, den Schienenkopf oder gegen Schienenoberteil and Radreifen in bekannter Weise gerichtet sein.

In den beigefügten Zeichnungen ist eine zur Ausführung der Erfindung geeignete Vorrichtung, lediglich als Beispiel und nur schematisch, dargestellt.

Es zeigt:

Pig. I einen Längsquerschnitt durch einen Plasmabrenner

und
Fig. 2 eine Seitenansicht im verkleinerten Maßstab, die den Brenner auf einem Drehgestell befestigt zeigt.

Der in Fig. 1 dargestellte Brenner enthält eine Kathode 2, die in einem durch einen Isolator 4 vom Anodenhalter 5 getrennten Kathodenhalter. 3 befestigt ist. Die Halter J und 5 besitzen Anschlüsse 6 und J zur Verbindung mit dem negativen bzw. positiven Pol einer Gleichstromquelle. Ein am Halter 5 durch eine Ringhalterung 9 befestigter Anodenteil 8, bildet einen Raum zur Wasserkühlung, durch welchen Wasser über Anschlüsse 10 hindurchgeführt wird. Das Gas gelangt aus einem unter Druck,stehenden Vorratsbehälter über einen Anschluß 11 in das Innere des Brenners unter steuerbarem Druck und/oder mit steuerbarer Zufuhrmenge. Der Plasmastrahl'verläßt den Brenner durch eine Düsenöffnung 12.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Brenner 1 an einem Träger 13 befestigt, wobei seine Düse gegen das Oberteil einer Schiene 14 gerichtet ist. Der Träger IjJ liegt auf den Achslagern 15 eines Drehgestelles 16 auf, das zu einem, die Schienenreinigungsvorrichtung tragenden Fahrzeug gehört.

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Beispiel

Die nachfolgende Tabelle gibt, lediglich beispielsweise ₃ die Bedingungen an, die bei einem Schienenreinigungsversuch an einem Eisenbahngeleise tatsächlich verwendet wurden:

Abstand Brenner von der Schiene: I9 bis J>2. mm (0,75 bis 1,252η) Geschwindigkeit der Bewegung des Brenners entlang der Schiene: 16 km (lomiles) / Stunde

Zahl der Brenner pro Schiene: zwei, versetzt angeordnet zu einer Wirkungsbreite von 1,5 cm

Zusammensetzung des zugeführten Plasmagases: Argon, 10 % Wasserstoff

Gasflußmenge: 1,0 mg/Minute und Brenner berechnete Gasgeschwindigkeit: 64om (21ooft) / see.

Brennerspannung: 40 V Brennerstromstärke: JOO A Brennerleistung: 12 kW

Mittlere Adhäsion vor der Plasmabehandlung: 0,26 nach der Behandlung - 0,535.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

r 1.'Verfahren zur Schienenreinigung zur Verbesserung der ■ itclhäsion der Räder gegenüber der Schiene, dadurch gekennzeichnet , daß die Schienenoberfläohe einem Hochgeschwindigkeits-Bogenplasmastrahl ausgesetzt wird, und daß ein gasförmiges Medium bestehend aus einem oder mehreren mehratomigen Gas(en) verwendet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium aus einer Mischung von Argon und Wasserstoff besteht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium aus einer Mischung von Stickstoff und Argon besteht.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium aus einer Mischung von Stickstoff und Wasserstoff besteht.

5. Verfahren gemäß Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die ; Mischung zwischen 80 und 90$ Stickstoff und zwischen 20 und Wasserstoff enthält.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Kohlenmonoxid enthält.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium aus Dieselmotor-Abgasen besteht.

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