DE19514414A1

DE19514414A1 - Wear-resistant rail used for tramways

Info

Publication number: DE19514414A1
Application number: DE1995114414
Authority: DE
Inventors: Hans Zehnder; Heinz Merz
Original assignee: Gebrueder Zehnder AG
Current assignee: Zehnder Group AG
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 1996-10-24

Abstract

Wear-resistant rail is made of a wear-reducing steel of compsn. (in wt.%): 0.02-0.128 C, 0.2-1.5 Si, 0.5-3.5 Mn, 9-17 Cr, 0.5-8 Ni, 0.5-8 Mo, and 0.5-3 Nb with a hardness of 40-50 HRc, corresponding to the max. load at 1 point contact with a rim formed as a hollow profile with the edge slope and radius, which deviates with increasing cross adjustment with the curvature of the contact point via the profile. The steel compsn. comprises (in wt.%): 0.03-0.1 C, 0.2-1.0 Si, 0.5-1.2 Mn, 11.0-14.0 Cr, and 4.5-5.5 Mo; or 0.03-0.1C, 0.5-1.0 Mn, 4.5-5.5 Ni, 12.0-14.0 Cr, and 0.5-1.0 Mo. The load region is 5-10 mm. The wear-reducing steel has a thickness of 4-7 mm in the load region. A bolt is formed in the load region which is filled with wear-resistant steel. The filling is carried out by welding. The bolt is produced by milling.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver fahren zur Verminderung des Verschleißes von Schienen bei Schienenfahrzeugen.The present invention relates to a ver drive to reduce the wear of rails for rail vehicles.

Der Verschleiß von Rädern und Schienen ist für den Betreiber von Schienenfahrzeugen ein großes Pro blem. Besonders bei Stadtverkehrsbahnen, welche auf Gleisnetzen mit engen Bögen fahren müssen, ist der Auf wand zur Erhaltung und Erneuerung von Rädern und Schienen sehr groß. An den Rädern können die Radreifen in be stimmten Abständen in den Werkstätten reprofiliert und in ihren geometrischen Neuzustand versetzt werden. Schienen hingegen müssen, wenn eine bestimmte Größe der Ausfah rung erreicht ist, aus Gründen der Entgleisungssicherheit ausgebaut bzw. ersetzt werden. Bei Straßenbahnen ist die Erneuerung mit hohen Kosten und großen Verkehrsbehinde rungen verbunden. Am größten ist der Verschleiß selbst verständlich in Kurven. Speziell dort ist die Spurführung schienengebundener Fahrzeuge nur mit Seitenkräften mög lich, die die Räder des Fahrzeugs stets zur Mitte des Spurkanals des Gleises zurückstellen. Der Rad/Schiene- Kontakt erzeugt die erforderlichen Kräfte, bei geeigneter Ausbildung der Rad- und Schienenprofile, aus der Radlast und der Neigung der gemeinsamen Berührungsflächen von Rad und Schiene. Für eine optimale Spurführung müssen die Seitenkräfte proportional zur Querauslenkung der Räder aus der Gleismitte und stetig, d. h. ohne abrupten Wechsel erzeugt werden. Kegelige Profile erfüllen diese Forderun gen nicht. Wenn der Radsatz bei Bogenfahrt Führungskräfte übertragen muß, wandert er mit dem Spurkranz Richtung Schiene. Trotz dieser Querverschiebung bleibt der Berüh rungspunkt in der Laufflächenmitte und führt besonders bei kleinen Ausrundungsradien zu einer plötzlich auftre tenden Zweipunkteberührung. Dies führt zu einem großen Verschleiß sowohl an den Seitenflanken der Schienen, wie auch am Spurkranz. Um bei starkem Verschleiß der Seiten flanken der Schienen eine Erneuerung der ganzen Schiene zu vermeiden resp. herauszuzögern, wird dort die Aus fahrung mit austenitischen Elektroden der Typen 1,4370 (18% Chrom - 18% Nickel - 6% Mangan), 14% Mangan - 3 % Nickel oder 15% Mangan - 15% Chrom aufgeschweißt und damit wieder in ihren geometrischen Neuzustand ver setzt. Diese Aufschweißung kann aber nicht beliebig oft gemacht werden. Zudem ist das austhenitische Grundgefüge dieser Schweißungen trotz Aufhärtung durch Kaltverfes tigung nicht druckbeständig und neigt zur plastischen Verformung. Wesentlich beim diesen heute verwendeten Ma terial ist der hohe Mangangehalt, der infolge seiner Schmierwirkung den Verschleiß des aufgeschweißten Mate rials herabsetzt.The wear of wheels and rails is a big pro for the operator of rail vehicles blem. Especially with city railways, which on Need to run track networks with tight bends is the up wall for the maintenance and renewal of wheels and rails very large. On the wheels, the wheel tires can be in agreed intervals in the workshops and reprofiled will be moved to their new geometric condition. rails however, if a certain size of the Ausfah is reached, for reasons of derailment security removed or replaced. For trams that is Renewal with high costs and large traffic problems connected. The wear itself is greatest understandable in curves. The tracking is especially there rail-bound vehicles only possible with lateral forces Lich, the wheels of the vehicle always to the center of the Reset track channel of the track. The wheel / rail Contact generates the necessary forces, when appropriate Training of the wheel and rail profiles from the wheel load and the inclination of the common contact surfaces of the wheel and rail. For optimal tracking, the Lateral forces proportional to the transverse deflection of the wheels from the middle of the track and steadily, d. H. without an abrupt change be generated. Tapered profiles meet this requirement not enough. When the wheelset in archery executives must transmit, he wanders with the flanged direction Rail. Despite this lateral shift, the contact remains point in the middle of the tread and leads in particular with small rounding radii suddenly appear tendency two-point contact. This leads to a big one Wear both on the side flanks of the rails, such as also on the wheel flange. To with heavy wear on the sides flank the rails with a renewal of the entire rail to avoid resp. postponing it will be the end ride with austenitic electrodes of types 1.4370 (18% chromium - 18% nickel - 6% manganese), 14% manganese - 3 % Nickel or 15% manganese - 15% chrome welded on and thus ver in their new geometrical condition puts. However, this welding cannot be carried out as often as desired be made. In addition, the austenitic basic structure of these welds despite hardening by cold welding Not pressure-resistant and tends to plastic Deformation. Essential with this Ma used today material is the high manganese content, which is due to its Lubrication effect the wear of the welded mate rials.

Moderne, als Hohlprofil ausgebildete Spur kränze mit entsprechender Flankenneigung und entsprechen dem Grundradius bewirken, daß mit zunehmender Querver schiebung beim Kurvenlauf der Berührungspunkt über das Profil wandert und somit eine anschmiegsame Berührung des Spurkranzanlauf es erfolgt. Eine plötzlich auftretende zweite Punktberührung wie bei der klassischen, oben be schriebenen Ausführung, unterbleibt hier, was zu einer Verminderung des Gesamtverschleißes führt. In diesem einen Berührungspunkt der neuen Ausführung treten aber dennoch recht große Kräfte auf, die die Lebensdauer der Schiene markant vermindern. Eine Aufschweißung, wie sie bei den früheren Profilen verwendet wurde, ist bei der modernen Ausführung nicht vorteilhaft, da der am meisten beanspruchte Bereich mindestens teilweise im für die In duktionsbremsung wesentlichen Bereich liegt. Induktions bremsung ist insbesonders bei Schienenfahrzeugen üblich. Bei Verwendung von manganreichem austenitischem Material im Bereich der Induktionsbremsung würde eine Störung der Bremskraft auftreten.Modern track designed as a hollow profile wreaths with a corresponding slope and correspond the base radius cause that with increasing Querver when cornering, the point of contact over the Profile moves and therefore a cuddly touch of the Wheel flange start there. A sudden one second point contact as with the classic, above be written execution, here omits what a Reduction of total wear leads. In this but a point of contact of the new version nevertheless quite large forces on the life of the Significantly reduce the rail. A weld like her used in the previous profiles is in the modern design not advantageous because of the most claimed area at least partially in the for duction braking is essential area. Induction Braking is particularly common in rail vehicles. When using manganese-rich austenitic material in the area of induction braking, a disturbance of the Braking force occur.

Heute werden in Kurven auch bereits teilweise Schienen mit Härten über 300 Hb eingebaut. Bei den spezi fischen Flächendrucken bei der Rad/Schienen-Berührung, insbesonders in sehr engen Kurven, genügt diese Härte je doch nicht um den Verschleiß an der Schiene zu eli minieren. Schienen mit noch höherer Härte würden neben hohen Produktionskosten noch andere wesentliche Nachteile (beispielsweise Verlust der Schweißbarkeit) aufweisen.Today are already partially in curves Rails with hardness over 300 Hb installed. With the spec fishing surface printing at wheel / rail contact, this hardness is sufficient, especially in very tight curves but not to avoid wear on the rail mine. Rails with even higher hardness would be next high production costs and other significant disadvantages (e.g. loss of weldability).

Ziel der vorliegenden Erfindung war es des halb, Schienen mit geringer Festigkeit bereitzustellen, welche beispielsweise für Straßenbahnbetriebe noch gut schweißbar sind, die jedoch an der am stärksten bean spruchten Stelle im Kurvenlauf, nämlich im Außenradius des Schienenkopfs praktisch verschleißlos sind.The aim of the present invention was half to provide rails with low strength, which is still good for example for tram companies are weldable, but they are most difficult to weld wanted point in the curve, namely in the outer radius of the rail head are practically wear-free.

Dieses Ziel wurde erreicht, durch Aufbringen von Stahl einer Härte von 40-50 HRc.This goal was achieved by applying of steel with a hardness of 40-50 HRc.

Fig. 1 zeigt die Querverschiebung der Berüh rungspunktlage von der Einfahrt in die Kurve, oben, bis zur Kurvenmitte (unten) bei der klassischen Zweipunktbe rührung, Fig. 1 shows the transverse displacement of approximately Berüh point position from the entrance to the curve, above, to the curve center (bottom) of the classical stirring at Zweipunktbe,

Fig. 2 zeigt die Querverschiebung der Berüh rungspunktlage bei Einpunktberührung durch optimierte Profilierung, oben bei Einfahrt in die Kurve, unten in der Kurvenmitte, Fig. 2 shows the transverse displacement of approximately Berüh point position at Einpunktberührung optimized profiling above when entering the curve, the bottom of the curve center,

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schiene, mit einer in eine Nut eingeschweißten Verstärkung, und Fig. 3 shows a preferred embodiment of a rail according to the invention, with a reinforcement welded into a groove, and

Fig. 4 zeigt eine für die Herstellung der Nut geeignete Einnutmaschine. Fig. 4 shows one suitable for the production of the groove Einnutmaschine.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart weist die Schiene im Bereich der maximalen Beanspruchung auf einer Breite von 5 bis 10 mm und in einer Tiefe von 4 bis 7 mm Stahl der chemischen Zusammensetzung C 0,02-0,128 Gew.-%
Si 0,2-1,5 Gew.-%
Mn 0,5-3,5 Gew.-%
Cr 9-17 Gew. -%
Ni 0,5-8 Gew.-%
Mo 0,5-8 Gew.-%
Nb 0,5-3 Gew.-%
und einer Härte von 40-50 HRc auf. Vorzugsweise jedoch hat der Draht die folgende Zusammensetzung:In a preferred embodiment, the rail has steel of chemical composition C 0.02-0.128% by weight in the area of maximum stress over a width of 5 to 10 mm and at a depth of 4 to 7 mm.
Si 0.2-1.5% by weight
Mn 0.5-3.5% by weight
Cr 9-17% by weight
Ni 0.5-8% by weight
Mo 0.5-8% by weight
Nb 0.5-3% by weight
and a hardness of 40-50 HRc. However, the wire preferably has the following composition:

C = 0,03-0,1 Gew.-%
Si = 0,2-1,0 Gew.-%
Mn = 0,5-1,2 Gew.-%
Cr = 11,0-14,0 Gew.-%
Mo = 4,5-5,5 Gew.-%
oder
C = 0,03-0,1 Gew.-%
Mn = 0,5-1,0 Gew.-%
Ni = 4,5-5,5 Gew.-%
Cr = 12,0-14,0 Gew.-%
Mo = 0,5-1,0 Gew.-%
zum Schutz des Spurkranzes kann dieser im Be reich des Spurkranzausrundungsradius das gleiche Material aufweisen.C = 0.03-0.1% by weight
Si = 0.2-1.0% by weight
Mn = 0.5-1.2% by weight
Cr = 11.0-14.0% by weight
Mo = 4.5-5.5% by weight
or
C = 0.03-0.1% by weight
Mn = 0.5-1.0% by weight
Ni = 4.5-5.5% by weight
Cr = 12.0-14.0% by weight
Mo = 0.5-1.0% by weight
To protect the flange, this can have the same material in the area of the flange radius.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schiene wird an der Schiene, im Bereich der maximalen Beanspruchung, eine 5-10 mm breite Nut mit einer Tiefe von 4-7 mm angebracht, zum Beispiel eingeschliffen. Diese wird anschließend mit einem Draht der obengenannten che mischen Zusammensetzung ausgefüllt. Dieses Ausfüllen kann mittels Schweißen, Kleben, Einwalzen etc. ausgeführt werden, wobei Schweißen gegenwärtig sowohl für die Schiene als auch für das Aufbringen des Materials am Spurkranz bevorzugt ist.In the manufacture of the invention Rail is on the rail, in the area of the maximum Stress, a 5-10 mm wide groove with a depth of 4-7 mm attached, for example ground in. These is then with a wire of the above che mix composition filled. This can be completed by means of welding, gluing, rolling etc. be, welding currently for both Rail as well as for the application of the material on Wheel flange is preferred.

Das Einnuten erfolgt am besten mittels einer Einnutmaschine, deren Schleifwelle 1 vorzugsweise in einen 45° Winkel zur Horizontale angeordnet ist, d. h. daß auch die vorzugsweise senkrecht auf der schleifwelle angeordnete Trennscheibe 2, mittels der die Nut einge fräst wird eine 45° Neigung zur Horizontale aufweist.The grooving is best carried out by means of a grooving machine, the grinding shaft 1 of which is preferably arranged at a 45 ° angle to the horizontal, ie that the cutting disc 2 , which is preferably arranged perpendicularly on the grinding shaft and by means of which the groove is milled, has a 45 ° inclination to the horizontal .

Die Schleifwelle 1 ist - um optimale Positio nierung zu gewährleisten verstellbar und mit einem Motor träger 3 und einem Motor 4 zum Betrieb der Trennscheibe 2 versehen. Die Schleifwelle 1 ist vorzugsweise in hori zontaler Richtung und weiter senkrecht zu ihrer Längs achse verstellbar.The grinding shaft 1 is adjustable to ensure optimum positioning and is provided with a motor mount 3 and a motor 4 for operating the cutting wheel 2 . The grinding shaft 1 is preferably adjustable in the horizontal direction and further perpendicular to its longitudinal axis.

Für Arbeiten an bereits verlegten Schienen wird diese Einnutmaschine auf einem Fahrwerk 5 montiert verwendet.This grooving machine mounted on a trolley 5 is used for work on rails that have already been laid.

Die Nut wird anschließend mit Stahl der gewünschten Zusammensetzung, der vorzugsweise in Draht form verwendet wird, vollgeschweißt.The groove is then made with steel desired composition, preferably in wire form is used, fully welded.

Infolge der Schweißbarkeit des verschleiß mindernden Materials, können allenfalls notwendige Aus besserungen mittels des heute üblichen Schweißverfahrens vorgenommen werden.Due to the weldability of wear reducing material, can possibly necessary Aus Improvements using today's welding process be made.

Die vorliegende Erfindung ist eine kostengün stige und wirtschaftliche Lösung, die es erlaubt, Schie nen (und Bandagen) niedriger Güte (z. B. S 700) am am stärksten beanspruchten Punkt im Kurvenverlauf durch Härte verschleißfest zu machen, ohne die Bremswirkung bei Induktionsbremsung zu vermindern.The present invention is inexpensive and economical solution that allows shooting low quality (and bandages) (e.g. S 700) on the heaviest stressed point in the curve To make hardness wear-resistant without the braking effect decrease with induction braking.

Claims

1. Low- wear rail, characterized in that it is in a load range, the at least the area of maximum load at 1-point contact with a track formed as a hollow profile ring with such flank inclination and such a radius of curvature that with increasing transverse displacement when cornering the point of contact across the profile corresponds to at least one surface made of wear-reducing steel of the composition
C 0.02-0.128% by weight
Si 0.2-1.5% by weight
Mn 0.5-3.5% by weight
Cr 9-17% by weight
Ni 0.5-8% by weight
Mo 0.5-8% by weight
Nb 0.5-3% by weight
with a hardness of 40-50 HRc.

2. Rail according to claim 1, characterized in that the material has the composition
C = 0.03-0.1% by weight
Si = 0.2-1.0% by weight
Mn = 0.5-1.2% by weight
Cr = 11.0-14.0% by weight
Mo = 4.5-5.5% by weight
Has.

3. Rail according to claim 1, characterized in that the material has the composition
C = 0.03-0.1% by weight
Mn = 0.5-1.0% by weight
Ni = 4.5-5.5% by weight
Cr = 12.0-14.0% by weight
Mo = 0.5-1.0% by weight
Has.

4. Rail according to one of claims 1 to 3, characterized in that the load range has a width of 5-10 mm.

5. Rail according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wear-reducing Steel has a thickness of 4-7 mm in the load area.

6. Process for producing a ver low-wear rail according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the load range Groove is produced, which then with wear solid steel is filled.

7. The method according to claim 6, characterized ge indicates that filling in with steel tore through free full welding takes place.

8. The method according to claim 6 or 7, because characterized in that the manufacture of the groove with by milling.

9. Use of low-weld steel with the composition
C 0.02-0.128% by weight
Si 0.2-1.5% by weight
Mn 0.5-3.5% by weight
Cr 9-17 wt%
Ni 0.5-8% by weight
Mo 0.5-8% by weight
Nb 0.5-3% by weight
and a hardness of 40-50 HRc for producing a splint according to one of claims 1 to 5.

10. Use according to claim 9, characterized in that the steel has the composition
C = 0.03-0.1% by weight
Si = 0.2-1.0% by weight
Mn = 0.5-1.2% by weight
Cr = 11.0-14.0% by weight
Mo = 4.5 -5.5% by weight
or
C = 0.03-0.1% by weight
Mn = 0.5-1.0% by weight
Ni = 4.5-5.5% by weight
Cr = 12.0-14.0% by weight
Mo = 0.5-1.0% by weight
having.