DE2825139A1

DE2825139A1 - Verfahren zur durchfuehrung aluminothermischer schienenverbindungsschweissungen sowie mehrteilige giessform zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2825139A1
Application number: DE19782825139
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Ing Moering
Original assignee: Elektro Thermit GmbH
Current assignee: Goldschmidt ETB GmbH
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1979-12-13
Also published as: IT7949257A0; GB2022489A; DE2825139C2; ZA792856B; JPS54161558A; JPS598477B2; US4250944A; IT1118164B; AU4785679A; IN151479B; GB2022489B; AU519497B2

Description

Elektro - Thermit GmbH, Essen

Verfahren zur Durchführung aluminothermischer Schienenverbindungsschweißungen sowie mehrteilige Gießform zur Durchführung des Verfahrens

Patentansprüche: Seite 2 bis 3 Beschreibung:

Zeichnungen:

Seite 4 bis 15

Seite 16bis 18

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung aluminothermischer Schienenverbindungs schweißungen, bei der die. zu verschweißenden, mit einer Lücke angeordneten Schienenenden mit einer feuerfesten, vorgefertigten, einen die Lücke überdeckenden Schweißwulst erzeugenden Gießform umgeben sind und aluminothermisch erzeugter Stahl in den Gießformhohlraum eingegossen wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine mehrteilige, vorzugsweise zweiteilige Gießform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei der aluminothermischen Schienenverbindungsschweißung werden die Enden zweier, mit einer festgelegten Lücke verlegten Schienen mit einer mehrteiligen Gießform umgeben, üblicherweise werden die Schienenenden und die zusammengesetzte und meist seitlich mit Klebsand abgedichtete Gießform mit Hilfe eines Brenners von oben her vorgewärmt. Anschließend v/erden die Schienenenden durch Einguß einer aluminothermisch erzeugten Stahlschmelze in die Form aufgeschmolzen und miteinander verbunden. Eine solche Verfahrensweise ist seit vielen Jahren bekannt und wird in großem Umfang benutzt. Aus den zahlreichen Beschreibungen des Verfahrens soll hier nur auf die Veröffentlichung in der Zeitschrift "Der Eisenbahningenieur", 1973, S. 89 bis 94, verwiesen werden.

Bei diesem Verfahrensverlauf wird der für die Schweißung er· 909850/0331

forderliche Wärmebedarf zu unterschiedlichen Prozentsätzen aus der Vorwärmung mittels Brennerflamme und dem Wärmeüberschuß des flüssigen Schweißgutes, der an die beiden Schienenenden zum Teil während des VorbeifHeßens am Schienenprofil beim Gießen und zum Teil während des Erkaltens in der Schweißlücke nach dem Guß abgegeben wird, gedeckt. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die erforderliche Wärme allein durch das flüssige, aluminothermisch erzeugte Schweißgut eingebracht wird.

Die Abmessungen des Zwischengusses und damit der Schweißform sind bestimmt durch das Profil der zu verschweißenden Schienen, gegebenenfalls durch die strömungstechnische Führung der Vorwärmeflamme unter Berücksichtigung der Vorwärmedauer und insbesondere durch die Gießtechnik und die wärmetechnische Führung des Gießstromes am Profil entlang.

Bei allen bekannten aluminothermischen Zwischengußschweißverfahren erfolgt der Einguß des Schmelzgutes in die Schweißlücke durch entsprechend ausgebildete Formteile rechtwinkelig zur Schienenlängsachse. Das hat den Nachteil, daß das Schweißgut innerhalb des über Kopf, Steg und Fuß der Schiene stark wechselnden Profilquerschnitts den strömungsgünstigsten Weg wählt und Teile des Schienenprofils zunächst nicht erfaßt und nicht bzw. ungenügend erwärmt. Dies gilt insbesondere für die Umspülung und Erwärmung des Schienenkopfes, zu dessen Erwärmung wegen seiner gegenüber Steg und Fuß großen Masse eine besonders große Temperaturmenge erforderlich ist.

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Um den Schienenkopf dennoch ausreichend zu erwärmen, müssen die Schweißwülste und die sogenannten Kopfsteiger relativ groß gehalten werden, um die erforderliche Wärme zuzuführen. Dadurch erfolgt aber auch eine vermehrte Aufschmelzung des Schienenkopfes an den Außenkonturen, während die AufSchmelzung im' Schienenkopfinneren demgegenüber in geringerem Umfang stattfindet. Die zu beiden Seiten der fertiggestellten Schweißung befindlichen wärmebeeinflu.'ten weicheren Zonen im Schienenstahl können dann unter Um-tänden soweit auseinanderliegen, daß sie vom rollenden Ra im ungünstigen Fcille einzeln ausgefahren werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeführung bei der aluminothermisehen Schienenverbindungsschweißung, insbesondere im Kopfbereich, derart zu verbessern, daß die Mitte des Schienenkopfes besser aufgeschmolzen und die Wärmebeeinflussung von Schienenkopfmitte und Schienenkopffahrfläche und Schienenkopfaußenflachen besser aufeinander abgestimmt wird.

Überraschenderweise gelingt dies dadurch, daß die Stahlschmelze in den Gießformhohlraum in Form von mindestens zwei getrennten, in Schienenlängsrichtung einander gegenüberliegenden Gießströmen eingegossen wird, wobei die Gießströme so geführt werden, daß sie sich etwa im Bereich der Schienenkopfmitte der beiden miteinander zu verschweißenden Schienen vermischen.

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Im. Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt somit der Einguß des Schmelzgutes nicht quer zur Schienenlängsachse in die Schweißlücke/ sondern in der Schienenlängsachse in Richtung auf die beiden SchienenkopfSchnittflächen. Dabei sollen die Gießströme so geführt werden, daß sie etwa im Bereich der Schienenkopfmitte der beiden miteinander zu verschweißenden Schienen aufeinandertreffen. Hierbei erfolgt eine Verwirbelung der beiden Gießströme im Schienenkopfbereich, wodurch ein sicheres Erwärmen und Aufschmelzen der Schienenköpfe, und zwar bevorzugt in der Schienenkopfmitte, erreicht wird. Die vereinigten Gießströme füllen dann beim weiteren Zugießen der aluminothermisch erzeugten Stahlschmelze den Gießformhohlraum weiter aus und steigen nach Ausfüllen des Gießformhohlraumes in die Steigerkanäle.

Es ist dabei ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Weichglühzonen zu beiden Seiten der fertiggestellten Schweißstelle dichter zusammenrücken, woraus sich im Fahrbetrieb mitunter auftretende Ausfahrungen vermeiden lassen.

Diese Form der erfindungsgemäßen Führung der Gießströme gestattet außerdem, in Abhängigkeit von den vorliegenden Schienenprofilen, eine Verringerung der für die Schweißung benötigten Lückenweite, so daß die schmalen Stellen geringerer Härte in den Weichglühzonen der verschweißten Schienen noch enger zusammenliegen, was für den Fahrbetrieb von besonderem Vorteil ist.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einer Gießform durchgeführt, die ebenfalls Gegenstand vorliegender Erfindung ist. Entsprechend dem Stand der Technik handelt es sich dabei um eine mehrteilige, insbesondere zweiteilige Gießform, wobei die zusammengesetzte Form über den Schienen einen Eingußtopf bildet, der in einem Gießformhohlraum mündet, der die Schienenenden umschließt, und dessen innere Wandungen die Schweißwülste definieren, wobei der Gießformhohlraum im Schienenfußbereich mit Steigerkanälen zur Aufnahme der überschüssigen Stahlschmelze in Verbindung steht, und im Eingußtopf ein auf Vorsprüngen des Eingußtopfes liegender Riegel angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist die mehrteilige Gießform dadurch gekennzeichnet, daß in den quer zur Schienenlängsrichtung befindlichen einander gegenüberliegenden Wänden des Eingußtopfes Gießkanäle eingeformt sind, wobei die gegenüberliegenden Gießkanäle irrt unteren Bereich des Eingußtopfes von der Senkrechten stetig abweichend so aufeinander zulaufen, daß die von ihnen geführten Ströme des geschmolzenen Metalles etwa im Bereich der Schienenkopfmitte der beiden miteinander zu verschweißenden Schienen aufeinandertreffen und sich vermischen, und wobei der die Schienenenden umgebende Gießformhohlraum mit den Steigerkanälen nur im Schienenfußbereich in Verbindung steht, und der Gießriegel nur die im Gießtopf befindlichen Gießkanäle freilassend in den Gießtopf einlegbar ist.

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Durch den im Gießtopf befindlichen Riegel wird die Stahlschmelze gezwungen, durch die Gießkanäle in den Gießformhohlraum einzufließen, die in die quer zur Schienenlängsrichtung befindlichen Wände des Eingußtopfes eingeformt sind. Diese gegenüber liegenden Gießkanäle verlaufen im unteren Bereich des Eingußtopfes kurvenförmig aufeinander zu. Durch die Kurvenform der Gießkanäle trifft die durch die Gießkanäle einströmende Stahlschmelze etwa im Bereich der Mitte der einander gegenüberliegenden Schienenkopfenden aufeinander und erzeugt beim Aufprall aufeinander Wirbel, wodurch eine besonders gute Aufschmelz- und Spülwirkung im Bereich der jeweiligen Schienenkopfmitte verursacht wird.

Um die Erwärmung und Aufschmelzung der gegenüberliegenden Schienenenden im unteren Steg- und im Fußbereich sicherzustellen und zu verbessern, besteht eine v/eitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform darin, daß die Steigerkanäle im Schienenfuß- und angrenzenden Stegbereich eine der Schienenform entsprechende einseitige Ausbuchtung aufweisen.

Durch die der Schienenform im Schienenfuß- und angrenzenden Stegbereich entsprechende Erweiterung des Steigerkanals sammelt sich eine größere Menge der Stahlschmelze an, die beim Füllen der Form sowie danach bei der Verfestigung des Stahles eine entsprechend große Wärmemenge in den benachbarten Schienenfuß- und Stegbereich abgibt.

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Das erfindungsgemäße Verfahren soll im Vergleich zum Stand der Technik in Verbindung mit den bekannten bzw. erfindungsgemäßen Formen durch die folgenden Abbildungen näher erläutert werden:

Der Stand der Technik wird durch die Abbildungen 1 und 2, der Gegenstand der Erfindung durch die Abbildungen 3 bis wiedergegeben.

Abb. 1 zeigt dabei den Schnitt durch eine um die Schiene zusammengesetzte zweiteilige Form quer zur Schienenlängsrichtung im Bereich der Schienenlücke.

Abb. 2 zeigt eine modifizierte Form des Standes der Technik, ebenfalls in einem Schnitt quer zur Schienenlängsrichtung.

Abb. 3 zeigt eine Formhälfte einer zweiteiligen erfindungsgemäßen Form.

Abb. 4 zeigt zwei mit Lücke verlegte Gleisabschnitte, in welche eine Formhälfte der zweiteiligen erfindungsgemäßen Gießform angesetzt und in welche der Gießriegel eingelegt ist,

Die erfindungsgemäße Gießform ist in Abb. 5 gezeigt, wobei jedoch die aus zwei Formhälften bestehende Form in Schienenlängsrichtung geschnitten ist.

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Abb. 6 zeigt die Gießform in einem Schnitt quer zur Schienenlängsrichtung.

In Abb. 1 sind die beiden Gießformhälften mit (1, 2) bezeichnet. Sie bilden im oberen Bereich einen Gießtopf (3) , in welchen ein Riegel (4) eingelegt ist. Der Gießformhohlrauin ist mit (5) bezeichnet. Hierzu gehören auch die Hohlräume, welche bei der fertigen Schweißung die Wülste definieren. Die Steigerkanäle sind mit (6, 7) bezeichnet. Da der Schnitt durch die Schweißlücke geführt ist, erkennt man die Stirnfläche einer der zu verschweißenden Schienenenden mit Kopf (8), Steg (9) und Fuß (10). Der aluminothermisch erzeugte Stahl wird in einem über den Eingußtopf (3) befindlichen Tiegel (.11) erschmolzen und läuft nun als Strahl (12) in den Gießtopf (3), wo der Strahl (12) auf den Riegel (4) trifft und sich in die Gießströme (13, 14) teilt, die in
den Gießformhohlraum (5) einlaufen und dort den Schienenkopf umspülen. Die Pfeile verdeutlichen den Weg der Gießströme. Es ist ersichtlich, daß die äußeren Bereiche des Schienenkopfes stärker gespült werden als die Mitte des Schienenkopfes. Die Gießströme CI3, 14) vereinigen sich zu einem Gießstrom (15) im Bereich der Verengung des Gießformhohlraums (5),
welcher dem Durchmesser des Schienensteges sowie der zu
erzeugenden Wülste entspricht, füllen die Schienenfußpartie des Gießformhohlraums aus und steigen nun in die Steigerkanäle (6, 7) hoch. Bei abgeschlossenem Einguß befindet sich die Stahlschmelze etwa in Höhe der eingezeichneten Linie
A-A' .

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Eine Variante einer Gießform des Standes der Technik ist in Abb. 2 gezeigt. Hierbei sind wiederum die beiden Gießformhälften mit (1, 2) bezeichnet. Bei dieser Gießform befinden sich Verbindungskanäle (16, 17) etwa in Höhe des Schienenkopfes. Diese Verbindungskanäle (16, 17) bewirken, daß nach einer Füllung des Gießformhohlraums mit Stahlschmelze bis zur Unterkante (18, 19) der Verbindungskanäle (16, 17) die Gießströme nicht mehr gezwungen sind, durch den Gießformhohlraum im Bereich des Schienensteges und -fußes zu strömen. Sie werden vielmehr direkt um den Schienenkopf (8) herum und am Schienenkopf (8) vorbei durch die Verbindungskanäle (16, 17) in die Steigerkanäle (6, 7) geleitet. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der letzte Anteil der mit hoher Temperatur einströmenden Schmelze direkt im Bereich des Schienenkopfes verbleibt und diesen aufschmilzt. Jedoch ist nachteilig, daß insbesondere die Außenbereiche des Schienenkopfes C8) stärker als der Bereich der Schienenkopfmitte erwärmt werden und daß eine Nachführung von frischem und entsprechend heißerem Stahl in den Steg- und Fußbereigh nicht mehr stattfindet. Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird also auch durch eine derartige Anordnung nicht gelöst.

In Abb. 3 ist eine Hälfte der erfindungsgemäßen zweiteiligen Gießform mit (20) bezeichnet. Die Hälfte des Gießtopfes wird von den Innenwänden (21), der nicht sichtbaren gegenüberliegenden entsprechenden Innenwand und der rechtwinkelig hierzu angeordneten Wand (22) gebildet. Im unteren Teil des Gießtopfes befindet sich an der Innenwand (21) ein Vorsprung (23),

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auf den ein Gießriegel aufgelegt werden kann. Sowohl in der Wand (21) des Gießtopfes sowie in der gegenüberliegenden Wand ist jeweils ein Gießkanal (24, 24') eingeformt, der in seinem unteren Bereich zur Längsschnittebene der Gießform (20) hin kurvenförmig verläuft. Die Wandungen (25), (26) und (27) begrenzen den Gießformhohlraum und definieren die Breite und Dicke der Schweißwülste. Die obere öffnung des Steigerkanals in der Gießform ist mit (28) bezeichnet.

In Abb. 4 sind zwei auf Lücke (29) verlegte Gleisstücke (.30, 31) dargestellt, wobei zum Zweck der besseren Darstellung nur eine Formhälfte (20) im Lückenbereich (29) angelegt ist. Der Riegel (32) ist in den Gießtopf eingelegt. Ein von oben in den Gießtopf einlaufender Gießstrahl läuft durch den Gießkanal (24) und den diesem gegenüberliegenden Gießkanal (24') in den Gießformhohlraum ein und wird durch die spezielle Führung der Gießkanäle (24, 24') zur Schienenkopfmitte (33) zwangsgeführt.

Abb. 5 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Gießform in Schienenlängsrichtung und erläutert den Verlauf der Gießströme. Es wird wiederum in dem Tiegel (11) durch eine aluminothermische Reaktion eine Stahlschmelze erzeugt und nach Ablauf der Reaktion und Aufschwimmen der gebildeten Schlacke die Stahlschmelze abgestochen. Der Gießstrahl (12) trifft auf den Riegel (32), der in die Formhälfte (20) eingelegt ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik laufen nun die Gießströme (13, 14) durch die Gießkanäle (24, 24¹) in den

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Gießformhohlraum ein und treffen etwa im Bereich der Mitte der beiden im Abstand voneinander befindlichen Schienenköpfe aufeinander. Bei diesem Aufeinanderprallen erfolgt eine durch Pfeile dargestellte intensive Vermischung der Gießstrahlen, die im pereich (34, 35) der Schienenköpfe eine intensive Wärmeabgabe bewirken. Die vereinigten Gießströme füllen nun den Gießformhohlraum und strömen bis zum Schienenfuß (10) und füllen dann die in der Abbildung nicht sichtbaren Steigerkanäle.

Abb. 6 zeigt die erfindungsgemäße Gießform in einem Schnitt quer zur Schienenlängsrichtung. Man erkennt die Gießformhälften (20/ 20') sowie den Riegel (32) im Gießtopf. Der auf den Riegel (32) auftreffende Gießstrahl (12) prallt auf den Riegel (32) und läuft in den Gießkanal (24). Durch die Wahl der Schnittebene ist nur einer der beiden Gießkanäle dargestellt. Im Bereich der Schienenkopfmitte (33) verwirbeln sich die beiden Gießströme Cl3, 14), wobei nur der Gießstrom (14) zeichnerisch darstellbar ist. Die vereinigten Gießströme (13, 14) füllen dann den Gießformhohlraum aus, wobei die überschüssige Stahlschmelze in die Steigerkanäle (28, 28') aufsteigt.

In der Abb. 6 ist gleichzeitig eine bevorzugte Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Form dargestellt. Die Steigerkanäle (28, 28') weisen in dem Fuß- (10) und Steg- (9)Bereich Ausbuchtungen (36, 37) auf. Hierdurch wird erreicht, daß der Schienensteg (9) und Schienenfuß (10) mit einer

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entsprechend großen Wärmemenge beaufschlagt werden, so daß eine sichere Auf- und Verschmelzung der Schienenenden in diesem Bereich erfolgt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1» Verfahren zur Durchführung aluminothermischer Schienenverbindung sschweißungen, bei der die zu verschweißenden, mit einer Lücke angeordneten Schienenenden mit einer feuerfesten, vorgefertigten, einen die Lücke überdeckenden Schweißwulst erzeugenden Gießform umgeben sind und aluminothermisch erzeugter Stahl in den Gießformhohlraum eingegossen v/ird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze in den Gießformhohlraum in Form von mindestens zwei getrennten, in Schienenlängsrichtung einander gegenüberliegenden Gießströmen eingegossen wird, wobei die Gießströme so geführt werden, daß sie sich etwa im Bereich der Schienenkopfmitte der beiden miteinander zu verschweißenden Schienen vermischen.
2. Mehrteilige Gießform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die zusammengesetzte Form über den Schienen (30, 31) einen Eingußtopf (3) bildet, der in einem Gießformhohlraum mündet, der die Schienenenden (30, 31) umschließt, und dessen innere Wandungen die Schweißwülste definieren, wobei der Gießformhohlraum im Schienenfußbereich (10) mit Steigerkanälen (28, 28¹) zur Aufnahme der überschüssigen Stahlschmelze in Verbindung steht, und im Eingußtopf (3) ein auf Vorsprüngen (23) des Eingußtopfes (3) liegender Riegel (32) angeordnet ist,

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dadurch gekennzeichnet, daß in den quer zur Schienenlängsrichtung befindlichen einander gegenüberliegenden Wänden (21, 21') des Eingußtopfes (3) Gießkanäle (24, 24') eingeformt sind, wobei die gegenüberliegenden Gießkanäle (24, 24') im unteren Bereich des Eingußtopfes (3)von der Senkrechten stetig abweichend so aufeinander zulaufen, daß die von ihnen geführten Ströme des geschmolzenen Metalles etwa im Bereich der Schienenkopfmitte (33) der beiden miteinander zu verschweißenden Schienen (30, 31) aufeinandertreffen und sich vermischen, und wobei der die Schienenenden (30, 31) umgebende Gießformhohlraum mit den Steigerkanälen (28, 28') nur im Schienenfußbereich (.10) in Verbindung steht, und der Gießriegel (32) nur die im Gießtopf (3) befindlichen Gießkanäle (24, 24') freilassend in den Gießtopf (3) einlegbar ist.
3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigerkanäle (28, 28') im Schienenfuß- (10) und angrenzenden Steg- (9)Bereich eine der Schienenform entsprechende einseitige Ausbuchtung (36, 37) aufweisen.

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