DE2825139C2

DE2825139C2 - Verfahren zur Durchführung aluminothermischer Schienenverbindungsschweißungen sowie mehrteilige Gießform zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2825139C2
Application number: DE2825139A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 4300 Essen Möring
Original assignee: Elektro Thermit GmbH
Current assignee: Goldschmidt ETB GmbH
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1986-10-30
Also published as: GB2022489A; GB2022489B; IN151479B; JPS598477B2; AU4785679A; AU519497B2; IT1118164B; ZA792856B; US4250944A; IT7949257A0; DE2825139A1; JPS54161558A

Description

sen wird, wobei die Gießströme so geführt werden, daß sie sich etwa im Bereich der Schienenkopfmitte der beiden miteinander zu verschweißenden Schienen vermischen.

Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt somit der Einguß des Schmelzgutes nicht quer zur Schienenlängsachse in die Schweißiücke, sondern in der Schienenlängsachse in Richtung auf die beiden Schienenkopfschnittfiächen. 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 ^:m 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 erfmdungsgemäßen 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 schmaler. Stellen geringerer Härte in den Weichglühzonen der verschweißten Schienen noch enger zusammenliegen, was für den Fahrbetrieb von besonderem Vorteil ist

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, ü~ß in den quer zur Schienenlängsrichtung befindlichen, einander gegenüberliegenden Wänden des Eingußtopfes Gießkanäle eingeformt sind, wobei die gegenüberliegenden Gießkanäle im 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.

Durch den im Gießtopf befindlichen Riegel wird die Stahlschmelze gezwungen, durch die Gießkanäie in den <>5 Gießformhohlraum einzufließen, die in die quer zur Schienenlängsrichtung befindlichen Wände des Eingußtopfes eingefonnt sind. Diese gegenüberliegenden Gießkanäle verlaufen im unteren Bereich des Eingußtopfes kurvenförmig aufeinander zu. Durch die Kurvenform der Gießkanäie 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 Fußbereich sicherzustellen und zu verbessern, besteht eine weitere 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 ScAiencnfuß- und angrenzenden Stegbereich entsprechende Erweiterung des Steigerkanals sammelt sich eine größere Menge der Stahlschmelze an, die beim Füllen <)?< Form sowie danach bei der Verfestigung des Stahles ein-ί entsprechend große Wärmemenge in den benachbarten Schienenfuß- und Stegbereich abgibt

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

Der Stand der Technik wird durch die A b b. 1 und 2, der Gegenstand der Erfindung durch A b b. 3 bis 6 wiedergegeben.

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

A b b. 2 zeigt eine modifizierte Form des Standes der Technik, ebenfalls in einem Schnitt quer zur Schieneniängsrichtung.

A b b. 3 zeigt eine Formhälfte einer zweiteiligen erfindungsgemäßen Form.

A b b. 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 Formhäiften bestehende Form in Schienenlängsrichtung geschnitten ist.

A b b. 6 zeigt die Gießform in einem Schnitt quer zur Schienenlängsrichtung.

In A b b. 1 sind die beiden Gießformhälften mit (I₁2) bezeichnet. Sie bilden im oberen Bereich einen Gießtopf (3), in weichen ein Riegel (4) eingelegt ist. Der Gießformhohlraum ist mit (5) bezeichnet. Hierzu gehören auch die Hohlräume, welche bei der fertigen Schweißjng die Wülste definieren. Die Steigerkanäle sind mit (6, T) bezeichnet. Da der Schnitt durch die SchweißLücke geführt ist, erkennt man die Stirnfläche ehier 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 ir> den Gießformhohlraum (5) einlaufen und dort den Schienenkopf umspülen. Die Pfeile verdeutlichen den Weg der Gießströme. Es ist ersieh tHch, dpß die äußeren Bereiche des Schienenkopfes stärker gespült werden als die Mitte des Schienenkopfes. Die Gießströme (13,14) vereinigen sich zu einem Gießstrom (15) im Bereich der Verengung des Gießformbohlraums (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'.

Eine Variante einer Gießform des Standes der Technik ist in A b b. 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 (8) stärker als der Bereich der Schienenkopfmitte erwärmt werden und daß eine Nachführung von frischem und entsprechend heißerem Stahl in den Steg- und Fußbereich nicht mehr stattfindet. Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird also auch durch eine derartige Anordnung nicht gelöst.

In A b b. 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), 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 A b b. 4 sind zwei auf Lücke (29) verlegte Gleisstükke (30, 31) dargestellt, wobei zum Zweck der besseren Darstellung nur eine Formhälfte (20) im Lückenbereich (29) angelegt isi 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 ind wird durch die spezielle Führung der Gießkanäle (24, 24') zur Schienenkopfmitte (33) zwangsgeführt

A b b. 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, 24') in den Gießformhohlraum ein und treffen etwa im Bereich der Mitte der beiden im Absland voneinander befindlichen Schienenköpfe aufeinander. Bei diesem Aufeinanderprallen erfolgt eine durch Pfeile dargestellte intensive Vermischung der Gießstrahlen, die im Bereich (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.

A b b. 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 (13, 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 A b b. 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) nrt einer entsprechend großen Wärmemenge beaufschlagt werden, so daß eine sichere Auf- und Verschmelzung der Schienenenden in diesem Bereici erfolgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Gießform umgeben. Üblicherweise werden die Schie- Patentansprüche: nenenden und die zusammengesetzte und meist seitlich mit Klebsand abgedichtete Gießform mit Hilfe eines

1. Verfahren zur Durchführung aluminothermi- Brenners von oben her vorgewärmt Anschließend wer* scher Schienenverbindungsschweißungen, bei der 5 den die Schienenenden durch Einguß einer aluminotherdie zu verschweißenden, mit einer Lücke angeordne- misch erzeugten Stahlschmelze in die Form aufgeten Schienenenden mit einer feuerfesten, vorgefer- schmolzen und miteinander verbunden. Eine solche tigten, einen die Lücke überdeckenden Schweiß- Verfahrensweise ist seit vielen Jahren bekannf und wird wulst erzeugenden Gießform umgeben sind und alu- in großem Umfang benutzt Aus den zahlreichen Beminothermisch erzeugter Stahl in den Gießform- io Schreibungen des Verfahrens soll hier nur auf die Veröfhohlraum in Form von mindestens zwei getrennten fentlichung in der Zeitschrift »Der Eisenbahninge-Gießströmen eingegossen wird, dadurch ge- nieur«, 1973, S. 89 bis 94, verwiesen werden,
kennzeichnet, daß die Gießströme in Schie- Bei diesem Verfahrensverlauf wird der für die nenlängsrichtung einander gegenüberliegend so ge- Schweißung erforderliche Wärmebedarf zu unterführt werden, daß sie sich etwa im Bereich der Schie- 15 schiedlichen Prozentsätzen aus der Vorwärmung mitnenkopfmitte der beiden miteinander zu verschwei- tels Brennerflamme und dem Wärmeüberschuß des flüsßenden Schienen vermischen. sigen Schweißgutes, der an die beiden Schienenenden

2. Mehrteilige Gießform zur Durchführung des zum Teil während des Vorbeifließens am Schienenprofil Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die zusammen- beim Gießen und zum Teil während des Erkaltens in der gesetzte form über den Schienen (30,31) einen Ein- 20 Schweißlücke nach dem Guß abgegeben wird, gedeckt gußtopf (3) bildet, der in einem Gießformhohlraum Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die erfordermündet, der die Schienenenden (30,31) umschließt, liehe Wärme allein durch das flüssige, aluminothermisch und dessen inneren Wandungen die Schweißwülste erzeugte Schweißgut eingebracht wird.

definieren, wobei der Gießformhohlraum im Schie- Die Abmessungen des Zwischengusses und damit der nenfußbereich (10) mit Steigerkanälen (28, 28') zur 25 Schweißform sind bestimmt durch das Profil der zu verAufnahme der überschüssige« Stahlschmelze in Ver- schweißenden Schienen, gegebenenfalls durch die ströbindung steht, und im Eingußtopf (3) ein auf Vor- mungstechnische Führung der Vorwärmeflamme unter sprängen (23) des Eingußtopfes (3) liegender Riegel Berücksichtigung der Vorwärmedauer und insbesonde-(32) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß in re durch die Gießtechnik und die wärmetechnische Fühden quer 7.1.- Schienenlängsrichtung befindlichen, 30 rung des Gießstromes am Profil entlang,
einander gegenüberliegenden Wänden (21, 2Y) des Bei allen bekannten aluminothermischen Zwischen-Eingußtopfes (3) Gk/ßkanäi-' (24, 24') eingeformt gußschweißverfahren erfolgt der Einguß des Schmelzsind, wobei die gegenüberliegenden Gießkanäle (24, gutes in die Schweißlücke durch entsprechend ausgebil-24') im unteren Bereich des Eh jußtopfes (3) von der dete Formteile rechtwinkelig zur Schienenlängsachse. Senkrechten stetig abweichend so aufeinander zu- 35 Das hat den Nachteil^daß das Schweißgut innerhalb des laufen, daß die von ihnen geführten Ströme des ge- über Kopf, Steg und fuß der Schiene stark wechselnden schmolzenen Metalles etwa im Bereich der Schie- Profilquerschnitts den strömungsgünstigsten Weg wählt nenkopfmitte (33) der beiden miteinander zu ver- und Teile des Schienenprofils zunSchst nicht erfaßt und schweißenden Schienen (30, 31) aufeinandertreffen nicht bzw. ungenügend erwärmt. Dies gilt insbesondere und sich vermischen, und wobei der die Schienenen- 40 für die Umspülung und Erwärmung des Schienenkopfes, den (30,31) umgebende Gießformhohlraum mit den zu dessen Erwärmung wegen seiner gegenüber Steg Steigerkanälen (28, 28') nur im Schienenfußbereich und Fuß großen Masse eine besonders große Tempera-(10) in Verbindung steht, und der Gießriege! (32) nur turmenge erforderlich ist.

die im Gießtopf (3) befindlichen Gießkanäle (24,24') Um den Schienenkopf dennoch ausreichend zu erfreilassend in den Gießtopf (3) einlegbar ist. 45 wärmen, müssen die Schweißwülste und die sogenann-

3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ten Kopfsteiger relativ groß gehalten weden, um die zeichnet, daß die Steigerkanäle (28,28') im Schienen- erforderliche Wärme zuzuführen. Dadurch erfolgt aber fuß- (10) und angrenzenden Steg- (9)Bereich eine der auch eine vermehrte Aufschmelzung des Schienenkop-Schienenform entsprechende einseitige Ausbuch- fes an den Außenkonturen, während die Aufschmelzung tung (36,37) aufweisen. 50 im Schienenkopfinneren demgegenüber in geringerem

Umfang stattfindet. Die zu beiden Seiten der fertigge-

stellten Schweißung befindlichen, wärmebeeinflußten

weicheren Zonen im Schienenstahl können dann unter Umständen soweit auseinanderliegen, daß sie vom rol-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchfüh- 55 lenden Rad im ungünstigsten Falle einzeln ausgefahren

rung aluminothermischer Schienenverbindungsschwei- werden können.

Bungen, bei der die zu veschweißenden, mit einer Lücke Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuangeordneten Schienenenden mit einer feuerfesten, gründe, die Wärmeführung bei der aluminothermischen vorgefertigten, einen die Lücke überdeckenden Schienenverbindungsschweißung, insbesondere im Schweißwulst erzeugenden Gießform umgeben sind 60 Kopfbereich, derart zu verbessern, daß die Mitte des und aluminothermisch erzeugter Stahl in den Gießform- Schienenkopfes besser aufgeschmolzen und die Wärmchohlraum eingegossen wird. beeinflussung von Schienenkopfmitte und Schienen-Die Erfindung betrifft ferner eine mehrteilige, vor- kopffahrfläche und Schienenkopfaußenflächen besser zugsweise zweiteilige Gießform zur Durchführung des aufeinander abgestimmt wird.

erfindungsgemäßen Verfahrens. 65 Überraschenderweise gelingt dies dadurch, daß die

Bei der aluminothermischen Schienenverbindungs- Stahlschmelze in den Gießformhohlraum in Form von

schweißung werden die Enden zweier, mit einer festge- mindestens zwei getrennten, in Schienenlängsrichtung

legten Lücke verlegten Schienen mit einer mehrteiligen einander gegenüberliegenden Gießströmen eingegos-