DE3833355A1 - Verfahren zum warmumformen gebrauchter schrauben und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen gebrauchter Schrauben gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung in der Form eines Tunnel-Induktionsofens zur Durchführung des Verfahrens.

Die Instandsetzung von abgenutzten Schrauben für den Eisen­ bahnoberbau durch Warmumformung ist bereits seit geraumer Zeit bekannt. Dabei wurden jeweils Schrauben einer bestimmten Kategorie, also z. B. Schwellenschrauben oder Hakenkopfschrau­ ben, derart aufbereitet, daß sie wieder wie neuwertige Schrauben eingesetzt werden konnten. Dabei wurden teilweise die Schaftteile und Schraubenköpfe ausgestaucht und wiederum neu geformt. So ist z. B. durch die DE-A 4 61 429 ein Verfahren zum Instandsetzen abgenutzer Schwellenschrauben bekannt geworden, bei dem zunächst das Schaftoberteil ausgestaucht und die richtige Kopfform durch Pressung wieder hergestellt wird, worauf der Gewindeteil durch Anrollen wieder aufgear­ beitet wird. Durch die DE-A 6 40 251 ist ein Verfahren zur Wiederherstellung abgenutzter Hakenkopfschrauben bekannt­ geworden, bei dem die Schraube hintereinander in drei ver­ schiedenen Gesenken neu geformt wird, wobei die Umformung ausschließlich am Kopf und am gewindefreien Schaftteil stattfindet.

Die Umformung gebrauchter Schwellenschrauben in Schrauben mit völlig unterschiedlicher Konfiguration wurde bisher wegen der charakteristischen Form bzw. der Abmessungen der Schwellen­ schraube nicht für möglich gehalten. Da an einer Schraube mit anderer Konfiguration, also z. B. auch mit einem anderen Kern­ durchmessser, ein neues Gewinde geschnitten werden muß, ist eine komplette Ausstauchung des Schraubenbolzens erforder­ lich. Infolge der unterschiedlichen Materialmassen am Schrau­ benkopf und am Schraubenbolzen ist dies jedoch schwierig. Beim Verfahren gemäß der eingangs erwähnten DE-A 6 40 251 sind bereits mehrere Arbeitsgänge erforderlich, um nur den Schraubenkopf und den gewindelosen Schaft neu zu formen. Der das Gewinde tragende Teil des Bolzens bleibt vom Umformpro­ zeß unberührt. Ein Umformen in zahlreichen Stufen ist jedoch unwirtschaftlich, da der Preis einer aufbereiteten Schraube weit über demjenigen einer neuen Schraube liegen würde.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise gebrauchte Schrauben in Schrauben mit anderer Konfigu­ ration umgeformt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale im Anspruch 1 auf­ weist. Die Temperaturdifferenz zwischen Schraubenkopf und Schraubenbolzen beeinflußt das Fließverhalten des Materials beim nachfolgenden Gesenkschmieden derart, daß der Bolzen über seine gesamte Länge ohne Falten, Lufteinschlüsse usw. vollständig ausgestaucht wird, ohne daß Material in den volumenreicheren Schraubenkopf fließt und in den Abgrat entweichen kann. Die Temperatur am Schraubenbolzen erlaubt außerdem ein schnelles und müheloses Glattwalzen der Gewin­ degänge, was für einen reibungslosen Stauchprozeß erforder­ lich ist. Das neue Gewinde, das in der Regel eine andere Steigung, ein anderes Flankenprofil und einen anderen Kern­ durchmesser aufweist als das ursprüngliche Gewinde, wird zuletzt kaltgewalzt, so daß der Faserverlauf des Materials nicht unterbrochen wird.

Besonders vorteilhaft erfolgt die differenzierte Erhitzung der Schrauben dadurch, daß diese durch einen Tunnel-Induk­ tionsofen geführt werden, dessen Spulen im Bereich der Schraubenbolzen mehr Wärme induzieren als im Bahnbereich der Schraubenköpfe. In diesem Tunnel-Induktionsofen läßt sich die Temperaturverteilung im Schraubenkörper relativ präzise steuern. Dies im Gegensatz zu einer Erhitzung durch Gasflam­ men oder im Salzbad, die an sich auch möglich wären. Die Schrauben können mit ihrer tellerartigen Erweiterung an Hal­ tebügeln eingehängt werden, welche an einem im oberen Bereich des Ofens angeordneten endlosen Fördermittel befestigt sind. Die Induktionsspulen auf beiden Seiten der Vorschubbahn der Schrauben sind derart angeordnet, daß auf den Schraubenkopf nur noch ein Streufeld einwirkt. Um eine zu starke Abschir­ mung gegenüber dem elektrischen Feld bzw. eine Eigenerhitzung zu vermeiden, sind die Haltebügel vorzugsweise aus einem austenitischen Material gefertigt.

Besonders vorteilhaft werden die Schrauben derart erhitzt, daß sie am Schraubenbolzen über seine gesamte Länge eine Temperatur von ca. 1300°C aufweisen, während die Temperatur am Schraubenkopf nur etwa 500 bis 600°C beträgt. Die teller­ artige Erweiterung liegt somit im Grenzbereich und hat eine Temperatur von ca. 800°C. Das Umformen nach der Erhitzung muß relativ rasch erfolgen, da die Wärme in der Schraube bei Temperaturdifferenzen von ca. 700°C dazu neigt, sich gleich­ mäßig im ganzen Schraubenkörper zu verteilen und insbeson­ dere die Temperatur im Schraubenkopf weiter zu erhöhen. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn nach dem Erhitzen und Auswalzen des Gewindebolzens die Schraube innerhalb von weni­ ger als 10 Sekunden in einer Hitze umgeformt wird. Damit ist gewährleistet, daß der Bolzen des neuen Formlings vollstän­ dig ausgestaucht wird, ohne daß zuviel Material in den Bereich des neuen Kopfes und damit in den Abgrat abfließt.

Zum Kaltwalzen der neuen Gewindegänge muß der Formling zuerst entgratet und durch Schälen am Bolzen von der Zunder­ schicht befreit werden.

Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend näher erläuterten Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 einen Verfahrensablauf in stark vereinfachter, schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Tunnel- Induktionsofens, und

Fig. 3 eine maßstabgetreue Gegenüberstellung einer Schwellenschraube und einer Hakenschraube.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine konventionelle Schwel­ lenschraube 1 als Ausgangsmaterial verwendet, die einen Schraubenbolzen 4 und einen Schraubenkopf 2 mit der charakte­ ristischen tellerartigen Erweiterung 3 aufweist. Der Bolzen­ durchmesser beträgt beispielsweise 24 mm. Im Wiederaufberei­ tungsprozeß sollen Hakenschrauben 5 hergestellt werden, die bekanntlich eine völlig unterschiedliche Kopf- und Gewinde­ form aufweisen. Je nach der Länge der Schwellenschrauben bzw. nach dem Volumen der herzustellenden Hakenschraube 5 muß die Schwellenschraube 1 am Gewindeteil z. B. mit Hilfe einer Schere 6 gekürzt werden. Die richtige Dimensionierung des Ausgangsmaterials verhindert später einen übermäßigen Mate­ rialfluß in den Abgrat. Die vorbereiteten Schwellenschrauben 1 werden nun dem Tunnel-Induktionsofen 7 zugeführt, der mit einem endlosen Fördermittel 9 versehen ist. An dessen Förder­ kette oder Förderband sind in regelmäßigen Abständen Halte­ bügel 10 befestigt, an denen die Schrauben eingehängt werden können. Die Geschwindigkeit des Fördermittels 9 läßt sich vorzugsweise stufenlos einstellen, so daß immer die richtige Durchlaufzeit gewählt werden kann. Parallel zur Vorschubbahn der Schrauben 1 sind Induktionsspulen 8 angeordnet, wie aus Fig. 2 genauer hervorgeht. Diese Spulen induzieren auf an sich bekannte Weise hochfrequente Wirbelströme in die durch­ laufenden Schrauben, so daß sich diese rasch erhitzen. Auf­ grund der Anordnung der Spulen 8 wirkt auf die Schraubenköpfe 2 nur ein Streufeld ein, so daß sich diese bedeutend weniger erhitzen als die Schraubenbolzen 4. Nach dem Verlassen des Ofens ist diese differenzierte Temperaturverteilung an den Glühfarben deutlich erkennbar. Während der Schraubenbolzen eine hellgelbe bis gelbweiße Farbe aufweist, ist der Schrau­ benkopf nur dunkelbraun bis braunrot und der Teller im Grenz­ bereich etwa kirschrot.

Das Ausstoßen der erhitzten Schrauben aus dem Tunnel-Induk­ tionsofen erfolgt automatisch mit Hilfe einer Abschiebevor­ richtung 11, die mit einem hier nicht näher dargestellten Endschalter verbunden ist. Sobald der Endschalter das Vorhan­ densein einer Schraube ermittelt, wird die Abschiebevorrich­ tung beispielsweise pneumatisch betätigt, so daß diese die Schraube 1 vom Haltebügel 10 wegschiebt. Die Schraube gelangt dann in eine schräge Zuführschurre 12, in der sie auf kürze­ stem Wege zum Walzwerk 13 rutscht.

Im Walzwerk 13, bestehend aus den symbolisch dargestellten Walzbacken 14 und 14′, wird der erhitzte Schraubenbolzen ausgewalzt und im Durchmesser reduziert. Der Bolzendurchmes­ ser von ursprünglich 24 mm wird z. B. auf 18 mm reduziert. Dabei wird ersichtlicherweise auch das ursprüngliche Gewinde ausgewalzt. Nach dem Walzvorgang muß der Formling unverzüg­ lich dem Gesenk 15 zugeführt werden, um eine zu rasche Abküh­ lung bzw. einen Temperaturausgleich zu vermeiden.

Das Gesenk 15 besteht aus dem Untergesenk 16 mit der Negativ­ form der herzustellenden Hakenschraube 5. Die Trennebene des Gesenks verläuft quer zur Schraubenmittelachse durch die oberste Begrenzungsfläche der neuen Schraube. Der Gesenkstem­ pel 17 kann auf seiner Unterseite mit einer Prägung zur Mar­ kierung der Hakenschrauben versehen sein. So kann z. B. das Herstellerzeichen und das Herstellungsdatum in den Schrauben­ kopf eingeprägt werden. Für die Betätigung des Gesenks 15 kann eine Schmiedepresse an sich bekannter Bauart eingesetzt werden. Beim Absenken des Stempels 17 erhält sowohl der Schraubenbolzen 4 als auch der Schraubenkopf 2 mit der tel­ lerartigen Erweiterung 3 eine vollständig neue Konfiguration. Die Länge des ausgewalzten Schraubenbolzens wird reduziert und dessen Durchmesser wiederum von z. B. 18 mm auf 23,5 mm vergrößert. Die ursprünglich relativ tiefen Gewindeflanken der Schwellenschraube werden vollständig ausgestaucht, so daß sich am neuen Formling eine homogene Materialstruktur einstellt. Am Kopf bildet sich die charakteristische halb­ mondförmige Konfiguration der Hakenschraube. Das überschüssi­ ge Material fließt in den Abgrat zwischen Untergesenk 16 und Stempel 17.

Nach dem Umformprozeß im Gesenk 15 muß der Abgrat 19 am Formling 18 in der Entgratungsvorrichtung 20 entfernt werden. Die Formlinge sind dabei wieder weitgehend abgekühlt. Zur Vorbereitung des Gewindeschneidvorgangs müssen die Formlinge 18 dann in einer Schälvorrichtung 21 geschält werden. Dies erfolgt durch Einspannen und Drehen in einem Klemmfutter 22 und durch Entfernen der Zunderschicht mit Hilfe einer Schnei­ de 24. Die Hakenschraube erhält dabei ihren neuen Außen­ durchmesser von z. B. 22 mm. Nach dem Schälen werden die Form­ linge in einer an sich bekannten Gewinderollmaschine 23 durch Kaltwalzen mit einem neuen Gewinde versehen. Die fertige Hakenschraube 5 weist die gleichen mechanischen Eigenschaften auf wie eine neue hergestellte Hakenschraube. Durch Wiederver­ wendung der gebrauchten Schwellenschrauben liegt ihr Preis jedoch unter dem Neupreis. Selbstverständlich ließen sich auf die gleiche Weise neben Hakenschrauben auch andere Schraubentypen mit unterschiedlicher Konfiguration aus den gebrauchten Schwellenschrauben herstellen. Im Eisenbahnober­ bau werden bei den bisher bekannten Befestigungsarten jedoch überwiegend Schwellenschrauben und Hakenschrauben verwendet.

In Fig. 2 ist der Tunnel-Induktionsofen 7 mit den Haltebü­ geln 10 zur Aufnahme der Schrauben etwas genauer dargestellt. Der Ofen weist eine Induktionsspule 8 für beispielsweise 180 kW auf, deren Leiterbahnen mäanderförmig angeordnet und U-förmig aufgebogen sind, so daß ein oben geöffneter Tunnel 30 entsteht. Auf den beiden parallelen Seiten des Tunnels liegen im Bereich des Schraubenbolzens 4 untereinander jeweils eine untere Leiterbahn 27, eine mittlere Leiterbahn 28 und eine obere Leiterbahn 29. Die obere Leiterbahn 29 ist relativ zur Vorschubbahn der Schraube derart angeordnet, daß auf den Schraubenkopf 2 nur noch ein Streufeld einwirkt, so daß dieser nicht über 1000°C erwärmt wird.

Die Schrauben sind in den Haltebügeln 10 eingehängt, welche sich gehalten vom Fördermittel 9 in Pfeilrichtung A über dem Tunnel 30 bewegen. Jeder Haltebügel besteht aus zwei Halte­ platten 25, deren Enden eine T-förmige Erweiterung 26 aufwei­ sen. Auf dieser Erweiterung liegt der Teller der Schwellen­ schrauben auf. Die Halteplatten 25 sind aus einem austeniti­ schen Material gefertigt und isoliert am Fördermittel 9, einer Förderkette befestigt.

Die dargestellte Induktionsspule 8 ist von einem hier nicht gezeigten Gehäuse umgeben. Je nach Durchmesser und Länge der zu erhitzenden Schrauben kann der Tunnel 30 eine Breite von 50 bis 70 mm und eine Höhe von 200 bis 250 mm aufweisen. Die Länge des Tunnels kann bis zu einem Meter betragen. Da die Durchlaufgeschwindigkeit der Schrauben vom Arbeitstakt der nachfolgenden Arbeitsgänge abhängt, ist die Länge des Tunnels der jeweils maximal möglichen Durchlaufgeschwindigkeit anzu­ passen.

In Fig. 3 ist zum Größenvergleich eine Schwellenschraube 1 dargestellt, die nach dem beschriebenen Verfahren in eine Hakenschraube 5 umgeformt wurde.

Claims (11)

1. Verfahren zum Warmumformen gebrauchter Schrauben, insbe­ sondere Eisenbahn-Schwellenschrauben (1) mit einem Schraubenkopf (2) mit tellerartiger Erweiterung (3) und mit einem Schraubenbolzen (4), in Schrauben mit einer anderen Außenkonfiguration, insbesondere in Hakenschrau­ ben (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (1) zuerst derart erhitzt werden, daß der Schraubenbolzen (4) eine Temperatur von über 1000°C und der Schraubenkopf (2) eine Temperatur von unter 1000°C aufweist, daß nach dem Erhitzen das Gewinde am Schraubenbolzen ausgewalzt wird, daß unmittelbar anschließend der Formling in einem Gesenk (15) umgeformt wird, wobei sich die Kopfform verändert und sich der Durchmesser des ausgewalzten Bol­ zens wieder vergrößert, und daß am umgeformten Bolzen ein neues Gewinde kaltgewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (1) zum Erhitzen durch einen Tunnel-Induk­ tionsofen (7) geführt werden, dessen Spulen (8) im Bahn­ bereich der Schraubenbolzen (4) mehr Wärme induzieren als im Bahnbereich der Schraubenköpfe (2).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (1) an einem mit Haltebügeln (10) versehe­ nen, endlosen Fördermittel (9) durch den Tunnel-Induk­ tionsofen (7) geführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (1) nach dem Verlassen des Tunnel-Induktionsofens (7) am Schraubenbolzen (4) eine Temperatur von 1100°C bis 1400°C und am Schrauben­ kopf (2) eine Temperatur von 400°C bis 800°C aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (1) vor dem Erhitzen in Abhängigkeit vom Volumen des neuen Formlings gekürzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (1) am Ende des Tunnel-Induktionsofens (7) durch eine Abschiebevorrich­ tung (11) von den Haltebügeln (10) in eine schräge Zuführschurre (12) geschoben werden und durch diese dem Walzwerk (13) zugeführt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erhitzen und Auswalzen des Gewindebolzens (4) die Schraube innerhalb von weniger als 10 Sekunden in einer Hitze umgeformt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die neuen Formlinge nach dem Umfor­ men entgratet und am Bolzen geschält werden.

9. Tunnel-Induktionsofen (7) zum Erhitzen von länglichen Stahlteilen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein endloses För­ dermittel (9), das mit Haltebügeln (10) zum Festhalten der Stahlteile (1) versehen ist, wobei parallel zum För­ dermittel im Bahnbereich der Stahlteile auf beiden Seiten die Induktionsspulen (8) derart angeordnet sind, daß zur differenzierten Erhitzung der Stahlteile auf deren eines Ende nur ein Streufeld einwirkt.

10. Tunnel-Induktionsofen nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltebügel aus einem austenitischen Material gefertigt sind.

11. Tunnel-Induktionsofen nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Förderstrecke eine durch einen Endschalter gesteuerte Abschiebevorrich­ tung zum Abschieben der Stahlteile von den Haltebügeln angeordnet ist.