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Verfahren zur Vorwärmung von zu verschweißenden Schienenstößen Bei
.der Thermitschweißung und auch bei einigen anderen Verfahren zur Verschw eißung
von Eisenbahn- und Straßenbahnschienen muß die Schweißstelle auf Kirschrot- bis
Hellrotglut vorgewärmt werden, bevor der eigentliche Schweißvorgang ausgeführt wird.
Die bisher am meisten gebräuchlichen Vorwärmeapparaturen wirken auf folgende in
Abb. r dargestellte Weise: Ein dampf- oder gasförmiger Brennstoff, vorzugsweise
verdampftes Benzin, strömt mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse. Der Brennstoff
reißt infolge seiner Geschwindigkeit aus der Umgebung Luft mit sich und vermischt
sich mit ihr in einem Mischrohr. Das Brennstoff-Luft-Gemisch strömt dann unter nochmaliger
Mitreißüng von Luft durch. das Blasloch der Schweißform ein und verbrennt erst in
derem inneren Hohlraum, so daß der Schweißstelle selbst die ganze Verbrennungswärme
des Gemisches zugute kommt. Wesentlich und günstig ist dabei, daß vor der Form keine
Flamme brennt, sondern daß die Verbrennung innerhalb der Schweißform restlos und
in homogener Verteilung stattfindet, weil hierdurch der Schienenstoß an allen Punkten
seines Umfanges gleichmäßig warm wird.
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Aus diesem Erfordernis heraus kommt nur die Verwendung von solchen
gas- oder dampfförmigen Brennstoffen in Frage, deren Zündpunkt hoch liegt und deren
Zündgeschwindigkeit nicht sehr groß ist, z. B. Benzingas, Propan o. dgl., nicht
dagegen die ausschließliche Verwendung leichtentzündlicher Gase mit hoher Zündgeschwindigkeit,
wie Wasserstoff, da solche immer mit Vorzündung brannten
und keine
gleichmäßige Erwärmung des Stoßes an allen Punkten gewährleisteten.
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Obwohl diese Art der Vorwärmung mittejs
| Benzingases o. dgl. die bisher vollkomm te |
| ist, so erweist sich neuerdings bei der Sc ei= |
| ßung von verlegten Schienen in kurze |
| triebspausen die Dauer der \,orwärmung n |
diesem bekannten Verfahren dennoch als zu lang. Die Schweißleistung könnte bedeutend
erhöht «-erden durch Verminderung der Vorwärmedauer.
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Deshalb wurde versucht, durch Vergrößerung der Brennstoffdüse und
Erhöhung des Gasdruckes die Vorwärmedauer zu kürzen. Dies gelingt aber nicht, da
bei Vergrößerung der Brennstoffdüse über i mm Durchmesser nicht mehr die zur Erzielung
vollkommener Verbrennung erforderliche Luftmenge angesaugt wird. Auch die verschiedensten
Formgebungen der Düse und des Mischrohres bringen erfahrungsgemäß keine nennenswerteVerbesserung.
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Bekanntermaßen kann man für die Verbrennung des vergasten oder verdampften
Brennstoffes satt der reinen atmosphärischen Luft auch mit Sauerstoff angereicherte
Luft oder reinen Sauerstoff oder ein anderes Sauerstoff enthaltendes Gas verwenden.
Die bisherigen Verfahren der Sauerstoffzugabe bestanden entweder darin"daß der zusätzliche
Sauerstoff unmittelbar in die Schweißform an einer oder mehreren Stellen, beispielsweise
am Schienenkopf, der am schlechtesten warm wird, eingeblasen wurde, oder daß man
in der Nähe der Brennstoffdüse die atmosphärische Luft mit Sauerstoff anreicherte.
Diese bekannten Methoden brachten aber wegen der schlechten Ausnutzung des zugesetzten
Sauerstoffes keinen besonderen technischen Erfolg, vgl. Abb. i.
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Die vorliegende Erfindung löst nun dieAufgabe der Vorwärmev erkürzung
in einfacher Weise und besteht darin, .daß dem zur Vorwärmung der zu verschweißenden
Schienenstöße dienenden, durch ein Mischrohr strömenden Brennstoff-Luft-Gemisch
zusätzliche Preßluft oder Sauerstoff oder ein sonstiges sauerstofflialtigesGas mit
hoher Geschwindigkeit zugeblasen wird.
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Die Vorteile .des neuen Verfahrens sind folgende: Durch das Zublasen
des Sauerstoffes oder des sauerstoffhaltigen Gases zu dem durch das Mischrohr strömenden
Brennstoff-Luft-Gemisch wirdzunächsteineAnreicherung dieses strömenden Gemisches
mit Sauerstoff erzielt. Die Durchmischung ist .dabei sehr gleichmäßig. Gleichzeitig
erhält der Brennstoffluftstrom durch das mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Zublasen
von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas im Mischrohr einen neuen Geschwindigkeitsimpuls,
wodurch der Strom des Brenngemisches befähigt wird, sowohl vor Eintritt in das Mischrohr
wie auch nach Verlassen des Mischrohres eine erhöhte Luftmenge aus der Atmosphäre
mitzureißen. Die Sauerstoffanreicherung wird somit in mehrfacher Weise bewirkt.
Das so erzielte, verbrehnungstechnisch hochwertige Gemisch führt nun in dem Hohlraum
der Schweißform zu einer vollkommeneren Verbrennung, als dies bisher infolge des
Sauerstoffmangels und auch infolge der unzureichenden Durchmischung möglich war.
Die Wärmeverluste bei der Verbrennung werden geringer, und die Verbrennungstemperatur
wird erhöht. Die Folge davon ist die erwünschte Verkürzung der Vorwärmedauer.
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Eine Ausführungsform des in Anspruch i gekennzeichneten Verfahrens
,ist in Abb. 2 dargestellt: a ist die Düse, welcher der dampf-oder gasförmige Brennstoff
entströmt, b das Mischrohr und c die zusätzliche, ringförmig angeordnete Düse mit
zwei oder mehreren schräg durch die Mischwand gehenden Ausströmöffnun.gen..Mit d
ist die Form; in deren Hohlraum die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches stattfindet,
und mit e der zu verschweißende Schienenquerschnitt bezeichnet. Durch die schräg
durch die Mischrohrwand gehenden Öffnungen der Zusatzdüse c strömt die zugesetzte
Preßluft oder der Sauerstoff mit großer Geschwindigkeit, vermischt sich mit dem
Brenngemisch, überträgt außerdem seine kinetische Energie auf dieses und verleiht
ihm dadurch ein stärkeres Luftansaugvermögen.
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Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens ermöglicht es, nunmehr
auch durch Erhöhung .des Brennstoffdruckes bzw. durch Vergrößerung der Brennstoffdüse
in der gleichen Zeit mehr Brennstoff in die Form zu blasen und durch entsprechende
Regulierung des zusätzlichen Preßluft- oder Sauerstoffstromes dennoch in der Form
eine vollkommene Verbrennung zu erreichen, was einer weiteren Beschleunigung der
Vorwärmung gleichkommt.
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Die bisherigen Versuche zur Ausführung des in Anspruch i gekennzeichneten
Verfahrens ergaben, daB derselbe Hitzegrad der Schweißstelle mit Hilfe des hier
beschriebenen Vorwärmeverfahrens in 8 bis io Minuten erreicht wird, der mit dem
normalen Gebläse, d. h. ohne Preßluft oder Sauerstoffzusatz, in 2o bis
30 Minuten erst erreicht wird (vgl. Abb. i).
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Will man die Vorwärmung der Schweißstelle noch mehr beschleunigen,
so empfiehlt es sich, erfindungsgemäß außer dem zusätzlichen Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen
Gas noch ein Brenngas mit höchster Verbrennungstemperatur, z. B. Wasserstoff oder
Acetylen,
in ähnlicher Weise in .das Mischrohr einzuführen. Die Mengen eines solchen heißbrennenden,
zusätzlich zugeführten Gases müssen so bemessen sein, daß die Zündgeschwindigkeit
des Gesamtbrenngemisches kleiner bleibt alsseine Strömungsgeschwindigkeit, da andernfalls
die Flamme aus .dem Hohlraum der Schweißform zurückschlägt, wodurch die ganze Vorwärmung
gestört und ihre Wirkung vermindert würde.
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EineAusführungsform dieses inAnspruch 2 gekennzeichneten Verfahrens
ist aus Abb. 3 ersichtlich, wo a die Hauptbrennstoffdü.se, b das. Mischrohr, c die
Hilfsdüse für das zusätzliche heißbrennende Gas, wie Wasserstoff oder Acetylen,
d die Hilfsdüse für die zusätzliche Preßluft oder den Sauerstoff o. dgl., e die
Gießform und f den zu schweißenden Schienenquerschnitt bezeichnen.
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Versuche haben gezeigt, d.aß durch gleichzeitige Zuführung von Preßluft
bzw. Sauerstoff und Wasserstoff bzw. Acetylen die Vorwärmung innerhalb der Gießform
noch um einige weitere Minuten verkürzt wird.