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Verfahren zur Behandlung der Lauffläche von Schienen Die Erfindung
betrifft die Beseitigung oder Verhinderung der Bildung dünner Ölfilme auf den Laufflächen
von Schienen, die ein Schlupfen der angetriebenen Räder einer Lokomotive bewirken
können und den elektrischen Kontakt zwischen den Rädern und den Schienen verschlechtern.
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Die Erfindung geht auf die Beobachtung zurück, daß auf den Laufflächen
-der Schienenköpfe mikroskopisch dünne ölfilme vorhanden sind. Diese dünnen Ölfilme
vermindern sowohl die Haftung der Wagenräder an der Schiene als auch den elektrischen
Kontakt zwischen den Rädern und der Schiene, was insbesondere bei den angetriebenen
Rädern der Loltomotive unangenehm ist. Die Filme selbst werden aus schmierigen Niederschlägen
gebildet, die an gewissen Stellen der Schienenköpfe vorhanden sind und Kieselsäure,
Eisen, Eisenoxd und C51 enthalten. Bei hoher relativer Feuchtigkeit bilden sich
aus diesen schmierigen Ablagerungen dünne, nahezu unsichtbare Schichten von @Öl,
die sich über die polierte Oberfläche der Schienenköpfe ausbreiten. Derartige Filme
sind nur einige Moleküle dick und enthalten Oxd- und Kieselsäurestaub, dessen Teilchen
oft nicht größer als 2 ,u sind. Das Öl entweicht aus den schmierigen Niederschlägen
und verbreitert sich auf' den Laufflächen in Form eines dünnen Films, der Drucken
von mehr als 5250 kg/cm2 widersteht. Dieses Kriechen des Öls ist
besonders
ausgeprägt, .wenn die Lauffläche, beispielsweise bei Nebel, Tau oder leichtem Regen,
feucht ist. ' Durch direktes Sonnenlicht werden diese dünnen Schichten infolge der
Oxydation des Öls ,zerstört, so daß das C51 -reicht länger Schmiereigenschaften
aufweist oder ein elektrischer Isolator ist. Unter starkem Regen wird der Ölgehalt
der schmierigen Niederschläge infolge der oben beschriebenen Kriechwirkung zuweilen
ausgewaschen. .
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Kommt ein starker Ölniederschlag an der Seite eines Schienenkopfes
in Berührung mit Wasser, so schwimmt .ein Teil -des Öls an die Oberfläche des Wassers.
Verdampft das Wasser, so hinterbleibt der Ölfilm auf der Schiene. Diese Art von
Ölfilmen ist jedoch nicht besonders schlüpfrig. Diese starken Ölablagerungen an
den Seiten der. Schienen enthalten. eine gewisse Menge Achslageröl, das teilweise
oxydiert ist. Dieses Material verbreitet sich nicht; kommt es aber mit Feuchtigkeit
oder Tau in Berührung, so verdrängt es das Wasser von der Metalloberfläche und verbreitet
sich schnell über die blanke Lauffläche. Das beruht nicht auf einer Ausbreitungswirkung
des 'Öls selbst, sondern aufeinem Gleichgewicht zwischen der -Oberflächenspannung
und der Hafturig zwischen folgenden Oberflächen: Wasser und Stahl, Öl und Stahl
und Öl und Wasser. DieseErscheinung soll nachstehend kürz als Kriechen bezeichnet
werden. Das Kriechen ist bei Metallen besonders ausgeprägt an hochpolierten, feuchten
Oberflächen. Infolgedessen werden die schlüpfrigen Filme äußerst schnell auf derartigen
-Metalloberflächen gebildet, zu denen auch die Laufflächen vonEisenbahnschienen
gehören, die im allgemeinen hochpoliert sind.
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Eine dünne Wasserschicht wird von der ebenen polierten Metalloberfläche
immer dann verdrängt werden, wenn oxydiertes Achslageröl gleichzeitig das Metall
und das Wasser berührt. Dies dürfte auf die größere Adhäsion des Öls am Metall zurückzuführen
sein.. Es bildet sich auf die'se Weise ein schlüpfriger Film von Öl aus, der in
direkter Berührung mit der Metalloberfläche steht und eine Lokomotive zu tragen
vermag.
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Seit vielen Jahren wird Sand auf die Oberfläche der Schienen gestreut,
um eine befriedigende Haftung zu bewirken. Beispielsweise streut der Lokomotivführer
an nebligen Morgen Sarid auf die als schlüpfrig bekannten Gleisstrecken. Durch dieses
Verfahren werden weder die dünnen Ölfilme noch die starken Olabscheidungen auf den-
Schienenköpfen direkt angegriffen, sondern es wird lediglich eine körnige Sandschicht
auf die Schiene niedergeschlagen. Die Räder der Lokomotive drükken ' die einzelnen
Sandkörner infolge des hohen Druckes durch den dünnen Ölfilm und bewirken dabei
eine genügende Haftring. Diese- Lösung- des Problems hat aber nur beschränkten Wert,
insbesondere.bei Filmen, die durch atmosphärische Bedingungen beeiüflußt werden,
wenn die Ansamm-Jung von Öl und Schmutz sich ändert, die Gleise' nur unregelmäßig
befahren werden und anderen Umständen mehr. Durch -den Sand werden hoher Verschleiß.
und Beschädigungen des laufenden Materials hervorgerufen. . Weiterhin wird durch
den von der Lokomotive gestreuten Sand der WicLerstand der Räder der folgenden Wagen
des Zuges stark erhöht. Durch den Sand tritt außerdem eine Verkru'stung und Verfestigung
des Schotters auf, die Schienenkontakte werden nachteilig beeinflußt, und die Weichen
und Gleisverbindungen bedürfen besonderer Wartung.
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"Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, die Lauffläche von
Schienen von dem dünnen Ölfilm zu befreien, ohne daß das rollende Material oder
der Unterbau beschädigt werden. Dadurch wird die Haftung beim Anfahren oder. Bremsen
einer Lokomotive oder eines Wagens erhöht und der elektrische gontekt zischen den
Rädern und den Schienen verbessert, was für das einwandfreie Funktionieren der Signale
von großer Bedeutung ist. Diese Verbesserung der Haftung tritt ohne Beschädigung
der Gleise, der Gleisbettung oder der Gleissignal- und Schaltvorrichtungen ein.
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Ein wirksamer Weg zur Verhinderung der Bildung schlüpfriger, isolierender
Ölfilme auf den Schienen wäre es, zu verhindern, daß Öl irgendwie an die Gleise.kömmt.
Dieses Verfahren .ist jedoch nicht durchführbar, weil das laufende Material geschmiert
werden muß. Ein großer Teil des !Öls, der auf die Schienen gelangt, stammt aus den
Achslagerbuchsen, aus denen Achslageröl austritt und an den äußeren Flächen der
Räder herunter auf die Lauffläche läuft'uüd auf diese Weise auf den Schienenkopf
von Herzstücken,. Weichen, die tiefere Schiene von Kurven und solche .Stellen gelangt,
an denen der äußere Teil der Lauffläche des Rades die Schiene berührt.
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Die Ausbreitung der -dünnen Ölfilme wird gemäß der Erfindung dadurch
verhindert, daß ein wasserabstoßendes Material auf die Lauffläche einer sauberen
Schiene aufgetragen wird. Zu diesem Zweck werden an der Lokomotive Behälter angebracht,
in denen aktive Mittel, wie keinigungsmittel, Lösungsmittel, Alkohole, Silikone,
fluorierte saure organische Verbindungen, beispielweise Perfluorbuttersäure, enthalten
sind, : mit denen die Schienen behandelt werden sollen. Die Silikone und die fluorierten
Säuren werden auf die sauberen Schienen aufgebracht, um einen wasserabweisenden
Film darauf zu bilden. Bei Schienen, die von Zeit zu Zeit. mit diesen Verbindungen
behandelt werden, tritt das Kriechen des Öls auf der Lauffläche nicht mehr auf.
Die genannten Materialien werden vorzugsweise in Form eines dünnen Films von der
fahrenden Lokomotive durch Aufsprühen, Aufstreichen od. dgl. auf die Schienen aufgebracht.
Es ist auch möglich, das Material auf die Lauffläche der Räder aufzubringen.
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In Fig. z ist ein Teil einer Lokomotive in Seitenansicht mit zwei
Behältern dargestellt, in denen das aktive Materialenthalten ist; Fig. a- ist die
Rückansicht einer Lokomotive, die mit Mitteln ausgestattet ist, um die aktiven Materialien
direkt auf die Lauffläche der Räder aufzubringen; in
Fig.3 sind
schmierige Ablagerungen an einem Wagenrad dargestellt.
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Der Behälter i (Fig. i) ist beispielsweise an einer Lokomotive :2
angebracht. Er ist mit einer Leitung 3 verbunden, die bis nahe an den Schienenkopf
q. reicht. Die Leitung 3 wird am unteren Ende durch eine Schelle 5 gehalten, die
am Gestell 6 befestigt ist.
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Das wasserabweichende Material wird auf die saubere Lauffläche des
Schienenkopfes q. beispielsweise derart aufgebracht, daß ein Luftstrom geringer
Geschwindigkeit aus einem Vorratstank an einer kleinen öfl:nung des Behälters i
vorbeigeführt wird und eine geringe Menge Flüssigkeit mitnimmt, die unter beträchtlicher
Geschwindigkeit durch das Rohr 3 zum Schienenkopf geleitet wird, auf dem fortlaufend
geringe, Mengen der Flüssigkeit niedergeschlagen werden. Damit die Teilchen auch
an der richtigen Stelle niedergeschlagen werden, ist am Ende der Leitung 3 zweckmäßig
eine Düse 7 angeordnet.
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Durch das so aufgebrachte Material wird die Bildung schlüpfriger Filme
verhindert, ebenso wie das Kriechen der Filme auf den Rädern oder der Schienenoberfläche.
Geeignete Materialien sind Silikone und fluorierte Säureverbindungen, die die Lauffläche
wasserabstoßend machen und auf diese Weise die Bildung von Wasserfilmen verhindern,
welche das Kriechen des Öls begünstigen würden. Je nach der Menge des aktiven Mittels
in dem zur Zerstäubung verwendeten Trägermittel kann die Sättigung der Luft in der
Leitung an Flüssigkeitsteilchen soweit erhöht werden, daß an Stelle eines atomisierten
Gases ein Sprühstrahl entsteht. Das Material kann in häufigen Zwischenräumen auf
die Schiene aufgebracht werden, um sie während der ganzen Benutzungsdauer von Ölfilmen
freizuhalten und braucht nicht erst dann aufgebracht zu werden, wie es jetzt beim
Sand geschieht, wenn es bekannt ist, daß die Lauffläche schlüpfrig ist. Die Lokomotive
kann mit normaler Geschwindigkeit ohne Radschlupf laufen, wenn gemäß der Erfindung
verfahren wird. Ein oder zwei Behandlungen je Woche genügen.
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In Fig. i ist noch ein anderes Verfahren zum Aufbringen des wasserabstoßenden
Materials -direkt auf die reine Schiene durch Aufwischen dargestellt. Bei diesem
Verfahren wird ein Behälter i i, eine Zufuhrleitung 12, eine Schelle 13, die am
Gestel: 6 befestigt ist, und ein Kissen 14 verwendet, das über die Zufuhrleitung
12 mit dem wasserabstoßenden Material versorgt wird und dieses auf die Lauffläche
der Schiene aufträgt. Das aktive Mittel tropft aus dem Behälter in die Zufuhrleitung
mit solcher Geschwindigkeit, daß eine Übersättigung des' Kissens 14 vermieden wird.
Die Zutropfgeschwindigkeit hängt von der Geschwindigkeit der Lokomotive und dem
Zustand der Gleise ab.
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Das Kissen 14 besteht aus einem porösen Material, das der beträchtlichenReibung
widersteht, beispielsweise aus einem Sintermaterial. Dieses Auf: tragverfahren kann
notfalls auch ohne das Kissen 14 durchgeführt werden, da das wasserabweisende Mittel
durch die Zufuhrleitung 12 auf die Schienenkopfoberfläche gelangt und einmal die
Räder und zum anderen das Kriechvermögen des wasserabweisenden Materials für eine
gleichmäßige Verteilung über die Lauffläche und einen Schutz sorgen würden.
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In Fig.2 sind andere Möglichkeiten der Aufbringung der aktiven Materialien
auf die Schiene dargestellt. Der Behälter 15 versorgt das mit der Schelle 18 am
Rahmen 6 befestigte Kissen 17 über die Leitung 16 mit dem wasserabweisenden Material.
Das Kissen 17 berührt die Lauffläche des Radreifens i9 und überträgt wasserabweisendes
Material auf die Lauffläche des Rades anstatt auf die Schiene. Das Kissen 17 wird
weniger. auf Reibung beansprucht als das. Kissen 1q.. Das Kriechen des Ölfilms wird
in beiden Fällen verhindert. Das auf die Lauffläche des Rades übertragene Mittel
wird in dünner Schicht auf die Schienenlauffläche übertragen und wirkt dort in gleicher
Weise, als wenn es direkt aufgetragen worden wäre.
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In Fig. 2 ist weiterhin ein Behälter 2o und eine oberhalb des Rades
mit einer Schelle 22 befestigte Leitung 21 dargestellt. Das Material tropft aus
der Leitung auf die Lauffläche des Rades. Diese Materialübertragung ist aber nur
bei niedrigeren Geschwindigkeiten bis zu 8 km/h brauchbar, da sonst durch die Zentrifugalkraft
ein großer Teil des Mittels abgeschleudert würde.
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In Fig. 3 ist ein Achslagerölkasten 2.4 des Rades 25 dargestellt.
In der gestrichelt mit 26 bezeichneten Stellung des Rades 25, wie sie beispielsweise
bei der inneren, unteren Schiene einer weiten Kurve gegeben ist, kann ein Teil des
schmierigen Niederschlages 27 auf die Schiene gelangen. Ähnliche Erscheinungen treten
bei Herzstücken und Weichen auf, bei denen die tragende Oberfläche ihre Gestalt
so stark ändert, daß der schmierige Niederschlag 27 mit dem Schienenkopf in Berührung
kommen kann.
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Bisher wurde die Verhinderung der Bildung von Ölfilmen auf der sauberen
Schienenoberfläche beschrieben. Da der Ölfilm der Grund für den Radschlupf und schlechte
Signalgebung ist, die insbesondere seit der umfassenderen Anwendung elektrischer
und dieselelektrischer Lokomotiven mit ihrer höheren Zugkraft und die einzeln angetriebenen
Triebachsen ein ernstes noblem darstellen, kann auch so vorgegangen werden, daß
der dünne .schlüpfrige Ölfilm und die schmierigen Niederschläge, aus denen sich
die Ölfilme bilden, durch aktive Mittel zerstört werden. Diese Maßnahme ist ein
notwendiger Teil des Behandlungsverfahrens und kann für sich allein schon kurzzeitig
die Bildung der Ölfilme verhindern. Durch Reinigungsmittel, Lösungsmittel und Alkohole
können die Ölfilme und die schmierigen Niederschläge, aus denen sie sich bilden,
beseitigt werden. Die Anwendung von Reinigungsmitteln ist dann besonders wichtig,
wenn es aus irgendwelchen Gründen nicht praktisch ist, die Schienen durch Überziehen
mit von Wasser nicht benetzbaren Verbindungen filmfrei zumachen. Die Häufigkeit
der Anwendung muß sich nach dem jeweiligen Zustand der Schienen richten.
Für
-verhältnismäßig dicke Schichten von Ölschmiere in Verbindung mit den dünnen Oberflächenfilmen
werden beispielsweiseEmulsionsreiniger auf Erdölbasis, meist gemischt mit Verdünnern,
durch Leitung 3 angewendet, während. die Lokomotive mit einer Geschwindigkeit- von
mehr als 3 km/h fährt. Die Leitungen 3 und i2 können beispielsweise 6 m voneinander
angeordnet.sein..-Durch Leitung 12 wird ein gesättigter Dampfstrahl geblasen, um
das emulgierte 01 zu entfernen. Reicht diese Reinigung nicht aus, so werden
außerdem-afkahsche Reiniger zur Entfernung der Schmutzreste verwendet. Durch die
gleichzeitige Anwendung von alkalischen Reinigern und Dampf lassen sich leicht Olansammlungen
beseitigen.
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Die Reinigungsvorrichtung kann ebenfalls an einem Wagen angebracht
werden, der entweder vor oder nach der Lokomotive fährt. Läuft er vor der Lokomotive,
-so reinigt er die Gleise für den Zug, vor dem er läuft, und durch die Reinigung
muß alles emulgierteÖl entfernt werden. Läuft er hinter der Lokomotive, so erfolgt
die Reinigung für einen nachfolgenden Zug.
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Nachdem die Schienen gereinigt und getrocknet sind, werden sie mit
einem von Feuchtigkeit nicht benetzbarem Material, wie oben beschrieben, behandelt.
Die Lauffläche kann künstlich, beispielsweise durch Erhitzen mit einer Flamme 23
oder durch andere auf dem Zug oder an den Schienen eingebaute Erhitzer getrocknet
werden. Obwohl es durch eine intensive Flamme möglich wäre, die Ölfilme auch ohne
weitere Räinigungsmittel zu entfernen, werden jedoch gewöhnlich zu große Mengen
Brennöl verbraucht.