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Verfahren und Vorrichtung zum Flammenhärten von Schienen Die Erfindung
bezieht sich auf das Flammenhärten von Schienen, bei denen die Lauffläche des Kopfes
und vorzugsweise auch dessen Seitenflächen bekanntlich eine besondere Härte, beispielsweise
eine Härte von q.oo bis 5oo Brinell, aufweisen müssen, um einen zu schnellen Verschleiß
der Lauffläche und der Seitenflächen zu vermeiden.
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Es ist bereits bekannt, das Härten durchzuführen, indem die zu härtenden
Oberflächen mittels eines Brenners auf beispielsweise 8o0'°' C erhitzt und dann.
abgeschreckt werden. Zu diesem Zweck wird eine aus einem Brenner und einer Einrichtung
zur Verteilung des Kühlmittels bestehende Vorrichtung benutzt, die in Längsrichtung
derart über die Schiene geführt wird, daß die Lauffläche und gegebenenfalls die
Seitenflächen des Schienenkopfes zunächst von der Brennerflamme und dann von dem
Kühlmittel bestrichen werden.
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Es wurde jedoch gefunden, daß auf diese Weise keine sämtlichen Anforderungen
genügende Härtung bewirkt wird. Diese Anforderungen umfassen, abgesehen von der
angestrebten Oberflächenhärte, eine Härtungszone von beispielsweise q. bis 5 mm
Tiefe und einen allmählichen Übergang von der Härtungszone zu dem darunterliegenden
nicht gehärteten Kern. Ist die letztere Anforderung nicht erfüllt, so entstehen
leicht Risse zwischen den beiden Zonen.
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Bekanntlich kann der allmähliche Übergang von einer gehärteten zu
einer nicht gehärteten Zone
dadurch erreicht werden, daß nach dem
Härten angelassen wird, wobei die Wärme entweder von außen oder von innen, d. h.
aus dem erhitzten, nicht gänzlich abgeschreckten Kern als Restwärme zugeführt wird.
Um den Kern des der Behandlung unterworfenen Werkstückes zu erhitzen, kann dessen
Temperatur im ganzen gesteigert werden, bevor die Abschreckung durchgeführt wird,
was jedoch, abgesehen von dem unwirtschaftlichen Wärmeverbrauch, zu einer weniger
wirkungsvollen Härtung führt.
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Nach einem bekannten Verfahren erfolgt die Wiederherstellung des Härtegefüges
nach dem Schweißen von Schienen durch Nacherhitzen mit Brennern,- jedoch ist hierbei
keine Steuerung der Wärmezufuhr bzw. deren Abstimmung gegenüber der zum Abschrecken
erforderlichen Kühlwirkung möglich. Insbesondere enthält die dieses Verfahren beschreibende-
Literaturstelle (schweizerische Patentschrift 175 o82) keine Angaben darüber, wie
die zur Behandlung nötige Wärmemenge zur rechten Zeit an der richtigen Stelle in
der Schiene anzusammeln ist. Dies führt beim praktischen Arbeiten nach dieser Anweisung
zu einem wirtschaftlich nicht vertretbaren, überflüssigen Wärmeaufwand, der das
bekannte Verfahren unrentabel macht.
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Demgegenüber muß, wie aus dem Nachfolgenden deutlich werden wird,
erfindungsgemäß nur die absolut notwendige Wärmemenge aufgebracht werden, so daß
Wärmeverluste vermieden werden und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gesichert
ist.
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Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Härten von Schienenköpfen,
nach welchem die zum Anlassen, d. h. zur Bewirkung eines allmählichen Übergangs
von der gehärteten zu der nicht gehärteten Zone, benötigte Wärme zur richtigen Zeit
und an der richtigen Stelle, d. h. auf wirtschaftlichste Weise zugeführt wird.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Unterseite des Schienenkopfes
unmittelbar bevor, während und/oder unmittelbar nach dem Erhitzen seiner Lauffläche
und gegebenenfalls seiner Seitenflächen mittels mindestens einer Brennerdüse erhitzt.
Der Ausdruck »Brennerdüse« ist hierbei in dem Sinn gebraucht, daß er eine beliebige
Düse oder andere Öffnung, mit deren Hilfe sich eine Flamme ausbildet, bedeutet.
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Auf diese Weise wird die zum Anlassen notwendige zusätzliche Wärme
an der geeignetsten Stelle und im geeignetsten Zeitpunkt zugeführt.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung der erwähnten
Art mit mindestens einer zusätzlichen Brennerdüse versehen, die eine Flamme gegen
die Unterseite des Schienenkopfes richtet, und zwar vor, innerhalb oder nach der
Ebene, in welcher die Heizflammen für die Härtung selbst liegen.
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Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung in zwei aufeinander
senkrechten Schnitten eine zur Durchführung des Verfahrens - geeignete Vorrichtung
als Beispiel.
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In Fig. r ist der zu behandelnde Schienenkopf mit r bezeichnet. Bei
der zum Behandeln des Kopfes benutzten und einen Teil davon umschließenden Vorrichtung
2 ist eine Kammer 3 mit einem Zufuhransatz q., durch welchen ein brennbares Gasgemisch
(beispielsweise ein Propan-Sauerstoffgemisch) aufgegeben wird, vorgesehen. Die dem
Schienenkopf gegenüberliegende Wand der Kammer weist eine große Anzahl Öffnungen
5 und 5' auf, mit deren Hilfe Flammen gegen den Schienenkopf gerichtet werden, derart,
daß die Öffnungen 5 auf die Lauffläche @ und die Seitenflächen der Schiene wirken,
während die Öffnungen 5' der Unterseite des Schienenkopfes gegenüberliegen. Die
Öffnungen 5 sind sämtliche in oder nächst einer zu der Längsachse der Schiene senkrechten
Ebene angeordnet, während die an dem unteren Teil der Gaskammer 3 vorgesehenen Öffnungen
5' sich über einen größeren Abstand in der Laufrichtung der Schiene erstrecken.
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Außer der Gaskammer .3 enthält die Vorrichtung noch eine Flüssigkeitskammer
6 (s. Fig. 2) mit Zufuhrleitung 7 für die Kühl- oder Härteflüssigkeit, beispielsweise
Wasser. Die Flüssigkeitskammer 6 liegt der Gaskammer 3 an und hat ungefähr dieselbe
Form, erstreckt.sich jedoch nur über die Lauffläche- und die Seitenflächen des Schienenkopfes.
Durch die. Öffnungen 8 werden Spritzstrahlen des Kühlmittels gegen die Lauffläche
und die Seitenflächen des Schienenkopfes,-jedoch nicht gegen dessen Unterseite gerichtet.
Da die Flüssigkeitskammer der Gaskammer eng anliegt, wird die letztere außerdem
intensiv gekühlt, was die Lebensdauer des Brenners erhöht.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung wird in Richtung des
Pfeiles (Fig. 2) über die Schiene bewegt und kann zu diesem Zweck auf einem Fahrzeug
montiert sein, das über die Schiene läuft. Auf diese Weise wird der Schienenkopf
auf seiner Länge nacheinander durch die Gasflammen erhitzt und dann an der erhitzten
Stelle durch die Kühlflüssigkeit abgeschreckt, wobei ein Abschrecken jedoch nur
an der Lauffläche und den Seitenflächen erfolgt, welche dadurch gehärtet werden.
Die Unterseite des Schienenkopfes wird durch die aus den Öffnungen 5' austretenden
Flammen intensiv, beispielsweise auf Kirschrotglut, d. h. auf etwa 750" C erhitzt.
Das Erhitzen der Unterseite des Schienenkopfes beginnt zum Teil bereits bevor die
Lauffläche und die Seitenflächen erhitzt werden und dauert noch fort, nachdem diese
Flächen bereits abgeschreckt worden sind.
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Gegebenenfalls kann die Wärmezufuhr zur Unterseite des Kopfes wahlweise
nur während eines Teiles dieser Erhitzungsdauer stattfinden, z. B. nur bevor, während
oder nach Erhitzung der oberen Flächen des Kopfes oder mit einer Kombination von
zwei solchen Perioden.
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Die der Unterseite des Schienenkopfes zugeführte Wärme erwärmt den
Schienenkopf bis zu der gehärteten Zone und führt so zu einem teilweisen Anlassen,
das gegen die Oberfläche hin abnimmt, was sich in einem allmählichen Härteanstieg
gegen
die Außenseite zu ohne plötzlichen Übergang auswirkt.
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Es wurde gefunden, daß bei einem auf diese Weise behandelten Schienenkopf
die Härte von der Außenseite bis zu einer Tiefe von etwa 4 mm praktisch konstant
ist und dann allmählich abnimmt, bis sie in einer Tiefe von etwa io mm den Wert
des ungehärteten Materials erreicht. Bei einem Schienenkopf, dem keine zusätzliche
Wärme von unten ztigefülüt-,%vorden war, war die Zone, innerhalb deren die Härte
abfiel, bedeutend schmäler, 'd. h., sie betrug nicht mehr als einen Bruchteil von
i mm, was die Neigung zum -Auftreten von Rissen zwischen der gehärteten und der
nicht gehärteten Zone vergrößerte.
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Anstatt die Hürtevorrichtung über die Schiene zit bewegen, kann auch
umgekehrt die Schiene bewegt werden und die Härtevorrichtung stillstehen.
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Die Öffnungen oder Düsen zum Beheizen der Schienenkopfunterseite können
auch in einer von der in der Zeichnung dargestellten verschiedenen Ausführungsform
angeordnet sein. So kann es beispielsweise manchmal zweckmäßig sein, die meisten
Öffnungen in der Nähe der Ebene anzuordnen, in welcher auch die Öffnungen für die
Härteflammen liegen, oder sie können auf nur einer Seite dieser Ebene angeordnet
sein. Ebenso können die zum Beheizen der Schienenkopfunterseite bestimmten Düsen
als selbständige Düsen ausgeführt sein, die dem übrigen Teil der Vorrichtung in
beweglicher Weise zugeordnet sind. Die letztere Ausführungsform kann von Wichtigkeit.
sein, wenn die Vorrichtung zur Behandlung von bereits verlegten Schienen benutzt
und die Vorrichtung einer Schiene von oben her aufgesetzt werden soll. In diesem
Fall sind die Heizdüsen für die Schienenkopfunterseite so angeordnet, daß sie bewegt
oder seitwärts gedreht werden können, um das Überstülpen der Vorrichtung über den
Schienenkopf zu ermöglichen. Die Beweglichkeit dieser Düse kann auch im Hinblick
auf ihre Einstellung gegenüber dem Schienenkopf zweckmäßig sein.
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Als Abschreckmittel kann unter gewissen Bedingungen an Stelle einer
Flüssigkeit auch ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft, Anwendung finden.
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Die Verwendung von Propan als Brennstoff zum Härten von hochwertigem
Stahl, wie er für Schienen benutzt wird, hat bestimmte Vorteile im Vergleich mit
Brennstoffen, die zur Bildung von freiem Wasserstoff in den Verbrennixngsgasen führen.
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Der Ausdruck »Schienen«, wie er in der Beschreibung und in den Ansprüchen
benutzt wird, schließt andere Stahlgegenstände von ähnlicher Form ein.