EP1201329A2 - Verfahren und Rollenrichtmaschine zum Richten von Schienen - Google Patents

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EP1201329A2
EP1201329A2 EP01125208A EP01125208A EP1201329A2 EP 1201329 A2 EP1201329 A2 EP 1201329A2 EP 01125208 A EP01125208 A EP 01125208A EP 01125208 A EP01125208 A EP 01125208A EP 1201329 A2 EP1201329 A2 EP 1201329A2
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EP
European Patent Office
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straightening
rail
rollers
roller
straightening rollers
Prior art date
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EP01125208A
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French (fr)
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EP1201329B1 (de
EP1201329A3 (de
Inventor
Wilhelm Prof. Dr.-Ing. Guericke
Wilhelm Dr. Ing. Heller
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ThyssenKrupp GfT Gleistechnik GmbH
Original Assignee
Krupp GfT Gesellschaft fuer Technik mbH
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Application filed by Krupp GfT Gesellschaft fuer Technik mbH filed Critical Krupp GfT Gesellschaft fuer Technik mbH
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Publication of EP1201329A3 publication Critical patent/EP1201329A3/de
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Publication of EP1201329B1 publication Critical patent/EP1201329B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/02—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts by rollers
    • B21D3/05—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts by rollers arranged on axes rectangular to the path of the work

Definitions

  • the invention relates to a method for straightening Rails.
  • Rails made by hot rolling or another Thermoforming processes are usually produced based on their temperature at the end of hot forming cooled to ambient temperature on a cooling bed. Because of the different ratios of mass to Surface on the rail head and on the rail base arise thereby long-wave bends. In addition, you can through the deformation process itself and the subsequent ones Short-wave transport processes Straightness deviations are caused. To similar ones Shape errors occur with rails coming from the Deformation heat can be cooled or accelerated be subjected to additional heat treatment.
  • DE-A 36 05 648 is a method and a device for straightening railroad tracks remove.
  • the tenor here is that the rail during as they pass through the machine changing bends are imprinted in the so-called directional triangles, and so that the rail when straightening one overall curved trajectory with the center of curvature takes place below the rail foot.
  • the rail runs through the straightening machine from one to the other Spout in an arc over the rail foot - overlaid of the mutual bends in the individual Directional triangles.
  • EN 13 674-1 "Rail superstructure, symmetrical wide foot rails from 46 kg / m", draft September 1999. Corresponding values can be assumed for the rail head. At the same time, EN 13 674-1 limits the maximum vertical flatness deviation over a reference length of three meters to a maximum of 0.3 mm.
  • Optimal straight Rails are therefore a prerequisite for one high driving comfort and a low dynamic load of the rail vehicles and the track superstructure.
  • the object of the invention is based on the above-described prior art To create processes for roller straightening, which without additional facilities and means of judging Rails without the risk of high Residual tension enables. In addition, a Straightening machine with simple means be trained to do the necessary technical requirements are sufficient.
  • a Roller straightening machine for straightening rails including several groups on the one hand on the rail foot and on the other hand straightening rolls on the rail head, by which can be specified by the individual in the group
  • Direction of the rail are adjustable, such that in Infeed area of the straightening machine, formed by the first three straightening roles of the groups, at least one Judging role versus the remaining judging roles of other group with a higher degree of delivery so adjustable is that at the last straightening roll of the infeed area a maximum value of the bending deformation can be achieved.
  • those roles that in Followed by the straightening role on which the maximum value of the bending deformation is reached from be run through the rail so that the Amplitude of bending deformation on each of these rolls is degraded degressively with the greatest possible degression. This can lead to the development of residual tensile stresses can be avoided particularly effectively. It is cheap in this context furthermore when the roles that the one following the role with the highest Bending deformation positioned rollers are passed through, so that the rails in the Transition area of the elastic-plastic alternate bend be brought into the straight state.
  • the level of residual stresses across the cross-section the directional rail can be achieved in that starting from an initial setting the employment of rolls of the straightening machine positioned in the outlet area about the ratio of the bending curvatures to the relevant roles is varied from about 0.7 to 1.3.
  • the inventive method can be in excellently on conventionally constructed Perform straightening machines where the straightening rollers of the first group offset in the direction of conveyance of the rail the roles of the second group are arranged.
  • the spacing of the straightening rolls in a plane is generally called Called division. In practice it is common Rail straightening machines with divisions from 1400 - 1800 mm interpreted.
  • the division of roles on one Straightening machine same, different size or variable be adjustable.
  • the rollers can be in the machine horizontally one above the other or vertically next to one another be arranged.
  • Conventional straighteners are adjustable Top rollers or equipped with adjustable castors.
  • the alternating ones necessary for the straightening process Bends are in the so-called directional triangles achieved.
  • known straighteners in question standing type form two straightening roles of the one Group with a standard role of the other group such a triangle.
  • the Straightening roll at which the highest bending deformation is achieved will be the last role of a Directional triangle is.
  • the directional triangle in question to which the directional role is assigned at which the highest bending deformation is reached in the lead-in area by the rail through the directional path is arranged. To this Way, the gradual degradation of the highest Bending deformation even on machines with a low Number of rolls done safely.
  • straightened machine R in a conventional manner straightened machine R is at least seven Straightening rolls 1 - 7 equipped.
  • the odd-numbered straightening rolls 1, 3, 5 and 7 of the Straightener R are the rail foot F of the rail S assigned while the even-numbered towards the Rail (S) adjustable straightening rollers 2,4,6 on the Rail head K act.
  • the K assigned straightening roles 2,4,6 are in Direction of conveyance P of the rail S offset in this way the straightening rollers 1,3,5,7 assigned to the rail foot F. arranged that each of the straightening rollers 2,4,6 in With respect to the horizontal in the middle between one Pair of straightening rollers 1,3,5 and 7 is arranged.
  • the straightening rollers 1, 2 and 3 form the Cornerstones of a first directional triangle RD1.
  • the first three straightening rolls 1 - 3 are the infeed area of the Rail S defined.
  • a second triangle RD2 is shown in reverse arrangement by straightening rollers 2, 3 and 4 formed a third right triangle RD3 through the Straightening rolls 3, 4, 5 etc.
  • the straightening triangles are RD1 to RD3 in Fig. 1 indicated by dashed lines.
  • a triangle RD1, RD2, RD3, ... associated straightening rollers 1-7 the rail S in alternately bent.
  • the straightening roller 2 assigned to the rail head K is so in the direction of the rail foot F, that the rail S in the inlet area (1 - 3) at Passing the straightening roller 3 a maximum bending deformation experiences.
  • Straightening roll 4 becomes the steady
  • the curvature of the rail S is gradually reduced, in such a way that the employment of the further straightening rolls 4 and 6 turns out to be less than that of straightening roll 2 in the infeed area of the leveler R.
  • the gradation is chosen so that the last one is still plastic significant bending deformation on the rail foot F assigned straightening roll 5 takes place.
  • Example 1A relates to rails with normal or small differences in curvature after cooling, while Example 1B applies to rails with larger differences in curvature: straightening roller assignment Embossed curvature k * / v of the rail Example 1A
  • Example 1B 1 rail 0 0 2 railhead 3.6 4.0 3 rail -3.7 -4.3 4 railhead 3.1 3.9 5 rail -1.9 -2.6 6 railhead 0.7 1.1 7 rail 0 0
  • a curvature is positive defined when the bend on a straightening roll over the Rail head K takes place, i.e. on reels 2, 4 and 6.
  • the curvatures are defined as negative if the Bending takes place over the rail foot F, i.e. to the Straightening rolls 3 and 5.
  • the straightening machine shown in Fig. 2 is nine Straightening rollers 11 - 19 equipped, of which in the The difference for example according to FIG. 1 is not that Rail head K assigned even-numbered straightening rollers 12, 14, 16, 18, but those assigned to the rail foot F. odd straightening rolls 11,13,15,17,19 in the direction of Rail S are installed and deliverable.
  • the larger number of Straightening rollers 11-19 has the advantage that the means suitable employment of straightening rollers 11, 13 and 15 maximum set curvature of the rail S up to Straightening roll 15 very quickly to a low one Curvature value can be returned, so that at the Straightening rolls 16, 17 and 18 only with a small one Curvature amplitude must be directed.
  • Table 2 gives an example of the bending curvatures k * / v imprinted on the individual straightening rollers when straightening a rail S in the straightening machine shown in FIG. 2.
  • Table 2 is as positively defines a curvature when the bend is on a roll takes place over the rail head K, i.e. to the Rollers 12, 14, 16 and 18.
  • the curvatures are negative defined when the bend over the rail foot F takes place, i.e. on the rollers 13, 15 and 17. It can be seen that in this example, too, that in the inlet area 11-13 intended straightening roller 13 the highest bending curvature having.
  • the influencing factors are the technical data the straightening machine R (pitch; diameter, number, type the employment of the judging roles; Deformation of the Straightener R as a result of the straightening process).
  • straightening the rails S can also be carried out on straightening machines with more than nine roles are equipped. It turns out that on such machines further lower the Residual stresses can be achieved.
  • FIG. 3 shows a diagram which is shown in comparative comparison the plastic Bending work according to the prior art with the Subject of the invention explained.
  • Figure 3 relates to a roller straightener with seven straightening rollers, like her is shown for example in Figure 1. Above the The number of straightening rolls is the plastic bending work applied. With ⁇ the bending work is in accordance with the Technology and with ⁇ is the bending work according to Subject of the invention meant. It can be seen that the Bending work on the straightening roll in the subject of the invention 3 is highest and compared to the following straightening roles the other curve decreases significantly.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Straightening Metal Sheet-Like Bodies (AREA)
  • Wire Processing (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Verfahren zum Richten von Schienen (S), bei dem die Schienen (S) eine Rollenrichtmaschine (R) durchlaufen, welche eine Gruppe den Schienenfuß (F) berührender Richtrollen (1,3,5,7;11,13,15,17,19) und eine Gruppe den Schienenkopf (K) berührender Richtrollen (2,4,6;12,14,16,18) aufweist, wobei mindestens die Richtrollen (2,4,6;11,13,15,17,19) einer dieser Gruppen in Richtung der Schiene (S) anstellbar sind, bei dem die Anstellung der anstellbaren Richtrollen (2,4,6;11,13,15,17,19) so gewählt wird, daß im Einlaufbereich der Richtmaschine, gebildet durch die ersten drei Richtrollen (1,2,3;11,12,13) beider Gruppen, an einer Richtrolle (3,13) ein, verglichen mit den an den anderen Richtrollen (4-7,14-19) erzielten Verformungen, maximaler Wert der Biegeverformung erreicht wird, und bei dem diejenigen Richtrollen (4,6;15,17,19), die im Anschluß an die Richtrolle (3;13) von der Schiene (S) durchlaufen werden, so angestellt werden, daß diese maximale Biegeverformung an den weiteren Richtrollen (4-7,14-19) um jeweils einen vorgebbaren Betrag abgebaut wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten von Schienen.
Schienen, die durch Warmwalzen oder ein anderes Warmformverfahren erzeugt werden, werden in der Regel ausgehend von ihrer Temperatur am Ende der Warmverformung auf einem Kühlbett auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Wegen der unterschiedlichen Verhältnisse von Masse zu Oberfläche am Schienenkopf und am Schienenfuß entstehen dabei langwellige Verbiegungen. Darüber hinaus können durch den Verformungsprozeß selbst und die anschließenden Transportvorgänge kurzwellig verlaufende Geradheitsabweichungen verursacht werden. Zu ähnlichen Formfehlern kommt es bei Schienen, die aus der Verformungshitze beschleunigt abgekühlt werden oder einer ergänzenden Wärmebehandlung unterzogen werden.
Die mit derartigen Abweichungen von der Geradheit behafteten Schienen sind als solche für den Gleisbau nicht zu gebrauchen und müssen deshalb nach dem Abkühlen gerichtet werden. Das Richten erfolgt üblicherweise auf einer Richtmaschine, die mit einer ungeraden Zahl, insbesondere sieben oder neun, Richtrollen ausgestattet ist. Die jeweils ungradzahligen (1.,3.,5.,...) Richtrollen sind dabei im allgemeinen dem Schienenfuß zugeordnet, während die geradzahligen (2.,4.,6.,...) Richtrollen auf den Schienenkopf wirken.
Durch das Rollenrichten entstehen an und unter der Fahrfläche des Schienenkopfs und im mittleren Bereich der Unterseite des Schienenfußes hohe Zugeigenspannungen. Es ist festgestellt worden, daß diese Zugeigenspannungen die Bruchsicherheit der Schienen bei statischer und dynamischer Beanspruchung vermindern. Diesen Spannungen überlagern sich im Betrieb noch die Kontaktspannungen, die durch die auf den Schienen abrollenden Räder verursacht werden. Diese Kontaktspannungen lösen wiederum Biegezug- und -druckspannungen aus. Weitere Spannungen entstehen aus dem Unterschied der jeweils aktuell gegebenen Schienentemperatur zur Verspannungstemperatur.
Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, die durch das Rollenrichten verursachten Zugeigenspannungen zu mindern. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, ein Spannungsarmglühen, ein Reckrichten (DE-A 32 23 346), ein seitliches Richten (DE-C 19 42 929), ein Richten mit erhöhter Schienenstegtemperatur (DE-C 35 01 522), eine kurzzeitige Schienenstegerwärmung (DE-C 197 20 061) oder ein Richten mit vergrößerten Kontaktflächen zwischen den Richtrollen und der jeweils gerichteten Schiene durchzuführen (DE-C 41 37 459), um die Eigenspannungen herabzusetzen. Großtechnisch durchgesetzt hat sich jedoch keiner dieser Vorschläge. Dies ist zum einen durch die hohen Zusatzkosten und zum anderen durch das Fehlen geeigneter technischer Einrichtungen begründet.
Darüber hinaus ist der DE-A 36 05 648 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten von Eisenbahnschienen zu entnehmen. Tenor ist hierbei, daß der Schiene während ihres Durchlaufs durch die Maschine wechselnde Biegungen in den sogenannten Richtdreiecken aufgeprägt werden, und zwar so, daß die Schiene beim Richten einer insgesamt gekrümmten Durchlaufbahn mit dem Krümmungsmittelpunkt unterhalb des Schienenfußes erfolgt. Demzufolge durchläuft die Schiene die Richtmaschine vom Ein- bis zum Auslauf in einem Bogen über den Schienenfuß - überlagert von den wechselseitigen Biegungen in den einzelnen Richtdreiecken.
Die beim Rollenrichten an der Unterseite des Schienenfußes einzuhaltenden, maximal zulässigen Längszugeigenspannungen sind in der EN 13 674-1 "Oberbau Schienen, symmetrische Breitfußschienen ab 46 kg/m", Entwurf September 1999 auf höchstens 250 N/mm2 begrenzt worden. Für den Schienenkopf ist von entsprechenden Werten auszugehen. Gleichzeitig begrenzt die EN 13 674-1 die maximale vertikale Ebenheitsabweichung auf einer Bezugslänge von drei Metern auf höchstens 0,3 mm.
Der heutige Hochgeschwindigkeitsverkehr stellt besonders hohe Anforderungen an die Geradheit von Schienen und deren Bruchsicherheit. Durch einen optimal geradlinigen Zustand der Schienen wird bei geringen vertikalen und horizontalen Schwingungsanregungen ein ruhiger Fahrzeuglauf gewährleistet. Optimale gerade verlaufende Schienen sind daher Voraussetzung für einen besonders hohen Fahrkomfort und eine geringe dynamische Belastung der Schienenfahrzeuge und des Gleisoberbaus.
Die hohen an den geraden Oberflächenverlauf von Schienen gestellten Anforderungen machen erhebliche Biegeverformungen während des Rollenrichtens erforderlich. Anders läßt sich die geforderte Maßhaltigkeit nicht erreichen. Ein derart "scharf" durchgeführtes Rollenrichten ruft jedoch erhebliche Zugeigenspannungen hervor.
Auch Versuche, die Entstehung von Zugeigenspannungen und die Vorgänge beim Rollenrichten allgemein durch FEM-Berechnungen und Simulationsbetrachtungen nachzuvollziehen, haben keine Resultate erbracht, die in der Praxis zu einer unmittelbar verwertbaren Verbesserung geführt hätten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ein Verfahren zum Rollenrichten zu schaffen, welches ohne zusätzliche Einrichtungen und Mittel das Richten von Schienen ohne die Gefahr des Entstehens hoher Zugeigenspannungen ermöglicht. Darüber hinaus soll eine Richtmaschine mit einfachen Mitteln dergestalt weitergebildet werden, daß sie den erforderlichen technischen Anforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Richten von Schienen gelöst,
  • bei dem die Schienen eine Rollenrichtmaschine durchlaufen, welche eine Gruppe den Schienenfuß berührender Richtrollen und eine Gruppe den Schienenkopf berührender Richtrollen aufweist, wobei mindestens die Richtrollen einer dieser Gruppen in Richtung der Schiene anstellbar sind,
  • bei dem die Anstellung der anstellbaren Richtrollen so gewählt wird, daß im Einlaufbereich der Richtmaschine, gebildet durch die ersten drei Richtrollen beider Gruppen, an einer Richtrolle ein, verglichen mit den an den nachfolgenden Richtrollen erzielten Verformungen, maximaler Wert der Biegeverformung erreicht wird, und
  • bei dem diejenigen Richtrollen, die im Anschluß an die Richtrolle von der Schiene durchlaufen werden, so angestellt werden, daß diese maximale Biegeverformung an den weiteren Richtrollen um jeweils einen vorgebbaren Betrag abgebaut wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Darüber hinaus wird die Aufgabe auch gelöst durch eine Rollenrichtmaschine zum Richten von Schienen, beinhaltend mehrere Gruppen von einerseits am Schienenfuß und andererseits am Schienenkopf anliegenden Richtrollen, von denen vorgebbare Richtrollen einzelner der Gruppe in Richtung der Schiene anstellbar sind, dergestalt, daß im Einlaufbereich der Richtmaschine, gebildet durch die ersten drei Richtrollen der Gruppen, mindestens eine Richtrolle gegenüber den verbleibenden Richtrollen der anderen Gruppe mit größerem Zustellungsgrad so anstellbar ist, daß an der letzten Richtrolle des Einlaufbereiches ein maximaler Wert der Biegeverformung erreichbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rollenrichtmaschine sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorzugsweise werden dabei diejenigen Rollen, die im Anschluß an die Richtrolle durchlaufen werden, an welcher der maximale Wert der Biegeverformung erreicht wird, von der Schiene durchlaufen werden, so angestellt, daß die Amplitude der Biegeverformung an jeder dieser Rollen degressiv mit möglichst hoher Degression abgebaut wird. Dadurch kann die Entstehung von Zugeigenspannungen besonders wirkungsvoll vermieden werden. Günstig ist es in diesem Zusammenhang darüber hinaus, wenn die Rollen, die nach den im Anschluß an die Rolle mit der höchsten Biegeverformung positionierten Rollen durchlaufen werden, so angestellt werden, daß die Schienen im Übergangsbereich der elastisch-plastischen Wechselbiegung in den geraden Zustand überführt werden.
Eine gezielte Verteilung der ohnehin auf einem niedrigen Niveau vorliegenden Eigenspannungen über den Querschnitt der gerichteten Schiene läßt sich dadurch erreichen, daß ausgehend von einer Anfangseinstellung die Anstellung der im Auslaufbereich positionierten Rollen der Richtmaschine über das Verhältnis der Biegekrümmungen an den betreffenden Rollen von etwa 0,7 bis 1,3 variiert wird.
An einer üblichen Richtmaschine wird gemäß der Erfindung im Zuge des Richtvorgangs mittels Anstellung einer Richtrolle eine maximale Biegeverformung an einer Rolle verursacht, die mit dem Schienenfuß in Berührung ist. Diese Verformung reicht aus, um den gewünschten Richteffekt zu erreichen. Die durch diese maximale Biegeverformung hervorgerufene stetige Krümmung der Schiene wird an den anschließend passierten Richtrollen durch Wechselbiegung der Schiene mit stufenweise abnehmender Amplitude abgebaut.
Überraschend hat sich gezeigt, daß auf diese Weise Schienen gerichtet werden können, die eine optimale Geradheit bei geringen Zugeigenspannungen aufweisen. Aufwendiger Nachbehandlungen der erfindungsgemäß gerichteten Schiene bedarf es dazu nicht.
Besonders gute Ergebnisse des Richtens bei gleichzeitig minimierten Zugeigenspannungen können erreicht werden, wenn die Biegerichtrolle, an welcher die maximale Biegeverformung erreicht wird, dem Schienenfuß zugeordnet ist. Dabei ist es ebenso günstig, wenn die Abstufung der einzelnen Verfomungsschritte beim Abbau der maximalen Biegeverformung so ausgelegt ist, daß die Biegerichtrolle, an der die letzte Verformung der Schiene beim stufenweisen Abbau der maximalen Biegeverformung erreicht wird, ebenfalls dem Schienenfuß zugeordnet ist. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei einer derartigen Verteilung der stufenweisen "Rückverfomung" der Schiene sich ein Minimum an Zugeigenspannungen bei gleichzeitig optimierter Geradheit erreichen läßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in hervorragender Weise auf herkömmlich aufgebauten Richtmaschinen durchführen, bei denen die Richtrollen der ersten Gruppe in Förderrichtung der Schiene versetzt zu den Rollen der zweiten Gruppe angeordnet sind. Der Abstand der Richtrollen in einer Ebene wird allgemein als Teilung bezeichnet. In der Praxis ist es üblich, Schienenrichtmaschinen mit Teilungen von 1400 - 1800 mm auszulegen. Die Teilung der Rollen kann an einer Richtmaschine gleich, unterschiedlich groß oder variabel einstellbar sein. Die Rollen können in der Maschine horizontal übereinander oder vertikal nebeneinander angeordnet sein.
Herkömmliche Richtmaschinen sind dabei mit anstellbaren Kopfrollen oder mit anstellbaren Fußrollen ausgerüstet. Die für den Richtprozeß nötigen alternativ wechselnden Biegungen werden in den sogenannten Richtdreiecken erzielt. Bei bekannten Richtmaschinen der in Rede stehenden Art bilden jeweils zwei Richtrollen der einen Gruppe mit einer Richtrolle der jeweils anderen Gruppe ein solches Richtdreieck. Im Hinblick auf die Erfindung ist es in diesem Zusammenhang günstig, wenn die Richtrolle, an der die höchste Biegeverformung erreicht wird, die zuletzt passierte Richtrolle eines Richtdreiecks ist. Günstig ist es darüber hinaus, wenn das betreffende Richtdreieck, dem die Richtrolle zugeordnet ist, an der die höchste Biegeverformung erreicht wird, im Einlaufbereich der von der Schiene durchlaufenen Richtstrecke angeordnet ist. Auf diese Weise kann der stufenweise Abbau der höchsten Biegeverformung auch auf Maschinen mit einer geringen Rollenzahl sicher erfolgen. So läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auf Richtmaschinen durchführen, die in bekannter Weise mit sieben oder mehr Richtrollen ausgestattet sind. Dabei ist es im Hinblick auf die angestrebte Minimierung der Zugeigenspannungen günstig, wenn die jeweils ungradzahligen Richtrollen dem Schienenfuß zugeordnet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1
einen Ausschnitt einer liegenden Richtmaschine in einer Draufsicht;
Fig. 2
einen Ausschnitt einer stehenden Richtmaschine in seitlicher Ansicht.
Fig. 3
Vergleichende Gegenüberstellung der plastischen Biegearbeit gemäß Stand der Technik mit dem Erfindungsgegenstand.
Die in Fig. 1 dargestellte, in herkömmlicher Weise aufgebaute Richtmaschine R ist mit mindestens sieben Richtrollen 1 - 7 ausgestattet.
In der Richtmaschine R werden Schienen S gerichtet, die zuvor durch Warmwalzen erzeugt und auf einem nicht dargestellten Kühlbett von der Walzendtemperatur auf Raumtemperatur abgekühlt worden sind.
Die jeweils ungeradzahligen Richtrollen 1,3,5 und 7 der Richtmaschine R sind dem Schienenfuß F der Schiene S zugeordnet, während die geradzahligen in Richtung der Schiene (S) zustellbaren Richtrollen 2,4,6 auf den Schienenkopf K wirken. Die dem Schienenkopf K zugeordneten Richtrollen 2,4,6 sind dabei in Förderrichtung P der Schiene S derart versetzt gegenüber den dem Schienenfuß F zugeordneten Richtrollen 1,3,5,7 angeordnet, daß jeweils eine der Richtrollen 2,4,6 in Bezug auf die Horizontale jeweils mittig zwischen einem Paar der Richtrollen 1,3,5 und 7 angeordnet ist. Auf diese Weise bilden die Richtrollen 1,2 und 3 die Eckpunkte eines ersten Richtdreiecks RD1. Durch die ersten drei Richtrollen 1 - 3 wird der Einlaufbereich der Schiene S definiert. Ein zweites Richtdreieck RD2 wird in umgekehrter Anordnung durch die Richtrollen 2,3 und 4 gebildet, ein drittes Richtdreieck RD3 durch die Richtrollen 3,4,5 etc. Die Richtdreiecke RD1 bis RD3 sind in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. Zwischen den jeweils einem Richtdreieck RD1,RD2,RD3,... zugeordneten Richtrollen 1 - 7 wird die Schiene S in alternierender Richtung biegeverformt.
Die dem Schienenkopf K zugeordnete Richtrolle 2 ist dergestalt in Richtung auf den Schienenfuß F angestellt, daß die Schiene S im Einlaufbereich (1 - 3) beim Passieren der Richtrolle 3 eine maximale Biegeverformung erfährt. Beginnend mit der anschließend passierten Richtrolle 4 wird die dadurch hervorgerufene stetige Krümmung der Schiene S stufenweise verringert, dergestalt, daß die Anstellung der weiteren Richtrollen 4 und 6 geringer ausfällt, als diejenige der Richtrolle 2 im Einlaufbereich der Richtmaschine R. Die Abstufung ist dabei so gewählt, daß die letzte noch als plastisch zu bezeichnende Biegeverformung an der dem Schienenfuß F zugeordneten Richtrolle 5 erfolgt.
Die bei der Durchführung des Richtvorgangs erforderlichen Biegekrümmungen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 für zwei Beispiele angegeben. Beispiel 1A bezieht sich dabei auf Schienen mit normalen bzw. geringen Krümmungsdifferenzen nach der Abkühlung, während Beispiel 1B für Schienen mit größeren Krümmungsdifferenzen gilt:
Richtrolle Zuordnung Aufgeprägte bezogene Biegekrümmung k * / v der Schiene
Beispiel 1A Beispiel 1B
1 Schienenfuß 0 0
2 Schienenkopf 3,6 4,0
3 Schienenfuß -3,7 -4,3
4 Schienenkopf 3,1 3,9
5 Schienenfuß -1,9 -2,6
6 Schienenkopf 0,7 1,1
7 Schienenfuß 0 0
Erkennbar ist, daß die maximale Biegekrümmung in beiden Beispielen im Bereich der Richtrolle 3 vorgesehen ist. Als positiv ist in diesem Zusammenhang eine Krümmung definiert, wenn die Biegung an einer Richtrolle über den Schienenkopf K erfolgt, d.h. an den Rollen 2, 4 und 6. Als negativ sind die Krümmungen definiert, wenn die Biegung über den Schienenfuß F erfolgt, d.h. an den Richtrollen 3 und 5.
In praktischen Versuchen an Schienen des Profils UIC60 in Güte UIC900A hat sich gezeigt, daß auf einer gemäß Fig. 1 ausgebildeten Richtmaschine bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise nach dem Richten die Längszugspannungen im Schienenkopf K gegenüber den sich bei üblicher Vorgehensweise einstellenden Längszugspannungen um mehr als die Hälfte reduziert sind.
Die in Fig. 2 gezeigte Richtmaschine ist mit neun Richtrollen 11 - 19 ausgestattet, von denen im Unterschied zum Beispiel gemäß Fig. 1 nicht die dem Schienenkopf K zugeordneten geradzahligen Richtrollen 12,14,16,18, sondern die dem Schienenfuß F zugeordneten ungradzahligen Richtrollen 11,13,15,17,19 in Richtung der Schiene S zustellbar montiert sind. Die größere Zahl von Richtrollen 11 - 19 hat den Vorteil, daß die mittels geeigneter Anstellung der Richtrollen 11, 13 und 15 maximal eingestellte Krümmung der Schiene S bis zur Richtrolle 15 sehr schnell auf einen niedrigen Krümmungswert zurückgeführt werden kann, so daß an den Richtrollen 16, 17 und 18 nur noch mit einer geringen Krümmungsamplitude gerichtet werden muß.
Tabelle 2 gibt beispielhaft die beim Richten einer Schiene S in der in Fig. 2 dargestellten Richtmaschine an den einzelnen Richtrollen aufgeprägten bezogenen Biegekrümmungen k * / v an. Ausgehend von einer solchen Einstellung der Richtmaschine ist es möglich, durch gezielte Variation der Anstellung der im Richtbereich der Maschine angeordneten Richtrollen 15, 17 und 19 die Eigenspannungsverteilung in der gerichteten Schiene den praktischen Anforderungen entsprechend einzustellen. Die mit dieser Zielsetzung veränderte Stufung der an den Richtrollen 16 und 17 jeweils aufgeprägten Krümmungen ist in den zugeordneten Zeilen der Tabelle 2 jeweils in Klammern gesetzt.
Richtrolle Zuordnung Aufgeprägte bezogene Biegekrümmung k * / v der Schiene
11 Schienenfuß 0
12 Schienenkopf 2,34
13 Schienenfuß -4,30
14 Schienenkopf 3,65
15 Schienenfuß -1,68
16 Schienenkopf 1,0 (1,2)
17 Schienenfuß -1,2 (-1,1)
18 Schienenkopf 0,7
19 Schienenfuß 0
Genauso wie bei der Tabelle 1 ist in Tabelle 2 als positiv eine Krümmung definiert, wenn die Biegung an einer Rolle über den Schienenkopf K erfolgt, d.h. an den Rollen 12, 14, 16 und 18. Als negativ sind die Krümmungen definiert, wenn die Biegung über den Schienenfuß F erfolgt, d.h. an den Rollen 13, 15 und 17. Erkennbar ist, daß auch in diesem Beispiel die im Einlaufbereich 11 - 13 vorgesehene Richtrolle 13 die höchste Biegekrümmung aufweist.
Die "bezogenen Biegekrümmungen", welche in den Tabellen 1 und 2 genannt sind, entsprechen den Biegekrümmungen kv im Kontaktbereich der Richtrollen 1 - 7 bzw. 11 - 19, die auf die maximal mögliche elastische Biegekrümmung ks der Schiene S bezogen sind, wobei ks = 2 * Rp0,2 / E * h. Mit Rp0,2 ist dabei die 0,2 % - Prüfgrenze bzw. die Streckgrenze des zu richtenden Schienenstahls, mit E der Elastizitätsmodul und mit h die Höhe des Profils der jeweiligen Schiene S bezeichnet. Somit ergibt sich k * / v = kv / ks.
Bei den in der voranstehend angegebenen Tabellen 1 und 2 eingetragenen Abstufungen handelt es sich um Richtwerte, welche die Größenordnungen angeben, in denen die im Anschluß an die höchste Biegeverformung durchlaufenen Stufen der "Rückverformung" liegen. In der Praxis werden die maximale Biegeverformung und die Stufen der anschließenden "Rückverformung" im wesentlichen proportional zur Streckgrenze und zum Verfestigungsverhalten des Schienenwerkstoffs bemessen. Der Wert der höchsten Biegeverfomung muß umso größer sein je größer die nach der Abkühlung der Schiene S vorhandenen Krümmungen und Welligkeiten der Schiene S sind.
Wenn die Werte der maximalen Biegeverfomung und der letzten noch wirksamen plastischen/elastischen Verformung bestimmt sind, können die notwendigen Anstellungen der zwischen der Richtrolle 3 bzw. 13, an der die höchste Biegeverformung erzeugt wird, und der Richtrolle 5 bzw. 16 oder 17, an der die letzte plastische Verformung der Schiene S erzielt wird, durch eine Betrachtung der elastisch plastischen Biegung der Schiene S bestimmt werden. Einflußgrößen sind dabei die technischen Daten der Richtmaschine R (Teilung; Durchmesser, Anzahl, Art der Anstellung der Richtrollen; Verformung der Richtmaschine R als Folge des Richtvorgangs).
Selbstverständlich kann das Richten der Schienen S auch auf Richtmaschinen durchgeführt werden, die mit mehr als neun Rollen ausgestattet sind. Es zeigt sich, daß auf solchen Maschinen eine weitere Absenkung der Zugeigenspannungen erreicht werden kann.
Praktische Versuche an Schienen des Profils UIC60 in Güte UIC900A haben ergeben, daß auf einer gemäß Fig. 2 ausgebildeten Richtmaschine bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise nach dem Richten die Längszugspannungen gegenüber den sich bei üblicher Vorgehensweise einstellenden Längszugspannungen im Mittel um 40 % reduziert sind.
In Figur 3 ist ein Schaubild dargestellt, das in vergleichender Gegenüberstellung die plastische Biegearbeit gemäß Stand der Technik mit dem Erfindungsgegenstand erläutert. Figur 3 bezieht sich auf eine Rollenrichtmaschine mit sieben Richtrollen, wie sie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist. Über der Anzahl der Richtrollen ist die plastische Biegearbeit aufgetragen. Mit ⋄ ist die Biegearbeit gemäß Stand der Technik und mit □ ist die Biegearbeit gemäß Erfindungsgegenstand gemeint. Es ist erkennbar, daß die Biegearbeit beim Erfindungsgegenstand an der Richtrolle 3 am höchsten ist und bei den Folge-Richtrollen gegenüber der anderen Kurve beträchtlich zurückgeht.
Bezugszeichenliste
1 - 7
Richtrollen
11 - 19
Richtrollen
F
Schienenfuß der Schiene S
K
Schienenkopf der Schiene S
P
Förderrichtung der Schiene S
R
Richtmaschine
RD1,RD2,RD3
Richtdreiecke
S
Schiene

Claims (12)

  1. Verfahren zum Richten von Schienen (S),
    bei dem die Schienen (S) eine Rollenrichtmaschine (R) durchlaufen, welche eine Gruppe den Schienenfuß (F) berührender Richtrollen (1,3,5,7;11,13,15,17,19) und eine Gruppe den Schienenkopf (K) berührender Richtrollen (2,4,6;12,14,16,18) aufweist, wobei mindestens die Richtrollen (2,4,6; 11,13,15,17,19) einer dieser Gruppen in Richtung der Schiene (S) anstellbar sind,
    bei dem die Anstellung der anstellbaren Richtrollen (2,4,6;11,13,15,17,19) so gewählt wird, daß im Einlaufbereich der Richtmaschine, gebildet durch die ersten drei Richtrollen (1,2,3; 11,12,13) beider Gruppen, an einer Richtrolle (3;13) ein, verglichen mit den an den nachfolgenden Richtrollen (4,5,6,7; 14 - 19) erzielten Verformungen, maximaler Wert der Biegeverformung erreicht wird, und
    bei dem diejenigen Richtrollen (4,6; 15,17,19), die im Anschluß an die Richtrolle (3;13) von der Schiene (S) durchlaufen werden, so angestellt werden, daß die maximale Biegeverformung an den weiteren Richtrollen (4 - 7; 14- 19) um jeweils einen vorgebbaren Betrag abgebaut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Richtrollen (4,6; 15,17,19), die im Anschluß an den Einlaufbereich (1-3; 11- 13), respektive die Richtrolle (3; 13), von der Schiene (S) durchlaufen werden, so angestellt werden, daß die Amplitude der Biegeverformung an jeder dieser folgenden Richtrollen (4 - 7; 14 - 19) degressiv mit möglichst hoher Degression abgebaut wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß daß diejenigen Richtrollen (4,6; 15,17,19), die im Anschluß an den Einlaufbereich (1 - 3; 11 - 13), respektive die Richtrolle (3,13), von der Schiene (S) durchlaufen werden, so angestellt werden, daß die Schiene (S) im Übergangsbereich der elastisch-plastischen Wechselbiegung in den geraden Zustand überführt wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Anfangseinstellung die Anstellung der einen Auslaufbereich bildenden Richtrollen (4 - 7;14 - 19) über das Verhältnis der Biegekrümmungen an den betreffenden Richtrollen (5,7 bzw. 15,17,19) von etwa 0,7 bis 1,3 variiert wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtrolle (3), an welcher die maximale Biegeverformung erreicht wird, dem Schienenfuß (F) zugeordnet wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Richtrolle, an der die letzte Verformung der Schiene (S) beim stufenweisen Abbau der maximalen Biegeverformung erreicht wird, dem Schienenkopf (K) zugeordnet wird.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtrollen (1,3,5,7; 11,13,15,17,19) der einen Gruppe, in Förderrichtung (P) der Schiene (S) gesehen, versetzt zu den Richtrollen (2,4,6; 12,14,16,18) der anderen Gruppe angeordnet werden.
  8. Rollenrichtmaschine zum Richten von Schienen, beinhaltend mehrere Gruppen von einerseits am Schienenfuß (F) und andererseits am Schienenkopf (K) anliegenden Richtrollen (1,2,3,4,5,6,7; 11,12,13,14,15,15,17,18,19), von denen vorgebbare Richtrollen (2,4,6; 11,13,15,17,19) einzelner der Gruppen in Richtung der Schiene (S) anstellbar sind, dergestalt, daß im Einlaufbereich der Richtmaschine, gebildet durch die ersten drei Richtrollen (1,2,3; 11,12,13) der Gruppen, mindestens eine Richtrolle (2,13) gegenüber den verbleibenden Richtrollen (4,6; 15,17,19) der anderen Gruppe mit größerem Zustellungsgrad in Richtung der Schiene (S) so anstellbar ist, daß an der letzten Richtrolle (3,13) des Einlaufbereiches ein maximaler Wert der Biegeverformung erreichbar ist.
  9. Rollenrichtmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die anstellbaren weiteren Richtrollen (4,6; 15,17,19) dergestalt in Richtung der Schiene (S) angestellt sind, daß die Amplitude der Biegeverformung an diesen weiteren Richtrollen (4 - 7; 14 - 19) degressiv, insbesondere mit möglichst hoher Degression abbaubar ist, wobei die Schiene (S) im Übergangsbereich der elastisch-plastischen Wechselbiegung in den geraden Zustand überführbar ist.
  10. Rollenrichtmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß, jeweils zwei Richtrollen (1,3,5,7; 11,13,15,17,19) der einen Gruppe mit einer Richtrolle (2,4,6; 12,14,16,18) der jeweils anderen Gruppe ein Richtdreieck (RD1, RD2, RD3) bilden, und daß die Richtrolle (3;13), an der die höchste Biegeverformung erreicht wird, die zuletzt passierte Richtrolle (3;13) des Einlaufbereiches (1,2,3; 11,12,13) ist.
  11. Rollenrichtmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtmaschine (R) mindestens sieben Richtrollen (1 - 7), vorzugsweise neun Richtrollen (11 -19), umfaßt.
  12. Rollenrichtmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ungradzahlingen Richtrollen (1,3,5,7; 11,13,15,17,19) dem Schienenfuß (F) zugeordnet sind.
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