Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem
Abrollgeräusch, insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Straßenbahnschienen
und insbesondere in Verbindung mit Kurvenschienen, die enge Radien aufweisen, wobei
die Lauffläche der Schiene mit zumindest einer, parallel zur Schienenlängsrichtung
angeordneten, zusätzlichen Materialschicht versehen wird, die durch Auftragen einer
Schweißbahn im Unterpulver-Schweißverfahren (UP) hergestellt wird. Ferner betrifft
die Erfindung eine mit diesem Verfahren hergestellte Schiene.
Stand der Technik
[0002] Ein solches Verfahren ist aus der
deutschen Offenlegungsschrift DE 25 54 704 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Schienen für Schienenfahrzeuge in Teilflächen
unterteilt, die längs der Schiene verlaufen und in einem Abstand zueinander angeordnet
sind. Die Teilflächen werden unter anderem durch Unterpulver-Schweißung oder durch
Schweißung unter Schutzgas mit verbrauchendem Schweißdraht auf die ursprüngliche Schiene
aufgebracht. Als Material für die Teilflächen wurde im Fall einer bevorzugten Ausführungsform
ein metallischer Zusatzwerkstoff eingesetzt, der auch ein Nichteisen-Metall aufweisen
kann, wobei hier mit einer ein- oder mehrphasigen Bronze mit mindestens 50 % Kupfergehalt
und einem oder mehreren anderen Legierungselementen gearbeitet wurde.
[0003] Die Verwendung des Kupfergehalts hatte dabei den besonderen Sinn, einen möglichst
großen Schmierungseffekt zu erzielen, um ungewünschte Fahrgeräusche, wie sie insbesondere
in sehr engen Kurven auftreten, zu vermeiden. Gerade in dichter Wohnbebauung neigen
insbesondere Straßenbahnen auf Grund der sich aus den engen Kurven ergebenden Radien
dazu, ein hochfrequentes Quietschen zu erzeugen. Die Ursache für dieses Quietschgeräusch
ist nicht vollständig erforscht, wobei sicherlich ein Grund hierfür darin liegt, dass
die Kurvenäußeren bei den mit Starrachsen ohne Differential ausgestatteten Straßenbahnwagen
eine größere Strecke zurücklegen müssen als die kurveninneren Räder. Dies führt dazu,
dass entweder die äußeren oder auch beide Räder während der Kurvenfahrt über die Schiene
rutschen oder ruckartig durch die Kurve hindurch gezogen werden.
[0004] Ferner kann der so genannte Stick-Slip-Effekt eine Rolle spielen. Im Wesentlichen
wird wohl die Geräuschentstehung dem Effekt entsprechen, der auftritt, wenn mit einem
nassen Finger über den Rand eines halb gefüllten Weinglases gestrichen wird.
[0005] Bereits in den 60er und 70er Jahren wurden verschiedene Anstrengungen unternommen,
um das Quietschen während der Kurvenfahrt zu reduzieren, da sich in dieser Zeit bereits
die Anwohnerbeschwerden häuften. Durch die oben genannte Patentanmeldung sollte ein
Verfahren geschaffen werden, das hierzu berechtigte Hoffnung weckt.
[0006] In der Praxis hat sich das Verfahren allerdings nicht als tauglich erwiesen, da zum
einen durch die Versprödung des Schienenkopfes während des Schweißens und durch den
damit einhergehenden Abschreckeffekt der Wärmeinflusszonen neben der unmittelbaren
Schweißnaht die Schienen brüchig wurden und sehr viele Schienenschäden auftraten.
Ferner wurde durch die aufgebrachten Schweißnähte zwar eine Verbesserung beobachtet,
jedoch war diese nicht signifikant.
[0007] Aus diesem Grunde wurde von dieser Form der Auftragsschweißung wieder Abstand genommen
und es wurde zunächst eine Spurweitenverringerung vorgesehen, um eine bessere Führung
des Rades und eine mögliche Resonanzwirkung zu unterdrücken. Diese Spurweitenverengung
wurde durch Auftragschweißung an den Schienenseiten vorgenommen, wobei allerdings
trotz gewisser Erfolge Bedenken gegen die Spurführung dazu führten, dass dieses Verfahren
mittlerweile wieder aufgegeben wurde.
[0008] Da derzeit kein wirksames Verfahren zur Reduzierung der hochfrequenten Schwingungsgeräusche
vorliegt, wurde zur Reduzierung der immer zunehmenden Anwohnerbeschwerden derzeit
ein Gleitbelag auf Ölbasis auf die Schienen aufgebracht. Dieses Verfahren hat nicht
nur Probleme bei der Verkehrssicherheit mit sich gebracht, sondern ist auch nur von
kurzer Wirkdauer, so dass ein hoher Personalaufwand erforderlich ist, um die Schienen
jeweils gleitfähig zu halten.
Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
[0009] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und leicht durchführbares Verfahren
zur Herstellung einer Schiene mit verringertem Abrollgeräusch zu schaffen. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Schiene zu schaffen, die ein solch verringertes
Abrollgeräusch aufweist. Technische Lösung
[0010] Insbesondere nach Einführung von so genannten Niederflurwagen hat sich gezeigt, dass
das Abrollgeräusch in engen Kurven lauter wurde als bisher. Obwohl an sich die Fachwelt
gehofft hatte, dass durch Einzelradaufhängung und die damit unterbleibende Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen den kurveninneren und kurvenäußeren Rädern ein reduzierender Effekt geschaffen
werden kann, hat sich leider genau das Gegenteil erwiesen. Die Quietschgeräusche bei
Durchfahren enger Radien haben zugenommen. Zusätzlich hat auch die Belastung der Anwohner
im Großstadtverkehr durch weitere Fahrgeräusche des Pkw- oder Lkw-Verkehrs zugenommen,
so das zunehmend versucht wird, vermeidbare Geräuschquellen zu lokalisieren und auszuschalten.
[0011] Erfindungsgemäß wird nun das Verfahren der Auftragsschweißung wieder aufgegriffen,
obwohl es von der Fachwelt bereits als untauglich angesehen wurde. Es hat sich nämlich
herausgestellt, dass durch die Verwendung eines speziellen Schweißdrahtes zum Aufbringen
einer oder mehrerer Schweißbahnen in Schienenlängsrichtung im Rahmen eines Unterpulverschweißverfahrens
die Probleme des oben genannten Standes der Technik beseitigt werden.
[0012] Erfindungsgemäß wird nun als Schweißdraht ein hochlegierter basischer Schweißdraht
verwendet, insbesondere wird ein Fülldraht als Schweißdraht verwendet, da sich herausgestellt
hat, dass ein Schweißverfahren mit Massivdrähten nicht zum gewünschten Ergebnis führt.
Derartige Schweißdrähte werden üblicherweise in der Hochbautechnik eingesetzt, so
dass der Fachmann bis zur vorliegenden Erfindung nicht auf den Gedanken gekommen ist,
eine solche Materialkombination auch für den Gleisbau zu verwenden.
[0013] Der erfindungsgemäße Schweißdraht ist als hochlegierter Schweißdraht mit einem Kohlenstoffanteil
zwischen 0,0 und 1,5 %, insbesondere zwischen 0 und 0,5 % versehen. Der Mangananteil
beträgt zwischen 0,0 und 5 %, insbesondere zwischen 0,5 und 3 %. Ferner sind ein Siliziumanteil
zwischen 0,0 und 1,5, insbesondere zwischen 0,0 und 1 % sowie ein Chromanteil zwischen
8 und 23 %, insbesondere zwischen 12,0 und 18,0 % vorgesehen. Schließlich ist ein
Nickelanteil zwischen 1,0 und 10 %, insbesondere zwischen 2 und 6 % hinzu legiert.
Mit einem so zusammengesetzten Fülldraht als Schweißdraht kann nun eine dünne Schweißbahn
parallel zur Schienenlängsrichtung aufgebracht werden. Bevorzugt werden jedoch zwei
oder sogar noch mehr Schweißbahnen nebeneinander, parallel zur Schienenlängsrichtung
vorgesehen.
Vorteilhafte Wirkungen
[0014] Als Schweißpulver wird bevorzugt ein agglomeriertes Schweißpulver der fluoridbasischen
Typengruppe verwendet. Dieses Schweißpulver weist bevorzugt folgende Materialkomponenten
auf:
- einem SiO2+TiO2-Anteil zwischen 15,0 % und 30,0 %, insbesondere zwischen 17,0 % und 25,0 % und bevorzugt
von 20,0 %,
- einem CaO+MgO-Anteil zwischen 25,0 % und 40,0 %, insbesondere zwischen 27,0 % und
35,0 % und bevorzugt von 30,0 %,
- einem Al2O3+MnO-Anteil zwischen 20,0 % und 30,0 %, insbesondere zwischen 23,0 % und 27,0 % und
bevorzugt von 25,0 % und
- einem CaF2-Anteil zwischen 15,0 % und 30,0 %, insbesondere zwischen 18,0 % und 22,0 % und bevorzugt
von 20,0 %
[0015] Grundsätzlich kann mit diesem Schweißpulver und dem erfindungsgemäßen Schweißdraht
ein gutes Ergebnis erzielt werden, jedoch wird eine nachhaltige Geräuschreduzierung
erst dann möglich, wenn überraschenderweise eine bestimmte Kombination von Schweißparametern
eingehalten wird. Insbesondere sollte ein Schweißstrom verwendet werden, der eine
Stromstärke zwischen 300 und 500 Ampere, insbesondere zwischen 370 und 430 Ampere
aufweist. Die Spannung des Schweißstromes sollte zwischen 20 und 30 Volt, insbesondere
zwischen 23 und 26 Volt betragen. Erfindungsgemäß werden ferner Drahtvorschubgeschwindigkeiten
zwischen 90 und 120
cm/
min, insbesondere zwischen 100 und 115
cm/
min verwendet.
[0016] Bevorzugt wird die Hafteigenschaft der Schweißspur auf der Oberseite der Schiene,
insbesondere im Kurvenbereich, dadurch verbessert, dass vor dem Schweißen eine Nut
in die Schiene eingeschnitten wird. Eine solche Nut kann beispielsweise über ein Spezialwerkzeug
eingebracht werden, das auf der Schiene verfahrbar ist und für jede Nut jeweils eine
Schneidscheibe aufweist, die parallel zur Verfahrrichtung gegen die Schiene anstellbar
ist.
[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei neuen Schienen im Herstellungswerk
als auch bei bereits verlegten Schienen auf der Straße Verwendung finden. Im letztgenannten
Fall werden die Schienen vor Bearbeitung getrocknet, anschließend bevorzugt über das
oben genannte Spezialwerkzeug mit Nuten versehen, so dass schließlich über ein ebenfalls
verfahrbares Spezialwerkzeug die Unterpulververschweißung mit den genannten Parametern
erfolgen kann. Um einen Abschreckeffekt und damit eine Versprödung des Materials neben
der Schweißbahn zu reduzieren, kann die Schiene vor dem Aufbringen der Schweißbahn
auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden. Auch ist ein gezieltes kontrolliertes
Abkühlen durch Nacherhitzen der bereits geschweißten Schiene möglich.
[0018] Nach dem Erkalten der Schweißbahn kann ein Schleifvorgang eine ebene Oberfläche der
durch die Schweißbahn gebildeten Teilflächen schaffen. Alternativ zu einer ebenen
Oberfläche kann auch eine geriffelte Oberfläche durch das Schleifen hergestellt werden,
insbesondere durch Riffelung parallel zur Schienenlängsrichtung. Die erfindungsgemäße
Schiene ist dadurch gekennzeichnet, dass sie durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellt ist. Insbesondere ist sie dadurch gekennzeichnet, dass sich die oben genannten
Legierungsanteile des über die Firma Fontargen erhältlichen Schweißdrahtes und des
Schweißpulvers in der sich durch die Schweißung ergebenden Legierung der Materialschicht
wieder finden.
[0019] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
1. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch, insbesondere
für die Verwendung in Verbindung mit Straßenbahnschienen und insbesondere in Verbindung
mit Kurvenschienen, die enge Radien aufweisen, wobei die Lauffläche der Schiene mit
zumindest einer, parallel zur Schienenlängsrichtung angeordneten, zusätzlichen Materialschicht
versehen wird, die durch Auftragen einer Schweißbahn im Unterpulverschweißverfahren
(UP) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißdraht ein hochlegierter, basischer Schweißdraht mit einem C-Anteil zwischen
0,0 % und 1,5 %, insbesondere zwischen 0 % und 0,5 %, einem Mn-Anteil zwischen 0,0
% und 5,0 %, insbesondere zwischen 0,5 % und 3,0 %, einem Si-Anteil zwischen 0,0 %
und 1,5 %, insbesondere zwischen 0 % und 1,0 %, einem Cr-Anteil zwischen 8,0% und
23,0%, insbesondere zwischen 12,0 % und 18,0 % und einem Ni-Anteil zwischen 1,0% und
10%, insbesondere zwischen 2,0 % und 6,0 % verwendet wird.
2. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißdraht ein Fülldraht verwendet wird.
3. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach Anspruch
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Pulver für das Unterpulverschweißverfahren ein agglomeriertes Schweißpulver der
fluoridbasischen Typengruppe mit einem SiO2+TiO2-Anteil zwischen 15,0 % und 30,0 %, insbesondere zwischen 17,0 % und 25,0 % und bevorzugt
von 20,0 %, einem CaO+MgO-Anteil zwischen 25,0 % und 40,0 %, insbesondere zwischen
27,0 % und 35,0 % und bevorzugt von 30,0 %, einem Al2O3 +MnO-Anteil zwischen 20,0 % und 30,0 %, insbesondere zwischen 23,0 % und 27,0 % und
bevorzugt von 25,0 % und einem CaF2-Anteil zwischen 15,0 % und 30,0 %, insbesondere zwischen 18,0 % und 22,0 % und bevorzugt
von 20,0 % und verwendet wird.
4. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißung mit einem Schweißstrom durchgeführt wird, der eine Stromstärke zwischen
300 und 500 Ampere, insbesondere zwischen 370 und 430 Ampere aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrom eine Spannung zwischen 20 und 30 Volt, insbesondere zwischen 23
und 26 Volt aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtvorschubgeschwindigkeit für den Schweißstrom zwischen 90 cm/min und 120 cm/min, insbesondere zwischen 100 cm/min und 115 cm/min beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftragen der Schweißspur in die Schiene unterhalb der Schweißbahn wenigstens
eine Nut eingeprägt oder eingeschnitten wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene vor dem Aufbringen der Schweißbahn auf eine erhöhte Temperatur erhitzt
wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahn nach dem Erkalten zur Herstellung einer ebenen Oberfläche abgeschliffen
wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer Schiene mit vermindertem Abrollgeräusch nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander parallel Schweißbahnen aufgebracht werden.
11. Schiene, insbesondere für ein Straßenbahnnetz mit engen Kurvenradien, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.