[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern der Eindellung von Schienen
im Übergangsbereich zwischen Zungenende und Zungenprofil sowie auf eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
[0002] Die Ausballung des Zungenschienenendes auf das Vignolschienenprofil erfolgt üblicherwiese
durch Warmformgebung im Gesenk. Die hiefür erforderliche Erhitzung auf die Umformungstemperatur
erfolgt in besonderen Glühöfen, wobei die Schienen jeweils auf eine entsprechende
Länge in den Ofen eingesteckt werden. Der Ausballungsprozeß ist zumeist in drei Arbeitsstufen
unterteilt, zwischen welchen jeweils ein Nachwärmen auf Umformungstemperatur erforderlich
ist. Zum kalten Schienenende hin entsteht im Profil ein Temperaturübergangsbereich,
der eine metallurgische Veränderung des Werkstoffgefüges zur Folge hat. Diese Gefügeveränderung,
welche im besonderen in einem Temperaturbereich von 750 bis 760°C bei perlitischem
Schienenstahl auftritt, hat eine Art Weichglüheffekt zur Folge. Je länger sich der
Schienenstahl in diesem Temperaturbereich befindet, desto größer wird dieser Weichglüheffekt
und damit der Festigkeitsabfall. Die Länge der Gefügeänderungszone ist direkt abhängig
von der Umformungstemperatur und von der Zeitdauer des Warmumformungsprozesses. Der
Festigkeitsabfall der Härtemulde erreicht Größenordnungen von 150 bis 200 N/mm
2 und beim Radüberlauf ergibt sich in der Folge eine Dellenlänge, welche sich in einem
Bereich von etwa 120 mm bewegt. Eine Dellenbildung kann nur dann verhindert werden,
wenn der Längenbereich, in weichem ein Härteabfall bzw. eine Härtemulde beobachtet
wird, auf etwa 30 mm beschränkt wird, da dann eine plastische Verformung auf Grund
der Hertz'schen Flächenpreßung in Abhängigkeit vom Raddurchmesser und damit eine Dellenbildung
zuverlässig verhindert wird. Bei einer Begrenzung der Gefügeänderungszone auf derartige
Längen ist die Stützung des Randzonengefüges ausreichend, um eine plastische Verformung
zu vermeiden.
[0003] Aus der DE-AS 25 41 978 ist bereits ein Verfahren zu entnehmen, bei welchem eine
Wärmebehandlung von Schienen zum Zwecke der Ausbildung eines feinperlitischen Gefüges
vorgenommen wird. Die Erwärmung erfaßt, ausgehend von einer kalten Schiene, die gesamte
Länge derselben, wobei ein Durchlaufverfahren eingesetzt wird. Nach dem Erwärmen auf
Temperaturen über der Austenitisierungstemperatur wird gesteuert unter Verwendung
von Preßkluft bzw. Preßluft mit flüssigem Medium abgekühlt.
[0004] Die Erfindung zielt nun darauf ab, bei der Warmformgebung eine Absenkung der Festigkeit
im Übergangsbereich zum kalten Schienenende zu vermeiden bzw. eine bereits erfolgte
Gefügeänderung im Bereich der Umformung rückgängig zu machen. Zur Lösung dieser Aufgabe
besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die Wärmebehandlung
gleichzeitig mit der oder unmittelbar anschließend an die Warmumformung des Zungenschienenendes
vorgenommen wird, daß der Übergangsbereich über eine Tiefe von wenigstens 7 mm, vorzugsweise
wenigstens 10 mm, und vorzugsweise höchstens 25 mm, über die Austenitisierungstemperatur,
insbesondere über 860°C, erwärmt wird und daß nach Erreichen der Austenitisierungstemperatur
an ruhender Luft abgekühlt wird. Durch diese Wärmebehandlung wird der Urzustand des
perlitischen Gefüges wieder hergestellt, wobei die gewählte Eindringtiefe im Hinblick
darauf gewählt wurde, daß sich das Spannungsmaximum üblicherwiese etwa 7 mm unter
der Werkstückoberfläche befindet. Ein wesentlicher Faktor für die Wärmebehandlung
ist hiebei eine möglichst kurze Aufheizzeit auf Umformungstemperatur, um ein Ausbreiten
der Wärme zum kalten Schienenende hin zu verhindern. Nach dem Ausballen der Zungenprofile
auf Vignolprofile befinden sich die Werkstücke in einem Temperaturbereich von ca.
400 bis 450°C im Bereich der Gefügeänderungszone, wodurch die Aufheizzeit für die
nachfolgende Wärmebehandlung wesentlich dadurch verkürzt werden kann, daß die Wärmebehandlung
unmittelbar anschließend an die Warmformgebung des Zungenschienenendes vorgenommen
wird. Auf diese Weise kann die Wärmebehandlung auf eine kurze Länge beschränkt werden.
In vorteilhafter Weise wird die Wärmebehandlung auf den Schienenkopf beschränkt. Die
Abkühlung erfolgt dann an ruhender Luft, wodurch der ursprüngliche Gefügezustand vor
der Umformung erreicht wird.
[0005] In bevorzugter Weise'wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß an der Übergangszone
zwischen Regelschienenprofil und Zungenende ein Längenbereich von wenigstens 150 mm,
vorzugsweise wenigstens 300 mm, der Wärmebehandlung unterworfen wird. Der maximale
Längenbereich kann je nach Dauer des Warmumformungsprozesses in der Regel auf unter
900 mm begrenzt werden. Die Steuerung der Wärmebehandlung wird vorzugsweise so vorgenommen,
daß die Länge der durch Umformen der Zunge entstandenen Gefügeänderungszone in Schienenlängsrichtung
kleiner 30 mm gehalten wird.
[0006] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen
dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner mit steuerbarer Flammtemperatur über die Oberfläche
der Schiene verfahrbar gelagert ist, dessen Verfahrweg, vorzugsweise durch verstellbare
Endschalter, begrenzt ist, daß der Brenner in einem Support mit reversierbarem Antrieb
gelagert ist und daß ein Temperaturmeßgerät zur Erfassung der Oberflächentemperatur
der Schiene vorgesehen ist. In besonders vorteilhafter Weise ist hiebei die Ausbildung
so getroffen, daß die Brenngas-und/oder Verbrennungsluft-bzw. Sauerstoffzufuhr und/oder
die lineare Fahrgeschwindigkeit des Brenners längs der Schiene in Abhängigkeit von
Temperaturmeßwerten geregelt ist, wobei vorzugsweise das Temperaturmeßgerät über Steuerleitungen
mit einem Prozeßrechner verbunden ist, welcher mit einer steuerbaren Ventilanordnung
einer Gas-Sauerstoffmischeinrichtung für den Brenner verbunden ist. Um dem nichtlinearen
Temperaturverlauf im Temperaturübergangsbereich Rechnung zu tragen, erweist sich eine
prozeßrechnergesteuerte Anlage als besonders vorteilhaft. Die Brennerbündel sind hiebei
auf einem Support montiert und die Wärmebehandlungslänge kann über Endschalter optimal
eingestellt werden. Das Wärmeeinbringen kann über ein, beispielsweise als Miliskop
bzw. Pyrometer, ausgebildetes Temperaturmeßgerät überwacht werden, wobei die Härte
der Flamme durch einen Prozeßrechner geregelt werden kann und insbesondere im Aufheizvorgang
mit harter Flamme gefahren wird und im Haltestadium nur mit weicher Flamme gefahren
wird. Auf diese Weise kann ein Überhitzen der Bereiche, die sich bereits auf Umwandlungstemperatur
befinden, ausgeschlossen werden.
[0007] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine - schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und Fig.2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig.1. In Fig.1
ist ein verfahrbarer Support 1 ersichtlich, welcher Brenner 2 trägt. Bei den Brennern
2 handelt es sich um wassergekühlte Bündelbrenner, deren Flammrichtung auf den Kopf
3 einer Schiene 4 gerichtet ist. Die Brenner stehen über Gasleitungen 5 mit einer
in Fig.2 ersichtlichen schematisch mit 6 angedeuteten Ventilanordnung einer Gas-Sauerstoffmischeinrichtung
in Verbindung. Im Verschiebeweg des Supports 1 sind Endschalter 7 und 8 angeordnet,
welche als Wegbegrenzung für den Verfahrweg des Supportes dienen. Oberhalb der Schiene
befindet sich ein Temperaturmeßgerät 9, welches über Signalleitungen 10 mit einem
Prozeßrechner 11 verbunden ist. Ein Anzeigegerät für die gemessene Temperatur ist
mit 12 bezeichnet.
[0008] Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist der Antrieb 13 für den Support seitlich neben der
Schiene angeordnet. Im Bereich des verfahrbaren Antriebes befinden sich auch die Endschalter
7 und 8 für die Wegbegrenzung. Der Support ist auf einem Tisch 14 verfahrbar und an
diesem Tisch 14 abgestützt. Der Verfahrbereich des Supportes wird üblicherwiese mit
600 bis 900 mm begrenzt, wobei der minimale Verfahrweg üblicherweise mit etwa 300
mm gewählt wird. Die Abkühlung an ruhender Luft hat sich als ausreichend erwiesen,
um eine unerwünschte Aufhärtung zu vermeiden und lediglich den Zustand wiederum herzustellen,
welcher vor der Aufheizung auf Warmumformungstemperatur vorherrschte.
1. Verfahren zum Verhindern der Eindellung von Schienen im Übergangsbereich zwischen
Zungenende und Zungenprofil, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung gleichzeitig
mit der oder unmittelbar anschließend an die Warmumformung des Zungenschienenendes
vorgenommen wird, daß der Übergangsbereich über eine Tiefe von wenigstens 7 mm, vorzugsweise
wenigstens 10 mm, und vorzugsweise höchstens 25 mm, über die Austenitisierungstemperatur,
insbesondere über 860°C, erwärmt wird und daß nach Erreichen der Austenitisierungstemperatur
an ruhender Luft abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Übergangszone zwischen
Regelschienenprofil und Zungenende ein Längenbereich von wenigstens 150 mm, vorzugsweise
wenigstens 300 mm, der Wärmebehandlung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung
so gesteuert wird, daß die Länge der durch Umformen der Zunge entstandenen Gefügeänderungszone
in Schienenlängsrichtung kleiner 30 mm gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmebehandlung auf den Schienenkopf beschränkt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Brenner (2) mit steuerbarer Flammtemperatur über die Oberfläche
der Schiene (4) verfahrbar gelagert ist, dessen Verfahrweg, vorzugsweise durch verstellbare
Endschalter (7, 8), begrenzt ist, daß der Brenner (2) in einem Support (1) mit reversierbarem
Antrieb (13) gelagert ist und daß ein Temperaturmeßgerät (9) zur Erfassung der Oberflächentemperatur
der Schiene (4) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brenngas-und/oder Verbrennungsluft-bzw. Sauerstoffzufuhr und/oder die lineare
Fahrgeschwindigkeit des Brenners (2) längs der Schiene - (4) in Abhängigkeit von Temperaturmeßwerten
geregelt ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Temperaturmeßgerät (9) über Steuerleitungen (10) mit einem Prozeßrechner (11)
verbunden ist, welcher mit einer steuerbaren Ventilanordnung - (6) einer Gas-Sauerstoffmischeinrichtung
für den Brenner (2) verbunden ist.
