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Verfahren und Vorrichtung zum Härten der Köpfe oder sonstiger Abnutzungsflächen
von Schienen u. dgl. durch Erhitzen und nachfolgendes Abkühlen. Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung, um neue oder bereits abgenutzte Eisenbahnschienen
im Gleis einer Behandlung durch Wärme zu unterziehen, durch die der Kopf oder die
sonstigen Abnutzungsflächen der Schienen gehärtet werden können. Außer den Schienen
können auch sämtliche anderen Teile des Oberbaues, wie Weichen. Zungen, Herzstücke.
Kreuzungen u. dgl., nach dem Verfahren behandelt werden.
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Es ist für die Erfindung wesentlich, daß die Schienen nicht abschnittweise,
sondern allmählich von denn einen bis zum anderen Ende fortschreitend erhitzt wenden,
damit sich ein gleiclhmäßigcs Gefüge ergibt.
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Der erforderliche Grad der Abkühlung und dadurch die gewünschten Härteverhältnisse
im Stahl sind auch bei örtlicher Anwendung von Wärme zu erzielen, wenn der Stahl
über die kritische Temperatur auf genügend große Tiefe durch eine Heizquelle erhitzt
wind, die als Flamme von geringem Sauerstoffgehalt oder aus sonstiger Ursache nicht
so heiß ist, daß sie den Stalhl bei Ausführung des Verfahrens verbrennen oder schmelzen
kann.
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Wenn ein Schienenstück an einer einzelnen Stelle auf eine beträchtliche
Tiefe erhitzt und dann mnit Wasser abgeschreckt wird, so erstreckt sich die harte
Schicht verhältnisnäßig tief in den Stahlkörper hinein und geht dann allmählich
über verschiedene Zwischenzustände in das regelmäßige Perlitgefiige der Masse über.
Das harte Gefüge kann zwar die Schneide eines Werkzeugs beschädigen, ist aber doch
noch genügend zähe, um schwere Stöße, ohne zu springen oder abzublättern, aushalten
zu können. Eines folgenden Anlassens bedarf es dazu nicht.
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Die folgenden Angaben ergeben die Wichtigkeit einer genügenden Stärke
der harten Haut. Eine Schiene wurde in drei Teile zerlegt: Nr. I wurde überhaupt
nicht behandelt, Nr. 2 wurde bis zur Entstehung einer harten Haut von o,25 cm Dicke
behandelt, Nr. 3 wurde nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung so weit behandelt,
daß eine gehärtete Schicht von 425 cm Dicke entstand, die allmählich in das regelmäßige
Gefüge,der Masse über-ing.
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Mit den drei Stücken wurden dann in der Weise Druckversuche gemacht,
daß eine harte Stahlkugel von z9 nim Durchmesser mit einem Druck von 5o t auf die
Oberfläche der drei Stücke gepreßt ,wurde. Auf dem
Stück Nr. I zeigte
sich hierbei ein Eindruck von einer Tiefe von 3,6 mm. Nr. 2 zeigte einen Eindruck
in einer Tiefe von 3,4 mm. Auf Nr. 3 ergab sich überhaupt kein bemerkbarer Eindruck
mehr, wohl aber wurde die Stahlkugel zermalmt.
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Die Behandlung der Schienen im Gleis wird durch die Ausdehnung und
Zusammenziehung infolge der Erhitzung und Abkühlung nicht nachteilig beeinflußt,
da nur ein sehr kleiner Teil des Schienenkopfes gleichzeitig erhitzt wird, und die
Schiene unmittelbar nach der Behandlung durch Wasser o. dgl. vollständig abgekühlt
wird. Die Wärme teilt sich daher nicht nennenswert dem Schienensteg und dem Fuß
mit.
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Bei der Behandlung der Straßenbahnschienen im Gleis kommt es noch
darauf an, die Zerstörung des unmittelbar an die zu behandelnde Schiene anstoßenden
Straßenpflasters aus Holz oder Steinen, Asphalt o. dgl. unter dem Einfluß der Hitze
zu hindern. Hierzu genügt es, diese Pflasterstellen mit einem schlechten Wärmeleiter,
wie Ton, Asbest o. dgl., ztu bedecken. Dadurch werden die schädlichen Einwirkungen
der Hitze auf das Pflaster vollkommen ausgeschaltet.
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Das, was mit der vorliegenden Erfindung bezweckt wird, ist also, nicht
lediglich allgemein die Oberfläche ztt härten, sondern vielmehr bei einer verlegten
Schiene auf eine nach Belieben regelbare Tiefe eine gehärtete Schicht zu erzeugen,
die nicht plötzlich aufhört, sondern allmählich in das regelmäßige Gefüge des Stahls
übergelht.
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Zur Erhitzung der Schienen kann jede geeignete Wärmequelle benutzt
werden, also z. B. die Flamme des elektrischen Lichtbogens, eine Gas-, Öl- oder
Spiritusflamme. Im allgemeinen ist eine Gasflammne von mittlerer Wärme vorzuziehen,
damit, wie bereits erwähnt, trotz des Erfordernisses der genügenden Erhitzung des
Stahls bis zu gewisser Tiefe doch ein Verbrennen oder Schmelzen des Stahls verhütet
wird. Hierzu eignet sich eine gewöhnliche Gebläseflamme oder eine Sauerstoffazetylenflammne
mit geringem Stoffgehalt. Mann kann aber auch eine sehr heiße Flamme anwenden, wenn
man zwischen die Flamme und die Schiene einen Schirm aus einem mehr oder weniger
feuerbeständigen Stoff einschaltet.
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Sowohl, wenn der gehärtete Teil sehr zähe als auch wenn er hart und
weniger zähe werden soll, ist es erforderlich, den Stahl zu erhitzen, bis eine Schicht
von verhältnismäßig großer Tiefe über die kritische Temperatur erhitzt worden ist.
Im ersten Fall ist dies erforderlich, uni die Bildung eines sehr harten Gefüges
in der Schiene o. dgl. infolge der schnellen Übertragung der Wärme auf dleg Rest
der Masse zu verhindern. Im zweiten Fall ist es erforderlich, durch Abschrecken
in der Schiene einen allmählichen Übergang des Gefüges von großer Härte an der Oberfläche
auf das regelmäßige Perlitgefüge im Hauptkörper zu erzielen, zum Unterschied von
der scharfen Scheidung, die im Gefüge eintritt, wenn nur eine dünne gehärtete Haut
durch sehr schnelle Erhitzung mit einer sehr heißen Flamme erzeugt wird.
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Das Erhitzen und Abkühlen wird ständig fortschreitend durchgeführt.
Hierzu werden die Heiz- und Kühlvorrichtungen in der Längsrichtung der Schiene allmählich
weiterbewegt. Die Heiz- und Kühlvorrichtungen sind so angeordnet, daß das Kühlmittel,
das entweder Luft oder Wasser oder eine sonstige Flüssigkeit ist, möglichst dicht
hinter der Flamme der Heizvorrichtung auf die Schiene wirkt. Wenn Wasser als Kühlmittel
dient, kann es zweckmäßig sein, einen Luftstrom zwischen der Heizflamme und der
Wasserdüise einzuschalten, um die Schiene an der Stelle, wo die Flamme auf sie einwirkt,
von Wasser freizuhalten oder um die Ansammlung von Wasser in der Schienenrille an
dieser Stelle zu hindern. Erforderlichenfalls kann man auch vor der Flamme einen
Luft- oder Wasserstrahl auf die Schiene aufspritzen, um die Fortpflanzung der Wärme
zu weit nach vorn und ihren Übergang auf schon bearbeitete Stellen der Schiene zu
hindern.
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Ein großer Vorteil des Verfahrens liegt endlich noch darin. .,las
die durch das Walzen, Richten und Biegen der Schieinen entstandenen Spannungen aus
den Schienenköpfen wiederholt beseitigt werden.
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Auf den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen von Vorrichtungen
zur Ausüihrttng des Verfahrens veranschaulicht.
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Die Ei,-. i zeigt eine Seitenansicht einer durch Nfenschenkraft zu
bedienenden Vorrichtung die Fig. 2 eine Seitenansicht und die Fig.3 eine Endansicht
einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung der beiden Schienen eines Straßenbahngleises.
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Die his. 4 ist eine Seitenansicht, die Fil-. 5 eine Aufsicht und die
Fig. (i eine Endansicht einer Vorrichtung zur Behandlung einer einzelnen Schiene.
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Bei der Ausführungsform nach der Fig. i ist eine Plattform a auf Spurkranzrädern
b angeordnet, ' die auf den zu bearbeitenden Gleisen fahren. Die Plattforen trägt
ein (getriche, (las dazu dient, den Wagen mit der Hand weiter zu schieben. Dies
Getriebe besteht aus einer Kurbel c, einer von dieser angetriebenen Schnecke d,
einem Schneckenrad d1 auf der Welle e, einem auf der
gleichen Welle
sitzenden Kettenrad cl und einer letzteres mit dem auf der Radachse hl sitzenden
Kettenrad e3 verbindenden Kette c2. Per Wagen ist außerdem mit einer Bremse b2 ausgestattet,
die durch das Handrad b3 unter Vermittlung der Bremsspindel b4 angezogen und gelöst
werden kann.
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An dem Wagen ist zweckmäßig zwischen den Rädern ein Brenner von geeigneter
Ausbildung angeordnet. Dieser Brenner besteht aus einem Düsenrohr f, das zur Regelung
und Einstellung an einem Zapfen g gelagert ist und mit Hilfe eines Handrades j und
einer Spindel lt verstellt werden kann. Das Düsenrohr f ist durch eine biegsame
Leitung k mit den Gasbehältern L verbunden.
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Hinter dem Brenner f ist eine Luftdüse mn vorgesehen, um Luft auf
die erhitzte Schiene blasen zu können, und dah@nter wieder befindet sich eine Wasserdüse
n. Der Luftdüse mn wird Luft aus einem nicht dargestellten Gebläse zugeführt, das
entweder mit der Hand oder selbsttätig angetrieben wird und auf dem Wagengestell
a oder unabhängig davon beliebig untergebracht ist. Ein solches Gebläse kann auch
elektrisch angetrieben werden.
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Die Wasserdüse n erhält ihr Wasser aus einem Behältcr n1, der, wie
dargestellt ist, auf denn Wagen oder unabhängig davon auf einem besonderen Wasserwagen
angeordnet ist. Auch läßt sich selbstverständlich die Wasserdüse von den Straßenhydranten
speisen.
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Während der Ausführung des Verfahrens wird der Wagen langsam vorgeschoben,
wobei die Flamme des Brenners f die Schiene erhitzt. Unmittelbar dahinter wird dann
die erhitzte Schiene durch Luft oder Wasser oder beides gekühlt.
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Sollen beide Schienen eines Gleises gleichzeitig behandelt werden,
so müssen selbstverständlich die Vorrichtungen auf beiden Seiten des Wagens angeordnet
sein.
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Die Einrichtung nach den Fig. 2 und 3 besteht aus einem Wagen A mit
spurkranzrädern A1, dessen Antrieb nach beiden Richtungen durch einen Elektromotor
B erzielt wird. Da die Fortbewegungsgeschwindigkeit dlos Wagens außerordentlich
klein sein muß. nämlich etwa 1/4 bis 1/2 m in der Minute, so muß die Geschwindigkeit
des Motors beträchtlich ins Langsame übersetzt werden. Zu diesemn Zweck wird dhie
Bewegung von dem Motor durch die Zwischenwelle Cl, C2. das Kegelrad C3, die senkrechte
Welle Cl, dlas darauf angeordnete verstellbare Reibrad C5. dhie Reibscheibe C6,
dhie Schnecke C7, das Schneckenrad C8, die Welle C9 des letzteren, clie Schnecke
D und das Schneckenrad D1 der Radachse D2 auf die Laufräder übertragen. Mittels
eines Handhebels D3 kann einc Kupplung ein- und ausgerückt werclen, durch die die
Radachse D2 mit dem Getriebe verbunden oder davon abgekuppelt wird.
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Die Wagengeschwindigkeit läßt sich durch Verschiebung slos Reibrades
C5 auf der Reibscheibe C6 in an sich bekannter Weise regeln. Diese Regelung wird
eingeleitet durch, ein Handrad I', dessen Bewegung durch das Kegelrad F1 und eine
Spindel F2 auf einen Hebel E übertragen wird, der an einem Gestellarm El lagert
und das Reibrad C5 auf der Reibscheibe C6 verschiebt.
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Die Fahrtrichtung läßt sich dadurch umkehren, daß die Wellen Cl und
C2 durch einen offenen und einen gekreuzten Riemen miteinander verbunden sind, die
durch zwei lose Scheiben und eine feste Scheibe eingerückt werden können. Das Getriebe
kann natürlich auch anders eingerichtet sein, und an Stelle des Elektromotors kann
ein Verbrennungsmotor den Antrieb übernehmen.
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Auf beiden Seiten des Wagens A sind zweckmäßig zwischen den Rädern
die Vorrichtungen zur Erhitzung der Schienen beim , Weitcrfahren des Wagens angeordnet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen diese Vorrichtungen aus Düsenrohren
G, die auf kleinen besonderen Laufgestellen II angeordnet sind. Letztere sind mit
Rollen h versehen, die dlas Laufgestell auf den Schienen entlang führen. Die Laufgestelle
H sind mit dem Hauptwagen A durch eine Nürnberger Schere H1 oder eine ähnliche Vorrichtung
verbunden, durch die die Laufgestelle H dauernd auf dIon Schienen gehalten werden
und auch die richtige Entfernung des Düsenrohres G von den Schieren gesichert wird,
ohne Rücksicht auf die senkrechten Schwankungen des Wagens A auf scinen Federn.
Diese Anordnung gestattet auch ein völliges Abheben der Laufgestelle H von den Schienen,
etwa durch ein Handrad H3 mit Spindel, sobald der Wagen außer Betrieb ist oder schnell
weiterbewegt werden soll, indem man ihn z. B. mit einem anderen Fahrzeug kuppelt.
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Die Düsenrohre G sind zweckmäßig ain 1.a.if,-estell 11 verstellbar,
so (Maß sie gehoben und gesenkt und in der gewünschten 1?ntfernun- über der Schiene
festgestellt werden können. Zur Erhitzung .einer jeden Schiene kann ein einziges
Düsenrohr dienen, das mit einen, Schnittbrenner zur Erzeuming einer fschschwanzfürmigen
Flamme versehen ist, (hie quer über den ganzen Schienenkopf reicht. Es können aber
auch zwei Brenner G G1 nebeneinander angeordnet sein, wie die I# ig. 3 zeigt. Außerdem
kann nian natürlich auch zwei und drei und noch mehr Brenner hintereinander
anordnen.
Eine solche Anordnung gestattet eine größere Fahrzeuggeschwindigkeit als eine solche
mit nur einem Brenner oder einer Gruppe aus mehreren nebeneinanderliegenden Brennern,
da durch die hintereinander angeordneten Brenner die Schiene in jeder Stellung nicht
auf einmal erhitzt, sondern durch die vorderen Brenner zunächst vorgewärmt wird
und somit durch die nachfolgenden Brenner schneller auf die erforderliche Temperatur
gelangt. Selbstverständlich darf aber nicht eine zu große Länge einer Schiene auf
einmal erhitzt werden, da sonst leicht eine Krümmung der Schiene eintritt.
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Unmittelbar hinter dem Brenner sind Luftdüsen K und Wasserdüsen I
angeordnet. Die Luftdüsen sind durch eine Leitung k mit einem Gebläse J verbunden,
das auf dem Wagen angeordnet ist und durch den Motor B angetrieben wird. Die Wasserdüsen
I stehen durch zweckmäßig biegsame Leitungen i mit einem nicht dargestellten Wasserbehälter
in Verbindung, der entweder auf dem Wasen oder an einer anderen geeigneten Stelle
aufgestellt ist. Die Leitungen i können aber auch all einen Straßenhydranten angeschlossen
werden.
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Das zur Speisung der Brenner dienende Gas ist in Flaschen L aufgespeichert,
die beispielstweise an den beiden Enden des Wagens stehen. Die Flaschen enthalten
z. B. Sauerstoff und Azetylen und sind durch biegsame Leitungen M mit dem Brenner
G auf dem Wege über den Regelur L1 verbunden, durch den die Zuführung der beiden
Gase nach Menge und Verhältnis geregelt werden kann.
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Der Strom wird dein Motor B auf beliebige Weise zugeführt, z. B. von
der Oberleitung der Straßenbahn aus mit einer Kontaktstanle N.
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Die Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen eine einfachere Ausführungsart
eines motorisch fortbewegten Wagens. Dieser dient nur zur gleichzeitigen Behandlung
einer einzigen Schielte und läuft nur auf drei Rädern p, p, p1. Der Wagen besteht
aus einem Gestell P mit einem Elektromotor Q, von dem aus eine Welle d angetrieben
wird, auf der ein verstellbares Reibrad R sitzt. Letzteres steht in Berührung mit
der Reibscheibe r und läßt sich an dieser zur Regelung der Geschwindigkeit verstellen.
Hierzu dient eine mit der Welle cl dfes Reibrades R verbundene Mutter r1, in die
eine mit einem Handrad r3 versehene Spindel r2 eingreift. ' Die Reibscheibe r treibt
mit Hilfe des Schneckengetriebes s, s1 die Kegelruder S und S1 an, die auf ihrer
Welle durch Nut und Feder gemeinsam verschiebbar sind, so daß sie abwechselnd mit
dem Kegelrad 7' einer Welle T1 zum Eingriff gebracht werden können. Die Verschiebung
dieser Kegelräder S, S1 erfolgt durch Hebel t, t1 und eitle Verbindungstange t2.
Von der Welle T1 wird die Bewegung durch eine Kette t3 auf das Treibrad p übertragen,
und zwar je nach der Stellung des beschriebenen Wendegetriebes in der einen oder
anderen Fahrtrichtung.
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Auf einer Seite des Wagens, und zwar zweckmäßig auf derjenigen mit
den zwei Räclern p, p sind zwischen diesen Rädern ein oder mehrere Brenner U in
ähnlicher Weise angeordnet, wie es bei den Fig. 2 und 3 beschrieben worden ist.
Zur Einstellung der Brennerhöhe sind die Brenner an dem um eineu Zapfen ui drehbaren
Halter u befestigt.
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Hinter dem Brenner sind Luftdüsen V' und Wasserdüsen 1V in bereits
beschriebener Weise angeordnet. Sie können aber ebenfalls an dem Brennerhalter u
befestigt sein (Fig. 4), so daß sie mit dem Brenner zusammen verstellt werden. Der
Halter u ist mit einem Handhebel u3 (Fig. 5) verbunden, mittels dessen die Einstellung
an einem Zahnbogen u2 erfolgen kann.
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Die Luftdüse b'. ist durch die Leitung v mit einem auf dem Fahrzcuggestell
untergebrachten und vom Motor angetriebenen Gebläsc v1 verbunden. An dem Ende des
Wagengestelles P sind Stützen N angeordnet, die die Gasflasche Y tragen, die mit
dem Brenner durch biegsame Leitungen s über den Regelur Z verbunden sind.