EP2241384B1 - Einrichtung zum Härten von Schienen - Google Patents
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- EP2241384B1 EP2241384B1 EP10450109A EP10450109A EP2241384B1 EP 2241384 B1 EP2241384 B1 EP 2241384B1 EP 10450109 A EP10450109 A EP 10450109A EP 10450109 A EP10450109 A EP 10450109A EP 2241384 B1 EP2241384 B1 EP 2241384B1
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- B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
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- B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
- B21B45/0203—Cooling
- B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
- B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
- B21B45/023—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes by immersion in a bath
Definitions
- the invention relates to a device for hardening rails, in particular profiled rails, optionally with respectively different cross-sectional shape and a length of greater than 50m by cooling at least part of the respective rail cross-section over the entire rail length in a coolant, consisting of Querverschiebeschn in the area a roller table, of directing means and manipulation gripper for moving the rail in the device, at least one positioning means, each with a basin or trough with coolant and a cooling bed.
- a coolant consisting of Querverschiebeschn in the area a roller table
- Rails of carbon-containing, optionally low-alloy steels which are placed on a cooling bed after rolling and allowed to cool, have a pearlitic structure throughout, the material having corresponding mechanical properties.
- the microstructure can be adjusted in such a way that at least the claimed rail head high hardness, high abrasion resistance and a has low Rissinitiation, ie, that the rail in the track has improved performance characteristics.
- a device for hardening rails by a targeted formation of the microstructure during the cooling of the same can be designed for a passage through a spray cooling device or for a dip in a coolant.
- the invention seeks to remedy the deficiencies and sets itself the goal of creating a device of the type mentioned for the hardening of rails, especially profiled rails, with which high throughput with high reliability high quality rails can be produced economically.
- a plant according to the objective of manipulation gripper for unhindered rapid movement of the expiring from the rollers rails which allows axial alignment of the same, and a dimensionally correct applicability in a positioning and / or depositing on a transfer means and / or on a cooling bed accomplishes positioning means for distortion-free clamping and / or quenching, which is cooperatively employable with a positioning means, wherein control means by which the plant components on each other for a cyclic dipping of the head and / or other parts of the cross section and / or the entire surface of the rail in course are tunable by their cooling.
- the goal is in a generic device achieved in that the positioning horizontally aligned comprises a plurality of support components with facilities for the foot of a suspended rail, which rail is fixed to the plants by releasable clamping elements or hold-down in the axial direction of the rail horizontally fixed.
- the advantages achieved with the positioning means according to the invention are essentially to be seen in the fact that they are formed from holding components which are aligned horizontally with great accuracy, each having two installations and two hold-downs.
- Such a rail from the rolling heat with austenitic structure which is inserted axially aligned by a manipulation gripper in a certain desired position in the holding components, each with two systems for the foot of the rail, are determined by two clamping elements each shift and warping, which determination even with an action of large forces, eg in a cooling phase of the rail head, with high accuracy is maintained.
- the holding components and the hold-down or clamping elements for the rail foot are provided in the longitudinal extent of the positioning respectively selbarts so that advantageously no bending moments arise in the determination of the rail.
- the rail is held immovably on both sides by a system f2 and a releasable clamping element for the rail of a component of the positioning and the other systems and elements of the respective components allow a shift in the rail longitudinal direction. Thereby can be stabilized during the cooling or heat treatment, the rail in a desired cross-sectional position, wherein the given by the material contraction shortening is carried out by a shift free of surface damage.
- FIG. 1 is shown in cross section a device for hardening rails.
- a rail 1 is spent after the stitch in the last rolling caliber (not shown) on a roller table 2 and positioned by a transverse pushing means 21 on this.
- An in Fig. 1 illustrated manipulation gripper 3 is designed such that this a track 1 in a lying position on the roller table 2 of this by means of a plurality of pliers 30 on the rail length correctly picks up and aligned by holding the gripping arms 31,31 'axially.
- the pliers 30 are vertically, horizontally and rotationally movable, so that a laterally located track from the roller table 2, axially directed, turned into a suspended position with a horizontal foot surface, in a Positioning means 4, as in Fig. 3 shown on facilities 41,41 'can be introduced.
- a rail 1,1 'from the roller table 2 or by a positioning means 4 can be received and stored on a cooling bed 6 or on a transfer means 61.
- a positioning means 4 is in Fig. 3 shown and has over the length of a rail 1 holding components 40, 40 'with systems 41,41', in which the rail 1 is inserted axially directed. Clamping elements 42, 42 'can be adjusted in the direction of the systems 41, 41' towards the flange ends of a rail foot 11. Positioning means 4 and 5 basin with coolant 50 cooperate during the hardening process of rails 1.
- FIG. 1 shows in the device at least two basins 5 with coolant 50 axparallel arranged side by side, each of which is usable for curing a rail 1 part of the coolant 50 in the basin 5 has a depth which is greater than the maximum rail height to a full immersion allow the same in the cooling liquid 50.
- coolant inlet 54 anddeschellenk Rheinen 53 are arranged on the bottom side in the basin 5, wherein to smooth out the flow velocity of the coolant 50 during flow of a rail 1 over the entire length of the basin 5 through-flow plates 51 and / or nozzle plates 52 are used for diving down.
- Positioning means 4 for rails 1 and pelvis 5 with coolant 50 act together as previously mentioned and are movable relative to one another by means of control devices (not shown) and at least in the positions "dipping of cross-section parts". and / or "head hardening” and / or “full immersion hardening” positionable for periods.
- a groove rail 1R in comparison with a Vignolschiene 1V in Fig. 4 Axis deviations Az, Ar between head x and axis of the foot can be given y.
- a the axis shifts Az, Ax corresponding horizontal, axially parallel positioning of positioning means 4 and 5 pelvis can be set.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Härten von Schienen, insbesondere profilierten Fahrschienen, mit gegebenenfalls jeweils unterschiedlicher Querschnittsform und einer Länge von größer als 50m durch Abkühlen von zumindest einem Teil des jeweiligen Schienenquerschnittes über die gesamte Schienenlänge in einem Kühlmittel, bestehend aus Querverschiebemitteln im Bereich eines Rollganges, aus Richtmitteln und Manipulationsgreifer zum Verbringen der Schiene in der Einrichtung, mindestens einem Positioniermittel, mit jeweils einem Becken bzw. Trog mit Kühlmittel sowie einem Kühlbett.
- Schienen aus Kohlenstoff enthaltenden, gegebenenfalls niedriglegierten Stählen, die nach dem Walzen auf ein Kühlbett verbracht und erkalten gelassen werden, weisen durchwegs ein perlitisches Gefüge auf, wobei der Werkstoff dementsprechende mechanische Eigenschaften hat. Um den Schienenverschleiß, insbesondere bei hohen Achslasten sowie gegebenenfalls hoher Geschwindigkeit der Züge und in engen Kurven zu verringern, kann gemäß Stand der Technik durch eine besondere Wärmebehandlung die Gefügestruktur derart eingestellt werden, dass zumindest der beanspruchte Schienenkopf eine hohe Härte, eine hohe Abriebfestigkeit und eine geringe Rissinitiation hat, d.h., dass die Schiene im Gleis verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist.
- Eine Einrichtung zum Härten von Schienen durch eine gezielte Ausbildung der Gefügestruktur bei der Abkühlung derselben kann für einen Durchlauf durch eine Sprühkühlvorrichtung oder für ein Tauchen in ein Kühlmittel ausgebildet sein.
- Durchlauf-Sprühkühlanlagen für eine Schienenhärtung sind in der Regel zwar einfach aufgebaut, haben jedoch den Nachteil eines großen Platzbedarfes, benötigen eine aufwändige Technologie und können auch unerwünschte Güteschwankungen der Schienen in einem Produktionsablauf nicht effizient ausschließen. Weiters kann oft in einer Durchlauf-Sprüheinrichtung eine genaue Abstimmung der Kühlung auf wechselnde Querschnittsprofile wie Zungen-, Rillen-, Vignolschienen und dgl. nicht in erforderlichem Masse erfolgen, wobei auch gegebenenfalls ein Verzug bei der Abkühlung von Querschnittsbereichen im Durchlauf zu ungleichen Kühlmittelbeaufschlagungen und somit zu Härteschwankungen des Werkstoffes über die Schienenlänge führt.
- Es wurde schon vorgeschlagen, bei einer Sprühvergütung der Schiene diese unbewegt zu belassen oder nur geringfügig, bevorzugt um den jeweiligen Sprühmittelabstand, alternierend zu verschieben.
- Weiters ist bekannt, eine Vorrichtung zum thermischen Vergüten von Schienen und/oder von Teilen des Querschnitts von Schienen mit einem oder mehreren Tauchbecken für diese auszubilden.
- Bei sequentieller Herstellung von gehärteten Schienen mit hoher Walzleistung wurde gemäss
AT 410 549 B - Hier will die Erfindung die Mängel beseitigen und setzt sich zum Ziel, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zum Härten von Schienen, insbesondere von profilierten Fahrschienen, zu schaffen, mit welcher bei hohem Durchsatz mit großer Sicherheit qualitativ hochwertige Schienen wirtschaftlich herstellbar sind.
- Im Einzelnen soll eine Anlage entsprechend der Zielsetzung Manipulationsgreifer für ein ungehindert rasches Verbringen der aus den Walzen auslaufenden Schienen aufweisen, welcher eine axiale Ausrichtung derselben ermöglicht, sowie eine maßgenaue Einbringbarkeit in einem Positioniermittel und/oder ein Ablegen auf ein Übergabemittel und/oder auf ein Kühlbett bewerkstelligt Positioniermittel für ein verzugsfreies Spannen und/oder Abschreckmittel, welches mit einem Positioniermittel zusammenwirkend einsetzbar ist, wobei Steuerungsmittel, durch welche die Anlagenkomponenten aufeinander für ein zyklisches Tauchen des Kopfes und/oder anderer Teile des Querschnittes und/oder der gesamten Oberfläche der Schiene in Verlauf von deren Abkühlung abstimmbar sind, aufweisen.
- Das Ziel wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung
dadurch erreicht, dass das Positioniermittel horizontal fluchtend eine Vielzahl von Haltekomponenten mit Anlagen für den Fuß einer hängend eingebrachten Schiene aufweist, welcher Schienenfuß jeweils auf den Anlagen durch lösbare Spannelemente bzw. Niederhalter verzugsgesichert in Achsrichtung der Schiene horizontal festlegbar ist. - Die mit dem erfindungsgemäßen Positioniermittel erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass dieses aus mit großer Genauigkeit horizontal fluchtenden Haltekomponenten mit jeweils zwei Anlagen und zwei Niederhalter gebildet sind. Derart kann eine Schiene aus der Walzhitze mit austenitischem Gefüge, die von einem Manipulationsgreifer axial ausgerichtet in einer bestimmten gewünschten Lage in die Haltekomponenten mit jeweils zwei Anlagen für den Fuß der Schiene eingelegt wird, durch jeweils zwei Spannelemente verschiebungs- und verwindungssicher festgelegt werden, welche Festlegung auch bei einem Einwirken großer Kräfte, z.B. in einer Abkühlphase des Schienenkopfes, mit hoher Genauigkeit erhalten bleibt. Die Haltekomponenten und die Niederhalter bzw. Spannelemente für den Schienenfuß sind in Längserstreckung des Positioniermittels jeweils gleicherarts vorgesehen, sodass mit Vorteil keinerlei Biegemomente bei der Festlegung der Schiene entstehen.
- Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Schiene beidseitig durch eine Anlagen f2 und ein lösbares Spannelement für den Schienenfuß einer Komponente des Positioniermittels unbewegbar gehalten ist und die übrigen Anlagen und Elemente der jeweiligen Komponenten eine Verschiebung in Schienenlängsrichtung zulassen. Dadurch kann auch während der Abkühlung bzw. Wärmebehandlung die Schiene in einer gewünschten Querschnitts- Position stabilisiert sein, wobei die durch die Werkstoffkontraktion gegebene Verkürzung durch eine Verschiebung frei von Oberflächenbeschädigungen erfolgt.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert, wobei hilfsweise im Text eine Bezugszeichenliste nachgeordnet ist.
Es zeigen -
Fig. 1 Einrichtung zum Härten von Schienen im Querschnitt senkrecht zur Schienenlängsachse -
Fig. 2 Schiene in Zangen eines Manipulationsgreifers -
Fig. 3 Positioniermittel und Becken senkrecht zur Schienenlängsachse -
Fig. 4 Querschnittsprofile von Schienen - Zur Erleichterung des Überblickes hinsichtlich der Funktionsteile der Einrichtung soll die nachfolgend angegebene Bezugszeichenliste dienen:
- 1
- Schiene
- 11
- Schienenfuß
- 12
- Schienenkopf
- 1 Z
- Zungenschiene
- 1 R
- Rillenschiene
- 1 V
- Vignolschiene
- y
- Fußmittelachse
- x
- Kopfmittelachse
- A
- Achsäbweichung
- H
- Schienenhöhe
- 2
- Rollgang
- 21
- Querverschiebemittel
- 3
- Maniulationsgreifer
- 30
- Zangen
- 31,31'
- Greifarme
- 311,311'
- Greifteile
- 312,312'
- Zentrierteile
- 4
- Positioniermittel
- 40,40'
- Haltekomponenten
- 41,41'
- Anlagen
- 42,42'
- Spannelemente
- 5
- Becken (Trog)
- 50
- Kühlmittel
- 51
- Durchströmbare Platte
- 52
- Düsenplatte
- 53
- Kühlmittellenkeinrichtung
- 54
- Kühlmitteleinlass
- 6
- Kühlbett
- 61
- Übergabemittel
- In
Fig. 1 ist im Querschnitt eine Einrichtung zum Härten von Schienen dargestellt. Eine Schiene 1 wird nach dem Stich im letzten Walzkaliber (nicht dargestellt) auf einen Rollgang 2 verbracht und durch ein Querschiebemittel 21 auf diesem positioniert. - Von einer Position am Rollgang 2 erfolgt eine Aufnahme einer Schiene 1 mittels eines Manipulationsgreifers 3, welcher über die Länge der Schiene 1, wie in
Fig. 2 dargestellt, eine Vielzahl von Zangen 30 mit Greifarmen 31,31' besitzt. Die Greifarme 31,31' sind jeweils mit Zentrierteilen 312,312' zur axialen Ausrichtung eines Schienenkopfes 12 und mit Greifteilen 311,311' für ein hängendes Halten eines Schienenfußes 11 ausgeformt, wobei ein Abstand von den Flanschenden vom Schienenfuß 11 zu den Greifarmen 31,31' vergrössert ist, um unterschiedliche Schienenprofile, wie inFig. 4 als 1Z, 1R, 1V, dargestellt, kopfseitig axial durch Zentrierteile 312,312' von Zangen 30 auszurichten. - Ein in
Fig. 1 dargestellter Manipulationsgreifer 3 ist derart ausgebildet, dass dieser eine Schiene 1 in einer Liegeposition am Rollgang 2 von diesem mittels einer Vielzahl von Zangen 30 über die Schienenlänge positionsgerecht aufgreift und durch Halten mit den Greifarmen 31,31' axial ausrichtet. Die Zangen 30 sind gemeinsam durch maschinentechnisch ausgebildete Teile bei gleichzeitigem Spannen der Zentrierteile 312,312' senkrecht zur Schienenaxe vertikal, horizontal und drehend bewegbar, sodass eine seitlich liegende Schiene vom Rollgang 2 aufgenommen, axial gerichtet, in eine hängende Position mit horizontaler Fußfläche gedreht, in ein Positioniermittel 4, wie inFig. 3 gezeigt, auf Anlagen 41,41' einbringbar ist. - Nach gleicher Art ist, wie
Fig. 1 zeigt, eine Schiene 1,1' vom Rollgang 2 oder von einem Positioniermittel 4 aufnehmbar und auf ein Kühlbett 6 oder auf ein Übergabemittel 61 ablegbar. - Ein Positioniermittel 4 ist in
Fig. 3 dargestellt und weist über die Länge einer Schiene 1 Haltekomponenten 40, 40' mit Anlagen 41,41' auf, in welche die Schiene 1 axial gerichtet einlegbar ist. Spannelemente 42,42' sind in Richtung zu den Anlagen 41,41' hin an die Flanschenden eines Schienenfußes 11 anstellbar. Positioniermittel 4 und Becken 5 mit Kühlmittel 50 wirken beim Härtevorgang von Schienen 1 zusammen. - Wie aus
Fig. 1 hervorgeht, sind in der Einrichtung mindestens zwei Becken 5 mit Kühlmittel 50 axparallel nebeneinander angeordnet, wobei jeweils der für eine Härtung einer Schiene 1 nutzbare Teil des Kühlmittels 50 im Becken 5 eine Tiefe aufweist, die größer ist als die maximale Schienenhöhe, um ein vollumfängliches Tauchen derselben in die Kühlflüssigkeit 50 zu ermöglichen. - Wie in
Fig. 3 dargestellt, sind Kühlmitteleinlass 54 und Kühlmittellenkeinrichtungen 53 im Becken 5 bodenseitig angeordnet, wobei zur Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels 50 beim Anströmen einer Schiene 1 über die gesamte Länge des Beckens 5 durchströmbare Platten 51 und/oder Düsenplatten 52 zum Tauchraum hin einsetzbar sind. - Positioniermittel 4 für Schienen 1 und Becken 5 mit Kühlmittel 50 wirken, wie vorher erwähnt, zusammen und sind mittels Steuereinrichtungen (nicht dargestellt) relativ zueinander bewegbar und zumindest in den Positionen "Tauchen von Querschnittsteilen" und/oder "Kopfhärtung" und/oder "vollumfängliche Tauchhärtung" für Zeitspannen positionierbar.
- Für unterschiedliche Querschnittsprofile von Schienen 1, wie dies für eine Zungenschiene 1Z, eine Rillenschiene 1R im Vergleich mit einer Vignolschiene 1V in
Fig. 4 dargestellt ist, können Achsabweichungen Az, Ar zwischen Kopfachse x und Fußchsachse y gegeben sein. Um jeweils unabhängig vom Querschnittsprofil ventral die Hauptmasse eines Schienenkopfes 12 im Tauchbecken 5 einer Anströmung vom Kühlmittel 50 auszusetzen, ist eine den Achsweichungen Az,Ax entsprechende horizontale, achsparallele Positionierung von Positoniermittel 4 und Becken 5 einrichtbar.
Claims (1)
- Einrichtung zum Härten von Schienen (1), insb. profilierten Fahrschienen, mit ggf. jeweils unterschiedlicher Querschnittsform und einer Länge von größer als 50m durch Abkühlen von zumindest einem Teil des jeweiligen Schienenquerschnittes über die gesamte Schienenlänge in einem Kühlmittel, bestehend aus Querverschiebemitteln (21) im Bereich eines Rollganges (2), aus Richtmitteln und Manipulationsgreifer (3) zum Verbringen der Schiene in der Einrichtung, mind. einem Positioniermittel (4), mit jeweils einem Becken (5) bzw. Trog mit Kühlmittel sowie einem Kühlbett (6), wobei das Positioniermittel (4) horizontal fluchtend eine Vielzahl von Haltekomponenten (40) mit Anlagen (41) für den Fuß (11) einer hängend eingebrachten Schiene (1) aufweist, welcher Fuß (11) jeweils auf den Anlagen (41) durch lösbare Spannelemente (42) bzw. Niederhalter verzugsgesichert in Achsrichtung der Schiene (1) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (1) durch eine Anlage (41) und ein lösbares Spannelement (42) für den Schienenfuß (11) einer Komponente des Positioniermittels (4) unbewegbar gehalten ist und die übrigen Anlagen (41) und Elemente (42) der jeweiligen Komponenten eine Verschiebung in Schienenlängsrichtung zulassen.
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