Verfahren zur Abkühlung ringf rnüger Gussstücke Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ab kühlung eisenhaltiger ringförmiger Gussstücke mit un terschiedlichen Wandstärken, wobei ein relativ dicker radial äusserer Teil und ein relativ dünner radial innerer Teil vorhanden ist.
Mit der Erfindung soll angestrebt werden, bei me- tallischen Gussstücken, insbesondere Stahlguss, eine bes sere Härte und Duktilität an bestimmten Teilen zu er reichen.
Bei der Herstellung von Eisenbahnwagenrädern ist es üblich, diese Räder über den kritischen Temperatur bereich des Metalles, nämlich etwa 685 -735 C, zu er wärmen und sodann durch Luftkühlung abzukühlen. Eine Normalisierung bzw. Glühung solcher Stahlgussrä- der erfolgte, um dadurch gewisse physikalische Eigen schaften wie Schlagwiderstandsfähigkeit und Abrieb festigkeit verbessern zu können.
Solche Räder sind jedoch nicht durchwegs befrie digend, indem bei der Abkühlung zahlreiche Faktoren einen unkontrollierten Einfluss ausübten. So sollten z.B. zur Erreichung von maximalen Werten die Normalisie rung und zur Vermeidung von unerwünschten innern Spannungen alle Teile eines solchen Gussrades mit etwa gleicher Abkühlungs-Geschwindigkeit im Bereich des kritischen Temperaturbereiches abgekühlt werden, um ein im wesentlichen gleichförmiges Zusammenziehen aller Teile des Rades sicherzustellen.
Eine Luftkühlung der Räder, die dies beim konven tionellen Anlassen oder Glühen erforderlich ist, ist nicht vollständig vereinbart mit den Erfordernissen, da grosse Wandstärkenunterschiede zwischen Nabe, Scheibenteil und Kranz vorhanden sind.
Mit der Erfindung sollen diese Nachteile behoben wer den. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Guss- stück während seiner Drehbewegung Kühlflüssigkeit an dem radial äussern, dickern Teil zugeführt wird, wobei die Rotation mit einer solchen Drehzahl aufrechterhalten wird, dass die Kühlflüssigkeit daran gehindert wird in den radial dünnern Teil zu fliessen, und ein Luftstrom erzeugt wird,
welcher radial nach auswärts strömt und beim dünnem Teil einen geringeren Kühleffekt erzeugt als die Flüssigkeit beim dickeren Teil. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Er- findungsgegenstandes dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf die Einrichtung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 ein Detail im Schnitt nach der Linie 3-3 in Fi gur 2, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Sprühvorrich- tung.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Kühleinrichtung darge stellt, mit einem Rahmen 10, auf welchem sich ein Was serbehälter 12 sowie Drehorgane 14 und eine Sprühein richtung befinden.
Der Rahmen 10 enthält eine Mehrzahl von vertikalen Pfosten 18,. deren oberes Ende je mit einem Ring 20 durch Schweissnähte verbunden ist. Die Tragarme 22 und Stützträger 24 befinden sich im Mittelteil der Pfosten 18 und dienen zur Abstützung eines Lagerbockes 26, in welchem sich ein Wälzlager 28 befindet.
Ein Trägerpaar 30 ist je mit den obern Enden des Ringes 20 befestigt und dient zur Abstützung des oberen Lagerbockes 32, in welchem sich ein Wälzlager befindet.
Eine sich in Vertikalrichtung erstreckende Welle 40 wird durch die beiden. Lager 28 und 34 drehbar gehalten, wobei die axiale Abstützung durch eine Schulter 36 er folgt. Die Antriebsverbindung für die Nabe und die mit ihr verbundenen Teile erfolgt über einen Keil 38.
Die Drehorgane 14 enthalten einen im wesentlichen rechteckförmigen Drehtisch 42, der mit einer nach ab wärts gerichteten Nabe 44 zur Aufnahme der Welle 40 dient. Der Drehtisch 42 ist mit sich in Längsrichtung er streckenden Führungen 46, 48 versehen, die mit Füh- rungsflächen 50, 52 ausgerüstet sind und im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Auf dem Drehtisch 42 ist ein Lagerteil 54 festgemacht und .nimmt eine Spindel 56 auf, die rechts und links einen Gewindeteil 58, 60 enthält. Klemmbacken 62, 64 wirken mit den Führungsflächen 50, 52 zusammen und ermöglichen die Festklemmung eines Werkstückes mit Hilfe der rechts- und linksgängigen Gewindemuttern 66 und 68, welche mit der Spindel 56 zusammenwirken. Je des Spindelende ist mit einem Schlitz 70 versehen,
mit welchem die Spindel von Hand verdreht und damit die Klemmbacken 62, 64 entweder in der einen oder andern Richtung bewegt werden können.
Der Wasserbehälter 12 weist einen im wesentlichen zylindrischen Mantel 72 auf, an welchem ein ringförmi ger Boden 74 befestigt ist. Eine innere Wand 76 er- streckt sich von einer öffnung 78 des Mantels angehend nach aufwärts und liegt nahe bei dem Pfosten 18. Die Höhe der inneren Wand 76 ist so gewählt, dass sie bis zum Ring 20 ragt. Alle Verbindungsstellen des Wasser behälters sind wasserdicht ausgeführt. Eine sich in Ra dialrichtung erstreckende zentrale Deckplatte 80 liegt am Lagerbock 32 an und stützt sich auf dem Ring 20 ab.
Eine Mehrzahl von Befestigungsschuhen 82 ist mit dem Inneren des Mantels 72 verbunden. Eine Tragarm konstruktion 84, welche Stützplatten 86 und 88 enthält, befindet sich an den Winkeleisen 90 und erstreckt sich zwischen dem Ring 20 und den Befestigungsschuhen 82.
Eine Sprüheinrichtung 60 enthält eine Ringleitung 92, an welche eine Mehrzahl von Sprühdüsen 94 angeschlossen sind. Diese Sprühdüsen sind an vier Stangen 96 ver stellbar befestigt und können mit Hilfe eines Trägers 98 in der Höhenlage eingestellt werden. Jeder dieser Träger 98 ist gemäss Fig. 3 durch Schrauben 100 in einem Längsschlitz 102 verschiebbar und höhenverstellbar ge halten.
Die Sprühdüsen 94 sind mit einem Kugelgelenk od.dgl. versehen, so dass sie in die gewünschte Lage gerichtet und eingestellt werden können. Beim dargestell ten Ausführungsbeispiel sind insgesamt 16 Sprühdüsen vorhanden, die in gleichmässigen Abständen an die Ring- leitungen 92 angeschlossen sind.
Eine Zuleitung 104 mit einem Ventil 106 dient zur Zufuhr von Kühlflüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle 108. Der Boden 74 ist mit einer Ablauföffnung 109 ver sehen, durch welche die gesammelte Flüssigkeit abgelas sen werden kann.
Eine flexible Kupplung<B>110,</B> ein Winkelgetriebe 112 und eine Flüssigkeitskupplung 114 sowie ein Antriebs motor 116 dienen zum Antrieb der Welle 40.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Ein ringförmiges Gussstück, insbesondere ein Eisen bahnwagenrad 118 aus Stahlguss od.dgl., wird vorzugs weise auf eine Temperatur von etwa 845 -870 C ge bracht und auf dem Drehtisch befestigt. Zu diesem Zweck wird die Spindel 56 verdreht bis die Klauen 120 der Klemmbacken 62 und 64 die Nabe 122 des Rades umfassen.
Der Antriebsmotor<B>116</B> wird sodann in Funktion gesetzt und bewirkt eine Drehbewegung der Welle 40, wodurch sich der Drehtisch 42 samt dem Rad 116 um die Vertikalachse 124 herum dreht.
Sobald das Ventil 106 geöffnet wird, fliesst von der Flüssigkeitsquelle 108 Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, über die Zuleitung 104 in die Ringleitung 92 und die Sprühdüsen 94 und wird dabei gegen den Radkranz 126 des Rades<B>118</B> gespritzt.
Das Rad 118 wird kontinuierlich gedreht und unter dem Einfluss der Strahlen 128 der Kühlflüssigkeit wird dieses unterhalb den kritischen Temperaturbereich ab- gekühlt. Die Wasserbesprühung wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis das Rad eine Temperatur von 205 - 370 C aufweist.
Die beschleunigte Abkühlung mit Hilfe der Wasserstrahlen bewirkt, dass sich am Radkranz eine sehr feine Perlit-Struktur bildet, wodurch eine grössere Härte und verbesserte Duktilität im Vergleich zu rein luftgekühlten Rädern erhalten wird.
Es muss dabei beachtet werden, dass die dicken und dünnen Quer- schnittsteile des Rades innerhalb des kritischen Tem- peraturbereiches mit angenähert gleicher Geschwindig keit abgekühlt werden, was durch die vorliegende Ein richtung ermöglicht wird.
Die kontinuierliche Drehung des Rades 118 mit relativ hoher Geschwindigkeit ver hindert, dass der Wasserstrahl, welcher auf den Kranz 126 fällt, bestrebt ist sich nach einwärts in Richtung gegen den Radscheibenteil 130 und gegen die Nabe 122 zu ergiessen. Durch die Zentrifugalwirkung wird dagegen erreicht, dass die Kühlflüssigkeit vom Kranz 126 nach aussen abgeschleudert wird.
Ein weiterer Effekt, welcher durch die Drehbewegung des Rades 118 entsteht, liegt darin, dass zwischen zwei radial voneinander distanzierten Punkten auf dem Rad 118 derjenige Punkt, welcher näher bei der Achse des Rades <B>118</B> liegt, eine kleinere lineare Geschwindigkeit hat als ein radial weiter aussen liegender Punkt.
Dies trifft auch dann zu, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rades<B>118</B> konstant bleibt, da die lineare Geschwindigkeit an jeder Stelle des Rades proportional zu seinem Ab stand von der Rotationsachse ist.
Wenn somit der sta tische Druck der Kühlflüssigkeit unter anderem von der Relativgeschwindigkeit abhängt, (je höher die Geschwin digkeit, um so kleiner der statische Druck), ist er sichtlich, dass auch der statische Luftdruck in der Nähe der Nabe grösser ist als in der Nähe des Kranzes.
Somit wird durch das Rad 118 eine Pumpaktion er zeugt, was zur Folge hat, dass ein Luftstrom über dem Nabenteil 122 und dem Radscheibenteil 130 entsteht, wie dies durch Pfeile .132 in Fig. 2 angedeutet ist. Im weitern hat auch die Bohrung 136 eine Luftsrömung, welche durch Pfeile 134 angedeutet ist.
Dieser Luftstrom hilft mit, Wärme vom Radschei- benteil 130 und von der Nabe 122 abzuführen. Dadurch wird die Abkühlgeschwindigkeit grösser als wenn die Umgebungsluft ruhend wäre.
Nachdem sich das Rad auf eine Temperatur zwi schen 205 -370 C abgekühlt hat, wird es vom Drehtisch 42 entfernt und erneut auf eine Temperatur von etwa 480 C erwärmt, um dieses Gussstück zu tempern und ihm dadurch unerwünschte Spannungen zu nehmen. Eine Wiedererwärmung des Rades stört dabei die durch die Wasserbespühlung angestrebte Mikrostruktur der Lauffläche nicht.
Nach der Wiedererwärmung auf 480 C wird das Rad auf eine Stütze 138 (Fig. 4) gebracht. In die Nabe wird sodann ein Sprühkopf 140 eingesteckt, der an einer Scheibe 142 befestigt ist und mit einer vertikalen Ring leitung 144 in Verbindung steht, die zur Speisung einer Mehrzahl von in Axialrichtung distanzierten Sprüh düsen 148 dient. Von einer Flüssigkeitsquelle 154 wird Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser; den Düsen 148 zugeleitet.
Nachdem das wiederum erwärmte Rad auf den Support<B>138</B> gelegt worden ist und der Sprühkopf 140 in die Nabe eingesetzt ist, wird das Ventil 152 ge öffnet, so dass Wasserstrahlen in, die Nabenbohrung hin- eingespritzt werden. Die Wasserzufuhr wird solange fortgesetzt, bis die Temperatur des Rades wiederum auf etwa 205 -370 C reduziert ist.
Die Schlussbesprühung der Nabe dient zur Erzeugung einer gewünschten inneren Spannung im Nabenteil, wodurch erreicht wird, dass das schliesslich ganz abgekühlte Rad eine radiale Umfangs kompression zwischen dem Radscheibenteil 130 und der Nabe erhält.