DE975988C - Process for the electrical heating of the edge zones and hardening of metal bodies elongated in one axis, in particular railroad tracks - Google Patents

Description

Verfahren zur elektrischen Randzonenerwärmung und Härtung von in einer Achse langgestreckten Metallkörpern, insbesondere Eisenbahnschienen Zum Zwecke des Oberflächenhärtens von in. einer Achse langgestreckten Metallkörpern ist es bekannt, die auf Grund des Stromverdrängungseffektes selbsttätig auf die äußere Randzone des Werkstückes beschränkte Heizwirkung starker elektrischer Wechselströme auszunutzen, wobei sich der das Werkstück durchfließende Strom um so stärker auf die Oberfläche konzentriert, je höher seine Frequenz ist. Obschon sowohl diese Gesetzmäßigkeit als auch der Verdrängungseffekt grundsätzlich unabhängig davon sind, ob der Strom dem Werkstück konduktiv oder induktiv zugeführt wird, wird die elektrische Randzonenerwärmung zum Zwecke der Oberflächenhärtung durchweg induktiv betrieben. Dieses Verfahren hat gegenüber der konduktiven Erwärmung mit unmittelbarem Stromanschluß an das Werkstück insbesondere den Vorteil, daß alle die Schwierigkeiten entfallen bzw. umgangen werden, die in Anbetracht der hier benötigten hohen Stromstärken anderenfalls mit einer zuverlässigen und gleichmäßigen Übertragung der Anschlußleitung auf das Werkstück verbunden wären, und es daher wegen des Fortfalles von Anschlußkontakten auf einfache Weise gestattet, in einer Achse langgestreckte Werkstücke, insbesondere unter Verwendung einer das Werkstück umschließenden Induktionsspule und einer dieser nachgeschalteten Ringbremse, im Durchlaufv erfahren zu härten.Process for electrical edge zone heating and hardening of in one Axis elongated metal bodies, especially railroad tracks for the purpose of Surface hardening of metal bodies elongated in one axis is known which, due to the current displacement effect, automatically affect the outer edge zone to utilize the limited heating effect of strong electrical alternating currents of the workpiece, whereby the current flowing through the workpiece is all the more pronounced on the surface focused, the higher its frequency. Although both this regularity as well as the displacement effect are fundamentally independent of whether the current is fed conductively or inductively to the workpiece, the electrical edge zone heating operated inductively throughout for the purpose of surface hardening. This method has compared to conductive heating with a direct power connection to the workpiece in particular the advantage that all the difficulties are eliminated or bypassed, otherwise with a reliable and even transfer of the connecting cable to the workpiece would be connected, and therefore because of the omission of connection contacts on simple Way allows elongated workpieces in one axis, in particular using one surrounding the workpiece Induction coil and one of these downstream ring brake to cure in the pass-through process.

Bei diesen Verfahren ist bislang ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich mit hochfrequenten Wechselströmen wesentlich über ioooHz gearbeitet worden. Zwar ist die Gesetzmäßigkeit seit langem bekannt, daß die Eindringtiefe des elektrischen Stromes mit abnehmender Frequenz wächst, doch ist die Eindringtiefe einerseits wegen der beim Oberflächenhärten notwendigen Überschreitung des Curie-Punktes (bei Eisen um annähernd 750 bis 770° C), bei welcher das Eisen seine ferromagnetischen Eigenschaften verliert, ohnehin nicht gleichbedeutend mit der Erwärmungs- und Einhärtetiefe, so daß diese mehr noch von der Energiedichte und - auch im Hinblick auf die Wärmeleitung innerhalb des Werkstückes -von der Einwirkungsdauer des Stromes abhängt, während die Verwendung hochfrequenter Ströme auf der anderen Seite gerade deswegen vorgezogen wurde, weil diese bei gleicher Anschlußleistung eine wesentlich höhere Energiedichte und damit Heizwirkung in der dünnen äußeren Randzone des Werkstückes erzeugen und überdies bei rein induktiver Arbeitsweise wesentlich günstigere Kopplungsverhältnisse als Niederfrequenz, insbesondere Netzfrequenz, schaffen.In the case of this method, work has hitherto been carried out exclusively or essentially exclusively with high-frequency alternating currents substantially above 100 Hz. Although the law has long been known that the penetration depth of the electric current increases with decreasing frequency, the penetration depth is on the one hand because of the need to exceed the Curie point during surface hardening (with iron by approximately 750 to 770 ° C) at which the iron loses its ferromagnetic properties, anyway not synonymous with the heating and hardening depth, so that this depends even more on the energy density and - also with regard to the heat conduction within the workpiece - on the duration of exposure to the current, while the use of high-frequency currents on the other Page was preferred precisely because they generate a significantly higher energy density and thus a heating effect in the thin outer edge zone of the workpiece with the same connected load and, moreover, create significantly more favorable coupling conditions than low frequency, especially mains frequency, with purely inductive operation.

Im wesentlichen die gleichen Erwägungen für die Wahl einer hohen Frequenz spielen auch bei derjenigen bekannten Abwandlung des vorerwähnten Verfahrens eine Rolle, bei welcher das im Durchlaufverfahren erwärmte, in einer Achse langgestreckte Werkstück außer auf induktivem Wege mittels dieses umgebender Ringspulen zusätzlich konduktiv über an das Werkstück außen angelegte und mit den Spulen in Reihe geschaltete Gleitkontakte erwärmt wird. Abgesehen davon, daß die auch für dieses Verfahren empfohlene hohe Frequenz die Kopplungsverhältnisse in Bezug auf den induktiven Beheizungsteil verbessert, führt sie in den meisten Fällen, in denen geringere Einhärter tiefen als bei Eisenbahnschienen gefordert werden, zu einer günstigeren Leistungskonzentration und damit indirekt zu einer Verminderung der Kontaktschwierigkeiten in Bezug auf den unmittelbaren Stromanschluß.Essentially the same considerations for choosing a high frequency also play a role in the known modification of the aforementioned method Role in which the heated in a continuous process, elongated in one axis Workpiece in addition to inductive means by means of surrounding toroidal coils conductively via applied to the workpiece outside and connected in series with the coils Sliding contacts is heated. Apart from the fact that it is also recommended for this procedure high frequency the coupling relationships with respect to the inductive heating part improves, it performs in most cases where lower hardener depths than are required for railroad tracks, to a more favorable concentration of power and thus indirectly to a reduction in contact difficulties in relation to the immediate power connection.

Beide zuvor beschriebenen Verfahren sind ohne weiteres anwendbar, wenn das Werkstück, beispielsweise ein Rohr, ein Walzprofil oder Draht, allseitig oberflächengehärtet werden soll. Schwierigkeiten treten jedoch dann auf, wenn sich die Oberflächenhärtung nur auf einen begrenzten Bereich der Oberfläche beschränken soll, wie dies insbesondere bei Eisenbahnschienen gefordert wird, bei denen zwar der Kopf der Schienen im Bereich der oberen und seitlichen Laufflächen in einer Tiefe von mindestens etwa 5 bis 6 mm gehärtet werden muß, im übrigen aber unter Wahrung eines allmählichen Überganges zum Kernstück alle anderen Oberflächen- und Querschnittsbereiche ungehärtet und von der Warmbehandlung des Schienenkopfes unbeeinflußt bleiben sollen. Es sind zwar auch für diesen besonderen Zweck bereits Lösungen unter Verwendung das Werkstück umschließender Ringspulen oder Hochfrequenzschleifen vorgeschlagen worden, die hauptsächlich darauf beruhen, die Kopplungsverhältnisse zum Werkstück in den zu härtenden Oberflächen-Bereichen einseitig zu verbessern und sie in Bezug auf die übrigen, nicht zu härtenden Oberflächenbereiche bewußt zu verschlechtern, doch haben sich diese Maßnahmen für manche Anwendungsfälle, so insbesondere für die Oberflächenhärtung von Eisenbahnschienen, nicht als zuverlässig genug erwiesen, um die Stromverteilung und Konzentration im Werkstück in dem jeweils gewünschten Sinne mit hinreichender Genauigkeit beeinflussen und beherrschen zu können.Both methods described above can be used without further ado, if the workpiece, for example a pipe, a rolled section or wire, is on all sides is to be surface hardened. Difficulties arise, however, when limit surface hardening to only a limited area of the surface should, as is required in particular in the case of railroad tracks, where the head of the rails in the area of the upper and side running surfaces in one Must be hardened depth of at least about 5 to 6 mm, but otherwise below Maintaining a gradual transition to the core of all other surface and Cross-sectional areas unhardened and unaffected by the heat treatment of the rail head should stay. There are already solutions below for this special purpose Use of toroidal coils or high-frequency loops surrounding the workpiece is proposed which are mainly based on the coupling relationships to the workpiece to improve on one side in the surface areas to be hardened and in relation to them to deliberately deteriorate the remaining surface areas that are not to be hardened, however, these measures have proven themselves for some use cases, in particular for the surface hardening of railroad tracks, not proven to be reliable enough, to the current distribution and concentration in the workpiece in the respective desired To be able to influence and control the senses with sufficient accuracy.

Um insbesondere die sich hieraus ergebenden Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es namentlich in Verbindung mit dem Oberflächenhärten von Eisenbahnschienen bereits bekannt, ein kombiniertes induktives und Kontaktstromerwärmen anzuwenden, das sich von dem weiter oben beschriebenen kombinierten Verfahren jedoch grundsätzlich dadurch unterscheidet, daß für die Erwärmung der Randzone in erster Linie der Kontaktstrom ausgenutzt wird, wohingegen die zusätzliche induktive Beeinflussung im wesentlichen nur dazu bestimmt ist, die Stromverteilung und Konzentration im Werkstück genau in dem jeweils gewünschten Sinne zu beeinflussen. Dieses Ziel wird unter Verwendung eines geradlinigen bzw. linearen Stromleiters an Stelle einer das Werkstück umgebenden Ringspule oder Schleife dadurch erreicht, daß die von dem Wechselstrom primär durchströmte Randzone des Werkstückes einen Teil einer Wechselstromschleife bildet, deren anderer Teil durch den der Randzone in engem Abstand gegenüberliegenden Stromleiter für die induktive Erwärmung gebildet wird, wobei die dem Werkstück zugekehrte Außenfläche des schienenartig ausgebildeten Stromleiters der zu erwärmenden Randzone angepaßt ist. Dadurch, daß der Wechselstrom.dem Werkstück durch Kontakte unmittelbar zugeführt wird und der diesem in Reihe nachgeschaltete Stromleiter als Rückleitung benutzt wird, verlaufen die Stromrichtungen in den beiden, sich einander in engem Abstand gegen.überliegenden Teilen zueinander entgegengesetzt, so daß auch entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder entstehen, die sich zwischen den beiden Leitern verstärken und an dieser Stelle zu einer derartigen Konzentration des Magnetfeldes führen, daß sich auch die in den Leitern fließenden Ströme - statt sich auf deren ganze Oberfläche zu verteilen - in ihren einander benachbarten Randzonen zusammenballen bzw. konzentrieren.In order to avoid the resulting difficulties in particular, it is especially in connection with the surface hardening of railroad tracks already known to use a combined inductive and contact current heating, which differs from the combined method described above, however, in principle is distinguished by the fact that the contact current is primarily responsible for heating the edge zone is exploited, whereas the additional inductive influence is essentially is only intended to precisely determine the current distribution and concentration in the workpiece to influence in the desired sense. This goal is being used a straight or linear current conductor instead of one surrounding the workpiece Ring coil or loop achieved in that the alternating current primarily flowed through Edge zone of the workpiece forms part of an alternating current loop, the other Part through the current conductor for the inductive heating is formed, the outer surface facing the workpiece of the rail-like conductor adapted to the edge zone to be heated is. Because the alternating current is fed directly to the workpiece through contacts and the conductor connected in series to this is used as a return line the directions of the currents run in the two, closely spaced from one another opposite parts opposite to each other, so that also opposite Directed magnetic fields are created, which are strengthened between the two conductors and at this point lead to such a concentration of the magnetic field, that also the currents flowing in the ladders - instead of all of them To distribute surface - clump together in their adjacent edge zones or focus.

Bei diesem bekannten Verfahren, das ebenso wie die eingangs beschriebenen Verfahren mit Frequenzen wesentlich über iooo Hz arbeitet, handelt es sich um ein stationäres Härteverfahren, wobei an Stelle einer der Heizvorrichtung nachgeschalteten Ringbrause der der Schiene auf ganzer Länge gegenüberliegende Stromleiter selbst als Abschreckbrause ausgebildet ist. Das Härten der Schiene geschiebt hierbei in der Weise, daß diese zunächst durch Anlegen von Stirnkontakten erwärmt und nach Erreichen der Härtetemperatur der Strom abgeschaltet und gleichzeitig die Abschreckflüssigkeit zugeschaltet wird.In this known method, the same as those described above Procedure with frequencies substantially above 100 Hz works, it is a stationary hardening process, with a downstream heating device instead of one Ring shower of the conductor itself opposite the rail along its entire length is designed as a quenching shower. Hardening the splint pushed here in such a way that this is first heated by applying front contacts and afterwards When the hardening temperature is reached, the current is switched off and the quenching liquid is switched off at the same time is switched on.

Dieses Verfahren hat für die Praxis eine Reihe wesentlicher Nachteile, die seiner allgemeinen Verbreitung, namentlich im Zuge des Überganges zu immer größeren Schienenlängen, bislang entgegenstanden. Einer dieser Nachteile liegt zunächst darin, daß die verwendeten hohen Frequenzen auf Grund der bekannten Abhängigkeit der Eindringtiefe von der Frequenz bis zum Erreichen des Curie-Punktes nur eine für die SchienenkopfhIrtung viel zu geringe unmittelbare Erwärmungstiefe von nur etwa o,i bis --mm erzeugen, wobei sich jedoch diese oberflächliche Hitzefront anschließend sehr rasch, wenn auch unkontrollierbar zum Schienenkopfkern hin ausbreitet. Da sich die zumal bei größeren Schienenlängen benötigte große Anschlußleistung bei den hohen Frequenzen nur in einer verhältnismäßig dünnen Oberflächenschicht auswirkt und dort zu einer äußerst hohen Energiedichte bzw. Wärmekonzentration führt, wird die vorgeschriebene Härtetemperatur in dieser Zone zwar bereits in sehr kurzer Zeit erreicht, während die Erwärmung der Nachbarbereiche durch Wandern dieser Hitzefront zum Schienenkopfkern hin erst nachfolgt. Da die vorgeschriebene Abschrecktemperatur auf diesem Wege in der für die Schienenkopfhärtung erforderlichen Erwärmungstiefe je nach der Höhe der verwendeten Frequenz bereits nach etwa a bis 8 Sekunden erreicht wird und schon geringfügige Abweichungen von der für die jeweilige Frequenz optimalen Einwirkungszeit des Stromes entweder zu einer örtlichen Überhitzung der äußersten Randzonen oder zu einer unzureichenden Einhärtungstiefe führen, läßt sich dieses Verfahren - zumal wegen des außerordentlich schroffen Temperaturüberganges zwischen den unmittelbar erhitzten und den Nachbarbereichen - mit hinreichender Genauigkeit nur im Rahmen der Standhärtung beherrschen, bei welcher es der zugleich als Abschre:ckbrause dienende Stromleiter gestattet, die auf ganzer Länge gleichzeitig erwärmte Schiene unmittelbar nach der Abschaltung des Stromes auch gleichzeitig auf ganzer Länge abzuschrecken. Auf der anderen Seite erfordert aber die Standhärtung üblicher Schienenlängen sowohl einen erheblichen apparativen Aufwand als auch außerordentlich hohe Anschlußleistungen und dementsprechend teure und umfangreiche elektrische Aggregate.This method has a number of significant disadvantages in practice, which have hitherto opposed its general use, particularly in the course of the transition to ever greater rail lengths. One of these disadvantages is that the high frequencies used, due to the well-known dependence of the penetration depth on the frequency, produce an immediate heating depth of only about 0.1 to - mm, which is far too small for the rail head hardening, until the Curie point is reached However, this superficial heat front then spreads very quickly, albeit uncontrollably, towards the rail head core. Since the high connection power required, especially with longer rail lengths, only affects a relatively thin surface layer at the high frequencies and leads to an extremely high energy density or heat concentration there, the prescribed hardening temperature is reached in this zone in a very short time, while the This is followed by the heating of the neighboring areas through migration of this heat front to the rail head core. Since the prescribed quenching temperature is reached in this way in the heating depth required for the rail head hardening, depending on the level of the frequency used, after about a to 8 seconds and even slight deviations from the current exposure time optimal for the respective frequency either to local overheating of the lead to the outermost edge zones or to insufficient hardening depth, this process can only be mastered with sufficient accuracy - especially because of the extraordinarily sharp temperature transition between the immediately heated and neighboring areas - within the framework of the stand hardening, in which the conductor, which also serves as a quenching shower, allows it to deter the rail, which is simultaneously heated over its entire length, immediately after the power has been switched off, also over its entire length. On the other hand, however, the hardening of standard rail lengths requires both a considerable outlay in terms of equipment and extremely high connection capacities and correspondingly expensive and extensive electrical units.

Um die zumal bei den hier in Betracht kommenden großen Anschlußleistungen teuren Umformeraggregate einzusparen und die Vorteile des unmittelbaren Netzanschlusses ausnutzen zu können, ist zwar auch in Verbindung mit der Schienenhärtung bereits die Herabsetzung der Frequenz auf 5o Hz vorgeschlagen worden. Dieser bekannte Vorschlag bezieht sich jedoch nicht auf eine Vorschubhärtung, sondern nur auf die Standhärtung lediglich der Schienenenden, und zwar in Verbindung mit einem ausschließlich induktiv arbeitenden Verfahren, bei welchem dem Schienenkopf zwar ein in Schienenlängsrichtung nur kurz bemessener Stromleiter mit sehr kleinem Spalt gegenüberliegend zugeordnet ist, der Schienenkopf hierbei aber unmittelbar in den Magnetkreis eines den Leiter umschließenden Eisenjoches eingeschaltet ist, so daß die Erhitzung des Schienenkopfes auf Grund reiner Wirbelstromerwärmung erfolgt.Especially with the large connection services that are considered here save expensive converter aggregates and the advantages of direct connection to the grid To be able to use it is already in connection with the rail hardening the reduction of the frequency to 50 Hz has been proposed. This well-known proposal however, does not refer to feed hardening, but only to stand hardening only the rail ends, in conjunction with an exclusively inductive one working method, in which the rail head is in the longitudinal direction of the rail only briefly dimensioned current conductor with a very small gap assigned opposite one another is, the rail head here but directly in the magnetic circuit of the conductor surrounding iron yoke is switched on, so that the heating of the rail head takes place due to pure eddy current heating.

Abgesehen davon, daß auch bei diesem rein induktiv arbeitenden Verfahren die Kopplungsverhältnisse im Gegensatz zu einem unmittelbaren Stromanschluß der Schiene von Natur ungünstig sind und sich zumal beim Übergang auf Netzfrequenz noch erheblich verschlechtern würden, steht einer Schienenkopfhärtung ganzer Schienenlängen mit diesem Verfahren insbesondere der Umstand entgegen, daß die Leistungsaufnahme des Induktors durch die Sättigungsgrenze des Magnetfeldes in den Magnetpolen begrenzt ist und bei den hier benötigten hohen Anschlußleistungen auch die Wirbelstromverluste in den Blechen des Magnetkernes zu groß würden.Apart from the fact that also with this purely inductive method the coupling conditions in contrast to a direct power connection of the Rails are inherently unfavorable and especially when switching to network frequency would significantly deteriorate, there is a rail head hardening of entire rail lengths with this method in particular the fact that the power consumption of the inductor is limited by the saturation limit of the magnetic field in the magnetic poles is and with the high connection power required here also the eddy current losses would be too big in the sheets of the magnetic core.

Schließlich ist gemäß einem älteren., jedoch nicht vorbekannten Vorschlag ebenfalls bereits die Verwendung von. Niederfrequenz in den Bereichen zwischen 5o und 5oo Hz angeregt worden, und zwar in Verbindung mit einem Verfahren zum fortschreitenden elektrischen Erhitzen von Gegenständen unter Verwendung unmittelbar zugeführter und im Werkstück induzierter Ströme zum Zwecke des Oherflächenhärtens durch nachfolgendes Abschrecken, wobei dieses Verfahren jedoch dadurch gekennzeichnet ist, daß durch Nebenschlußschaltung des Werkstückes zur Induktionsspule oder Parallelschaltung von Spulen und Werkstück zur Stromquelle die im Werkstück induzierten und diesem unmittelbar zugeführten Ströme in den zu erhitzenden Werkstückschichten gleichsinnig verstärkt und in den nicht zu erhitzenden Werkstückschichten gegensinnig geschwächt werden.Finally, it is in accordance with an older, but not previously known, proposal also already the use of. Low frequency in the range between 5o and 500 Hz, in conjunction with a method for advancing electrical heating of objects using directly supplied and currents induced in the workpiece for the purpose of surface hardening by the following Quenching, but this method is characterized in that Shunt connection of the workpiece to the induction coil or parallel connection from coils and workpiece to the power source induced in the workpiece and this directly supplied currents in the same direction in the workpiece layers to be heated reinforced and weakened in opposite directions in the workpiece layers that are not to be heated will.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur absatzweise oder stetig durchlaufenden elektrischen Randzonenerwärmung und Härtung von in einer Achse langgestreckten Metallkörpern, insbesondere Eisenbahnschienen. Sie ist gegenüber dem zuvor beschriebenen älteren Verfahrensvorschlag sowie den weiter oben behandelten bekannten Verfahren gegenüber aber gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung folgender, für sich allein bekannter Maßnahmen: a) Zur Erwärmung dient ein niederfrequenter Wechselstrom unter iooo Hz, vorzugsweise mit Netzfrequenz; b) der Wechselstrom wird der zu härtenden Randzone des Werkstückes unter Verwendung von abhebbaren oder rollenden, hochdruckbeständigen, z. B. aus Bronze bestehenden Kontaktkörpern zugeführt, welche mit hohen, z. B. nahe an der zulässigen Flächenpressung liegendem Kontaktdruck an das Werkstück anpreßbar sind; G) die von dem Wechselstrom primär durchströmte Randzone des Werkstückes bilde einen Teil einer - Wechselstromschleife, deren anderer Teil durch einen der Randzone in engem Abstand gegenüberliegenden Stromleiter für die induktive Erwärmung gebildet wird, wobei die dem Werkstück zugekehrte Außenfläche des Stromleiters der zu erwärmenden Randzone angepaßt ist. Die Erfindung und deren Vorteile beruhen auf folgenden Erwägungen Durch die Anwendung der von'der Standhärtung mit Hochfrequenz her an sich bekannten Schaltung, bei welcher die von dem Wechselstrom primär durchströmte Randzone des Werkstückes einenTeil einer Wechselstromschleife bildet, deren anderer, mit diesem in Reihe geschalteter Teil durch den der Randzone in engem Abstand gegenüberliegenden Stromrückleiter gebildet wird, werden die bei der induktiven Oberflächenhärtung sonst auftretenden Kopplungsschwierigkeiten vermieden bzw. umgangen, so daß diese Schaltungsart eine ausgezeichnete Voraussetzung für die Anwendung niedriger Frequenzen, namentlich von Netzfrequenz, bietet. Die Anwendung derart niedriger Frequenzen hat gemäß den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung insbesondere für das Oberflächenhärten von Schienenköpfen deswegen Vorteile, weil deren Eindringtiefe annähernd mit der für diesen Zweck benötigten Einhärteti.efe von mindestens etwa 5 bis 6 mm zusammenfällt und die Erwärmung der zu härtenden Oberflächenbereiche in der erforderlichen Tiefe daher zuverlässiger beherrscht werden kann. Da sich die Anschlußleistung auf eine gegenüber Hochfrequenz sehr viel dickere Oberflächenschicht verteilt, wird eine leicht zu Überhitzungen führende, örtlich zu eng begrenzte Hitzekonzentration vermieden und statt dessen eine - bei gleichen Anschlußwerten - zwar langsamere, aber wesentlich gleichmäßigere Erwärmung über die ganze Einhärtetiefe erzielt, die unter Vermeidung schroffer Temperaturübergänge einen allmählichen Temperatur- und Härteübergang zu dem Kernstück begünstigt, wie sie bei der Schienenkopfhärtung gerade erwünscht ist.The invention also relates to a method for batchwise or continuous electrical edge zone heating and hardening of in one axis elongated metal bodies, in particular railroad tracks. She is opposite the earlier proposed method as well as those discussed above known methods compared to but characterized by the common application the following, individually known measures: a) A low frequency is used for heating Alternating current below 100 Hz, preferably with mains frequency; b) the alternating current becomes the edge zone of the workpiece to be hardened using removable or rolling, high pressure resistant, e.g. B. supplied from bronze existing contact bodies, which with high, z. B. close to the permissible surface pressure lying contact pressure the workpiece can be pressed; G) that of the alternating current primary the peripheral zone of the workpiece through which the air flows form part of an - alternating current loop, the other part through one of the marginal zones opposite at a close distance Conductor for inductive heating is formed, with the workpiece facing The outer surface of the conductor is adapted to the edge zone to be heated. The invention and their advantages are based on the following considerations Stand hardening with high frequency circuit known per se, in which the from the alternating current primarily flows through the edge zone of the workpiece through part of an alternating current loop forms, the other part connected in series with this part through that of the edge zone is formed in a close distance opposite current return conductor, the at Coupling difficulties that otherwise occur due to inductive surface hardening are avoided or bypassed, so that this type of circuit is an excellent prerequisite for the use of low frequencies, namely mains frequency, offers. The application such low frequencies according to the findings of the present invention advantages especially for the surface hardening of rail heads because their penetration depth approximately with the Einhärteti.efe required for this purpose of at least about 5 to 6 mm coincides and the heating of the to be hardened Surface areas in the required depth can therefore be controlled more reliably can. Since the connected load is much thicker than high frequency Surface layer spread, becomes an easily overheating, localized too narrowly limited heat concentration avoided and instead one - with the same Connection values - slower, but much more even heating over the entire hardening depth is achieved while avoiding sharp temperature transitions favors a gradual temperature and hardness transition to the core, such as it is desired for the rail head hardening.

Da die verwendete Netzfrequenz das Härteverfahren demzufolge weniger empfindlich bzw. labil in bezug auf die genaue Einhaltung der bei Hochfrequenz im übrigen noch wesentlich kürzeren Einwirkungszeiten macht, ist es hierbei ohne weiteres möglich, auf eine gleichzeitige Härtung der ganzen Schiene zu verzichten und statt dessen die betriebstechnisch günstigere und wirtschaftlichere Vorschubhärtung anzuwenden, die wegen der hierzu lediglich benötigten kurzen Stromleiterlängen gegenüber den Verhältnissen bei der gleichzeitigen Härtung ganzer Schienenlängen wesentlich kleinere Anschlußleistungen ermöglicht, die ihrerseits aber Voraussetzung dafür bilden, die immerhin noch beträchtliche Anschlußleistung angesichts der Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizvorrichtung überhaupt mittels Kontaktkörper so gleichmäßig aufbringen zu können, daß Schwankungen in der Stromübertragung, die sich unmittelbar nachhaltig auf den Härtevorgang selbst auswirken würden, vermieden werden. Zu diesem Zweck ist es allerdings notwendig, hochdruckbeständige, insbesondere aus Bronze bestehende, zweckmäßig rollende Kontaktkörper zu verwenden, welche mit nahe an der zulässigen. Flächenpressung liegendem Kontaktdruck an das Werkstück bzw. die Schienenoberfläche anpreßbar sind, da im Hinblick auf die hohen zu übertragenden Stromstärken. in einer Größenordnung von etwa 30 ooo A anderenfalls bereits geringfügige Walztoleranzen oder Schwankungen in der Oberflächenbeschaffenheit durch Veränderung des Übertragungswiderstandes eine einwandfreie Härtung ausschließen würden.As the mains frequency used, the hardening process is consequently less sensitive or unstable with regard to the exact compliance with the high frequency im The rest of the time makes the exposure times much shorter, it is easy to do here possible to dispense with a simultaneous hardening of the entire splint and instead whose to use the technically more favorable and more economical advance hardening, because of the short current conductor lengths required for this purpose compared to the Ratios for the simultaneous hardening of entire rail lengths are much smaller Connection services made possible, which in turn are a prerequisite for this after all, there is still considerable connection performance in view of the relative movement between Apply the workpiece and heating device evenly using the contact body to be able to ensure that fluctuations in power transmission that are immediately sustained would affect the hardening process itself, should be avoided. To this end However, it is necessary to use high-pressure-resistant, in particular made of bronze, It is advisable to use rolling contact bodies that are close to the permissible. Surface pressure lying contact pressure on the workpiece or the rail surface can be pressed, as in view of the high currents to be transmitted. in a Order of magnitude of about 30,000 A, otherwise already slight rolling tolerances or fluctuations in the surface properties due to changes in the transmission resistance would rule out proper curing.

Die Notwendigkeit zur Verwendung hoher Anpreßdrücke ist bei der Übertragung hoher Anschlußleistungen, insbesondere Stromstärken, an sich bekannt und ebenso die besondere Eignung von Bronze als Kontaktmaterial, so daß auch diesen Merkmalen - wie im Falle der beiden übrigen zuvor behandelten Merkmale - im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich die Bedeutung selbständig nicht geschützter Kombinationsglieder zukommt.The need to use high contact pressures is in transmission high connection capacities, especially currents, known per se and also the particular suitability of bronze as a contact material, so that these characteristics too - as in the case of the other two characteristics discussed above - within the scope of the present Invention only the meaning of independently not protected combination links comes to.

Obschon es das Verfahren gemäß der Erfindung ohne weiteres ermöglicht, mit kontinuierlichem Vorschub zu arbeiten, ist es insbesondere bei der Oberflächenhärtung von Schienenköpfen vorzuziehen, mit absatzweisem Vorschub zu arbeiten, und zwar deswegen, weil bei einem kontinuierlichen Vorschub ein jeweils der Länge des Stromleiters entsprechender Endabschnitt an beiden Schienenenden ungehärtet oder nur unzureichend gehärtet würde. Während dieser Nachteil eines kontinuierlichen Vorschubes bei vielen, in einer Achse langgestreckten Gegenständen, zumal solchen, die erst nach dem Härtevorgang in die erforderlichen Längenabschnitte unterteilt werden, nicht so sehr ins Gewicht fällt, da hierbei ohnehin Abfallenden entstehen, würde dies bei den meist bereits in Gebrauchslängen anfallenden Schienen, bei denen es auf eine sorgfältige Härtung gerade der Enden ankommt, ein Nachteil bedeuten und unter Umständen - wenn auf Abfall verzichtet werden soll - eine Nachhärtung erfordern. In diesen oder ähnlichen Fällen ist daher eine absatzweise Härtung vorzuziehen, bei welcher dann allerdings das Erwärmen und Abschrecken zweckmäßig in von der induktiven Durchlaufhärtung bei Draht her bekannter Weise unter dem Spiegel eines auf der Abkühlungsstrecke künstlich bewegten Kühlmittels erfolgt, um längere Haltezeiten in der Abschrecktemperatur, die zu einer Vergröberung des Korngefüges führen würden, sowie ferner auch das Auftreten von Gefügespannungen in den verschiedenen Längenabschnitten der Schieine zu vermeiden.Although the method according to the invention readily enables Working with a continuous feed is particularly important for surface hardening of rail heads, it is preferable to work with intermittent feed, namely This is because, with a continuous feed, each of the length of the current conductor corresponding end section at both rail ends unhardened or insufficiently would harden. While this disadvantage of a continuous feed for many, Objects elongated in one axis, especially those that are only after the hardening process be divided into the required lengths, not so much in weight falls, since this would result in waste ends anyway, this would mostly already be the case Rails that are available in usable lengths and require careful hardening just arriving at the ends mean a disadvantage and possibly - if on waste should be dispensed with - require post-curing. In these or similar cases intermittent hardening is therefore preferable, in which case, however, the Heating and quenching are useful in the induction hardening process for wire Artificially known way under the mirror of one on the cooling section moving coolant takes place in order to longer hold times in the quenching temperature, which would lead to a coarsening of the grain structure, as well as the occurrence to avoid structural stresses in the various length sections of the rail.

In manchen Fällen kann es sich empfehlen, zuzätzlich zwischen der Randerwärmungszone des Werkstückes und dein sich im geringen Abstand darüber befindlichen, als Schiene ausgebildeten Stromleiter in an sich ebenfalls bekannter WeiseIn some cases it may be advisable to also add between the Edge heating zone of the workpiece and yours located a short distance above it, Conductor designed as a rail in a manner also known per se

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur absatzweise oder stetig durchlaufenden elektrischen Randzonenerwärmung und Härtung von in einer Achse langgestreckten Metallkörpern., insbesondere Eisenbahnschienen, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung folgender Maßnahmen: a) Zur Erwärmung dient ein niederfrequenter Wechselstrom unter iooo Hz, vorzugsweise mit Netzfrequenz; b) der Wechselstrom wird der zu härtenden Randzone des Werkstückes unter Verwendung von abhebbaren oder rollenden, hochdruckbeständigen, z. B. aus Bronze bestehenden Kontaktkörpern zugeführt, welche mit hohem, z. B. nahe an der zulässigen Flächenpressung liegendem Kontakt druck an das Werkstück anpreßbar sind; c) die von dem Wechselstrom primär durchströmte Randzone des Werkstückes bildet einen Teil einer Wechselstromschleife, deren anderer Teil durch einen der Randzone in engem Abstand gegenüberliegenden Stromleiter für die induktive Erwärmung gebildet wird., wobei die dem Werkstück zugekehrte Außenfläche des Stromleiters der zu erwärmenden Randzone angepaßt ist. PATENT CLAIMS: i. Process for intermittent or continuous electrical edge zone heating and hardening of metal bodies elongated in one axis., especially railroad tracks, characterized by the common application of the following Measures: a) A low-frequency alternating current below 100 Hz is used for heating, preferably with mains frequency; b) the alternating current becomes the edge zone to be hardened of the workpiece using removable or rolling, high-pressure-resistant, z. B. supplied from bronze existing contact bodies, which with high, z. B. close at the permissible surface pressure lying contact pressure can be pressed against the workpiece are; c) forms the edge zone of the workpiece through which the alternating current primarily flows part of an alternating current loop, the other part through one of the edge zones Formed in close spacing opposite conductors for inductive heating is., the workpiece facing outer surface of the conductor of the to be heated Edge zone is adapted. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen und Abschrekken des Werkstückes in bekannter Weise unter dem Spiegel eines auf der Abkühlungsstrecke künstlich bewegten Kühlmittels erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 629 657, 767 227, 870I42; französische Patentschriften Nr. 779 434, 899 218; britische Patentschrift Nr. 279779'; Buch von W o 1 o g d. i n , »Oberflächenhärtung nach dem Induktionsverfahren«, S.226 (deutsche Übersetzung). eine nichtmetallische Wärmeisolierschicht z. B. aus Asbest, Glimmer oder keramischem Material vorzusehen, um eine zu starke Erhitzung des Zuleiters durch das erhitzte Werkstück zu vermeiden.2. The method according to claim i, characterized in that the heating and quenching of the workpiece takes place in a known manner under the level of a coolant artificially moved on the cooling section. Considered publications: German Patent Nos. 629 657, 767 227, 870I42; French Patent Nos. 779 434, 899 218; British Patent No. 279779 '; Book from W o 1 og d. in, »Surface hardening according to the induction process«, p.226 (German translation). a non-metallic heat insulating layer e.g. B. to be provided from asbestos, mica or ceramic material in order to avoid excessive heating of the lead by the heated workpiece.