Handbuch der Schienentechnik: Werkstoffe, Herstellung und Bearbeitung, Qualitätssicherung
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
Verl. für Schweißen und Verwandte Verfahren, DVS-Verl.
2008
|
| Schriftenreihe: | Fachbuchreihe Schweisstechnik
152 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 250 S. zahlr. Ill., graph. Darst. 24 cm |
| ISBN: | 9783871552182 |
Internformat
MARC
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Geleitworte
1 Schienen ........................................................................................................................... 1
Allgemeines....................................................................................................................... 1
.1 Entwicklung und Überblick............................................................................................... 1
.2 Schiene als Teil des Systems Bahn....................................................................................2
.3 Aufgaben der Schiene........................................................................................................4
.3.1 Schiene als Trägerund Fahrbahn......................................................................................4
.3.2 Schiene als führendes Element..........................................................................................5
.3.3 Schiene als Leiter von Signal- und Fahrströmen...............................................................6
.2 Schienenstahl.....................................................................................................................6
.2.1 Stahlherstellung.................................................................................................................6
.2.2 Besonderheitendes Schienenstahls ...................................................................................6
.2.3 Beeinflussung der Eigenschaften der Schienenstähle........................................................7
.2.3.1 Einstellen der Festigkeit über die chemische Zusammensetzung ......................................8
.2.3.2 Festigkeitssteigerung über eine gezielt eingestellte Walztechnologie ...............................8
.2.3.3 Kopfhärtung .................................................................................................................... 10
1.2.3.4 Reinheitsgrad................................................................................................................... 10
1.2.4 Gefüge des Schienenstahls .............................................................................................. 11
1.3 Schienenherstellung......................................................................................................... 12
1.3.1 Vergießen und Walzen .................................................................................................... 12
1.3.2 Wärmebehandlung des Schienenkopfes (Kopfhärtung)................................................... 13
1.3.3 Richten ............................................................................................................................ 14
1.3.4 Qualitätssicherung........................................................................................................... 15
1.3.4.1 Eigenüberwachung .......................................................................................................... 15
1.3.4.2 Normen............................................................................................................................ 15
1.3.4.3 Liefervorschriften............................................................................................................ 15
1.3.5 Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) beim Schienenhersteller ................................................ 16
1.3.5.1 Warmprofilvermessung................................................................................................... 16
1.3.5.2 Geradheitsmessung.......................................................................................................... 16
1.3.5.3 Wirbelstromprüfung ........................................................................................................ 18
1.3.5.4 Kaltprofilvermessung ...................................................................................................... 19
1.3.5.5 Automatische Oberflächenkontrolle................................................................................20
1.3.5.6 Ultraschallprüfung...........................................................................................................20
1.3.5.7 Verdrillungsmessung.......................................................................................................21
1.3.5.8 Geradheitsmessung der Enden.........................................................................................21
1.3.6 Zerstörende Prüfung........................................................................................................24
1.4 Schienenformen...............................................................................................................25
1.4.1 Vignolschienen................................................................................................................26
1.4.2 Rillenschienen.................................................................................................................26
1.4.3 Konstruktionsschienen ....................................................................................................27
1.5 yerwendung und Beanspruchung von Schienen..............................................................27
1.5.1 Überschreiten der Dauerfestigkeit/Ermüdung .................................................................28
1.5.2 Beanspruchung im Rad-Schiene-Kontakt........................................................................28
1.5.3 Verschleiß .......................................................................................................................29
1.5.4 Rollkontaktermüdung......................................................................................................31
1.5.5 Umwelteinflüsse..............................................................................................................32
1.5.5.1 Korrosion ........................................................................................................................33
1.5.5.2 Temperaturdehnung.........................................................................................................33
1.6 Transport und Schienenlogistik.......................................................................................33
1.6.1 Rückblick ........................................................................................................................33
1.6.2 Lieferung der Schienen....................................................................................................34
1.6.3 Transport der Schienen....................................................................................................34
1.6.4 Transportmittel................................................................................................................36
1.6.5 Be- und Entladesysteme ..................................................................................................37
1.6.6 Baustellenabwicklung......................................................................................................37
1.7 Schienenfehler.................................................................................................................38
1.8 Schrifttum........................................................................................................................40
2 Schienenschweißen ........................................................................................................41
2.1 Allgemeines.....................................................................................................................41
2.1.1 Schweißverfahren............................................................................................................42
2.1.2 Wirtschaftlichkeit der Schweißverfahren ........................................................................43
2.2 Abbrennstumpfschweißen (RA-Schweißen)....................................................................43
2.2.1 Allgemeines.....................................................................................................................43
2.2.2 Verfahrensablauf.............................................................................................................44
2.2.3 RA-Schweißmaschinen....................................................................................................46
2.2.3.1 Stationäre Abbrennstumpfschweißmaschinen .................................................................46
2.2.3.2 Mobile Abbrennstumpfschweißmaschinen......................................................................47
2.2.4 Qualität der RA-Schweißungen.......................................................................................49
2.2.4.1 Schweißparameter...........................................................................................................49
2.2.4.2 Beurteilung der RA-Schweißung.....................................................................................50
2.2.4.3 Formqualität der RA-Schweißung...................................................................................51
2.2.5 Kosten und Wirtschaftlichkeit der RA-Schweißung........................................................51
2.3 Aluminothermisches Gießschmelzschweißen (AS-Schweißen).......................................52
2.3.1 Entwicklung und Bedeutung............................................................................................52
2.3.2 Chemisch-physikalische Grundlagen...............................................................................53
2.3.2.1 Metallurgie der aluminothermischen Reaktion................................................................53
2.3.2.2 Gießtechnologie .............................................................................................................. 54
2.3.3 Einsatzstoffe....................................................................................................................56
2.3.3.1 Thermit-Schweißportion..................................................................................................56
2.3.3.2 Gießform .........................................................................................................................58
2.3.3.3 Langzeit-Reaktionstiegel................................................................................................. 58
2.3.4 Mechanisch-technologische Eigenschaften .....................................................................59
2.3.5 Thermit-Schweißen .........................................................................................................62
2.3.5.1 Prinzipieller Ablauf des aluminothermischen Schweißens..............................................62
2.3.5.2 Unterscheidungskriterien für Thermit-Schweißverfahren................................................64
2.3.5.3 Kurzbeschreibung der THERMIT®-Schweißverfahren...................................................66
2.3.5.4 Umfang der verfahrensspezifisch vorzugebenden Parameter..........................................67
2.3.5.5 Schweißen kopfvergüteter Schienen................................................................................67
2.3.5.6 Geräte, Vorrichtungen und Maschinen............................................................................68
2.3.5.7 Schweißverfahren anderer Anbieter................................................................................68
2.4 Lichtbogenschweißen...................................................................................................... 70
2.4.1 Grundlagen...................................................................................................................... 70
2.4.1.1 Schweißstromkreis .......................................................................................................... 70
2.4.1.2 Lichtbogen....................................................................................................................... 71
2.4.2 Schweißstromquellen ...................................................................................................... 72
2.4.2.1 Schweißtransformatoren.................................................................................................. 73
2.4.2.2 Schweißgleichrichter....................................................................................................... 73
2.4.2.3 Schweißinverter (Schweißumrichter) ..............................................................................73
2.4.2.4 Schweißumformer ........................................................................................................... 74
2.4.3 Lichtbogenschweißverfahren zum Schienenschweißen................................................... 75
2.4.3.1 Lichtbogenhandschweißen (E) ........................................................................................ 75
2.4.3.2 Metall-Schutzgasschweißen (MSG) ................................................................................ 77
2.4.3.3 Fülldrahtschweißen mit selbstschützender Elektrode (MF)............................................. 78
2.4.3.4 Unterpulverschweißen (UP) ............................................................................................79
2.4.4 Lichtbogenschweißen im Gleis — Anwendungen............................................................. 80
2.4.4.1 Schienenverbindungsschweißen ...................................................................................... 81
2.4.4.2 Schienenauftragschweißen .............................................................................................. 86
2.4.4.3 Schweißarbeiten an Rillenschienen .................................................................................91
2.4.4.4 Ausfräsen und Beseitigen von Fehlern in Herzstücken ...................................................93
2.5 Brennschneiden, Flammrichten und Gasschmelzschweißen............................................94
2.5.1 Allgemeines.....................................................................................................................94
2.5.2 Brennschneiden...............................................................................................................95
2.5.3 Flammrichten...................................................................................................................95
2.5.4 Gasschmelzschweißen .....................................................................................................97
2.6 Klebeverbindungen (Isolierstöße) ...................................................................................97
2.6.1 Allgemeines..................................................................................................................... 97
2.6.2 S-Stoß (Schmidt-Stoß) ....................................................................................................98
2.6.3 MT-Stoß (Montage-Thermit-Stoß)..................................................................................98
2.6.4 IVG-Stoß (Isolierstoß-Verschleißarm-Gleis) ..................................................................99
2.6.5 Schienenkopfvergüten bei Isolierstößen........................................................................ 100
2.7 Andere Verfahren.......................................................................................................... 101
2.7.1 Gaspressschweißen........................................................................................................ 101
2.7.2 Induktionspressschweißen............................................................................................. 102
2.7.3 Elektronenstrahlschweißen............................................................................................ 102
2.7.4 Elektroschlackeschweißen............................................................................................. 103
2.8 Qualitätsprüfung, Abnahme und Schweißfehler............................................................ 103
2.8.1 Allgemeines zur Qualitätsprüfung................................................................................. 103
2.8.2 Abnahme von Schienenschweißungen........................................................................... 103
2.8.3 Geometrische Abnahme ................................................................................................ 104
2.8.3.1 Messmittel ..................................................................................................................... 104
2.8.3.2 Durchführung der Abnahmemessung ............................................................................ 105
2.8.3.3 Abnahmekriterien.......................................................................................................... 1°7
2.8.4 Bewertung der visuellen Prüfung.................................................................................. 107
2.8.5 Prüfung auf innere Fehler.............................................................................................. 110
2.9 Geschweißte Teile......................................................................................................... 110
2.9.1 Weichengroßteile für Regelspurbahnen (DB AG, NE-Bahnen, Werkbahnen).............. 110
2.9.2 Weichenanlagen für den Nahverkehr (Rillenschienen-Konstruktionen)........................ 110
2.9.2.1 Schweißtechnische Vergütung von Weichenanlagen.................................................... 110
2.9.3 Schienenauszugsvorrichtungen...................................................................................... 111
2.9.4 Übergangsschienen........................................................................................................ 111
2.10 Schrifttum...................................................................................................................... 113
3 Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) ................................................................................. 114
3.1 Einiuhrung..................................................................................................................... 114
3.1.1 Prüfverfahren................................................................................................................. 114
3.1.1.1 Volumenprüfverfahren .................................................................................................. 114
3.1.1.2 Oberflächenprüfverfahren ............................................................................................. 115
3.1.2 Ziele der zerstörungsfreien Prüfung im Oberbau........................................................... 115
3.1.3 Schienenfehler............................................................................................................... 116
3.2 Ultraschallprüfung (UT)................................................................................................ 117
3.2.1 Allgemeines................................................................................................................... 117
3.2.1.1 Ultraschallprüfmethoden............................................................................................... 117
3.2.1.2 Ultraschall-Prüfsystem .................................................................................................. 119
3.2.1.3 Verhalten von Schallwellen........................................................................................... 121
3.2.1.3 Reflexionsverhalten an Unregelmäßigkeiten und Fehlergrößenbestimmung................. 123
3.2.2 Ultraschallprüfungen an Schienen und anderen Oberbauteilen..................................... 123
3.2.2.1 Prüfgegenstände und Prüfhäufigkeit im Oberbau.......................................................... 124
3.2.2.2 Klassifikation der Ultraschall-Schienenfehler............................................................... 126
3.2.2.3 Prüfungen von Hand und mit Schienenprüfgeräten (SPG)............................................ 127
3.2.2.4 Schienenprüfzüge (SPZ)................................................................................................ 130
3.2.3 Zusammenfassung ......................................................................................................... 133
3.3 Sichtprüfung (VT)......................................................................................................... 133
3.3.1 Allgemeines................................................................................................................... 133
3.3.2 Werkzeuge für die Sichtprüfung.................................................................................... 134
3.3.3 Anwendungsbereich der Sichtprüfung im Oberbau....................................................... 134
3.3.4 Zusammenfassung ......................................................................................................... 134
3.4 Wirbelstromprüfung (ET).............................................................................................. 135
3.4.1 Allgemeines................................................................................................................... 135
3.4.2 Anwendungsbereiche..................................................................................................... 135
3.4.3 Rissprüfung ................................................................................................................... 136
3.4.4 Anwendung im Oberbau................................................................................................ 136
3.4.4.1 Head-Check-Prüfung..................................................................................................... 136
3.4.4.2 Zungenausfräsung.......................................................................................................... 138
3.4.5 Zusammenfassung ......................................................................................................... 138
3.5 Magnetpulverprüfung (MT) .......................................................................................... 139
3.5.1 Allgemeines................................................................................................................... 139
3.5.2 Prüfmittel....................................................................................................................... 140
3.5.3 Grenzen des Verfahrens ................................................................................................ 141
3.5.4 Anwendungsgebiete....................................................................................................... 141
3.5.5 Zusammenfassung ......................................................................................................... 141
3.6 Eindringprüfung (PT).................................................................................................... 142
3.6.1 Allgemeines................................................................................................................... 142
3.6.2 Verfahrensschritte Farbeindringprüfung........................................................................ 142
3.6.3 Anwendungen................................................................................................................ 143
3.6.4 Zusammenfassung ......................................................................................................... 143
3.7 Schrifttum...................................................................................................................... 143
4 Schienenbearbeitung................................................................................................... 144
4.1 Allgemeines................................................................................................................... 144
4.1.1 Begriffsbestimmung ...................................................................................................... 144
4.1.2 Historie.......................................................................................................................... 144
4.2 Einsatzfelder der Schienenbearbeitung.......................................................................... 145
4.2.1 Neuschienenbearbeitung................................................................................................ 145
4.2.2 Beseitigung von Fahrflächenunebenheiten.................................................................... 146
4.2.3 Vorbeugung und Beseitigung von Rollkontaktermüdung.............................................. 149
4.2.4 Beseitigung von Spurverengungen und Wiederherstellung des Querprofils ................. 149
4.2.5 Herstellung von Sonderprofilen (asymmetrische Profile).............................................. 150
4.2.6 Lärmsanierung und Lärmvorsorge (Besonders überwachtes Gleis) .............................. 152
4.2.7 Stationäre Schienenbearbeitung .................................................................................... 152
4.3 Arbeitsverfahren der Schienenbearbeitung.................................................................... 154
4.3.1 Überblick....................................................................................................................... 154
4.3.2 Schleifen........................................................................................................................ 155
4.3.3 Hobeln........................................................................................................................... 160
4.3.4 Fräsen............................................................................................................................ 161
4.3.5 Hochgeschwindigkeitsschleifen..................................................................................... 162
4.4 Planung, Durchführung und Abnahme der Schienenbearbeitung.................................. 163
4.4.1 Planung der Schienenbearbeitung ................................................................................. 163
4.4.2 Durchführung der Schienenbearbeitung ........................................................................ 169
4.4.3 Abnahme der Schienenbearbeitung ............................................................................... 172
4.4.4 Kosten und Nutzen der Schienenbearbeitung................................................................ 173
4.5 Schrifttum...................................................................................................................... 176
5 Schienenspannungsausgleich, Herstellung Lückenloser Gleise und Weichen........ 178
5.1 Das Lückenlose Gleis.................................................................................................... 178
5.1.1 Beschreibung................................................................................................................. 178
5.1.2 Definition ...................................................................................................................... 178
5.1.3 Historie.......................................................................................................................... 178
5.1.4 Wirtschaftlichkeit.......................................................................................................... 179
5.1.5 Betrachtungsweise......................................................................................................... 179
5.2 Kräfte im Gleis und Lagestabilität................................................................................. 180
5.2.1 Temperaturlängskräfte................................................................................................... 180
5.2.2 Gleislagestabilität-Begriffe......................................................................................... 181
5.2.2.1 Querverschiebewiderstand ............................................................................................ 181
5.2.2.2 Rahmensteifigkeit.......................................................................................................... 182
5.2.2.3 Durchschubwiderstand .................................................................................................. 182
5.2.2.4 Längsverschiebewiderstand........................................................................................... 183
5.2.3 Gleislagefehler und Schienenbrüche aus Temperaturlängskräften................................ 183
5.2.3.1 Gleisverdrückung .......................................................................................................... 183
5.2.3.2 Gleisverschiebung......................................................................................................... 183
5.2.3.3 Gleisverwerfung ............................................................................................................ lg4
5.2.3.4 Schienenbrüche ............................................................................................................. 184
5.3 Grundsätze zum Spannungsausgleich............................................................................ 184
5.3.1 Begriffe ......................................................................................................................... 184
5.3.1.1 Schienentemperaturen ................................................................................................... 184
5.3.1.2 Spannungsausgleich ...................................................................................................... 184
5.3.2 Beschreibung des Spannungsausgleiches-Ablauf und Verfahren ............................... 185
5.3.2.1 Lösen der Schienenbefestigungsmittel und Entspannen der Schiene............................. 185
5.3.2.2 Ermitteln von Ausgangstemperatur, Verspanntemperatur und Längenänderung........... 186
5.3.2.3 Längen der Schienen ..................................................................................................... 187
5.3.2.4 Verspannen der Schienenbefestigung............................................................................ 188
5.3.2.5 Ausführung der Schlussschweißung.............................................................................. 189
5.3.3 Fachbauleitung, Bauüberwachung und Niederschriften über den Spannungsausgleich 189
5.3.3.1 Fachbauleitung (Fbaul SpA) und Bauüberwacher Schienentechnik (SÜ) ..................... 189
5.3.3.2 Niederschrift zum Spannungsausgleich......................................................................... 190
5.4 Lückenlose Gleise herstellen......................................................................................... 190
5.4.1 Liefern, Entladen und Verlegen der Schienen vor dem Spannungsausgleich................ 190
5.4.2 Voraussetzungen für den Spannungsausgleich.............................................................. 191
5.4.3 Durchführung des Spannungsausgleichs mit Schienen bis L 180 m........................... 191
5.4.3.1 Baustellenablauf............................................................................................................ 191
5.4.3.2 Leistung (Personal-, Maschinen- und Gerätebedarf)..................................................... 193
5.4.4 Durchführung des Spannungsausgleichs mit Schienen L 180 m................................. 193
5.4.5 Einsatz der mobilen Abbrennstumpfschweißmaschine RA-mobil................................. 193
5.4.5.1 Baustellenablauf............................................................................................................ 193
5.4.5.2 Leistung (Personal-, Maschinen- und Gerätebedarf)..................................................... 194
5.4.6 Besonderheiten.............................................................................................................. 195
5.4.7 Innerstädtischer Nahverkehr mit eingedeckten Gleisanlagen (geschlossener Oberbau) 199
5.4.8 Niederschrift..................................................................................................................200
5.5 Lückenlose Weichen herstellen.....................................................................................200
5.5.1 Voraussetzung...............................................................................................................200
5.5.2 Montage und Einbau der Weichen ................................................................................200
5.5.3 Durchführung der Schweißarbeiten und des Spannungsausgleichs ..............................200
5.5.4 Besonderheiten..............................................................................................................202
5.5.5 Niederschrift..................................................................................................................202
5.6 Wiederherstellen des alten Spannungszustandes...........................................................203
5.6.1 Grundlagen....................................................................................................................203
5.6.2 Voraussetzung...............................................................................................................203
5.6.3 Durchführung ................................................................................................................203
5.6.4 Niederschrift..................................................................................................................204
5.7 Instandhaltung und Arbeiten am Lückenlosen Gleis .....................................................204
5.7.1 Arbeiten am Lückenlosen Gleis.....................................................................................204
5.7.1.1 Grundsatz ...................................................................................................................... 204
5.7.1.2 Veränderung der Gleislage bei Stopfarbeiten................................................................206
5.7.1.3 Teilweises Lösen der Schienenbefestigung ...................................................................206
5.7.1.4 Grenztemperaturen........................................................................................................206
5.7.2 Trennen des Lückenlosen Gleises .................................................................................207
5.7.2.1 Grundsatz ......................................................................................................................207
5.7.2.2 Durchführung ................................................................................................................207
5.8 Nachträgliche Kontrolle des Lückenlosen Gleises ........................................................208
5.8.1 Grundsatz ......................................................................................................................208
5.8.2 Gleise der ehemaligen Deutschen Reichsbahn (DR).....................................................208
5.8.3 Bergsenkungsgebiete.....................................................................................................208
5.8.4 Spannung und Verspanntemperatur nachträglich feststellen .........................................209
5.8.4.1 Feststellen der Verspanntemperatur durch Trennen des Gleises ...................................209
5.8.4.2 Feststellen der Verspanntemperatur mit dem Messgerät RailScan................................209
5.8.4.3 Feststellen der Verspanntemperatur mit dem Messgerät VERSE..................................210
5.9 Zusammenfassung .........................................................................................................210
5.10 Schrifttum......................................................................................................................210
6 Qualitätssicherung - Zulassung der Betriebe und Ausbildung des Fachpersonals 212
6.1 Zulassung der Betriebe.................................................................................................212
6.1.1 Allgemeines...................................................................................................................212
6.1.2 Anerkannte Stelle ..........................................................................................................213
6.1.3 Aufgaben, Tätigkeiten und Verantwortlichkeiten..........................................................214
6.1.4 Darstellung der Qualitätssicherung in der Oberbauschweißtechnik ..............................215
6.1.5 Zugelassene Firma/Betrieb............................................................................................217
6.1.5.1 DB Netz AG..................................................................................................................217
6.1.5.2 Bahnen des Öffentlichen Personen-Nahverkehrs (ÖPNV) und Nichtbundeseigene
Eisenbahnen (NE-Bahnen) ............................................................................................219
6.1.6 Eisenbahnaufsicht der Länder .......................................................................................220
6.2 Aus- und Weiterbildung des Fachpersonals ..................................................................220
6.2.1 Allgemeines...................................................................................................................220
6.2.2 Fachtheoretische Ausbildung von Überwachungs- und Aufsichtspersonal ...................221
6.2.3 Fachpraktische Ausbildung der Schweißer....................................................................223
6.2.3.1 Schienenverbindungsschweißen ....................................................................................224
6.2.3.2 Schienenauftragschweißen ............................................................................................225
6.2.4 Erstausbildung und Wiederholungsprüfungen der Schweißer.......................................226
6.2.5 Regelmäßige Fortbildung ..............................................................................................227
6.3 Schrifttum......................................................................................................................227
Anhang .......................................................................................................................................228
Auswahl von Normen, Regelwerken und Richtlinien für den Bereich der Schienentechnik.......228
Sachwortverzeichnis..................................................................................................................234
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