Korrosion ist der Hauptfeind
Der erste und offensichtlichste Grund für eine Oberflächenbehandlung ist Korrosion. Eine Federklemme, ein Schraubdorn oder ein Angelbolzen sind im Betrieb Feuchtigkeit, Sauerstoff und Chloriden aus Salznebel, Ballastwasser und Enteisungsmitteln ausgesetzt, und die daraus resultierende elektrochemische Korrosion entfernt den lasttragenden Abschnitt vom Teil. Die Folge ist nicht nur Rost: Ein Clip, der 20 Prozent seines Querschnitts verliert, verliert an Steifigkeit und Klemmkraft, ein Dorn mit Lochfraß im Gewinde löst sich beim erneuten Anziehen ab, und ein Bolzen mit einer Korrosionsgrube unter dem Kopf löst einen Ermüdungsriss aus. Die Beschichtung funktioniert durch zwei Mechanismen: Barriereschutz, bei dem die Schicht den Stahl physikalisch vom Elektrolyten trennt, und kathodischer Schutz, bei dem Zink bevorzugt korrodiert und den Stahl vor Kratzern und Schnittkanten schützt. Die Beschichtung muss daher sowohl hinsichtlich der Dicke als auch der Haftung ausgewählt und am fertigen Teil überprüft werden, da eine Beschichtung, die sich ablöst, eine Korrosionszelle erzeugt, die schlimmer ist als keine Beschichtung.
Reibungskontrolle und Gewindefunktion
Die Oberflächenbehandlung entscheidet auch darüber, wie sich ein Verbindungselement mechanisch verhält. Das Verhältnis von Drehmoment-zu-Vorspannung einer Schraubverbindung hängt vom Reibungskoeffizienten des Gewindes und der Lagerfläche ab, und die Beschichtung hat den Haupteinfluss auf diesen Koeffizienten: Ein feuerverzinktes Gewinde hat ein anderes Reibungsverhalten als ein galvanisiertes oder mit Zinklamellen beschichtetes Gewinde, und geschmierte Beschichtungen werden verwendet, wenn ein definiertes, wiederholbares Anzugsergebnis erforderlich ist. Ein häufiges Missverständnis besteht darin, dass die Zinkbeschichtung die Gewindelücken füllt und dadurch den Ausziehwiderstand eines Schraubendorns erhöht. Tatsächlich ergibt sich die Ausziehfähigkeit eines Schraubdorns aus der Gewindeform, der Eingriffslänge und der Festigkeit des Untergrunds, des Holzes oder des Dübels, nicht aus der Beschichtung, und die Beschichtungsdicke auf dem Gewinde ist bewusst begrenzt, damit der Dorn immer noch in den Dübel passt und ohne Beschädigung eingeschraubt werden kann. Die Beschichtung eines Gewindes schützt es vor Korrosion und kontrolliert die Reibung beim Anziehen. es fügt keine mechanische Haltekraft hinzu.
Beschichtungsverfahren im Vergleich
Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Schutzverfahren für Eisenbahnbefestigungen und ihre typischen Anwendungen zusammen.
| Verfahren | Typische Dicke | Referenzstandard | Am besten-geeignete Anwendung |
|---|---|---|---|
| Feuerverzinkung | 40-85 um auf Befestigungselementen | ISO 10684, ISO 1461, GB/T 5267.3 | Clips, Spikes, Bolzen, Platten in freiliegenden Gleisen |
| Zink-Aluminiumflocken | 5-12 um | ISO 10683 | Hoch-Schrauben, Federklammern, kontrollierte Reibung |
| Galvanisiertes Zink | 5-15 um | ISO 4042 | Leichte Beanspruchung, im Innenbereich, wo Ausheizen möglich ist |
| Zinkdiffusionsbeschichtung | 15-45 um | GB/T 26110 | Federklemmen für Hochgeschwindigkeits-Befestigungssysteme |
| Edelstahl | Keine Beschichtung | ISO 3506 | Nasstunnel, Küstenanlagen, korrosive Industrien |
Feuerverzinkung ist nach wie vor die gängige Wahl für freiliegende Gleise, da sich die Zink-{1}}Eisenlegierungsschicht metallurgisch mit dem Stahl verbindet und einen dicken, robusten Schutz bietet. Eine Zinklamellenbeschichtung wird bevorzugt, wenn das Teil keinem Wasserstoff ausgesetzt sein darf, die Beschichtung aus Gründen der Gewindetoleranz dünn bleiben muss oder wenn ein definierter Reibungskoeffizient für eine drehmomentkontrollierte Installation erforderlich ist. Die Zinkdiffusionsbeschichtung, manchmal auch Sherardisierung genannt, ergibt eine harte, gleichmäßige Zink-{5}}Eisenschicht, die für Federklammern geeignet ist, da sie die Härte der Feder nicht beeinflusst und dem Abrieb durch Ballastkontakt widersteht.
Wasserstoffversprödung und hoch{0}feste Verbindungselemente
Eine Beschichtungsentscheidung kann den Unterschied zwischen einer Schraube, die zwanzig Jahre hält, und einer, die ohne Vorwarnung bricht, ausmachen: die Wahl des Verfahrens für gehärtete Verbindungselemente. Beim Galvanisieren wird Wasserstoff in den Stahl eingebracht, und bei Schrauben der Festigkeitsklasse 10.9 und höher oder mit einer Härte über etwa 390 HV kann der Wasserstoff zu Spannungskonzentrationen wandern und einen verzögerten Bruch verursachen, einen Riss, der Stunden oder Tage nach dem Anziehen der Schraube auftritt. In der ISO 4042-Praxis ist nach dem Galvanisieren ein Brennen zur Versprödungsreduzierung erforderlich. Die robuste technische Antwort für Schienenschrauben besteht jedoch darin, das Galvanisieren gehärteter Teile vollständig zu vermeiden und eine Zinklamellenbeschichtung oder Feuerverzinkung zu verwenden, die keinen Wasserstoff einbringt. Die gleiche Logik gilt auch für Federklemmen: Der gehärtete Federstahl ist empfindlich gegenüber Wasserstoff und das gewählte Verfahren darf nicht zu einer Versprödung des Arbeitsbereichs der Feder führen.
Verschleiß, Abrieb und Spezialfälle
Über Korrosion und Reibung hinaus muss die Oberflächenbehandlung der mechanischen Umgebung der Strecke standhalten. Klammern und Bolzen in der Nähe des Schotters unterliegen dem Abrieb durch Steinstaub und Stampfwerkzeuge. Daher muss die Beschichtung robust genug sein, um intakt zu bleiben. Zinkdiffusions- und Schmelztauchschichten funktionieren gut, während sich dünne Galvanisierungen schnell abnutzen. An der Schnittstelle zwischen einem Metallbefestiger und einer Holzschwelle oder einem Kunststoffdübel fungiert die Beschichtung auch als Separator, der galvanische und abrasive Schäden am Untergrund reduziert. Spezialfälle runden das Bild ab: Auf Hochgeschwindigkeitsstrecken werden Federklemmen häufig mit einer Zinkdiffusionsbeschichtung oder einer Zinklamellenbeschichtung geschützt, um Korrosionsbeständigkeit mit ermüdungssicherer Verarbeitung zu kombinieren. In Tunneln und Küstenanlagen beseitigen Edelstahlbefestigungen nach ISO 3506 das Korrosionsproblem bei höheren Kosten vollständig. und in elektrisch empfindlichen Gleisstromkreisbereichen müssen die Beschichtung und die isolierenden Komponenten zusammen den Isolationswiderstand des Befestigungssystems gemäß EN 13146-5-Prüfung aufrechterhalten. Die Auswahlregel besteht darin, zunächst die Umgebung, die mechanischen Anforderungen und die Eigenschaftsklasse zu definieren und anschließend die Beschichtung vorzunehmen.
Häufig gestellte Fragen
F1: Warum wird die Oberflächenbehandlung bei Schienenbefestigungen als funktional und nicht als kosmetisch bezeichnet?
Da durch Korrosion der tragende Abschnitt entfernt wird, entscheidet die Reibungskontrolle darüber, ob das angegebene Drehmoment die angegebene Klemmkraft ergibt, und der Beschichtungsprozess kann Wasserstoff in den gehärteten Stahl einbringen. Alle drei wirken sich auf die Sicherheit der Strecke aus, nicht auf das Erscheinungsbild.
F2: Erhöht die Zinkbeschichtung die Ausziehfestigkeit eines Schraubendorns?
Nein. Die Auszugsfestigkeit hängt von der Gewindeform, der Eingriffslänge und der Stärke des Holzes oder Dübels ab. Die Beschichtung schützt das Gewinde und kontrolliert die Anzugsreibung. Ihre Dicke auf dem Gewinde ist begrenzt, um den Sitz zu gewährleisten.
F3: Welche Beschichtung eignet sich am besten für einen Schienenbolzen der Klasse 10.9?
Zinklamellenbeschichtung nach ISO 10683 oder Feuerverzinkung. Beide vermeiden das Risiko einer Wasserstoffversprödung beim Galvanisieren auf gehärtetem Stahl, die nach der Installation zu einem verzögerten Bruch führen kann.
F4: Wie groß ist die typische Dicke der Feuerverzinkung von Verbindungselementen?
40 bis 85 µm, je nach Gewindegröße und Umgebung, gesteuert durch die Gewindetoleranz. ISO 10684 und ISO 1461 definieren die Klassen und die Verifizierungsmethode.
F5: Warum sind Federklemmen an Hochgeschwindigkeitsleitungen häufig mit einer Zinkdiffusionsbeschichtung versehen?
Das Verfahren ergibt eine harte, gleichmäßige Zink{0}}Eisenschicht, die die Feder schützt, ohne ihre Härte zu beeinträchtigen und ohne Wasserstoffrisiko, und sie widersteht Ballastabrieb besser als eine dünne Galvanisierung.
F6: Wann sollten Edelstahlbefestigungen spezifiziert werden?
An dauerhaft nassen oder chemisch aggressiven Orten, an denen eine Wartung der Beschichtung unpraktisch ist, wie z. B. Tunnel, Küstenstrukturen und Industrieanlagen. Rostfreie Verbindungselemente nach ISO 3506 beseitigen Korrosion als Fehlerursache bei höheren Materialkosten.