Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten der Lauffläche von Schienen durch ein Umfangsschleifen

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche (1) von Schienen (2) durch ein Umfangsschleifen mit Hilfe wenigstens eines entlang der Schienen (2) bewegbaren und an deren Lauffläche (1) andrückbaren, rotierenden Schleifkörpers (3) beschrieben, dessen Drehachse (4) mit der Schienenlängsrichtung (5) einen spitzen Winkel einschließt. Um vorteilhafte Schleifbedingungen sicherzustellen, wird die Lauffläche (1) mit der beim reibungsbedingten Abwälzen des frei drehbaren Schleifkörpers (3) auf der Lauffläche (1) dieser gegenüber auftretenden Schleifbewegung geschliffen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche von Schienen durch ein Umfangsschleifen mit Hilfe wenigstens eines entlang der Schienen bewegbaren und an deren Lauffläche andrückbaren, rotierenden Schleifkörpers, dessen Drehachse mit der Schienenlängsrichtung einen spitzen Winkel einschließt, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Um die Lauffläche der Schienen von Schienenfahrzeugen zu bearbeiten, ist es bekannt (DE 21 18 209 C3), mehrere Schleifscheiben in einem Schleifgestell so hintereinander anzuordnen, daß ihre horizontalen Drehachsen unter einem spitzen Winkel zur Schienenlängsrichtung verlaufen. Diese Schleifscheiben werden durch je einen Motor angetrieben und mit Hilfe von Anstellzylindern gegen die zu bearbeitende Lauffläche gedrückt, so daß beim Verfahren des Schleifgestelles entlang der Schienen deren Lauffläche durch ein Umfangsschleifen geschliffen wird. Wie allen bekannten Schleifverfahren für Schienen liegt auch diesem Umfangsschleifen mit schräg angestellten Schleifscheiben der Nachteil zugrunde, daß wegen der gegebenen Schleifbedingungen die Vorschubgeschwindigkeit des Schleifgestelles entlang der Schienen vergleichsweise gering gewählt werden muß. Dazu kommt noch, daß der Anpreßdruck der Schleifscheiben in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit geregelt werden muß, um bei unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten einen gleichmäßigen Abtrag zu ermöglichen.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und ein Verfahren zum Umfangsschleifen der Lauffläche von Schienen anzugeben, das mit einem geringen Aufwand einen vorteilhaften Abtrag auch bei vergleichsweise hohen Vorschubgeschwindigkeiten erlaubt, ohne Überlastungen befürchten zu müssen.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Lauffläche mit der beim reibungsbedingten Abwälzen des frei drehbaren Schleifkörpers auf der Lauffläche dieser gegenüber auftretenden Schleifbewegung geschliffen wird.

[0005] Durch die freie Drehbarkeit des Schleifkörpers wird zunächst der sonst mit einem Schleifkörperantrieb verbundene Aufwand erübrigt. Trotzdem ergibt sich für den Schleifkörper aufgrund der Neigung seiner Drehachse gegenüber der Schienenlängsrichtung eine Drehbewegung durch das reibungsbedingte Abwälzen des Schleifkörpermantels auf der Lauffläche, und zwar bei einer gleichzeitigen Gleitbewegung, so daß eine ausreichende Schleifbewegung zwischen Schleifkörper und Lauffläche sichergestellt wird. Diese Schleifbewegung nimmt mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit zu, so daß erst bei höheren Vorschubgeschwindigkeiten optimale Schleifbedingungen erreicht werden. Aus den Schleifbedingungen zufolge des losen Abwälzens des Schleifkörpers auf der Lauffläche ergibt sich zwischen dem Schleifkörper und der profilierten Lauffläche in der Projektion auf eine zum Schienenfuß parallele Grundfläche eine von der einen Laufflächenlängsseite zur anderen verlaufende S-förmige Eingriffslinie, wobei die Drehachse des Schleifkörpers in dieser Projektion eine Wendetangente bildet. In Abhängigkeit vom Neigungswinkel des Schleifkörpers erhält man demnach einen sich in Schienenlängsrichtung erstreckenden Eingriffsbereich der beim Schleifen von Längshöhenfehlern in Form von Riffeln oder kurzen Wellen mehr als einen dieser Höhenfehler überdeckt. so daß die sonst auftretende Gefahr einer Kopierung der wellenförmigen Höhenfehler weitgehend unterbunden werden kann.

[0006] Da die Wirktiefe des Schleifvorganges vom Anpreßdruck des Schleifkörpers an die Lauffläche der Schienen abhängt und die Schleifbewegung nicht durch einen motorischen Schleifkörperantrieb. sondern durch den Vorschub des Schleifkörpers in Schienenlängsrichtung bestimmt wird, kann der Anpreßdruck des Schleifkörpers auf die Lauffläche der Schienen über alle Vorschubgeschwindigkeiten konstant gehalten werden. Um ein vorgegebenes Laufflächenprofil zu schleifen, kann ein Abrichtwerkzeug eingesetzt werden, mit dessen Hilfe aufgrund der reibungsbedingten Drehung des Schleifkörpers dieser während des Schleifens entsprechend dem gewünschten Laufflächenprofil abgerichtet werden kann. In diesem Zusammenhang ergeben sich wiederum sehr einfache Bedingungen, wenn beim Schleifen der Lauffläche an den Schleifkörper ein frei drehbarer Abrichtkörper angedrückt wird, wobei sich die Drehachsen des Schleifkörpers und des Abrichtkörpers unter einem spitzen Winkel kreuzen. Aufgrund dieser Schränkung ergibt sich eine Drehmitnahme des Abrichtkörpers durch den Schleifkörper, allerdings unter einer gleichzeitigen Gleitbewegung zwischen den einander berührenden Oberflächen, was den gewünschten Abrichtvorgang ermöglicht.

[0007] Um auf die wirksam werdenden Schleifkräfte Einfluß nehmen zu können, kann außerdem der Schleifkörper zusätzlich gebremst werden, wobei allerdings eine Drehbewegung aufrecht bleiben muß. Durch ein entsprechendes Bremsen des Schleifkörpers kann bei bestimmten Einsatzbedingungen die Schleifleistung wegen der Einflußnahme auf die Richtung und Größe der resultierenden Schleifkraft erhöht werden.

[0008] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umfangschleifen der Lauffläche von Schienen kann von einem an die Lauffläche der Schienen anstellbaren und entlang der Schienen verfahrbaren Schleifgestell ausgegangen werden, das wenigstens einen drehbar gelagerten Schleifkörper zum Umfangsschleifen mit einer zur Schienenlängsrichtung einen spitzen Winkel einschließenden Drehachse aufweist. In diesem Fall ist der Schleifkörper lediglich frei drehbar im Schleifgestell zu lagern und in Richtung der Andrückkraft durch einen wahlweise durch eine starre Abstützung überbrückbaren Federkörper gegenüber dem Schleifgestell abzustützen, um vorteilhafte, an unterschiedliche Verhältnisse anpaßbare Schleifbedingungen sicherzustellen. Die zusätzliche federnde Abstützung des Schleifkörpers bedingt im Bereich der Wellenberge von Längshöhenfehlern eine Vergrößerung des Anpreßdruckes in Abhängigkeit von der Federcharakteristik des Federkörpers, so daß sich gewissermaßen eine Selbstregelung der Andrückkraft des Scheifkörpers an die Laufschiene in Abhängigkeit vom jeweiligen Höhenfehler ergibt. Diese Ausweichmöglichkeit des Schleifkörpers gegen eine zunehmende Andrückkraft ist jedoch nicht immer erwünscht. Aus diesem Grunde kann der Federkörper wahlweise durch eine starre Abstützung überbrückt werden.

[0009] Um beim Vorsehen mehrerer Schleifkörper in einem gemeinsamen Schleifgestell eine besonders gedrängte Bauweise zu erzielen, kann der Schleifkörper mit seiner Nabe frei drehbar auf einer in einer Führungsgabel gehaltenen Achse gelagert sein. Damit entfallen die Lager in der Führungsgabel, die daher sehr einfach ausfallen kann.

[0010] Zum Abrichten des Schleifkörpers kann auf der von der Lauffläche der Schienen abgewandten Seite des Schleifkörpers ein in der Führungsgabel für den Schleifkörper diesem gegenüber radial verlagerbar gahaltener und an den Schleifkörper andrückbarer Abrichtkörper vorgesehen werden. Dieser Abrichtkörper könnte gegenüber dem drehbaren Schleifkörper feststehend angeordnet sein. Vorteilhaftere Verhältnisse ergeben sich allerdings, wenn der rotierende Abrichtkörper frei drehbar in einer gegenüber der Führungsgabel radial verlagerbaren Lagergabel gehalten ist, wobei sich die Drehachsen des Schleifkörpers und des Abrichtkörpers unter einem spitzen Winkel kreuzen. Beim Andrücken des Abrichtkörpers an den Schleifkörper wird der Abrichtkörper beim Schleifen durch den Schleifkörper mitgenommen. Dabei ergibt sich nicht nur eine Abwälzbewegung zwischen Schleif- und Abrichtkörper sondern auch eine Gleitverschiebung, so daß die für das Abrichten notwendige Relativbewegung zwischen dem Schleifkörper und dem Abrichtkörper im Berührungsbereich dieser beiden Körper gegeben ist.

[0011] Schließlich kann es für bestimmte Einsatzfälle von Vorteil sein, für den Schleifkörper
eine Bremseinrichtung vorzusehen, über die die resultierenden Schnittkräfte beeinflußt werden können. Diese Bremseinrichtung kann im einfachsten Fall durch den Abrichtkörper gebildet werden. Es wäre aber auch möglich, zu diesem Zweck eine Magnetpulverbremse oder eine Hydraulikpumpe einzusetzen.

[0012] An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

einen erfindungsgemäß eingesetzten Schleifkörper in einer schematischen Ansicht in Schienenlängsrichtung,

Fig. 2

den Schleifkörper nach der Fig.1 in einer Draufsicht,

Fig. 3

einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4

eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante,

Fig. 5

ein Schienenfahrzeug mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Umfangsschleifen der Lauffläche von Schienen ausschnittsweise in einer vereinfachten Seitenansicht in einem kleineren Maßstab und

Fig. 6

einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl der Fig. 5 in einem größeren Maßstab.

[0013] Um die Lauffläche 1 einer Schiene 2 zu bearbeiten, wird gemäß den Fig. 1 und 2 ein walzenförmiger Schleifkörper 3 eingesetzt, der gemäß der Fig. 3 frei drehbar auf einer Achse 4 gelagert ist. Diese Drehachse 4 verläuft in einer zum Schienenfuß parallelen Ebene und ist gegenüber der Schienenlängsrichtung 5 unter einem spitzen Winkel α, beispielsweise von 45°, geneigt, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann. Wird nun der Schleifkörper 3 unter einer vorgegebenen Andrückkraft P gegen die Lauffläche 1 der Schiene 2 gedrückt und in Schienenlängsrichtung 5 mit einer Vorschubgeschwindigkeit V_l bewegt, so können aus dieser Vorschubgeschwindigkeit V_l aufgrund des Reibungsschlusses zwischen der Lauffläche 1 und dem Schleifkörper 3 zwei Geschwindigkeitskomponenten V_u und V_s abgeleitet werden, von denen die Geschwindigkeitskomponente V_u der Umfangsgeschwindigkeit des sich auf der Lauffläche 1 abwälzenden Schleifkörpers 3 und die Geschwindigkeitskomponente V_s der eigentlichen Schleifgeschwindigkeit zufolge einer Gleitbewegung zwischen Schiene und Schleifkörper entsprechen. Die Lauffläche 1 wird somit über den schräg angestellten Schleifkörper 3 geschliffen, wobei die Schleifgeschwindigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit maßgebend bestimmt wird, wie sich dies aus der Fig. 2 unmittelbar ergibt. Dies bedeutet, daß mit vergleichsweise hohen Vorschubgeschwindigkeiten gefahren werden kann, weil die Schleifgeschwindigkeit nicht durch die Umfangsgeschwindigkeit des Schleifkörpers bestimmt wird, wie dies bei angetriebenen Schleifkörpern der Fall ist, deren Umfangsgeschwindigkeit ein Vielfaches der Vorschubgeschwindigkeit ausmacht. Aus diesem Grunde kann auch die Andrückkraft P des Schleifkörpers 3 an die Lauffläche 1 der Schiene 2 in Abhängigkeit von der Druckfestigkeit des Schleifkörpers 3 gewählt werden, was gegenüber angetriebenen Schleifscheiben andere Schleifbedingungen schafft.

[0014] Wie der Fig. 2 zusätzlich entnommen werden kann, ergibt sich zwischen dem Schleifkörper 3 und der Lauffläche 1 eine sich von der einen Laufflächenlängsseite zur anderen verlaufende Eingriffslinie e, die in der dargestellten, parallel zum Schienenfuß verlaufenden Projektionsebene eine S-Form aufweist, wobei die Drehachse 4 des Schleifkörpers 3 in dieser Projektion eine Wendetangente für diese Eingriffslinie darstellt. Aufgrund des Neigungswinkels α erstreckt sich die Eingriffslinie e über einen Längsabschnitt der Lauffläche 1, der vorteilhaft länger als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellen charakteristischer Längshöhenfehlern in Form von Riffeln od. dgl. ist. Da durch den Eingriffsbereich des Schleifkörpers 3 mehr als eine Welle der Lauffläche überdeckt wird, ist die Gefahr eines kopierenden Schleifens dieser Rillen stark verringert.

[0015] Wie der Fig. 3 entnommen werden kann. kann der Schleifkörper 3 über seine Nabe auf der drehfest in einer Führungsgabel 6 gehaltenen Drehachse 4 gelagert werden, was nicht nur eine sehr gedrängte Bauweise erlaubt, sondern auch ein einfacnes Austauschen der Schleifkörper 3 zusammen mit der Drehachse 4 ermöglicht.

[0016] Obwohl im allgemeinen die Drehachse 4 für die Schleifkörper 3 in einer zum Schienenfuß parallelen Ebene verlaufen wird, ist dies keineswegs zwingend erforderlich. Um über die Breite der Lauffläche unterschiedliche Schleifgeschwindigkeiten ausnützen zu können, könnte die Drehachse 4 auch gegenüber der Ebene des Schienenfußes geneigt verlaufen, wie dies in der Fig. 4 angedeutet ist. Es ergeben sich dabei analoge Bedingungen für das Umfangsschleifen.

[0017] In der Praxis werden üblicherweise mehrere in Schienenlängsrichtung 5 hintereinander angeordnete Schleifkörper 3 zum Einsatz kommen, die in einem Schleifgestell 7 zusammengefaßt sind, das an einem Schienenfahrzeug 8 angebracht wird, wie dies in der Fig. 5 angedeutet ist, die zwei Schleifgestelle 7 zeigt. Diese Schleifgestelle 7 werden über eine Anstelleinrichtung 9 an die Lauffläche 1 der Schienen 2 angestellt, wobei Führungsräder 10 die Abstützung der Schleifgestelle 7 gegenüber der Schiene 2 übernehmen. Diesen Führungsrädern 10 gegenüber können die Schleifkörper 3 über Andrückzylinder 11 unter einer vorgegebenen konstanten Andrückkraft gegen die Lauffläche 1 gedrückt werden. Die Lagerung der Schleifkörper 3 erfolgt dabei gemäß der Fig. 6 über Führungsgabeln 6, die gegenüber dem Schleifgestell 7 in Andrückrichtung durch einen Federkörper 12, beispielsweise ein gummielastisches Zwischenstück, abgestützt sind. Dieser Federkörper 12 bringt eine zusätzliche Steuerung der Andrückkraft im Bereich des zugehörigen Schleifkörpers mit sich, weil der Federkörper 12 im Bereich eines zu schleifenden Wellenberges stärker belastet, im Bereich eines Wellentales aber entlastet wird. Die Wirkung der Federkörper 12 kann jedoch ausgeschaltet werden, und zwar jeweils durch eine diese Federkörper 12 überbrückende, starre Abstützung 13, die über einen Rohrkörper 14 verschiebefest mit der Führungsgabel 6 zur Lagerung des Schleifkörpers 3 verbunden ist. Diese starre Abstützung 13 wirkt mit einem hydraulisch betätigbaren Stützzylinder 15 zusammen, der die Abstützung 13 entweder freigibt oder für diese Abstützung ein der Höhe nach einstellbares Widerlager bildet, das dann eine Höhenverlagerung der Führungsgabel 6 gegenüber dem Schleifgestell 7 verhindert.

[0018] Aufgrund des Verschleißes des Schleifkörpers 3 paßt sich dessen Umfangsfläche an das Profil der Lauffläche 1 der Schienen 2 nach kurzer Zeit an. Um die Lauffläche 1 nach einer bestimmten Profilform schleifen zu können, ist es daher notwendig, den Schleifkörper entsprechend abzurichten. Zu diesem Zweck werden gemäß der Fig. 6 rotierende Abrichtkörper 16 eingesetzt, die in einer Lagergabel 17 frei drehbar gehalten und über die Lagergabel 17 an den zugehörigen Schleifkörper 3 radial anstellbar sind. Obwohl eine Drehlagerung der Lagergabel 17 bei einer Schleifbearbeitung vorteilhafter ist, wurde in der Fig. 6 aus Übersichtlichkeitsgründen für die Lagergabel 17 eine Verschiebeführung 18 angedeutet. Zum Andrücken der Abrichtkörper 16 an die zugehörigen Schleifkörper 3 sind die Lagergabeln 17 mit einer Kolbenstange 19 eines Kolbens 20 verbunden, der in den als Zylinder wirksamen Rohrkörper 14 eingreift und über ein Druckmittel entsprechend beaufschlagt wird. Da die Drehachse 21 des Abrichtkörpers 16 gegenüber der Drehachse 4 unter einem spitzen Winkel geschränkt verläuft, ergibt sich zwischen dem drehenden Schleifkörper 3 und dem an diesen Schleifkörper 3 angedrückten, frei drehbar gelagerten Abrichtkörper 16 eine Drehmitnahme unter einer gleichzeitigen Gleitbewegung, die den Abrichtvorgang für den Schleifkörper 3 ermöglicht, ohne daß der Abrichtkörper 16 oder der Schleifkörper 3 motorisch angetrieben werden müßte. Anstelle eines drehbaren Abrichtkörpers 16 könnte selbstverständlich auch ein undrehbar gehaltener Abrichtkörper treten, dessen Standzeit naturgemäß geringer angesetzt werden muß.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche von Schienen durch ein Umfangsschleifen mit Hilfe wenigstens eines entlang der Schienen bewegbaren und an deren Lauffläche andrückbaren, rotierenden Schleifkörpers, dessen Drehachse mit der Schienenlängsrichtung einen spitzen Winkel einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche mit der beim reibungsbedingten Abwälzen des frei drehbaren Schleifkörpers auf der Lauffläche dieser gegenüber auftretenden Schleifbewegung geschliffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck des Schleifkörpers an die Lauffläche der Schienen konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schleifen der Lauffläche an den Schleifkörper ein frei drehbarer Abrichtkörper angedrückt wird, wobei sich die Drehachsen des Schleifkörpers und des Abrichtkörpers unter einem spitzen Winkel kreuzen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper gebremst wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem an die Lauffläche (1) der Schienen (2) anstellbaren und entlang der Schienen (2) verfahrbaren Schleifgestell (7), das wenigstens einen drehbar gelagerten Schleifkörper (3) zum Umfangsschleifen mit einer zur Schienenlängsrichtung (5) einen spitzen Winkel (α) einschließenden Drehachse (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper (3) frei drehbar im Schleifgestell (7) gelagert und in Richtung der Andrückkraft durch einen wahlweise durch eine starre Abstützung (13) überbrückbaren Federkörper (12) gegenüber dem Schleifgestell (7) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper (3) mit seiner Nabe frei drehbar auf einer in einer Führungsgabel (6) gehaltenen Achse (4) gelagert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Lauffläche (1) der Schienen (2) abgewandten Seite des Schleifkörpers (3) ein in der Führungsgabel (6) für den Schleifkörper (3) diesem gegenüber radial verlagerbar gehaltener und an den Schleifkörper (3) andrückbarer Abrichtkörper (16) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Abrichtkörper (16) frei drehbar in einer gegenüber der Führungsgabel (6) radial verlagerbaren Lagergabel (17) gehalten ist, wobei sich die Drehachsen (4, 21) des Schleifkörpers (3) und des Abrichtkörpers (16) unter einem spitzen Winkel kreuzen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schleifkörper (3) eine Bremseinrichtung vorgesehen ist.

Zeichnung