[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.
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.