Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reprofilieren mindestens des Fahrspiegels einer Schiene, vorzugsweise des den Fahrspiegel aufweisenden konvexen Teiles des Schienenkopf-Querschnittprofiles einer Schiene, insbesondere einer Eisenbahnschiene, durch Umfangsfräsen.

Das Schleifen von Schienen zum Reprofilieren ist aus mehreren Dokumenten in verschiedenen Ausführungsvarianten bekannt.

So beschreibt DE 44 37 585 C ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Lauffläche von Schienen durch Umfangsschleifen, wobei ein rotierender Schleifkörper entlang der Schienen bewegbar und an deren Lauffläche angedrückt wird und dessen Drehachse mit der Schienenlängsrichtung einen spitzen Winkel einschließt. Der Schleifkörper ist dabei frei drehbar und wird durch dessen reibungsbedingtes Abwälzen auf der Lauffläche der Schiene diese geschliffen.

EP 0 843 043 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Umfangsschleifen von verlegten Schienen, wobei zwei unabhängig voneinander verstellbare und beidseitig der Längsmittelebene der Schiene angeordnete Schleifscheiben in einem speziellen Rahmen gelagert sind. Die Drehachsen der Schleifscheiben können dabei gleichzeitig um eine zur Schienenrichtung parallele Bezugslinie und um eine vertikale, rechtwinkelig zur Schienenrichtung verlaufende Bezugslinie verschwenkt werden.

Schließlich zeigt US 4,583,327 A eine Vorrichtung zum Schleifen von Schienenprofilen, die eine Gruppe von Schleifscheiben zum Umfangsschleifen mit horizontal gelagerten Schleifscheibenachsen und eine Gruppe von Schleifscheiben zum Stirnschleifen mit vertikal gelagerten Schleifscheibenachsen umfasst, wodurch die Vorteile der jeweiligen Verfahren kombiniert werden können und die Effizienz des Schleifverfahrens verbessert wird. Die Schleifscheibenachsen sind dabei an den Schienenverlauf anpassbar und verschwenkbar ausgeführt.

Es ist aus GB 2 121 710 A weiters bekannt, verschlissene Schienen durch Umfangsfräsen zu reprofilieren, d.h. mit einem neuen Profil zu versehen. Hierzu hat man den Schienenkopf durch Umfangsfräsen bearbeitet. Um die Kosten eines Fräsers einigermaßen in den Griff zu bekommen, ist es bekannt, den Fräser mit Wendeplatten zu versehen, die an Halterungen montiert sind, die wiederum in Ausnehmungen des Fräserkörpers eingesetzt sind. Hierbei erzeugen die in einer Ebene des Umfangsfräsers liegenden Wendeplatten jeweils eine in Längsrichtung der Schiene ausgerichtete Frässpur. Mit Umfangsfräsern dieser Art ist man jedoch hinsichtlich der Anzahl der anzubringenden Wendeplatten beschränkt, u.zw. aus Platzgründen. Es war daher nur möglich, durch das Umfangsfräsen eine geringe Anzahl von in Längsrichtung der Schiene nebeneinander liegende Spuren, die von den Wendeplatten auf den Schienenkopf aufgebracht werden, vorzusehen. Hierdurch ergibt sich eine große Welligkeit, und es war notwendig, den Schienenkopf anschließend an das Fräsen einem Schlichtvorgang zu unterziehen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen Umfangsfräser mit einer Vielzahl von das gesamte gewünschte Profil aufweisenden Messern zu versehen. Die Vielzahl der Messer ist insofern erforderlich, um in Längsrichtung der Schiene nur geringe Tiefenunterschiede sicherzustellen. Nachteilig hierbei ist, daß sich die Senken und Spitzen, die durch dieses Schlichten erzeugt wurden, über den gesamten bearbeiteten Querschnitt erstrecken. Dies verursacht beim Überfahren Lärm und Schwingungen und bewirkt eine Herabminderung der Lebensdauer.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem durch einen einzigen Arbeitsgang eine den Vorschriften der Eisenbahnbetreiber bzw. Eisenbahngesellschaften entsprechende geringe Welligkeit sowohl in Längsrichtung der Schienen als auch im Querschnittsprofil erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Herstellung des gewünschten Profiles durch einen einzigen Umfangsfräsvorgang mittels einer Vorrichtung mehr als fünf, vorzugsweise neun, in Längsrichtung der Schiene nebeneinander liegende Frässpuren gebildet werden und mittels der selben Vorrichtung nachfolgend ein Schleifen mindestens des Fahrspiegels, vorzugsweise des den Fahrspiegel aufweisenden konvexen Teiles des Schienenkopf-Querschnittsprofiles, durchgeführt wird.

Bevorzugte Varianten sind in den Unteransprüchen gekenntzeichnet.

Zur Erzielung höherer Anforderungen, wie z.B. höhere Fahrgeschwindigkeiten, wird nachgeordnet ein Schleifverfahren durchgeführt, daß zur Verminderung oder zur Egalisierung der in Längsrichtung der Spuren verlaufenden Welligkeit und gegebenenfalls zur Glättung oder zur Egalisierung des Polygonzuges die gefräste Schiene dient und unmittelbar nach dem Fräsen im selben Durchlauf erfolgt, wobei die Achse der Schleifscheibe mit einer senkrecht zur Längsrichtung der Schiene gelegten Ebene bevorzugt einen von 0° abweichenden Winkel einschließt. Für dieses Schleifen sind bevorzugte Varianten in den Unteransprüchen 6 bis 24 beschrieben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 eine schematische Draufsicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1 veranschaulichen. Fig. 3 zeigt eine Variante der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4 zeigt den Querschnitt durch eine Eisenbahnschiene in verschiedenen Zuständen der Schiene. Fig. 5 zeigt den Eingriff der Schleifscheibe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einer Eisenbahnschiene, die im Querschnitt veranschaulicht ist.

Ein Schienenprofifräser ist in den Fig. 6 bis 8 dargestellt, wobei Fig. 6 einen Teilschnitt durch den Fräser im zusammengebauten Zustand, Fig. 7 die Einzelteile des Fräsers in Explosionsdarstellung und Fig. 8 eine Seitenansicht auf eine Scheibe des Fräsers in Richtung des Pfeiles VIII der Fig. 7 veranschaulichen.

In Fig. 4 ist der Querschnitt einer Schiene 1 in verschiedenen Zuständen veranschaulicht. Der am Schienensteg 2 sitzende Schienenkopf 3 weist einen den Fahrspiegel 4, an dem das Laufrad eines Schienenfahrzeuges abläuft, aufweisenden konvexen Querschnittsteil 5 auf, der im Neuzustand durch die Linie A veranschaulicht ist. Durch Abnützung erhält dieser konvexe Teil 5 des Querschnittes des Schienenkopfes 3 die durch die Linie B veranschaulichte Form. Sobald die Schiene 1 diesen Zustand aufweist oder auch schon für Hochgeschwindigkeitsschienen entsprechend früher, erfolgt eine Nachbearbeitung der Schiene 1, so daß der konvexe Teil 5 des Schienenkopfes 3, zumindest jedoch der Fahrspiegel 4, wiederum den ursprünglichen Zustand, d.h. die ursprüngliche Querschnittsform - veranschaulicht durch die Linie C - in möglichst guter Annäherung erreicht. Hierbei sind je nach Vorschrift eines Eisenbahnbetreibers oder einer Eisenbahngesellschaft oder einer überregionalen Norm, wie z.B. cen DRAFT pr EN 13674-1, bestimmte Toleranzen einzuhalten, die in der Größenordnung von 1 bis 3 Zehntelmillimeter liegen. Wesentlich hierbei ist, daß die Fahrkante 6 der Schiene 1 und der Fahrspiegel 4 nachbearbeitet werden.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, muß - je nach Abnutzung der Schiene - relativ viel Material abgetragen werden, was wiederum, um den Schienenverkehr möglichst wenig zu behindern, bei verlegten Schienen möglichst schnell und preiswert durchzuführen ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die stationär angeordnet ist und an der die zu bearbeitende Schiene 1 vorbeibewegt wird. Fig. 3 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar, die in einer fahrbaren Einrichtung, wie einer Lokomotive, eingebaut ist, so daß mit dieser Vorrichtung bereits verlegte Schienen bearbeitet werden können. Hierbei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung doppelt vorhanden, so daß sowohl die linke als auch die rechte Schiene mit einer Überfahrt fertig bearbeitet werden können. Die untereinander gleichen Teile und Einrichtungen der stationären Einrichtung sowie der fahrbaren Vorrichtung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Mit 7 ist eine Fräseinheit bezeichnet, deren Schienenprofilfräser 8 als Umfangsfräser ausgebildet und weiter unten noch im Detail beschrieben ist. Dieser Fräser 8 ist über einen Antriebsmotor 9 und ein Getriebe 10 antreibbar, wobei die Drehrichtung so gewählt ist, daß die Schiene 1 im Gleichlauffräsverfahren bearbeitet wird. Unmittelbar benachbart zur Fräseinheit 7 ist eine Schleifeinheit 11 vorgesehen, deren Schleifscheibe 12 mittels eines Antriebs 13 antreibbar ist, u.zw. vorzugsweise ebenfalls in der Drehrichtung wie der Fräser 8, so daß ein Gleichlaufschleifen an der Schiene 1 durchgeführt wird. Die Schleifscheibe 12 ist mit einer Schleiftiefenregelung 14 ausgestattet, so daß die Schleifscheibe 12 kontinuierlich entsprechend ihrer Abnutzung an die Schiene 1 nachgestellt werden kann. Diese Schleiftiefenregelung 14 umfaßt eine Meßeinrichtung zum Messen des sich kontinuierlich verringernden Durchmessers des Umfanges der Schleifscheibe 12; sie kann auch auf Meßdaten von Messungen des Antriebsmomentes zurückgreifen.

Sowohl die Frässpäne als auch die Schleifspäne bzw. der Schleifstaub werden unmittelbar nach ihrem Entstehen abgesaugt, u.zw. über Absaugeinrichtungen 15 und 16.

Unmittelbar vor der Fräseinheit 7 und unmittelbar nach der Schleifeinheit 11 sind jeweils Führungen 17 für die Schiene 1 vorgesehen, gegen die die Schiene 1 mittels Unterstützungsrollen 18 preßbar ist, wobei zumindest der Fahrspiegel 4 der Schiene 1, vorzugsweise der Scheitel des Schienenkopfes 3, preßbar ist. Weiters sind entlang der Vorrichtung beidseitig am Schienenkopf 3 angreifende Seitenführungsrollen 19 vorgesehen, wobei die an Seite der Fahrkante 6 der Schiene 1 anliegenden Seitenführungsrollen 19 in ihrer Lage fixiert sind. Die Schiene wird von den an der gegenüberliegenden Seite anliegenden Seitenführungsrollen 19 gegen die fixierten Seitenführungsrollen 19 gepreßt, wodurch die Schiene 1 eine exakte Lage gegenüber der Fräseinheit und Schleifeinheit einnimmt.

Zwischen der Fräseinheit 7 und der Schleifeinheit 11 ist eine weitere Führung 20 vorgesehen, die mit einer Dämpfung versehen ist, um vom Fräser verursachte Schwingungen an der Schiene 1 zu eliminieren.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Achse 21 der Schleifscheibe gegenüber einer senkrecht zur Längsrichtung der Schiene gelegten Ebene 22 um einen Winkel α geneigt, der größer ist als 0, vorzugsweise zwischen 1 und 20° liegt, u.zw. jeweils in Abhängigkeit des vor dem Schleifen vorhandenen Zustandes der Schiene 1. Weist der Schienenkopf 3 bereits vor dem Schleifen einen durch Fräsen dem idealen Querschnitt nahekommenden Querschnitt auf, oder ist die Schiene 1 im Neuzustand noch mit einer Walzhaut versehen, so liegt der Winkel α zweckmäßig zwischen 5 und 12°, ideal erweise bei 8°. Ist der Vorzustand des Querschnittes jedoch weniger genau dem idealen Querschnittsprofil angepaßt, z.B. nur grob geschruppt, so ist zur Sicherstellung eines optimalen Zerspanungsvolumens bei großer Standzeit der Schleifscheibe ein kleinerer Winkel α, vorzugsweise zwischen 1 und 6°, zweckmäßig.

Die Schleifscheibe 12 ist im Neuzustand bereits vorprofiliert, d.h. sie weist etwa das Gegenprofil zur Schiene 1 auf. Um dieses Gegenprofil exakt herzustellen, ist vorteilhaft eine Abzieheinrichtung 23 mit einem Abziehstein 24, vorgesehen, der gegen den Umfang der Schleifscheibe 12 preßbar ist. Dieser Abziehstein weist genau das gewünschte herzustellende Profil auf und er schließt mit der Schleifscheibe ebenfalls den Winkel α ein. Dieser Abziehstein 24 wird vor Beginn des Schleifens der ersten Schiene 1 gegen die Schleifscheibe 12 gepreßt, bis diese dessen Profil angenommen hat. Während des Schleifens der Schiene 1 kann der Abziehstein 24 von der Schleifscheibe 12 abgehoben werden, denn die Schleifscheibe profiliert sich selbst am Vorprofil, d.h. an der gefrästen Schienenkopffläche bzw. an der noch mit der Walzhaut versehenen Schienenkopfoberfläche. Der Abziehstein kann gegebenenfalls zur zeitweiligen Schärfung an die Schleifscheibe 12 während des Bearbeitens eines Schienenkopfes 3 an die Schleifscheibe 12 angestellt werden.

Zur Einstellung eines genauen Gegenprofiles der Schleifscheibe 12 kann auch die Schiene 1, sofern sie hinreichend genau gefräst ist oder noch die Walzhaut aufweist, herangezogen werden.

Wenn, wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel, eine gefräste Schienenkopfoberfläche geschliffen wird, so hat die profilierte Schleifscheibe 12 vorrangig nur noch die Aufgabe, die vom Fräser 8 erzeugten Wellen zu glätten und ein Längsschleifbild zu erzeugen.

Durch das erfindungsgemäße Schrägstellen der Schleifscheibe 12 ergeben sich besonders gute Eingriffsbedingungen und ein hoher Glätteffekt. Der Eingriff der schräg gestellten Schleifscheibe 12 ist in Fig. 5 veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß die Schrägstellung einen günstigen Eingriffswinkel, insbesondere am Übergang des konvexen Teiles 5 des Schienenkopfes 3 in die Seitenflächen 25 des Schienenkopfes 3 ergibt. Diese günstigen Eingriffsbedingungen gestatten auch an diesen Stellen einen hinreichend großen Abtrag von Material bei sehr gutem thermischen Verhalten, so daß kein Brand auf der geschliffenen Fläche entstehen kann. Weiters ergibt sich hierdurch eine sehr gute Standzeit der Schleifscheibe 12.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Achse 21 der Schleifscheibe 12 gegenüber der Längs-Symmetriemittelebene 26 der Schiene ebenfalls geneigt ist, u.zw. um einen Winkel β, dessen Größe zwischen 1 und 20° liegen kann.

Sollen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterschiedliche Schienenprofile bearbeitet werden, so kann zweckmäßig die Achse 21 der Schleifscheibe 12 an der Vorrichtung verstellbar angeordnet sein.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Fräseinheit 7 und die Schleifeinheit 11 in einem Schienenfräszug 27 eingebaut. Der Fräser 8 und die Schleifscheibe 12 werden mittels Stelleinrichtungen 28 etwa vertikal gegen die Schiene 1 bewegt, bis die Führungen 17 und 20 am Schienenkopf 3 aufliegen. Eine Bewegung der Schleifeinheit 11 und der Fräseinheit 7 in seitlicher Richtung zur Fahrkante 6 ist ebenfalls möglich, bis Seitenführungsrollen 19 an dem Schienenkopf 3 anliegen.

Der erfindungsgemäße Schienenprofilfräser 8 ist als Sandwich-Fräser aufgebaut, d.h. er ist aus Scheiben 30, die jeweils als Ringscheiben ausgestaltet sind, zusammengesetzt. Diese Ringscheiben 30 tragen, wie weiter unten noch beschrieben wird, jeweils eine Vielzahl von Wendeplatten 31. Diese sind aus Hartmetall, Keramik oder ähnlichem Material gefertigt. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, sind die Ringscheiben 30 an einem Fräserkem 32 mittels einer Schraub Verbindung 33 befestigt und gegeneinander mittels mehrerer Zentrierstifte 34 zentriert und mittels weiterer Schrauben 35 gegeneinander gesichert.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind neun Ringscheiben 30 vorgesehen, wobei die beiden äußeren Ringscheiben 30 Vierfachwendeplatten tragen, deren Schneiden bogenförmig gestaltet sind, und die zum Fräsen, d.h. Erzeugen einer Frässpur, nahe der Fahrkante 6 dienen. Die zwischen den äußeren Ringscheiben 30 angeordneten Ringscheiben 30 sind am Außenumfang 36 mit den Außenumfang 36 überragenden Höckern 37 versehen, die mit den Ringscheiben 30 einteilig hergestellt sind. Diese Höcker 37 bilden die Sitze für Vierfachwendeplatten 31, die jedoch gerade Schneiden aufweisen. Durch die an den Ringscheiben 30 vorgesehenen Höcker 37 sind zwischen den Wendeplatten 31 liegende großräumige Spantaschen 38 gebildet.

Sämtliche Wendeplatten 31 sind an den Ringscheiben 30 vorzugsweise mittels Schraubverbindungen befestigt, es könnten auch Klemmverbindungen verwendet werden. Jede der Schneiden der Wendeplatten 31 der zwischen den äußeren Ringscheiben 30 angeordneten Ringscheiben 30 überragt mit ihrer Schneide die Seitenflächen der Ringscheibe 30, an der sie befestigt ist. Die an den Ringscheiben 30 angeordneten Wendeplatten 31 benachbarter Ringscheiben 30 sind umfangsmäßig versetzt angeordnet, so daß die Wendeplatten 31 der Nachbar-Ringscheibe umfangsmäßig zwischen den Wendeplatten 31 der ersteren Ringscheibe 30 zu liegen kommen.

Mit dem erfindungsgemäßen Sandwich-Fräser 8 ist es möglich, sehr viele - auch mehr als neun - sich in Längsrichtung der Schiene 1 erstreckende Frässpuren am Schienenkopf 3 einzufräsen, wodurch eine sehr hohe Genauigkeit des gefrästen Querschnittsprofiles erzielbar ist, d.h. eine sehr hohe Annäherung an das ideale Querschnittsprofil des Schienenkopfes 3. Für gewisse Anforderungen genügen die mit dem erfindungsgemäßen Fräser 8 bzw. dem erfindungsgemäßen Fräsverfahren reprofilierten Schienenköpfe 3, ohne daß ein nachfolgendes Schleifen erforderlich ist, z.B. für nicht allzu hohe Fahrgeschwindigkeiten. Für höhere Anforderungen werden die gefrästen Spuren, wie weiter oben beschrieben, einem Schleifvorgang unterworfen.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Schleifverfahrens liegt in der Vielzahl der nebeneinander liegenden Frässpuren, die in einem einzigen Arbeitsgang auf den Schienenkopf 3 gefräst werden können. Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Fräsverfahren mit dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren kombiniert, wodurch sich ein hoher Materialabtrag auch bei stark verschlissenen Schienen erzielen läßt und eine durch das erfindungsgemäße Fräsverfahren dem gewünschten Schienenprofil schon weitgehend entsprechende Oberfläche erzielt werden kann, die, falls überhaupt, nur mehr ein geringfügiges Schleifen, d.h. ein Schleifen mit relativ wenig Materialabtrag, erfordert.

Hierdurch ist es möglich, Fräsen und Schleifen in einem einzigen Arbeitsdurchgang zu kombinieren und dabei einen Fahrspiegel bzw. einen bearbeiteten Teil des Schienenkopfes herzustellen, der höchsten Anforderungen in bezug auf Laufeigenschaften, Lebensdauer und Lärmvermeidung genügt.