[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachprofilieren einer Schiene gemäss
Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Nachprofilieren einer Schiene gemäss
Oberbegriff des Anspruchs 16.
[0002] Zum Nachprofilieren verschlissener Schienen, wie beispielsweise Eisenbahnschienen
oder Strassenbahnschienen, werden üblicherweise Schleifmaschinen mit flachen Schleifkörpern
in Form von Schleiftöpfen eingesetzt. Ein Schleiftopf kann üblicherweise zum Abtragen
von Schienenmaterial in einer Höhe von bis zu 0,4 mm eingesetzt werden, bis der Verschleiss
eintritt und ein Austauschen des Schleiftopfes erforderlich macht. Da beim Nachprofilieren
üblicherweise mehr als 0,4 mm Schienenmaterial zu entfernen sind, sind mit einer somit
Schleifmaschine mehrere Durchgänge erforderlich. Auch führt der Einsatz einer Schleifmaschine
zu Funkenwurf.
[0003] Es ist ferner bekannt, zum Nachprofilieren von Schienen profilierte Fräser in Form
von Walzenfräsern einzusetzen, die mit Wendeschneidplatten bestückt sind. Mit dem
Walzenfräser wird die Schiene im Abwälzverfahren gefräst. Bei einem Walzenfräser handelt
es sich um einen relativ grossen, für den jeweiligen Schienentyp spezial angefertigten
Fräser, der wegen der Stabilität ein schweres Trägerfahrzeug mit einem Gewicht von
50 Tonnen voraussetzt. Mit einem Walzenfräser können üblicherweise nur raue Schienenoberflächen
erzielt, so dass im Nachhinein ein Schleifband eingesetzt werden muss, um eine glatte
Oberfläche zu erreichen. Ferner führt die dem Walzenfräser eigene Vibration häufig
zu Microwellen in der Schienenoberfläche.
[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachprofilieren
einer Schiene bereitzustellen, mit denen die genannten Nachteile vermieden werden
können.
[0005] Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
[0006] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Fräser
zur Erzeugung von in Längsrichtung einer Schiene verlaufenden Frässpuren vorgesehen
sind, wobei jedem Fräser ein Profilbereich der Schiene zugeordnet ist und wobei eine
Antriebseinheit für jeden Fräser vorgesehen ist. Je nach Breite der Schiene kann die
Anzahl der Fräser verschieden sein. Vorzugsweise sind insgesamt acht bis zwölf Fräser
vorgesehen. Dadurch, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung mehrere Fräser umfasst,
kann sie vorzugsweise zum Nachprofilieren von Schienen mit unterschiedlichen Profilgeometrien
eingesetzt werden. Die Anpassung an eine andere Profilgeometrie kann insbesondere
durch unterschiedliche Positionierung der Fräser erfolgen. Beispielsweise kann die
Anpassung an eine andere Profilgeometrie dadurch erfolgen, dass einzelne Fräser höhenmässig
verstellt werden oder nicht in Betrieb genommen werden. Ferner entsteht wegen des
Einsatzes von Fräsern kein Funkenwurf und die Lärmbelastung ist gering.
[0007] Gemäss Ausgestaltung der Erfindung sind die Fräser derart angeordnet, dass sich die
im Betrieb von ihnen gebildeten Frässpuren überschneiden. Hierzu sind die Fräser,
die benachbarten Profilbereichen zugeordnet sind, vorzugsweise versetzt zueinander
angeordnet. Auf diese Weise können Fasen zwischen benachbarten Frässpuren im Wesentlichen
vermieden bzw. gering gehalten werden und es kann eine glattere Schienenoberfläche
erzielt werden, wobei dies vorteilhafterweise auch bei kurvenförmigen Schienenabschnitten
der Fall ist.
[0008] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Nachprofilieren einer Schiene kennzeichnet sich
dadurch aus, dass mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung durch Fräsen mehrere
in Längsrichtung der Schiene verlaufende Frässpuren erzeugt werde, die sich überschneiden.
Die Breite der erzeugten Frässpuren nimmt vorzugsweise gegen die Fahrkante der Schiene
hin ab.
[0009] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es
zeigen:
Figur 1 eine Darstellung eines Querschnitts einer Eisenbahnschiene,
Figur 2 eine Darstellung eines Querschnitts einer Strassenbahnschiene,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines konvexen Querschnittteils eines Schienenkopfs,
der mit Frässpuren versehen ist und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Vorderansicht einer erfindungsgemässen
Vorrichtung mit Fräsern und diesen zugeordneten Antriebseinheiten.
[0010] In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen strukturell bzw. funktionell gleichwirkende
Komponenten. Die in den Figuren angegebenen Massangaben sind beispielhafter Natur.
[0011] Figur 1 zeigt den Querschnitt einer Schiene 1, wie sie üblicherweise für Eisenbahnen
bzw. Vollbahnen verwendet wird und bei der es sich beispielsweise um eine Vignol-Schiene
gemäss der Norm S49DIN handelt. Die Schiene 1 umfasst einen Schienensteg 2, der zentriert
auf einem Schienenfuss 3 angeordnet ist und an dessen dem Schienenfuss 3 gegenüberliegenden
Ende ein Schienenkopf 4 vorgesehen ist. Der Schienenkopf 4 weist einen konvexen Querschnittsbereich
5, der einen Fahrspiegel 12 und eine Fahrkante 13 umfasst, auf, an dem das Laufrad
eines Schienenfahrzeugs, insbesondere einer Eisenbahn, abläuft. Durch Abnutzung kann
es zu einer Verformung des konvexen Querschnittbereichs 5 des Schienenkopfes 4 kommen.
Eine derartige Abnutzung kann ein Nachprofilieren erforderlich machen, sodass der
konvexe Querschnittsbereich 5 des Schienenkopfes 4 wiederum den ursprünglichen Zustand,
d.h. die ursprüngliche Querschnittsform, in möglichst guter Annäherung erreicht.
[0012] Figur 2 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Schiene 6, bei der es sich um eine
Rillenschiene handelt, wie sie üblicherweise für Strassenbahnen eingesetzt wird, beispielsweise
eine Rillenschiene nach der Norm Ri60. Die Schiene 6 weist einen Schienenfuss 7 auf,
auf dem zentriert ein Schienensteg 8 angeordnet ist. Am oberen, dem Schienenfuss 7
gegenüberliegenden Ende des Schienenstegs 8 ist ein Schienenkopf 9 vorgesehen, der
eine Rille 10 zur Aufnahme eines Spurkranzes eines Schienenfahrzeugrades, insbesondere
eines Strassenbahnrades, aufweist, die Vertiefung 10 unterteilt den Schienenkopf 9
in einen ersten Bereich 9.1 und einen zweiten Bereich 9.2, wobei die Lauffläche des
Laufrades eines Schienenfahrzeugs, insbesondere einer Strassenbahn, auf einen konvexen
Querschnittsbereich 11 des ersten Bereichs 9.1. aufliegt. Der konvexe Querschnittsbereich
11 umfasst einen Fahrspiegel 12 und eine Fahrkante 13, wobei die Fahrkante 13 in die
Vertiefung 10 hinein verläuft.
[0013] Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines konvexen Querschnittsbereichs 5,
11 eines Schienenkopfes 4, 9, wie er beispielsweise in der Figur 1 bzw. in der Figur
2 dargestellt ist. Der konvexe Querschnittsbereich 5, 11 umfasst einen Fahrspiegel
12, d.h. den Bereich des Schienenkopfes 4, 9, auf dem die Räder eines Schienenfahrzeugs
rollen, und eine Fahrkante 13. Gemäss Vorschriften der Deutschen Bundesbahn dürfen
beim Nachprofilieren mittels Schleifen die einzelnen Schleifstellen maximal 10 mm
breit sein und die Fahrkante muss bis zu einem Winkel von 72° in Bezug auf eine vertikale
Mittelachse 14 nachprofiliert werden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorzugsweise
derart ausgestaltet, dass diese Bedingungen auch für die mehreren Fräser der Vorrichtung
erfüllt sind. So sind die Fräser vorzugsweise derart gewählt, dass die Breite der
von ihnen erzeugten Frässpuren jeweils 10 mm nicht überschreitet.
[0014] Bevorzugt nimmt die Breite der Frässpuren 15 von der Fräskante 13 bzw. von deren
äusserem Ende bis zur Mitte des Frässpiegels 12 hin zu. Auf diese Weise kann ein genaueres
Nachprofilieren und eine glatte Oberfläche des konvexen Querschnittsbereichs 5, 11
erzielt werden. Die gegebenenfalls vorhandenen, nicht näher gekennzeichneten Kanten
zwischen den einzelnen Frässpuren 15 verringern sich bzw. verschwinden durch den Gebrauch
der Schiene. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung acht bis zwölf
Fräser, die entsprechende, in Längsrichtung der Schiene verlaufende Frässpuren 15
erzeugen.
[0015] Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung
16 mit mehreren Fräsern 17, denen jeweils eine Antriebseinheit 18 zugeordnet ist.
Bei den Fräsern 17 kann es sich beispielsweise um handelsübliche Fingerfräser handeln.
Jedem Fräser 17 ist ein nicht näher bezeichneter Profilbereich der Schiene zugeordnet,
wobei die Profilbereiche in Querrichtung der Schiene nebeneinander angeordnet sind.
Figur 4 zeigt die Vorrichtung 16 in auf einen konvexen Querschnittsbereich 5, 11 eines
Schienenkopfes 4, 9 aufgebrachtem Zustand.
[0016] Die Fräser 17 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sich die im Betrieb von ihnen
gebildeten Frässpuren 15 möglichst überschneiden, so dass eine Fase zwischen den Frässpuren
vermieden bzw. gering gehalten werden kann. Hierzu sind die Fräser 17 für benachbarte
Profilbereiche bevorzugterweise versetzt zueinander angeordnet. Das heisst, in Draufsicht
auf die Vorrichtung 16 überschneiden sich die Fräser 17 (wie in Figur 4 dargestellt)
.
[0017] Die Fräser 17 sind derart angeordnet, dass zumindest einige der Fräser 17 im Betrieb
stirnseitig mit der Schiene bzw. mit deren konvexen Querschnittsbereich 5, 11 in Kontakt
treten. Hierzu ist ein im Betrieb stirnseitig mit der Schiene in Kontakt tretender
Fräser 17 bevorzugt in einem solchen Winkel angeordnet, dass sich seine Achse in einem
im Wesentlichen rechten Winkel mit einer Tangente schneidet, die den dem Fräser 17
zugeordneten Profilbereich der Schiene in dessen Mittellinie berührt. Eine stirnseitige
Anordnung sämtlicher Fräser 17 ist vorzugsweise für das Nachprofilieren einer in Figur
1 beispielhaft dargestellten Vignol-Schiene vorgesehen.
[0018] Insbesondere zum Nachprofilieren einer Rillenschienenbahn, wie sie beispielhaft in
Figur 2 dargestellt ist, ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung 16 mindestens
ein Fräser 17', dessen zugeordneter Profilbereich an der Fahrkante 13 der Schiene,
vorzugsweise an deren äusserem Ende, vorgesehen ist, derart angeordnet, dass er im
Betrieb mantelseitig mit der Schiene bzw. deren konvexem Querschnittsbereich 11 in
Kontakt tritt. Hierbei ist der im Betrieb mantelseitig mit der Schiene in Kontakt
tretende Fräser 17' bevorzugt in einem solchen Winkel angeordnet, dass seine Achse
im Wesentlichen parallel zu einer Tangente verläuft, die den dem Fräser 17' zugeordneten
Profilbereich der Schiene in dessen Mittellinie berührt. Auf diese Weise kann beim
Nachpolieren der Fahrkante 13 der in Figur 2 beispielhaft dargestellten Rillenschienenbahn
6 eine Berührung des zweiten Schienenkopfbereicht 9.2 durch einen Fräser 17, 17' bzw.
dessen Antriebseinheit 18 vorteilhafterweise vermieden werden. Vorzugsweise ist zusätzlich
zu dem Fräser 17', dessen Profilbereich an dem äusseren bzw. äussersten Ende der Fahrkante
13 vorgesehen ist, ein weiterer Fräser 17', der dem Profilbereich zugeordnet ist,
der benachbart zu diesem äussersten Profilbereich der Fahrkante 13 liegt, ebenfalls
mantelseitig zu der Schiene angeordnet. Selbstverständlich können noch weitere oder
sämtliche den Profilbereichen der Fahrkante 13 zugeordnete Fräser 17' derart angeordnet
sein, dass sie mantelseitig in Kontakt mit der Schiene treten.
[0019] Die Antriebseinheiten 18, von denen jeweils eine einem Fräser 17, 17' zugeordnet
ist, sind vorzugsweise als Hydraulikmotoren ausgeführt, die jeweils eine nicht dargestellte
Pumpe und eine nicht dargestellte Hydraulikleitung umfassen. Die Pumpe weist beispielsweise
eine Leistung von 7 kW auf. Selbstverständlich können die Antriebseinheiten 18 auch
als Elektromotoren gleicher Leistung ausgeführt sein. Die Fräser 17, 17' werden vorzugsweise
derart durch die Antriebseinheiten 18 angetrieben, dass sie mit gleicher Drehzahl
rotieren. Zum Betreiben bzw. zur Ölversorgung der Antriebseinheiten 18 ist vorzugsweise
ein nicht dargestellter Verbrennungsmotor in Form eines Dieselmotors vorgesehen, dem
eine nicht dargestellte Steuereinheit, insbesondere in Form eines Verteilerblocks,
zugeordnet ist, wobei zum Erreichen einer gleichen Drehzahl für sämtliche Fräser 17,
17' die nicht dargestellte Steuereinheit jeder Antriebseinheit 18 die gleiche Ölmenge
zuordnet. Ferner kann jedem Fräser 17, 17' eine Kühlung, insbesondere eine Kühlleitung,
zum Kühlen zugeordnet sein.
[0020] Die Fräser 17, 17' sind vorzugsweise jeweils an ihren der Schiene zugewandten Enden
mit Wendeschneidplatten versehen, die eingeschraubt oder angeklemmt sind. Die Wendeschneidplatten
besitzen mehrere Schneidkanten. Verschleisst eine Schneidkante, so wird die Wendeschneidplatte
einfach gedreht bzw. gewendet und kann weiterhin eingesetzt werden.
[0021] Die erfindungsgemässe Vorrichtung 16 ist vorzugsweise mobil ausgestaltet, insbesondere
in der Art, dass sie zum Nachprofilieren, vorzugsweise mittels eines Fahrzeugs, auf
die Schiene bzw. auf das Gleis und dann über die Schiene bzw. das Gleis bewegt werden
kann. Mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung kann vorteilhafterweise das Profil
der Schiene in einem Durchgang nachprofiliert werden, d.h. die erfindungsgemässe Vorrichtung
braucht, beispielsweise mittels eines Fahrzeugs, nur einmal über die Schiene bewegt
zu werden. Geht man bei einer Strassenbahnschiene von einer Standzeit von 30 Jahren
aus, so ist es für das Erreichen dieser Standzeit ausreichend mit der erfindungsgemässen
Vorrichtung halbjährlich 0,4 mm beim Nachprofilieren abzufräsen, was 0,8 mm pro Jahr
entspricht. Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird vorteilhafterweise kein Funkenwurf
erzeugt und es entsteht weniger Lärm als beim Einsatz einer Schleifmaschine. Die beim
Fräsen entstehenden Späne können nach dem Fräsvorgang oder gleichzeitige zum Fräsvorgang
durch eine entsprechende Saugvorrichtung ab- bzw. weggesaugt werden.
1. Vorrichtung zum Nachprofilieren einer Schiene, gekennzeichnet durch mehrere Fräser (17, 17') zur Erzeugung von in Längsrichtung der Schiene verlaufenden
Frässpuren (15), wobei jedem Fräser (17, 17') ein Profilbereich der Schiene (1, 6)
zugeordnet ist und wobei eine Antriebseinheit (18) für jeden Fräser (17, 17') vorgesehen
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräser (17, 17') derart angeordnet sind, dass sich die im Betrieb von ihnen gebildeten
Frässpuren (15) überschneiden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fräser (17, 17') für benachbarte Profilbereiche versetzt zueinander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Fräser (17, 17') derart ausgebildet sind, dass die Breite der von ihnen erzeugten
Frässpuren (15) zumindest zu einem Ende einer Fahrkante (13) der Schiene (1, 6) hin
abnimmt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Fräser (17) derart angeordnet sind, dass sie im Betrieb stirnseitig
mit der Schiene (1, 6) in Kontakt treten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Betrieb stirnseitig mit der Schiene (1, 6) in Kontakt tretender Fräser (17)
in einem solchen Winkel angeordnet ist, dass sich seine Achse in einem im Wesentlichen
rechten Winkel mit einer Tangente schneidet, die den dem Fräser (17) zugeordneten
Profilbereich in dessen Mittellinie berührt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, vorzugsweise zwei, Fräser (17'), dessen zugeordneter Profilbereich
an einer Fahrkante (13) der Schiene (6) vorgesehen ist, derart angeordnet ist, dass
er im Betrieb mantelseitig mit der Schiene (6) in Kontakt tritt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Betrieb mantelseitig mit der Schiene (6) in Kontakt tretender Fräser (17')
in einem solchen Winkel angeordnet ist, dass seine Achse im Wesentlichen parallel
zu einer Tangente verläuft, die den dem Fräser (17') zugeordneten Profilbereich in
dessen Mittellinie berührt.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (18) als Hydraulikmotoren ausgeführt sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verbrennungsmotor zum Betreiben der Antriebseinheiten (18).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor eine Steuereinheit zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Fräser (17, 17') eine Kühlung zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise acht bis zwölf Fräser (17, 17') vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräser (17, 17') jeweils Wendeschneidplatten aufweisen.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (16) derart ausgestaltet ist, dass sie mobil, insbesondere auf einer
Schiene bewegbar, ist.
16. Verfahren zum Nachprofilieren einer Schiene, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durch Fräsen mehrere
in Längsrichtung der Schiene verlaufende Frässpuren (15) erzeugt werden, die sich
überschneiden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der erzeugten Frässpuren (15) gegen die Fahrkante (13) der Schiene (1,
6) hin abnimmt .