Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten der Lauffläche von
Schienen durch ein Umfangsschleifen mit Hilfe wenigstens eines entlang der Schie
nen 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.
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 Schie
nen deren Lauffläche durch ein Umfangsschleifen geschliffen wird. Wie allen bekann
ten 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.
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.
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.
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 Schienenlängs
richtung eine Drehbewegung durch das reibungsbedingte Abwälzen des Schleifkör
permantels 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 Vorschubge
schwindigkeit 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 Schleif
körper und der profilierten Lauffläche in der Projektion auf eine zum Schienenfuß
parallele Grundfläche eine von der einen Laufflächenlängsseite zur anderen ver
laufende 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 erstrecken
den 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.
Da die Wirktiefe des Schleifvorganges vom Anpreßdruck des Schleifkörpers an die
Lauffläche der Schienen abhängt und die Schleifbewegung nicht durch einen motori
schen Schleifkörperantrieb, sondern durch den Vorschub des Schleifkörpers in Schie
nenlängsrichtung 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 Abrichtwerk
zeug 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 Dreh
achsen des Schleifkörpers und des Abrichtkörpers unter einem spitzen Winkel
kreuzen. Aufgrund dieser Schränkung ergibt sich eine Drehmitnahme des Abricht
körpers durch den Schleifkörper, allerdings unter einer gleichzeitigen Gleitbewegung
zwischen den einander berührenden Oberflächen, was den gewünschten Abrichtvor
gang ermöglicht.
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 vor
teilhafte, an unterschiedliche Verhältnisse anpaßbare Schleifbedingungen sicherzu
stellen. 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 gewisserma
ßen eine Selbstregelung der Andrückkraft des Schleifkörpers an die Laufschiene in
Abhängigkeit vom jeweiligen Höhenfehler ergibt. Diese Ausweichmöglichkeit des
Schleifkörpers gegen eine zunehmende Andrückkraft ist jedoch nicht immer er
wünscht. Aus diesem Grunde kann der Federkörper wahlweise durch eine starre
Abstützung überbrückt werden.
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.
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 gehaltener und an den Schleifkörper andrück
barer Abrichtkörper vorgesehen werden. Dieser Abrichtkörper könnte gegenüber dem
drehbaren Schleifkörper feststehend angeordnet sein. Vorteilhaftere Verhältnisse
ergeben dich 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.
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 Um
fangsschleifen der Lauffläche von Schienen ausschnittsweise in einer verein
fachten Seitenansicht in einem kleineren Maßstab und
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5 in einem größeren Maßstab.
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 Lauf
fläche 1 der Schiene 2 gedrückt und in Schienenlängsrichtung 5 mit einer Vor
schubgeschwindigkeit vl bewegt, so können aus dieser Vorschubgeschwindigkeit vl
aufgrund des Reibungsschlusses zwischen der Lauffläche 1 und dem Schleifkörper
3 zwei Geschwindigkeitskomponenten vu und vs abgeleitet werden, von denen die
Geschwindigkeitskomponente vu der Umfangsgeschwindigkeit des sich auf der Lauf
fläche 1 abwälzenden Schleifkörpers 3 und die Geschwindigkeitskomponente vs der
eigentlichen Schleifgeschwindigkeit zufolge einer Gleitbewegung zwischen Schiene
und Schleifkörper entsprechen. Die Lauffläche 1 wird somit über den schräg ange
stellten Schleifkörper 3 geschliffen, wobei die Schleifgeschwindigkeit von der Vor
schubgeschwindigkeit maßgebend bestimmt wird, wie sich dies aus der Fig. 2
unmittelbar ergibt. Dies bedeutet, daß mit vergleichsweise hohen Vorschubgeschwin
digkeiten gefahren werden kann, weil die Schleifgeschwindigkeit nicht durch die
Umfangsgeschwindigkeit des Schleifkörpers bestimmt wird, wie dies bei angetriebe
nen 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.
Wie der Fig. 2 zusätzlich entnommen werden kann, ergibt sich zwischen dem Schleif
körper 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.
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 einfaches
Austauschen der Schleifkörper 3 zusammen mit der Drehachse 4 ermöglicht.
Obwohl im allgemeinen die Drehachse 4 für die Schleifkörper 3 in einer zum Schie
nenfuß parallelen Ebene verlaufen wird, ist dies keineswegs zwingend erforderlich.
Um über die Breite der Lauffläche unterschiedliche Schleifgeschwindigkeiten aus
nützen zu können, könnte die Drehachse 4 auch gegenüber der Ebene des Schienen
fußes geneigt verlaufen, wie dies in der Fig. 4 angedeutet ist. Es ergeben sich dabei
analoge Bedingungen für das Umfangsschleifen.
In der Praxis werden üblicherweise mehrere in Schienenlängsrichtung 5 hinterein
ander 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 Andrück
richtung durch einen Federkörper 12, beispielsweise ein gummielastisches Zwischen
stück, abgestützt sind. Dieser Federkörper 12 bringt eine zusätzliche Steuerung der
Andrückkraft im Bereich des zugehörigen Schleifkörpers mit sich, weil der Federkör
per 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.
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 Schleifbear
beitung vorteilhafter ist, wurde in der Fig. 6 aus Übersichtlichkeitsgründen für die
Lagergabel 17 eine Verschiebeführung 18 angedeutet. Zum Andrücken der Abricht
körper 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 Abricht
körper 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 dreh
baren Abrichtkörpers 16 könnte selbstverständlich auch ein undrehbar gehaltener
Abrichtkörper treten, dessen Standzeit naturgemäß geringer angesetzt werden muß.