AT512270B1 - Vorrichtung zur schienenbearbeitung mittels gesteuerter nachführung der bearbeitungswerkzeuge - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schienenbearbeitung erlaubt durchmindestens vier Freiheitsgrade eine exakte Nachführung der Bearbeitungswerkzeuge(1) an das verlegte Schienenprofil (2). Dadurch ist es möglich, die Nacharbeitwesentlich genauer durchzuführen und ein gleichmäßiges und genauesSchienenprofil (2) als Ergebnis zu erhalten.Dazu erfolgt die Nachführung in vier, oder fünf und in Sonderfällen allen sechsFreiheitsgraden und bevorzugt auch in einer gesonderten Zustellachse (24 ), umvorhandene Ungenauigkeiten und Unregelmäßigkeiten an der Schiene (2) nicht zukopieren, sondern zu korrigieren.Die Vorrichtung wird zur Bearbeitung und/oder Instandsetzung verlegterSchienenstränge (2) verwendet und ist auf einem Schienenfahrzeug (4) befestigt.

Description

äRtirrelchisdi« psteü&ftt AT512 270 B1 2014-08-15

Beschreibung

VORRICHTUNG ZUR SCHIENENBEARBEITUNG MITTELS GESTEUERTER NACHFÜHRUNG DER BEARBEITUNGSWERKZEUGE

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schienenbearbeitung, bei der die Bearbeitungswerkzeuge möglichst exakt dem Schienenprofil nachgeführt werden, um bei der Nachbearbeitung ein optimales Ergebnis zu erzielen.

[0002] Eine derartige Vorrichtung ist im Anspruch 1 und den weiteren abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0003] Die Schienenbearbeitung für verlegte Eisenbahn- bzw. U-Bahnschienen ist wie z.B. in dem Patent EP 0952255 A1 erwähnt bekannt. Generell sind bei allen Schienenbearbeitungen die Ziele so definiert, dass gleichzeitig eine maximale Entfernung der Fehlerstellen oder Risse je nach Schienenzustand bei einem möglichst geringen Materialabtrag, sowie eine möglichst gute Oberflächengüte bzw. Maßhaltigkeit im Bezug zum Längs- bzw. Querprofil zu erreichen sind. Schleifanwendungen sind hierbei mehr im Bereich der geringen Abtragleistungen, Fräsen mehr im Bereich der größeren Zustelltiefen vertreten. Die Anforderungen in Bezug auf die Bearbeitungsgenauigkeit sowie Oberflächengüte werden besonders unter dem Aspekt der geringen Lärmentwicklung des fahrenden Zuges in Folge des zu minimierenden Abrollgeräusches immer höher. Dies stellt erweiterte und neue Herausforderungen für die Bearbeitungsmethoden, besonders im Bezug auf die Schienennachführung der Bearbeitungswerkzeuge, zur Erzielung der oben genannten Anforderungen dar.

[0004] Von Seiten der Frästechnologie wurde unter anderem eine Stirnfrästechnologie, wie im Patent AT508756B1 beschrieben als Lösung zur Erhöhung der Oberflächengüte insbesondere im Bereich des Fahrspiegels vorgeschlagen. Wie in diesem Patent erläutert, stellt die Verwendung mehrerer Stirnfräser zwar eine Verbesserung der Oberflächengüte dar, ist aber aufgrund der an der gegenüberliegenden Seite des Schienenkopfs abgestützten Führungsrollen, wie zum Beispiel im Patent US 4583893 A beschrieben, aufwendig bzw. auch unter Umständen ungleichmäßig bezüglich der hintereinander angeordneten Fräser und deren Fräsbilder. Generell ist durch die geringen Zustelltiefen bei Schlichtanwendungen die genaue Positionierung sowie Orientierung des Fräswerkzeuges zur Schiene sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung der Schiene exakt einzustellen um einen Bearbeitungsversatz in Bezug zum Längs- bzw. Querprofil der Schiene zu vermeiden. Dabei stellen sich die räumliche Orientierung der Schiene einerseits und das notwendige Spurspiel der Zugfahrzeuge sowie Verwindung des Fahrzeugsrahmens und unterschiedliche Durchbiegungen der Schiene je nach Unterbaubeschaffenheit bzw. Achslasten andererseits als zu lösende Probleme dar.

[0005] Stand der Technik ist, dass die Fräseinrichtungen am Schienenfahrzeug wie im Patent DE 3222208 A1 beschrieben über einen Schwenkbalken mit Gelenkzapfen am Fahrgestell befestigt, über Führungsrollen der Schiene seitlich nachgeführt und über einen heb- und schwenkbaren Gleitschuh vertikal abgestützt der Schiene zugeordnet sind. Die Nachführung erfolgt hierbei mit einer Drehbewegung überden Drehzapfen in Längsrichtung sowie über vertikal angeordnete Drehpunkte in Schienenquerrichtung - also in zwei normal zueinander stehenden Ebenen.

[0006] Weiters ist der Stand der Technik, dass, wie im Patent EP 0952255 A1 beschrieben, über einen Kreuzschlitten, bestehend aus einem vertikal geführten Schlitten für die Höhenverstellung des Fräsgehäuses und einem horizontal geführten Schlitten für die Seitenverlagerung des Fräsgehäuses, die Verstellung gelöst wird. Weiters wird der Stand der Technik in diesen Patenten dahingehend beschrieben, dass die Fräseinheiten schienenunabhängig, d.h. jeweils bezogen auf die Lage der einzelnen Schienen kopierend, das heißt über Führungsrollen, zwangsgeführt sind. Weiters wurde im Patent EP 0952255 A1 vorgeschlagen, dass über eine koaxial zum Fräsmesserkopf verschwenkbar gelagerte Seitenwange das Gehäuse zur Schiene abgestützt wird. 1 /16 AT 512 270 B1 2014-08-15 pstetä^t [0007] Die Anmeldung WO 0058559A1 beschreibt eine Bearbeitungseinheit mit angegebenen 5 Freiheitsgraden für möglichst genaue Nachführung der Schleifwerkzeuge an der Schiene. Es werden jedoch nur 3 Freiheitsgrade verwendet, da die beiden Linearbewegungen, sowohl quer, wie auch vertikal zur Schiene jeweils als eigener Freiheitsgrad definiert werden. Es ergibt sich jedoch durch eine Unterteilung der Bewegung in eine Bewegung mit großem Vorschub, eine sogenannte Zustellbewegung, und einer Bewegung mit kleinem Vorschub, eine Nachführbewegung, keinerlei Verbesserung in der Nachführung hinsichtlich Geometrie. Somit ist auch in dieser Anmeldung beschriebene Lösung hinsichtlich der zu bearbeitenden Geometrie speziell in Kurven eingeschränkt.

[0008] In Summe sind nach dem heutigen Stand der Technik meist zwei bis max. drei Freiheitsgrade in der räumlichen Positionierung bzw. Orientierung zur Schiene abgedeckt. Durch die Position der Bearbeitungswerkzeuge im Bezug zum Schienenfahrzeug, insbesondere zu den Drehgestellen bzw. starren Radachsen kommt es gerade bei Kurvenfahrten zu Fehlstellungen gegenüber den verlegten Gleisen, insbesondere bei kleinen Kurvenradien. Eine Verstärkung dieses Effekts tritt besonders bei Fräsaggregaten auf, die sich nicht mittig zwischen den Drehgestellen bzw. Radachsen befinden, da nach heutigem Stand der Technik die Fräsaggregate weder einen Winkelausgleich in vertikaler Richtung sowie einen Winkelausgleich in Querrichtung ausführen können. Dies gilt auch bei der im Patent DE 3222208 A1 beschriebenen Vorrichtung, die zwar über den Gelenkzapfen und Schwenkbalken drehbar ist, aber durch fehlende Drehpunkte an der Fräseinheit nicht mehr zur Schienenstellung rückgedreht werden kann. Ein fehlender Winkelausgleich in Querrichtung wird aufgrund der derzeit oft im Einsatz befindlichen Radialfräser akzeptiert, da der Fehler als gering angesehen wird, jedoch durch ein vorgegebenes Querprofil des Schienenkopfs nicht vernachlässigt werden darf. Noch wichtiger ist dieser Winkelausgleich bei einer Stirnfrästechnologie, besonders im Bezug zweier ineinan-dergreifender Stirnfräser an der rechten und linken Schienenseite, insbesondere wenn mehrere Fräseinheiten hintereinander angeordnet eine Schienenbearbeitung durchführen sollen. Weiters kommt es beim sogenannten Sinuslauf des Fahrzeuges durch das Spiel zwischen den Spurkränzen und den Schienenkopfseitenflächen von mindestens 20 mm und der konischen Räder zu unterschiedlichen Stellungen bezüglich der Höhenlage und Seitenlage des Fahrzeuges. Bei Einfahrten in Überhöhungen sowie nicht exakt verlegten Gleisen kommt es zusätzlich auch noch zu Verwindungen des Fahrzeugrahmens. Dies führt zu einer weiteren Undefinierten Ausgangssituation zwischen Fahrzeugrahmen, der die Ausgangspositionen der Bearbeitungsaggregate darstellt, und der zu bearbeitenden Schiene.

[0009] E in weiterer widersprüchlicher Punkt bei der Schienennachführung ist die Notwendigkeit der exakten Schienennachführung bei gleichzeitiger Kompensation von Fehlerstellen. So soll einerseits die verlegte Schiene exakt nachgeführt werden, andererseits sollen Fehlerstellen wie z.B. Schleuderstellen (wellenförmige Vertiefungen an der Schienenlauffläche), Schienenstöße oder Verformungen egalisiert werden. In den bereits erwähnten Patenten werden Zwangsführungen, d.h. Führungsrollen zur Schienennachführung verwendet, die somit die Fehlerstellen kopierend in das Fräsergebnis überführen, was nicht gewünscht ist.

[0010] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es diese dargelegten Nachteile der bestehenden Systeme und die damit verbundenen Probleme bei der Schienenbearbeitung zu lösen und eine Vorrichtung zu schaffen, die mit mindestens vier Freiheitsgraden eine optimale Schienenbearbeitung durch eine geregelte Nachführung der Bearbeitungswerkzeuge gewährleisten kann.

[0011] Unter Nachregeln ist die Nachführung des Werkzeugs an die optimale Schienenposition während der Bearbeitung zu verstehen. Neben dieser Nachregelung ist auch eine Zustellung des Werkzeugs notwendig, das bedeutet, das Werkzeug von einer Rückzugs- oder Transportstellung in die Bearbeitungsposition überzuführen.

[0012] Ebenso ist die eigentliche Rotation des Werkzeugs, wie auch die Bewegung des Schienenfahrzeugs kein Freiheitsgrad in der Nachführung.

[0013] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand mehrerer Beispiele beschrieben und ist durch Anspruch 1 und die folgenden Ansprüche charakterisiert. 2/16

AT512 270B1 2014-08-15 [0014] In einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung schwenkt eine kombinierte Schienenhöhen- und Seitenkopierung mit jeweils zwei in Längsrichtung versetzten Messpunkten über z.B. hydraulische Zylinder oder über z.B. hydraulischen oder elektrischen Drehantrieb über einen Drehpunkt eine erste Befestigungsplatte dahingehend aus, bis die zwei hintereinander angeordneten Messpunkte der Seitenkopierung in einem vorgegebenen Toleranzbereich die gleichen Messergebnisse zur Schieneninnenkante aufweisen. Die Messpunkte sind zur Bearbeitungseinheit symmetrisch angeordnet und verdrehen somit die Orientierung des Bearbeitungswerkzeugs zur notwenigen symmetrischen Orientierung bezogen auf das Schienenprofil nach. Die seitliche Anstellung zur Schiene sowie die vertikale Anstellung an den Schienenkopf werden hierbei jeweils pro Schiene über einen Kreuzschlitten realisiert.

[0015] Die Bearbeitungswerkzeuge sind bevorzugt mechanisch, abtragende Werkzeuge, wie Fräswerkzeuge oder Schleifwerkzeuge, bevorzugt Fräswerkzeuge. Weiters wird über die durchschnittlichen Messergebnisse der jeweils den beiden Gleisen zugeordneten Höhenverstellung über einen auf der bereits verdrehten Befestigungsplatte drehbar angeordneten zweiten Befestigungsplatte die Orientierung bezüglich der Höhenlage der Schienen zueinander nachgeregelt bis die Messergebnisse der Höhenkopierung zwischen der linken und der rechten Schiene wieder in einem vorgegebenen Toleranzbereich gleich sind. Durch diese beiden neuen Drehbewegungen sind die Bearbeitungsaggregate nunmehr orientierungsmäßig nach der Schiene eingestellt und sind über die Linearachsen des Kreuzschlittens zur Schienenkopfseitenfläche bzw. Schienenkopflauffläche angestellt, wobei der Dämpfungsschuh aufliegt und sich die eigentliche Bearbeitungseinheit zur Schiene der Höhe nach in einer jeweils bezogen auf den Durchmesser des Bearbeitungswerkzeugs abgestimmten Rückzugshöhenlage befindet. Diese Rückzugshöhenlage wird so gewählt, dass im normalen Betrieb keine Kollisionen mit einem definierten Lichtraumprofil gegeben ist. Um die Berg- bzw. Wannenfahrt sowie eine Gleisdurchbiegungskompensation zu ermöglichen ist die Bearbeitungseinheit über einen weiteren Drehpunkt so angeordnet, dass durch den aufliegenden Dämpfungsschuh bzw. Auflageschuh die Ausrichtung in Längsrichtung der Schiene erfolgt. Die Zustellbewegung und somit Abtragstiefeneinstellung erfolgt über eine zusätzliche vertikale Linearachse zwischen der eigentlichen Bearbeitungseinheit und dem Dämpfungs- bzw. Auflageschuh. Durch diese Zustellbewegung ist die Bearbeitungstiefe stufenlos einstellbar und kann somit für Schrupp- bzw. Schlichtanwendungen oder einen gezielten Abtrag verwendet werden. Die eigentliche Bearbeitungseinheit kann sich somit, bezogen zum Dämpfungs- bzw. Auflageschuh, von der Rückzugshöhe bis zur max. Zustelltiefe vertikal bewegen.

[0016] Durch diese Möglichkeit kann bei mehreren hintereinander angeordneten Bearbeitungswerkzeugen eine je nach Lichtraumprofil gegebene maximale Fräsergeometrie zum Einsatz kommen. Je nach Störgeometrie wird das jeweilige Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung abgesenkt bzw. in Rückzugstellung angehoben. Dies ermöglicht bei Bearbeitungen ohne Störkontur größere Bearbeitungswerkzeuge zum Einsatz zu bringen und somit längere Standwege zu erreichen und gleichzeitig bei engen Platzverhältnissen mit kleinen Bearbeitungswerkzeugen die Bearbeitung durchzuführen. Hierbei ist besonders darauf hinzuweisen, dass erfindungsgemäß sich nur die Bearbeitungseinheiten je nach Gegebenheit anstellen bzw. zurückziehen, die Messsysteme bzw. der Gleitschuh aber an der Schiene angestellt bleibt. Die Rückzugsbewegung bzw. Anstellbewegung kann hierbei zwischen z.B. zwei Fräseinheiten so gesteuert werden, dass über eine flache Rampe die neu anzustellende Fräseinheit die Bearbeitung startet und nach einer kurzen gleichzeitigen, überschneidenden Bearbeitung die rückfahrende Fräseinheit mit einer ebenfalls flachen Rampe die Bearbeitung durch eine Rückzugsbewegung beendet.

[0017] In den schematischen Abbildungen werden verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt und anschließend beschrieben: [0018] Abb. 1: Ein Schienenfahrzeug mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Frä sen der befahrenen Schienen, ausgeprägt als Radial- bzw. Stirnfrästechnologie, in einer schematischen Seitenansicht. 3/16

[0019] Abb. 2: [0020] Abb. 3: [0021] Abb. 4: [0022] Abb. 5: [0023] Abb. 6: [0024] Abb. 7: [0025] Abb. 8: [0026] Abb. 9: [0027] Abb. 10: [0028] Abb. 11: [0029] Abb. 12: [0030] Abb. 13: AT512 270B1 2014-08-15

Das in Abb. 1 dargestellte Schienenfahrzeug in einem schematischen Grundriss bei Fahrt auf einer geraden Strecke.

Das in Abb. 1 dargestellte Schienenfahrzeug in einem schematischen Grundriss bei Fahrt in einer Kurve.

Ein Schienenfahrzeug mit drei unterschiedlichen Montagepositionen 1, 2 und 3 in einem schematischen Grundriss bei Fahrt auf einer geraden Strecke.

Ein Schienenfahrzeug mit drei unterschiedlichen Montagepositionen 1, 2 und 3 in einem schematischen Grundriss bei Fahrt in einer Kurve mit unterschiedlichen Drehwinkeln um die Z-Achse.

Ein Schienenfahrzeug mit drei unterschiedlichen Montagepositionen in einem schematischen Grundriss bei Fahrt in einer Kurve mit unterschiedlichen Drehwinkeln und Drehrichtungen um die Z-Achse.

Schematischer Grundriss der Messsysteme für die Drehbewegung der ersten Befestigungsplatte in Ausgangstellung.

Abbildung a zeigt eine schematische Darstellung mit 2 -,

Abbildung b eine schematische Darstellung mit 3 Messsystemen.

Schematischer Grundriss der Messsysteme für die Drehbewegung der ersten Befestigungsplatte bei Kurveneinfahrt mit Drehbewegung um die Z-Achse sowie Nachstellung entlang der Y-Achse.

Abbildung a zeigt eine schematische Darstellung mit 2 -,

Abbildung b eine schematische Darstellung mit 3 Messsystemen.

Schematischer Grundriss der Messsysteme für die Drehbewegung der ersten Befestigungsplatte bei Kurvenfahrt mit Drehbewegung um die Z-Achse sowie Nachstellung entlang der Y-Achse.

Abbildung a zeigt eine schematische Darstellung mit 2 -,

Abbildung b eine schematische Darstellung mit 3 Messsystemen.

Schematische Seitenansicht der Messsysteme für die Drehbewegung der zweiten Befestigungsplatte bei Fahrt auf einer geraden Strecke.

Schematische Seitenansicht der Messsysteme für die Drehbewegung der zweiten Befestigungsplatte bei Fahrt in einer Kurve, mit gegenüber der Fahrzeugmitte bzw. ursprünglichen Lage auf einer geraden Strecke in Y-Richtung versetzten Gleisen, ohne Überhöhung.

Schematische Seitenansicht der Messsysteme für die Drehbewegung der zweiten Befestigungsplatte bei Fahrt in einer Kurve, mit gegenüber der Fahrzeugmitte bzw. ursprünglichen Lage auf einer geraden Strecke in Y-Richtung versetzten Gleisen, mit Überhöhung. schematische Darstellung einer Auswahl verschiedener realisierbarer Anordnungen von Bearbeitungswerkzeugen. a: Mehrere hintereinander angeordnete Bearbeitungseinheiten mit unterschiedlichen Bearbeitungsteilbereichen des Schienenkopfs b: Bearbeitungseinheit als Radialbearbeitungseinheit mit schrägangestellter Bearbeitungsachse c: Radialfrästechnologie mit Wendeschneidplatten d: Stirnfrästechnologie mit schräg angestellter Bearbeitungsachse e: Stirnfrästechnologie mit Fräser links und rechts von der Schiene f: Fräser mit Profilwendeschneidplatte 4/16

Sstemtidiiscfses AT512 270B1 2014-08-15 VERWENDETE BEZUGSZEICHEN: 1 ... 1a.......Bearbeitungseinheit mit Stirnfräser 1b......Bearbeitungseinheit mit Radialfräser 2 ...............Eisenbahn-oder U-Bahnschiene 3 ...............Schienenoberkante 4 ...............Schienenfahrzeug 10 ..............erste Befestigungsplatte 11 ..............Hydraulikzylinder 12 ..............Schwenkantrieb 13 ..............Fahrzeugrahmen 14 ..............Halterung 15 ..............zweite Befestigungsplatte 16 ..............Kreuzschlitten 17 ..............Gleitschuh 18 ..............Höhenverstellung 20..............Messsysteme Seitenkopierung 22..............Messsysteme Höhenkopierung 24..............vertikale, lineare Zustellachse

30 ..............Drehpunkt bzw. Drehachse um X

31 ..............Drehpunkt bzw. Drehachse um Y

32 ..............Drehpunkt bzw. Drehachse um Z

[0031] Als Koordinatensystem ist ein X, Y, Z Koordinatensystem eingerichtet, wobei X längs der Schienen, Y senkrecht in der Ebene der verlegten Schienen normal zu diesen verläuft und Z normal in die Höhe ragt. Drehung um X (30) bedeutet somit eine Drehung um eine Parallele zur Schiene, Drehung um Y (31) eine Drehung parallel zur Achse eines Schienenfahrzeugs und Drehung um Z (32) bedeutet ein Verdrehen aus der Fahrrichtung, bzw. normal dazu.

[0032] Dieses Koordinatensystem wird zur besseren Verständlichkeit verwendet und bezeichnet die Achsen wie beschrieben, wobei jeweils eine Abweichung der Achsen um +/- 10° sich durch die Kombination der Bewegung in mehreren Achsen ergeben kann. Somit bedeutet beispielsweise eine Bewegung entlang von Z, dass die Bewegung von oben nach unten oder unten nach oben in einem Kegel mit 10° Öffnungswinkel erfolgt; somit nicht strikt normal, sondern jeweils in einem Winkel zwischen 80 und 100° erfolgen kann. Diese Abweichung von 10° ergibt sich durch die Kurven- und Schräglage der Schienen (2) und wird im Folgenden nicht mehr gesondert erwähnt, um eine bessere Lesbarkeit der Beschreibung zu gewährleisten.

[0033] Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können zur Nachführung entlang der einzelnen Schiene (2) jeweils mehrere Freiheitsgrade abgedeckt und ausgenützt werden, das heißt, jede Schiene (2) kann unabhängig von der anderen nachgefolgt werden. Es werden zumindest 4 Freiheitsgrade, bevorzugt die beiden Drehachsen um die X (30) und die Z Achse (32) und die beiden Linearachsen Y und die Z Achse abgedeckt. Weiters können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in weiteren Ausführungsvarianten auch die Drehung um die Y-Achse (31) und auch eine zusätzliche Linearbewegung in X angesteuert werden.

[0034] Dieses Nachfolgen kann einerseits nach dem Prinzip eines Industrieroboters, bevorzugt eines Knickarmroboters erfolgen, andererseits auch durch andere geeignete Kombinationen von Linear- und Drehbewegungen.

[0035] Die Bewegungen für die beiden Schienenstränge (2) können auch über eine Befesti- 5/16

foteHsehisches patentst AT512 270B1 2014-08-15 gungsplatte (10, 15) kombiniert werden, insbesondere wenn die allgemeine Schienenqualität im Zusammenspiel der rechten und linken Schiene (2) verbessert werden kann.

[0036] In der weiteren Ausführung wird der Hintergrund, der zur notwendigen Nachführung der Schiene (2) führt, erwähnt und Lösungen mit Koppelung von zwei Bewegungen jeweils für die rechte und linke Schiene (2) beschrieben.

[0037] Wie in den Abbildungen 1, 2 und 3 ersichtlich sind aufgrund der unter einem Schienenfahrzeug (4) in räumlich Undefinierter Position befindlichen Schienenstränge (2) eine genaue Nachregelung zur Schiene (2) nur über 6 Freiheitsgrade möglich. Der erste Freiheitsgrad wird häufig durch die Fahrzeugbewegung entlang der X-Richtung abgedeckt.

[0038] Wie in Abbildung 1 dargestellt, kommt es durch die Auflagekräfte des Schienenfahrzeugs (4) zur Durchbiegung des Gleises (2) sowie bei Wannen- bzw. Kuppenfahrten aufgrund des Geländes zu einer vertikalen Verschiebung des Gleisstrangs (2) in Z-Richtung, somit Verschiebung der Schienenoberkante (3) unter dem Schienenfahrzeug (4). Dieser vertikalen Verschiebung wird durch die vertikale Linearbewegung im Kreuzschlitten (16) nachgefahren. Wie ebenfalls in Abbildung 1 ersichtlich muss je nach Positionierung des Bearbeitungsaggregates (1) in Längsrichtung im Bezug zum Schienenfahrzeug (4) eine erfindungsgemäße Drehbewegung um die Y-Achse (31) realisiert werden, um die Bearbeitungswerkzeuge (1), besonders bei Stirnfrästechnologien (1a), der exakten Position der Schiene (2) in der X-Z Ebene anzupassen. Durch die Z-Achse des Kreuzschlittens (16) wird die Auflage des Gleitschuhs (17) an der Schienenoberkante (3) ermöglicht, wobei sich der Gleitschuh (17) über den Drehpunkt (31) um die Y-Achse verdrehen kann. Durch diese Drehbewegung (31) kommt es zum Winkelausgleich in der X-Z Ebene.

[0039] Um bei der Bearbeitung dämpfend gegenüber dem Kreuzschlitten (16) verspannt zu sein, wird z.B. ein hydraulischer Zylinder (11) vorgeschlagen. Eine weitere Möglichkeit sind entsprechend dimensionierte Pneumatikzylinder, aber auch elektrische Antriebe. Die eigentliche Zustellbewegung des Bearbeitungsaggregates (1a, 1b) wird durch eine zusätzliche Verstellmöglichkeit in Z-Richtung über eine weitere Linearachse (24) ermöglicht. Diese Linearachse (24) kann wiederum über einen Hydraulikzylinder (11), Pneumatikzylinder, elektrisch, bzw. mittels mechanischer Übersetzung durch einen Spindeltrieb, oder einer Zahnstange verfahren bzw. angestellt werden.

[0040] Abbildung 2 zeigt einen schematischen Grundriss bei der Fahrt auf einer geraden Strecke. Die Bearbeitungsaggregate (1a, 1b) stehen in ihrer Orientierung jeweils parallel zum Schienenfahrzeug (4). Wie in Abbildung 3 ersichtlich, kommt es bei der Fahrt in einer Kurve zum Verdrehen der Bearbeitungsaggregate (1a, 1b) um die Z-Achse (32). In den Abbildungen 4, 5 sind mehrere Montage- bzw. Bearbeitungspositionen in Längsrichtung (Position 1, 2, 3) angegeben. Je nach Lage in Längsrichtung, insbesondere zu den Radachsen bzw. Drehgestellen kommt es zu unterschiedlich notwendigen Auslenkungen (Verdrehung um Z-Achse (32)) gegenüber dem Schienenfahrzeug (4). Je näher die Montage- bzw. Bearbeitungsposition zu einer der Radachsen bzw. Drehgestellen liegt, umso größer wird der notwendige Drehwinkel um die Z-Achse (32). Diese Bewegung wird durch eine erfindungsgemäße Drehbewegung um die Z-Achse (32) mittels Hydraulikzylinder (11) oder über einen Schwenkantrieb (12) gelöst wobei diese Bewegung durch die gemeinsame Befestigungsplatte (10) für die linke und rechte Schiene gekoppelt ist. Der Schwenkantrieb (12) kann wiederum elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein.

[0041] In Abbildung 6 ist ein Schienenfahrzeug (4) mit drei unterschiedlichen Montagepositionen in einem schematischen Grundriss bei Fahrt in einer Kurve dargestellt, wobei hier deutlich die unterschiedliche Verdrehung der Bearbeitungsaggregate (1) zum Schienenfahrzeug (4) erkennbar ist. Dieser Effekt tritt natürlich umso größer auf, je kleiner der zu befahrende Kurvenradius der Gleisstränge (2) ist.

[0042] Das Steuerungsprinzip bzw. Messsystemprinzip zur Nachregelung der Drehbewegung um die Z-Achse (32) ist in den Abbildungen 7, 8 und 9 schematisch dargestellt. Grundsätzlich 6/16 ästerreichisöies pateitiHsi AT512 270B1 2014-08-15 wird nach einer Überstellfahrt des Schienenfahrzeuges (4), bei dem die Bearbeitungsaggregate (1a, 1b) in einer abgesicherten Rückzugposition verfahren wurden, die Schienenpositionen unterhalb des Schienenfahrzeuges (4) über eine mechanische oder optische Schienensucheinrichtung ermittelt. Die Achsen des Kreuzschlittens (16) werden analog zu diesen ermittelten Positionen verfahren und die Messsysteme (20, 22) an den Schienenkopf (2) angelegt. Die Bearbeitungsaggregate (1a, 1b) befinden sich hierbei gegenüber dem Gleitschuh (17) in vertikaler Rückzugposition. Über die Messergebnisse der seitlichen Messsysteme (20), die sich in Längsrichtung versetzt aber jeweils symmetrisch zum eigentlichen Bearbeitungspunkt befinden, wird eine Drehbewegung um die vertikale Z-Achse (32) eingeleitet bis die Messergebnisse (20) in einem vordefinierten Toleranzbereich gleich sind. Die Messsysteme (20, 22) können dabei abtastend ausgeführt sein, dass beispielsweise mit einem Gleitschuh (17) die tatsächliche Position ermittelt wird. Es ist aber auch möglich die Messsysteme (20, 22) optisch mittels Kameraerfassung oder Laser auszuführen. Weitere Möglichkeiten für die Erfassung der Positionen sind Ultraschallsensoren oder auch kapazitive Aufnehmer. Da die Messsysteme (20, 22) z.B. bei einem mechanisch abtastenden System über eine eingefahrene Absenkposition, zum Schutz bzw. zum Absenken der Systeme in einer noch zu diesem Zeitpunkt unbekannten Orientierung der Schiene (2), und einem festgelegten Messbereich verfügen, muss zusätzlich zur Drehbewegung (32) auch analog eine Nachstellbewegung des Kreuzschlittens (16) in Y-Richtung erfolgen. Dabei wird als Regelwert das durchschnittliche Messergebnis als Verfahrgeschwindigkeitsindikator zwischen vorderem und hinterem Messsystem (20) herangezogen, sowie der Messwert der näher am Drehpunkt (32) befindlichen Seitenkopierung als Anstellwert verwendet. Die Drehbewegung (32) wird z.B. über Hydraulikzylinder (11) oder einen Schwenkantrieb (12) realisiert.

[0043] In Abbildung 7 ist diese Ausgangsstellung erreicht.

[0044] Abbildung 8 zeigt eine erste minimale Drehbewegung um die Z-Achse (32) bei einer Einfahrt in eine Kurve. Da die Messergebnisse beim Erreichen der ersten Krümmung in einem vorgegebenen Toleranzbereich abweichend werden, kommt es zu einer Drehbewegung um die Z-Achse (32) sowie gleichzeitig durch die veränderten Durchschnittswerte der Messergebnisse der hinteren und vorderen Abtastposition sowie einem abweichenden Wert der näher am Drehpunkt (32) befindlichen Seitenkopierung zu einer Verdrehung und zu einer Verschiebung bis die Messergebnisse der vorderen und hinteren Messpunkte (20) in einem vordefinierten Toleranzbereich wieder gleich sind und der Mittelwert der Messergebnisse bzw. der Messwert der näher am Drehpunkt (32) befindlichen Seitenkopierung wieder den voreingestellten Normalwert erreicht haben. Wiederum ist in der dargestellten Variante die Bewegung der rechten und linken Seite über eine gemeinsame Befestigungsplatte (10) gekoppelt. Um eine genauere Kopierposition für den Eingriffspunkt des Bearbeitungswerkzeugs (1) zu erhalten, ist die Einführung eines zusätzlichen Messsystems (20, 22) möglichst nahe am Bearbeitungswerkzeugseingriffspunkt zur Nachstellung des Kreuzschlittens (16) möglich. Hierbei wird die Drehbewegung um die Z-Achse (32) weiterhin über die vorderen und hinteren Messpunkte wie oben beschrieben gesteuert. Die Verfahrbewegung in der Y-Richtung erfolgt rein über den Stellwert bzw. dem Messergebnis der zusätzlichen mittigen Messeinrichtung (20, 22).

[0045] Es kann ein weiteres Messsystem (20, 22) auch der Bearbeitungseinheit (1) entsprechend vorgeschaltet sein, um größere Schienenfehler oder -stoße etc. frühzeitig zu erkennen. Dieses vorgeschaltete Messsystem (20, 22) kann für verschiedene Maßnahmen der Bearbeitungseinheit (1) verwendet werden. Dies kann ein kontrollierter Rückzug der Bearbeitungseinheit (1), eine Information an den Bediener, der das Bearbeitungssystem (1) selbstverständlich auch von extern ansteuern kann, oder eine in der Steuerung hinterlegte Fehlerkorrektur sein.

[0046] In Abbildung 10, 11 und 12 ist das Zusammenspiel der Verschiebung in Y-Richtung sowie die Verdrehung um die X-Achse (30) bei einer Fahrt mit einer Kurvenüberhöhung dargestellt. Abbildung 10 stellt die Ausgangssituation am geraden Gleis (2) dar. Über die Messergebnisse der Höhenverstellung (18) werden die Abstandswerte zwischen Kreuzschlitten (16) und Schienenoberkante (3) für die rechte und die linke Schienenseite (2) ermittelt. Über die Seitenkopierungen (20) wird andererseits festgestellt ob der Kreuzschlitten (16) sich gegenüber der 7/16

Sstewfidtoes pSfeiitä^t AT512 270 B1 2014-08-15

Schieneninnenkante noch in richtiger Position befindet. Sollte hier eine Abweichung festgestellt werden, kommt es zum Verfahren in Y-Richtung. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Abtastung der Höhenkopierung (22) bezogen zur Schienenoberkante in richtiger Position ist. Sind nun die Messwerte der Höhenverstellung (18) zwischen rechter und linker Schienenseite (2) unterschiedlich, ist das Schienenfahrzeug (4) in eine Überhöhung eingefahren bzw. eine Verdrehung oder Verwindung des Schienenfahrzeuges (4) gegenüber den Gleissträngen (2) gegeben. Erfindungsgemäß wird dieser Zustand über eine Schwenkbewegung um die X-Achse um den Drehpunkt (30) durch eine Verstellung der zweiten Befestigungsplatte (15) gegenüber der ersten Befestigungsplatte (10) gelöst. Hierbei ist wieder durch eine gemeinsame Befestigungsplatte (15) eine Koppelung zwischen rechter und linker Seite gegeben. Die Nachdrehung um die horizontale Achse (30) in X-Richtung erfolgt so lange bis die Messergebnisse der Höhenverstellung (18) wieder in einem vordefinierten Toleranzbereich gleich sind. Die Drehbewegung (30) kann hierbei wiederum z.B. durch Hydraulikzylinder (11) oder einen Schwenkantrieb (12) erfolgen.

[0047] Abbildung 13a zeigt, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und damit verbundene genaue Nachführung mehrerer Bearbeitungseinheiten (1), insbesondere Fräseinheiten entlang des verlegten Gleises (2), die Möglichkeit auf, mehrere Fräseinheiten (1a, 1b) so zu gestalten, dass mehrere Fräser hintereinander angeordnet unterschiedliche Teilbereiche des Schienenkopfs (2) so bearbeiten, dass möglichst pro Fräser (1a) der zur Fräserachse normal stehende Schienenkopfbereich bearbeitet wird und somit eine Stirnfrästechnologie zur Anwendung kommt, die einen großen Vorteil bezüglich der Restwelligkeit der bearbeiteten Schiene (2) aufweist.

[0048] Abbildung 13b zeigt eine Bearbeitungseinheit (1b) als Radialbearbeitungseinheit mit schräg angestellter Bearbeitungsachse.

[0049] Abbildung 13c zeigt eine Radialfrästechnologie (1b) mit Wendeschneidplatten in mehreren dem Schienenkopfprofil (2) zugeordneten Spuren. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei dieser Frästechnologie die derzeit nicht berücksichtigte Fehlstellung zum Gleisstrang (2) ausgeglichen werden und eine genauere Schruppkontur dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt übergeben werden.

[0050] Abbildung 13d zeigt einen analog zum Fräsprofil von Abbildung 13b ausgeführten Stirnfräser (1a), der so gestaltet ist, dass die Fräserachse dahingehend zur Schienenmitte verdreht liegt, dass mit nur einem Stirnfräser (1a) die gesamte vorbearbeitete Kontur geschlichtet werden kann. Besonders bei Stirnfrästechnologien ist die Positionierung und Orientierung des Fräsers (1a) zum Schienenprofil (2) aufgrund des längeren Fräsereingriffs von großer Bedeutung, welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst werden.

[0051] Abbildung 13e zeigt ebenfalls eine Stirnfrästechnologie, wobei rechts und links von der Schiene (2) zwei Stirnfräser (1a) angestellt sind. Diese Anwendung kann besonders bei engen Platzverhältnissen zur Anwendung kommen.

[0052] Abbildung 13f zeigt noch mal einen Fräser wie in Abbildung 13c in der Ausführungsform mit Profilwendeschneidplatten.

[0053] Somit ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich mit mindestens vier Freiheitsgraden eine optimale Schienennachführung des Bearbeitungswerkzeuges (1), somit eine optimale Schienenbearbeitung zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in Anspruch 1 und den folgenden Ansprüchen beschrieben. 8/16

Claims (41)

1. &twmidBsch« psiwstÄst AT512 270 B1 2014-08-15 Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Nachführen einer Bearbeitungseinheit (1), welche auf einem Schienenfahrzeug (4) montiert ist, und von diesem entlang von verlegten Eisenbahn- oder U-Bahnschienen (2) zur Schienenbearbeitung, insbesondere einer mechanischen Nacharbeit des Schienenprofils, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1) bezogen zum Schienenprofil in mindestens 4 Achsen nachgeregelt und in mindestens einer Achse zugestellt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwei Drehachsen sowie zwei Linearachsen zum Nachregeln und eine Linearachse zur Zustellung (24) verwendet wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehachsen um die X (30) und die Z Achse (32) und die beiden Linearachsen im Wesentlichen als die Y und die Z Achse ausgeführt sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Achse um Y-Richtung als Drehachse (31) ausgeführt ist.
5. 5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Verfahrachse zur Bewegung der Fräseinheit in X-Achse ausgeführt ist.
6. 6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Freiheitsgrad die Bewegung des linken und rechten Bearbeitungswerkzeugs (1) gekoppelt ist.
7. 7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungseinheit um die Y-Achse drehbar (31) am Kreuzschlitten (16) angeordnet ist.
8. 8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenistposition durch mindestens ein Messsystem (20, 22) erfasst wird.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (20, 22) abtastend, vorzugsweise mittels Gleitelement ausgeführt ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (20, 22) optisch, vorzugsweise mittels Laser oder Kamera die Schienenposition erfasst.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (20, 22) akustisch, vorzugsweise mittels Ultraschall die Schienenposition erfasst.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (20, 22) elektrisch, vorzugsweise kapazitiv die Schienenposition erfasst.
13. 13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Messeinheit (20, 22) der Bearbeitungseinheit (1) vorgeschaltet wird, um einen größeren Schienenfehler frühzeitig erkennen zu können.
14. 14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Informationen eines weiteren Messsystems (20, 22) Sicherheitsmaßnahmen wie kontrollierter Rückzug oder programmtechnisches Glätten der Fehlerkontur eingeleitet werden.
15. 15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1) zusätzlich durch eine externe Steuerung, vorzugsweise einem Bediener gesteuert werden kann. 9/16 SstemadfiscSie pstentas-t AT512 270B1 2014-08-15
16. 16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass über diese Messeinheit (20, 22) eine Querschnittsanalyse des Schienenkopfs (2) bezüglich Ist- und Sollgeometrie durchgeführt werden kann.
17. 17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1) mindestens eine Fräseinheit, bevorzugt eine Frässchlichteinheit mit wenigen zehntel-mm Zustellung darstellt.
18. 18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1a) als Stirnfräseinheit ausgeführt ist.
19. 19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fräser hintereinander angeordnet werden können, wobei jeweils unterschiedliche Schienen kopfbereiche (2) übergreifend bearbeitet werden können.
20. 20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Schruppkontur eines Radialfräsers (1b) ein Stirnschlichtfräser (1a) so angeordnet wird, dass die Fräserachse dahingehend schräg angeordnet wird, dass über die Schienenprofilmitte (2) übergreifend stirnseitig gefräst werden kann.
21. 21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass paarweise angeordnete Stirnfräser (1a) auf der jeweils rechten und linken Seite der zu bearbeitenden Schiene (2) angeordnet sind.
22. 22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass Fräserachsen der paarweise angeordneten Stirnfräser analog zur Schienenneigung fixierbar eingestellt werden können.
23. 23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass Fräser (1) mit dem Schienenkopf entsprechenden Profilwendeschneidplatten ausgestattet sind.
24. 24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (1) mit mehreren geraden Wendeschneidplatten ausgestattet ist, deren Geometrie dem Schienenkopf entsprechenden Profiltoleranzbereich, in Facetten aufgeteilten Spuren entspricht.
25. 25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1) als Schleifeinheit ausgeführt ist.
26. 26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25 dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Befestigungsplatte (10) um eine vertikale Z-Achse (32) drehbar in einer im Fahrzeugrahmen (13) montierten Halterung (14) angeordnet ist.
27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Befestigungsplatte (15) um die X-Achse drehbar (30) an der ersten Befestigungsplatte (10) angeordnet ist.
28. 28. Vorrichtung nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1) über einen Kreuzschlitten (16) für die Linearbewegung in Y und Z Achse verfügt, der an der zweiten Befestigungsplatte (15) befestigt ist.
29. 29. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 28 dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung der einzelnen Freiheitsgrade über Messsysteme (20, 22) so nachgeregelt werden bis die Messergebnisse der Messsysteme (20, 22) in einem vordefinierten Toleranzbereich gleich sind.
30. 30. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Bearbeitungseinheit (1) zumindest für bestimmte Bewegungen mittels Hydraulikzylinder (11) erfolgt. 10/16 SsterKidfiscäses psfefitä^t AT512 270 B1 2014-08-15
31. 31. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Bearbeitungseinheit (1) zumindest für bestimmte Bewegungen mittels Pneumatikzylinder erfolgt.
32. 32. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Bearbeitungseinheit (1) zumindest für bestimmte Bewegungen mittels Elektromotor erfolgt.
33. 33. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Bearbeitungseinheit (1) zumindest für bestimmte Bewegungen mittels Spindeltrieb übersetzt wird.
34. 34. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Bearbeitungseinheit (1) zumindest für bestimmte Bewegungen mittels Zahnstangen übersetzt wird.
35. 35. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 34 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verstellung die Antriebe zumindest teilweise in die entgegengesetzte Richtung verstellt werden, damit Spielfreiheit gegeben ist.
36. 36. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 35 dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellbewegung über eine zusätzliche, einstellbare Linearachse in Z-Richtung (24) zwischen der eigentlichen Bearbeitungseinheit (1a, 1b) und dem Messsystem (20, 22) erfolgt.
37. 37. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 36 dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung des Bearbeitungswerkzeugs (1) an die Schiene (1) mittels eines Knickarmroboters der am Schienenfahrzeug (4) befestigt ist erfolgt.
38. 38. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 37 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1a, 1b) zwischen einer Rückzugshöhe bis zur maximalen Zustelltiefe in Z-Richtung (24) bewegt wird ohne die Positionierung bzw. Orientierung zur Schienenlage (2) zu verlieren.
39. 39. Vorrichtung nach Anspruch 38 dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (1a, 1b) und die Messsysteme (20, 22) über den Kreuzschlitten (16) in eine absicherbare Überstellposition verfahren werden können.
40. 40. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 39 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bearbeitungswerkzeuge (1) sich abwechselnd in Ruhe-, bzw. Bearbeitungsposition befinden.
41. 41. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 40 dadurch gekennzeichnet, dass ein großes und ein kleines Bearbeitungswerkzeug (1) abwechselnd zum Einsatz kommt. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 11 /16