AT521312B1 - Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen (1) bei einer Überfahrt, mit in bezüglich der Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen (2) angeordneten Bearbeitungswerkzeugen (3) und einer Werkzeugabstützung (4) zum Untergreifen des Schienenkopfes (5) beschrieben. Um eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass bei einer Reduktion der prozessbedingten Geräuschemissionen die Lebensdauer von Schienenkörpern erhöht sowie deren Wartungsaufwand verringert wird, wird vorgeschlagen, dass die Bearbeitungswerkzeuge (3) normal auf die Schienenkopfoberfläche (1) anstellbare Druckkörper (7) aufweisen und je Gruppe (2) mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens (8) angeordnet sind, wobei die Bearbeitungswerkzeuge (3) aufeinanderfolgender Gruppen (2) zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung zueinander in Richtung der Oberflächenbögen (8) versetzt angeordnet sind.
Description
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen bei einer Überfahrt, mit in bezüglich der Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen angeordneten Bearbeitungswerkzeugen und einer Werkzeugabstützung zum Untergreifen des Schienenkopfes.
[0002] Um die Abriebfestigkeit und somit die Lebensdauer von Schienenköpfen zu erhöhen, ist es bekannt, die Härte der Schienenkopfoberfläche durch Kaltverfestigung bzw. durch vorteilhafte, druckinduzierte Einbringung von Eigenspannungen in den Schienenkopf zu erhöhen.
[0003] Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Kugelstrahlverfahren (FR 19890000873) einzusetzen. So wird beim Kugelstrahlverfahren durch Druckbeaufschlagung der Schienenkopfoberfläche mittels Strahlmittelkörnern als Wirkmedium eine Härtesteigerung in der Oberflächengrenzschicht erzielt, wobei über das Wirkmedium Druckeigenspannungen eingebracht werden. Nachteilig ist daran allerdings, dass durch den Kugelstrahlprozess Schienenkopfmaterial abgetragen und demzufolge die Lebensdauer des Schienenkopfes verringert wird.
[0004] Daneben sind auch nichtabrasive Verfahren bekannt, wobei zur Erzeugung einer widerstandsfähigeren Oberfläche des Schienenkopfes ein ultraschallinduzierter Bearbeitungsprozess vorgeschlagen wird (KR 20150189810). Allerdings besteht ein Nachteil dieser Verfahren darin, dass eine effiziente Härtung der Schienenkopfoberfläche nicht erfolgen kann und dadurch kürzere Wartungsintervalle des Schienenkörpers eingehalten werden müssen.
[0005] Zudem werden die zuvor genannten Verfahren von einer nicht unerheblichen Geräuschentwicklung begleitet, sodass jene Verfahren für den Einsatz im urbanen Bereich grundsätzlich ungeeignet sind.
[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass bei einer Reduktion der prozessbedingten Geräuschemissionen die Lebensdauer von Schienenkörpern erhöht sowie deren Wartungsaufwand verringert wird.
[0007] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Bearbeitungswerkzeuge normal auf die Schienenkopfoberfläche anstellbare Druckkörper aufweisen und je Gruppe mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens angeordnet sind, wobei die Bearbeitungswerkzeuge aufeinanderfolgender Gruppen zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung zueinander in Richtung der Oberflächenbögen versetzt angeordnet sind.
[0008] Durch die punktuelle Belastung des Schienenkopfes durch die erfindungsgemäßen Druckkörper erfolgt entlang der gesamten Schienenkopfoberfläche ein definierter Krafteintrag, wobei ein die Randschichten verdichtender Druckumformprozess stattfindet und dabei ein unerwünschter Materialabtrag vermieden wird. Aufgrund der Materialverdichtung zufolge des Druckumformprozesses kann die Versetzungsdichte des Schienenwerkstoffes in den Randschichten erhöht werden, wodurch eine Härtesteigerung der bearbeiteten Schienenkopfoberfläche erzielt wird. Durch die partielle plastische Verformung der Schienenkopfoberfläche wird zudem eine Verdrängung von Oberflächenmaterial zufolge der Druckkörperkontaktstellen bewirkt, wodurch sich zunächst im Wesentlichen ein Materialwulst zwischen den Druckkörpern bildet. Das durch die zufolge der Druckumformbewegung der einzelnen, in Schienenquerrichtung voneinander beabstandeten Druckkörper einer Gruppe verschobene Material wird erfindungsgemäß durch die Druckumformbewegung der in Schienenlängsrichtung nachfolgenden und versetzt angeordneten Druckkörper weiter verschoben. Dadurch, dass sich die Vorrichtung in einer Relativbewegung gegenüber der Schienenkopfoberfläche befindet, wird das zufolge der Druckumformbewegungen der Druckkörper verschobene Material weiter in Schienenlängsrichtung sowie in Schienenquerrichtung verdrängt, wobei die dem verschobenen Material in Schienenlängsrichtung vorangehenden und durch die Druckumformbewegung geglätteten Oberflächenabschnitte eine Härtesteigerung erfahren. Zudem werden aufgrund der erfindungsgemäßen Glättung der Schienenoberfläche die durch das Befahren der bearbeiteten Schienenkörper mit Schienenfahrzeugen hervorge-
rufenen Abrollgeräusche deutlich verringert. Eine Relativvewegung der Vorrichtung gegenüber der Schienenkopfoberfläche kann sichergestellt werden, indem die Vorrichtung beispielsweise rückziehbar an einem mit einem Fahrantrieb versehenen Rahmen angeordnet wird. Um überdies eine kompakte Bauweise der Vorrichtung und dennoch eine ausreichend hohe Gegenkraft für den Bearbeitungsvorgang zur Verfügung zu stellen, weist die Vorrichtung erfindungsgemäß eine Werkzeugabstützung zum Untergreifen des Schienenkopfes auf, wobei die Werkzeugabstützung für ein besseres Nachfahren der Schienenkontur beispielsweise als eine drehbar gelagerte bzw. schwenkbare Abstützrolle ausgeführt sein kann. Dadurch kann einerseits ein schwankender Krafteintrag vermieden werden und andererseits das Gewicht des mit einem Fahrantrieb versehenen Rahmens gering gehalten werden, was einen urbanen Einsatz begünstigt, weil dort vorherrschende Maximalbelastungen der Schienenkörper nicht überschritten werden dürfen. Da aufgrund der erfindungsgemäßen Merkmale für einen zur Oberflächenhärtung ausreichenden Krafteintrag lediglich geringe Zustellgeschwindigkeiten der einzelnen Druckkörper benötigt werden und somit keine Prall- und Schlaggeräusche beim Auftreffen der Druckkörper auf der Schienenkopfoberfläche entstehen, kann eine geringere Geräuschentwicklung beim Bearbeitungsvorgang erzielt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können beispielsweise Härtesteigerungen der Oberfläche von bis zur 60 % bei einem Krafteintrag von 550 N bzw. bis zu 80 % bei einem Krafteintrag von 830 N je Druckkörper erreicht werden.
[0009] Um trotz eines hohen Krafteintrags auf die Schienenkopfoberfläche eine Verringerung des Gesamtenergieeintrags beim Bearbeitungsvorgang zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Druckkörper wenigstens um eine zum Oberflächenbogen tangentiale Achse drehbar gelagerte Wälzkörper bilden. Zufolge dieser Maßnahme muss die Vorrichtung bei ihrer Relativbewegung gegenüber der Schienenkopfoberfläche einen im Gegensatz zu Haft- oder Gleitwiderstand geringeren Rollwiderstand überwinden, wodurch ein geringerer Kraft- und somit Energiebedarf ben6tigt wird. Besonders günstige Bearbeitungsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der Druckkörper beispielsweise als kugelförmiger Wälzkörper ausgebildet ist. Dadurch können die Wälzkörper Ausgleichsbewegungen in beliebiger Richtung ausführen, wodurch gegebenenfalls auftretende Querkräfte aufgenommen und Beschädigungen der Wälzkörperlagerungen vermieden werden.
[0010] Damit bei einer hohen Leistungsdichte gleichzeitig der Wartungsaufwand der Vorrichtung reduziert werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Druckkörper der Bearbeitungswerkzeuge gegen die Kraft einer Rückstellfeder hydraulisch an die Schienenkopfoberfläche anstellbar sind. Die Druckkörper können dabei beispielsweise durch hydraulische und / oder elektro-hydraulische Aktuatoren mit Druck beaufschlagt werden. Um die Rückführung der Druckkörper in deren kontaktfreie Ausgangsposition ohne zusätzlich eingebrachten Energieeintrag bzw. aufwendige Regelverfahren zu ermöglichen, ist der Einsatz von Rückstellfedern vorgesehen. Die Federkonstante der beispielsweise als Spiralfeder ausgebildeten Rückstellfeder kann dabei in vorteilhafter Weise so gewählt werden, dass eine ausreichend hohe Rückstellkraft für die Druckkörper bereitgestellt werden kann, ohne dabei einen unnötigen Energieaufwand für die hydraulische Druckbeaufschlagung zu generieren.
[0011] Um einen besseren Härtungsvorgang zu erzielen und dabei den Verschleiß der Druckkörper zu verringern, können die Bearbeitungswerkzeuge je einer Gruppe in einer Bearbeitungseinheit zusammengefasst sein, die zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen angeordnete Zuführkanäle für ein Schmier- und / oder Kühlmedium aufweisen. Zufolge dieser Maßnahme wird ein Schmier- und / oder Kühlmedium gezielt auf die zu bearbeitende Schienenkopfoberfläche aufgebracht, sodass die zufolge der plastischen Verformung entstandene Prozesswärme besser abgeführt und der Reibungswiderstand zwischen den Druckkörpern und der Schienenkopfoberfläche reduziert wird. Dadurch wird nicht nur der Verschleiß der Druckkörper an sich verringert, sondern auch eine unnötig hohe thermische Belastung sowie tribologisch bedingte Schäden der Schienenkopfoberfläche vermieden. Zudem kann aufgrund der zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen angeordnete Zuführkanäle der Verbrauch des Schmier- und / oder Kühlmediums reduziert werden, zumal der Mediumseintrag lediglich auf den erforderlichen, durch die jeweilige Bearbeitungseinheit vorgegebenen Kontaktflächen erfolgt.
[0012] Um sowohl die Oberflächenhärte als auch die Oberflächengüte des zu bearbeitenden Schienenkopfes zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass jede Bearbeitungseinheit über eine gesonderte Druckleitung ansteuerbar ist. Dadurch kann die Bearbeitung der Schienenkopfoberfläche in mehreren Druckstufen erfolgen, was eine Verformung der Oberfläche in mehreren Teilschritten bedingt und damit höhere Vorschubgeschwindigkeiten ermöglicht.
[0013] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
[0014] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schrägriss und
[0015] Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II der Fig. 1 in einem größeren Maßstab.
[0016] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen 1 bei einer Uberfahrt weist in Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgende Gruppen 2 von Bearbeitungswerkzeugen 3 auf. Zudem weist die Vorrichtung eine Werkzeugabstützung 4 zum Untergreifen des Schienenkopfes 5 auf, sodass die Werkzeugabstützung 4 an der Schienenkopfunterseite 6 abgestützt wird. Die Werkzeugabstützung 4 kann beispielsweise als schwenkbare Abstützrolle ausgeführt sein.
[0017] Die Bearbeitungswerkzeuge 3 umfassen normal auf die Schienenkopfoberfläche 1 anstellbare Druckkörper 7, wobei die Bearbeitungswerkzeuge 3 je Gruppe 2 mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens 8 angeordnet sind, wie dies in Fig. 2 zu erkennen ist. Zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung sind die Bearbeitungswerkzeuge 3 von in Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen 2 zueinander in Richtung der Oberflächenbögen 8 versetzt angeordnet.
[0018] Gemäß einer Ausführungsform können die Druckkörper 7 Wälzkörper 9 bilden, die wenigstens um eine zum Oberflächenbogen 8 tangentiale Achse drehbar gelagert sind. Besonders günstige Bearbeitungsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Wälzkörper 9 kugelförmig ausgebildet sind.
[0019] Die Bearbeitungswerkzeuge 3 können hydraulische bzw. elektro-hydraulische Linearaktuatoren 10 für die Zustellbewegung der Druckkörper 7 umfassen. Die Druckkörper 7 der Bearbeitungswerkzeuge 3 sind mittels der Linearaktuatoren 10 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 11, beispielsweise in Form einer Spiralfeder, an die Schienenkopfoberfläche 1 anstellbar.
[0020] Die Bearbeitungswerkzeuge 3 je einer Gruppe 2 können in Bearbeitungseinheiten 12 zusammengefasst sein. Zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen können Zuführkanäle 13 für ein Schmier- und / oder Kühlmedium vorgesehen sein. Zudem kann jede Bearbeitungseinheit 12 über eine gesonderte Druckleitung 14, die über einen Druckleitungsanschluss 15 mit der Bearbeitungseinheit 12 verbunden ist, angesteuert werden.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen (1) bei einer Überfahrt, mit in bezüglich der Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen (2) angeordneten Bearbeitungswerkzeugen (3) und einer Werkzeugabstützung (4) zum Untergreifen des Schienenkopfes (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge (3) normal auf die Schienenkopfoberfläche (1) anstellbare Druckkörper (7) aufweisen und je Gruppe (2) mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens (8) angeordnet sind, wobei die Bearbeitungswerkzeuge (3) aufeinanderfolgender Gruppen (2) zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung zueinander in Richtung der Oberflächenbögen (8) versetzt angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkörper (7) wenigstens um eine zum Oberflächenbogen (8) tangentiale Achse drehbar gelagerte Wälzkörper (9) bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkörper (7) der Bearbeitungswerkzeuge (3) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (11) hydraulisch an die Schienenkopfoberfläche (1) anstellbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge (3) je einer Gruppe (2) in einer Bearbeitungseinheit (12) zusammengefasst sind, die zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen (3) angeordnete Zuführkanäle (13) für ein Schmier- und / oder Kühlmedium aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bearbeitungseinheit (12) über eine gesonderte Druckleitung (14) ansteuerbar ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (2)
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