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Die
Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Wagenkasten und Schienenfahrwerken
zur Aufnahme einer Maschinenanordnung zum mechanischen Bearbeiten
der Schienen eines Gleises.
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Die
zunehmenden Anforderungen an den Oberbau von Schienenverkehrswegen
hinsichtlich steigender Streckengeschwindigkeiten und höherer Lasttonnen
im Güterverkehr
haben zum Einsatz hochfester Schienenstähle mit Zugfestigkeiten von bis
zu 1500 N/mm2 geführt. Derartige Schienenwerkstoffe
gelten als außerordentlich
schwer spanabhebend bearbeitbar. Zugleich ist es aber aus Gründen der
Wirtschaftlichkeit erforderlich, Schienen, deren Schienenkopfprofil
bzw. Schienenoberfläche
Verschleißerscheinungen
aufweisen, einer vorbeugenden Instandhaltung zu unterziehen, damit
sich aus diesen Unregelmäßigkeiten
keine gravierenden Fehlstellen ergeben, welche die vorgesehene Liegedauer der
Schiene verkürzen
könnten.
Für diese
Art der Instandhaltung bzw. Schienenpflege werden seit vielen Jahren
die technologischen Verfahren des mobilen Schienenschleifens bzw.
seit circa 10 Jahren auch des mobilen Schienenfräsens eingesetzt. Die Schienen
werden hierbei nicht ausgebaut, sondern verbleiben im Gleisbett
und werden in betrieblichen Sperrpausen mittels einer mobilen Bearbeitungsmaschine neu
profiliert bzw. einer Beseitigung von Oberflächenfehlern unterzogen. Die
Technologien des Schleifens bzw. Fräsens haben dabei jeweils spezifische
Vor- und Nachteile (z. B. hinsichtlich Funkenflug, Materialabtragsraten
oder Arbeitsgeschwindigkeiten). Deshalb ist man auch zu Arbeitsverfahren übergegangen,
bei denen Schleif- und
Fräsprozesse miteinander
kombiniert werden bzw. konsekutiv aufeinanderfolgend ablaufen.
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Da
speziell beim Schienenfräsen
höhere
Materialabtragsraten und damit auch höhere Arbeitsgeschwindigkeiten
(d. h. bearbeitete Schienenlänge
je Zeiteinheit) erzielt werden, ist es von besonderer Bedeutung,
dass durch die zum Einsatz kommende Maschinentechnologie keinerlei
Störeinflüsse in die
Bearbeitungszone induziert werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist aus der
DE 32 22 208 A1 ein Schienenfahrzeug mit
einer Vorrichtung zum Schienenfräsen
bekannt, welches einen einstückigen
und auf Schienenfahrwerken abgestützten Fahrgestellrahmen aufweist,
an dessen Unterseite im Freiraum zwischen den Schienenfahrwerken Fräseinheiten
zum Bearbeiten der von dem Schienenfahrzeug befahrenen Schienen
angebracht sind (siehe
1 der
DE 32 22 208 A1 ). Jede Fräseinheit ist
jeweils an einem Träger
befestigt, der in der Horizontalen über Gelenkzapfen und Schwenkbalken
mit einem vom Fahrgestellrahmen nach unten in Richtung der Schiene
vorstehenden Flansch verbunden ist. In der Vertikalen wird jede
Fräseinheit
mittels eines am Fahrgestellrahmen angeflanschten Hubzylinders geführt. Jede
Fräseinheit
hängt also
an der gleiszugewandten Unterseite des Fahrgestellrahmens und kann
mittels des Hubzylinders an die zu bearbeitenden Schiene zugestellt
werden.
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Da
der Fahrgestellrahmen von Schienenfahrzeugen zur Erhöhung der
Entgleisungssicherheit nicht vollständig verwindungssteif ausgeführt sein darf, übertragen
sich im praktischen Einsatz der hier offenbarten Maschine die in
den Fahrgestellrahmen induzierten Verwindungen (z. B. während des
Durchfahrens von eng trassierten Kurven) auch auf die Fräseinheiten
und können
dort geometrische Abweichungen bzw. Fehler verursachen.
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In ähnlicher
Weise hierzu offenbart die
EP 668
398 A1 ein Schienenfahrzeug zum Schienenfräsen, welches
ebenfalls einen einstückig
ausgebildeten, durchgehenden Fahrgestellrahmen aufweist. Die Fräseinheiten
sind auch hier mittels Winden bzw. Hubzylindern an der gleiszugewandten
Unterseite des Fahrgestellrahmens abgehängt. Auch diese Maschine weist
den Nachteil auf, dass sich die in den Fahrgestellrahmen induzierten
Verwindungen (z. B. während
des Durchfahrens von eng trassierten Kurven) auf die Fräseinheiten
auswirken und dort geometrische Abweichungen bzw. Fehler verursachen können.
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Die
EP 952 255 A1 schließlich lehrt
ein Schienenfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Fräsen der
befahrenen Schienen, bei dem die Fräseinheiten nicht an der Unterseite
des Fahrgestellrahmens hängen.
Stattdessen liegt die Drehachse eines jeden Fräskopfes oberhalb des von der
gleisabgewandten Oberseite des Fahrgestellrahmens definierten Höhenniveaus.
Mittels eines in den Innenraum des Fahrzeuges hinein verlängerten
Gehäuses
ist jeder Fräskopf
an einem ersten Schlitten befestigt, weicher in Vertikalführungen
eines zweiten Schlittens verschiebbar gelagert ist. Dieser zweite
Schlitten wiederum ist in Horizontalführungen gelagert, welche auf
der gleisabgewandten Oberseite des Fahrgestellrahmens befestigt
sind. Aus der Perspektive des Fahrzeuginnenraums heraus betrachtet
sind also die Drehachsen der Fräsköpfe in einer
Kreuzschlitten-Führung auf
dem durch den Fahrgestellrahmen gebildeten Fahrzeugboden gelagert.
Jedoch übertragen
sich auch bei dieser Konstruktion die beim Betrieb des Schienenfahrzeuges
auftretenden Verwindungen auf die Fräseinheiten und können dort
geometrische Abweichungen verursachen bzw. eine Fehlerkorrektur
notwendig machen. Zudem bedingt der aus einer solchen Lagerung resultierende
Höhenversatz
zwischen der im Lager geführten
Drehachse und der zu bearbeitenden Schiene entweder den Einsatz
von Fräsköpfen mit
sehr großen
Durchmessern (die Drehachsen von Fräskopf und Lager stimmen dann überein)
oder eine mechanische Überbrückung des
Höhenversatzes
zwischen den Drehachsen von Fräskopf
und Lager, was wiederum spiel- und verschleißanfällig ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit Wagenkasten
und Schienenfahrwerken zur Aufnahme einer Maschinenanordnung zum
mechanischen Bearbeiten der Schienen eines Gleises bereitzustellen,
welches eine Befestigungsmöglichkeit
von Bearbeitungsmaschinen am Wagenkasten des Schienenfahrzeuges
aufweist, die eine Beeinflussung der Bearbeitungsmaschinen durch
die im Betrieb des Schienenfahrzeuges auftretenden Verwindungen
des Schienenfahrzeuges weitgehend eliminiert.
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Diese
Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Wagenkasten des Schienenfahrzeuges aus zwei in Fahrzeuglängsrichtung
aussenliegenden Kopfsegmenten und mindestens einem zwischen diesen
Kopfsegmenten angeordneten Mittelsegment aufgebaut ist, wobei jedes Kopfsegment
einen auf jeweils einem Schienenfahrwerk abgestützten Rahmen sowie eine Mehrzahl
von mit dem Rahmen mittels einer Schweißkonstruktion verbundenen,
lotrecht zur Fahrzeuglängsachse
ausgerichteten und zum mindestens einen Mittelsegment des Schienenfahrzeug
hin orientierten Flanschebenen umfasst, und wobei das mindestens
eine Mittelsegment eine Mehrzahl von Langträgern umfasst, welche zwischen
den zueinander korrespondierenden Flanschebenen beider Kopfsegmente
mittels einer auf Quer-, Zug- und Biegungskräfte belastbaren lösbaren Verbindung
befestigt sind.
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Dies
stellt eine Abkehr vom bisherigen konstruktiven Grundkonzept dar,
wonach die Trägerfahrzeuge
für die
Schienenbearbeitungswerkzeuge stets einen durchgehenden Fahrgestellrahmen
aufweisen, der sich auf mindestens zwei Schienenfahrwerken abstützt und
an dem die Bearbeitungswerkzeuge – meist unter Zwischenschaltung
weiterer Verstell- bzw. Zustellorgane – befestigt sind. Durch die
erfindungsgemäße Gestaltung
des Wagenkastens wird bewirkt, dass die durch den Betrieb des Trägerfahrzeuges
generierten Verwindungen weitestgehend in den Bauteilen des Mittelsegmentes
auftreten, jedoch nicht in den Bauteilen der beiden Kopfsegmente.
Diese Kopfsegmente bilden also weitestgehend verwindungsfreie Zonen
und sind somit eine ideale Basis zur Anbringung von Bearbeitungswerkzeugen,
welche nicht durch diese Verwindungen beeinflusst werden dürfen. Im
Hinblick auf die bislang angewandten konstruktiven Konzepte stellt
dies einen deutlichen Fortschritt dar.
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Eine
vorteilhafte konstruktive Umsetzung des erfinderischen Konzeptes
sieht ferner vor, dass die lösbare
Verbindung zwischen den Längsträgern des
Mittelsegmentes und den Flanschebenen der Kopfsegmente mittels formschlüssiger Passverbindungen
zur Aufnahme der Querkräfte
sowie Dehnschrauben zur Übertragung
von Zug- und Biegebelastungen eingesetzt. Solche Dehnschrauben-Verbindungen
befinden sich in den Flanschebenen der Aussenlangträger und
des Mittellangträgers.
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Des
weiteren sieht die Erfindung vor, dass mindestens ein Kopfsegment
des Schienenfahrzeuges über
mindestens eine lotrecht zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtete Aufnahmeplatte
zur Befestigung von Werkzeugen zur mechanischen Schienenbearbeitung
verfügt,
wobei die Aufnahmeplatte zum Mittelsegment des Schienenfahrzeuges hin
orientiert ist. Da die Fahrgestellrahmen der Kopfsegmente durch
die erfindungsgemäße Konstruktion weitestgehend
verwindungsfrei bleiben, sind sie insbesondere zur Auf nahme von
Adapterplatten zur Befestigung von Bearbeitungswerkzeugen geeignet. Die
einzelnen Segmente des Wagenkastens werden einschließlich der
Aufnahmeplatten zur späteren
Befestigung der Bearbeitungswerkzeuge zunächst als Schweißkonstruktionen
gefertigt und danach in einen spannungsarmen Zustand versetzt. Anschließend werden
die Aufnahmeplatten großflächig spanabhebend
bearbeitet und auf diese Weise quasi „Fundamente" zur Aufnahme der
Bearbeitungswerkzeuge hergestellt. Die Spannungsfreiheit ist notwendig,
damit die großflächige Bearbeitung
der Aufnahmeplatten nicht zu Verzug oder Verwerfungen führt. Auf
diese Weise ermöglicht
das erfindungsgemäße Konzept die Übertragung
der Anforderungen einer Werkzeugmaschine (Steifigkeit des Maschinenrahmens
und -fundamentes) auf ein Schienenfahrzeug (Entgleisungssicherheit
durch kontrollierte Verwindungsfähigkeit).
Die Anschlussflächen
der Bearbeitungsmaschinen am Tragwerk (Rohbau) des Schienenfahrzeuges
können
mit einer sehr guten Oberflächengenauigkeit
hergestellt werden; zugleich werden die Erfordernisse der Bearbeitungswerkzeuge
hinsichtlich eines verwindungsarmen, steifen „Fundamentes" erfüllt.
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Gemäß einer
sinnvollen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Aggregat
zum Fräsen einer
Eisenbahnschiene mittels eines Kreuzschlittens an der Aufnahmeplatte
befestigt. Das erfinderische Konzept ist in besonders guter Weise
für den Einsatz
bei selbstfahrenden (oder geschleppten) Schienenfräsmaschinen
geeignet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das erfinderische
Konzept auch die Anbringung anderer Werkzeuge umfasst, bei denen
die Einhaltung hoher Maßgenauigkeiten gefordert
ist und somit insbesondere eine Entkopplung von Verwindungen, die
auf einen sich über
zwei Schienenfahrwerke erstreckenden Fahrgestellrahmen stets einwirken,
erwünscht
ist.
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Eine
weitere sinnvolle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das
Mittelsegment weitere Gehäuseteile
zur Einhausung der Werkzeuge zur mechanischen Schienenbearbeitung
aufweist. Diese Gehäuseteile
sind ebenso wie die Langträger
des Mittelsegmentes unter Verwendung einer auf Zug und Biegung belastbaren
lösbaren
Fügeverbindung (z.
B. Dehnschrauben) mittels hierfür
vorgesehener korrespondierender Fügeflansche mit Gehäuseteilen verbindbar,
welche auf dem Fahrgestellrahmen eines Kopfsegmentes aufgesetzt
sind.
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Gemäß einer
Ergänzung
ist vorgesehen, dass das Mittelsegment einen begehbaren Zwischenraum
aufweist, von dem aus die Werkzeuge zur mechanischen Schienenbearbeitung
zugänglich sind.
Von hier aus kann ein Maschinenbediener geschützt vor Witterungseinflüssen Reparatur-
oder Wartungsarbeiten an den Werkzeugen vornehmen. Ebenso ist der
Maschinenbediener bei allfälligen Überprüfungs- oder
Wartungsarbeiten an den Bearbeitungsmaschinen während eines laufenden Maschineneinsatzes
in diesem Zwischenraum vor aus dem auf dem Gegengleis ablaufenden
Zugbetrieb ausgehenden Gefährdungen
geschützt.
Des weiteren können
in diesem Zwischenraum Stauräume
zur Unterbringung von Verschleißteilen
oder Betriebsstoffen vorgesehen werden. Es ist sinnvoll, diesen Zwischenraum
zwischen dem am ersten Kopfsegment angebauten Werkzeug-Aggregat
und dem am zweiten Kopfsegment angebauten Werkzeug-Aggregat anzuordnen,
so dass beide Werkzeug-Aggregate von einem gemeinsamen Zwischenraum
aus zugänglich
sind.
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Der
Erfindungsgedanke wird anhand eines Schienenfräszuges in nachfolgenden Figuren
visualisiert. Es zeigen:
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1 perspektivische
Ansicht eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges
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2 Schnittdarstellung
entlang der Achse I-I der 1 in einem
größeren Maßstab
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3 Detailansicht
der Dehnschrauben- und Passverbindung zwischen Mittel- und Kopfsegment
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4 Seitenansicht
eines erfindungsgemäß ausgeführten Schienenfräszuges
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Die 1 zeigt
ein erfindungsgemäß ausgeführtes Schienenfahrzeug,
welches Bestandteil eines Schienenfräszuges ist und die Fräsaggregate
beherbergt. Zur besseren Erkennbarkeit ist das in 1 dargestellte
Schienenfahrzeuge noch ohne diese Fräsaggregate abgebildet; die
für die
Aufnahme dieser Aggregate vorgesehenen Räume sind noch leer. Es ist
deutlich zu erkennen, dass das Schienenfahrzeug keinen einteiligen
Fahrgestellrahmen aufweist, sondern in drei Teilsegmente aufgeteilt
ist: jeweils ein Kopfsegment (2, 2') an den Extremitäten des
Fahrzeuges sowie ein zwischen diesen beiden Kopfsegmenten angeordnetes
Mittelsegment (3). Ein Kopfsegment (1') weist einen
Führer-
bzw. Bedienstand (14')
zum Führen
des Schienenfahrzeuges sowie zum Steuern bzw. Bedienen der Fräsaggregate
auf.
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Lediglich
die beiden Kopfsegmente weisen jeweils für sich einen Fahrgestellrahmen
(4, 4')
auf, der auf dem jeweils einen Schienenfahrwerk (1, 1') abgestützt ist.
Auf diesem Fahrgestellrahmen ist jeweils eine Schweißkonstruktion
(5, 5')
angeordnet, welche als Stütz-
und Verbindungselement für
die in Richtung des Mittelsegmentes orientierten Flanschebenen (6.1, 6.3, 6.4)
dient. Dies ist in 2 visualisiert, welche die Schnittdarstellung
längs der
Schnittachse I-I aus 1 wiedergibt. Weitere Flanschebenen
(6.2, 6.5) sind im Bodenbereich vorhanden. Auch das
auf dem Fahrgestellrahmen 4 aufgebaute Gehäuse weist
Flanschebenen (6.6) auf. Die Flanschebenen weisen die für die Dehnschrauben-
und Passverbindungen vorgesehenen Bohrungen auf.
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Ebenso
wird mit jedem der beiden Fahrgestellrahmen jeweils eine Aufnahmeplatte
(9) verbunden, welche quasi als „Fundament" zur Befestigung des Fräsaggregates
dient. Diese Aufnahmeplatte ist dabei jeweils lotrecht zur Fahrzeuglängsachse
ausgerichtet und in Richtung des Mittelsegmentes orientiert. Die
für die
Steuerung des Fräsaggregates
notwendigen linearen Bewegungen werden mittels eines Kreuzschlittens
(11) realisiert, der horizontale und vertikale Führungen
aufweist und zwischen Aufnahmeplatte und Fräsaggregat angeordnet ist.
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Das
Mittelsegment hingegen besteht im wesentlichen aus Langträgern; in 1 ist
beispielsweise der in Fahrtrichtung linke Aussenlangträger (7.1) sowie – teilweise
verdeckt – der
Bodenlangträger (7.2)
dargestellt. Diese Langträger
sind über
eine Mehrzahl von Passverbindungen (8.1) und Dehnschrauben
(8.2) mit den Flanschebenen der Kopfsegmente verbunden:
z. B. der Bodenlangträger (7.2)
mit der Flanschebene (6.2) und der Außenlangträger (7.1) mit der
Flanschebene (6.1). Das Mittelsegment weist zusätzliche
Gehäuseteile
(12) auf, welche ebenfalls mittels Dehnschrauben mit den
korrespondierenden Flanschebenen (6.6) eines Kopfsegmentes
verschraubt werden. Durch diese Gehäuseteile wird eine Einhausung
der Fräsaggregate
gebildet. Bei einem fertig konfigurierten erfindungsgemäßen Fahrzeug
sind also die Fräsaggregate
an den zur Fahrzeugmitte hin orientierten Stirnseiten der Fahrgestellrahmen
auf quer zur Arbeitsrichtung ausgerichteten Aufnahmeplatten montiert.
Beide Kopfsegmente wiederum werden durch das Mittelsegment über eine
Vielzahl von Pass- und Dehnschrauben „zusammengehalten".
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3 zeigt
Details zu den Dehnschrauben- und Passverbindungen. An allen Flanschverbindungen
sind formschlüssige
Passverbindungen zur Aufnahme der Querkräfte vorhanden. Für die Übertragung
von Zug- und Biegebelastungen werden Dehnschrauben als hoch beanspruchbare
Schraubverbindungen eingesetzt. Diese Schraubverbindungen befinden
sich in den Flanschebenen der Rahmenlangträger (6.1, 6.3),
des Mittellangträgers
(6.2) und der Dachaufbauten (6.6).
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4 zeigt
schließlich
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges als Bestandteil
eines Schienenfräszuges.
In dieser Darstellung sind die Fräsaggregate nunmehr auch zeichnerisch
dargestellt, um den Einbauzustand zu dokumentieren. Das Schienenfahrzeug
bewegt sich im operativen Betriebsmodus (d. h. die Werkzeuge zur Bearbeitung
der Schienen sind im Einsatz) entlang der Arbeitsrichtung (15).
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- 1,
1'
- Schienenfahrwerk
- 2,
2'
- Kopfsegment
des Wagenkastens
- 3
- Mittelsegment
des Wagenkastens
- 4,
4'
- Fahrgestellrahmen
des Kopfsegmentes
- 5,
5'
- Schweißkonstruktion
- 6.1,
..., 6.6
- Flanschebenen
- 7.1
- Außenlangträger
- 7.2
- Mittellangträger
- 8.1
- Passverbindung
- 8.2
- Dehnschrauben-Verbindung
- 9
- Aufnahmeplatte
- 10
- Schienenfräsaggregat
- 11
- Kreuzschlitten
- 12
- Gehäuseteil
- 13
- begehbarer
Zwischenraum
- 14'
- Führerstand;
Bedienraum
- 15
- Arbeitsrichtung