-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Herzstücks mit einem
Spitzenblock und zwei an den Spitzenblock anschließenden,
zu einem Mittelblock gefügten
Anschluss-Schienenabschnitten, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes
Herzstück
gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 bzw. 2.
-
Herzstücke sind
in den Gleisanlagen von Eisenbahnen überall dort notwendig, wo Schienenstränge sich
kreuzen bzw. verzweigen. Im Herzstück sind die Fahrkanten der
sich kreuzenden bzw. verzweigenden Schienen unterbrochen. Die sich
von den Weichenzungen her fortsetzenden Schienen sind im Bereich
des Herzstückes
abgeknickt und dienen als sog. „Flügelschienen" zur Stützung und Führung der über die Weiche rollenden Radsätze im Bereich
dieser sog. „Herzstücklücke". Die von den Weichenenden
her sich fortsetzenden inneren Schienen beider Schienenstränge laufen
in der Herzstückspitze
zusammen.
-
Die
Flügelschienen
sind durch Futterstücke in
einem definierten Abstand zur Herzstückspitze gehalten, um auf diese
Weise die Breite der Spurkranzrille zwischen Herzstück und Flügelschienen
zu gewährleisten
und damit einen ungehinderten Durchlass für die Spurkränze der über das
Herzstück
abrollenden Räder
zu ermöglichen.
Diese Futterstücke sind
entweder an der Herzstückspitze
angeschweißt, aus
Vollmaterial ausgearbeitet oder in einer Nut mittels Querverschraubung
eingespannt. Bei allen diesen Ausführungsvarianten ist eine definierte
Mindestzahl von derartigen Verspannungspunkten zwischen Herzstückspitze
und Flügelschiene
vorgesehen, damit trotz der aus den überrollenden Rädern auf
das Herzstück
einwirkenden hohen dynamischen Kräfte eine ausreichende Lagestabilität gewährleistet
ist.
-
Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Bauarten für starre
Herzstücke
bekannt.
-
Gemäß einer
ersten bekannten Konstruktion besteht das Herzstück aus einer als Hauptspitze
fungierenden ersten Schiene, an die stirnseitig ein Schmiedeblock
angeschweißt
ist, der als Verlängerung über die
praktische Herzstückspitze
hinaus in Form eines vor der Herzstückspitze angelagerten und über diese
hinausragenden Futterblockes ausgeführt ist und beide Flügelschienen
im räumlichen Bereich
vor dem Herzstück
auf Distanz hält.
Es handelt sich hierbei jedoch um eine sehr massive und aufwändige Bauform,
für die
je nach Weichengeometrie bzw. Herzstück-Dimensionierung speziell
ausgeführte
Schmiedeblöcke
erforderlich sind. Ein Beispiel für ein solches Blockherzstück ist in
EP 298 950 A1 offenbart.
-
Alternativ
hierzu sind aber auch Konstruktionen bekannt, z. B. durch Offenbarung
in der
EP 716 185 A1 ,
bei denen die Herzstückspitze
aus Konstruktionsschienen zusammengesetzt und teilweise verschweißt sind
(sogenannte „Teilblockherzstücke"). Hierbei ist für den Spitzenblock
allerdings auch wieder jeweils ein Rückgriff auf Schmiedeblöcke notwendig,
die der Herzstückgröße anzupassen
sind.
-
Schließlich sind
noch Schienenherzstücke bekannt,
deren Spitze aus Regelschienen zusammengesetzt ist.
DE 101 59 516 A1 offenbart
eine solche Konstruktion, bei der beide Regelschienen mittels einer
Anschrägung
entlang der Längskante
im Stirnbereich angeschrägt
und mittels einer gemeinsamen Längsnaht
bis zur praktischen Herzstückspitze
miteinander verschweißt
sind. Derartige Konstruktionen sind zwar in der Theorie seit längerem bekannt,
allerdings konnten sie in der Praxis erst seit der technologischen
Reife des Elektronenstrahlschweißens unter Vakuum mit einer
zur Aufnahme der betrieblichen Lasten hinreichend geeigneten Qualität bzw. Festigkeit
gefertigt werden. Derartige Schienenherzstücke sind konstruktiv sehr kompakt und
einfach aufgebaut. Allerdings erfordert ihre Herstellung eine hohe
Präzision
sowie eine aufwändige gerätetechnische
Ausstattung, was einer Massenfertigung derartiger Herzstücke nicht
förderlich
ist.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herzstück und ein
Verfahren zum Herstellen eines Herzstücks mit einem Spitzenblock
und zwei an den Spitzenblock anschließenden, zu einem Mittelblock
gefügten
Anschluss-Schienenabschnitten bereitzustellen,
mit denen eine fertigungstechnische und konstruktive Optimierung
gegenüber
dem bekannten Stand der Technik erreicht werden kann. Insbesondere
soll auch der Materialaufwand gesenkt werden.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1
verfahrensorientiert dadurch gelöst,
dass der Spitzenblock aus einem sich in Längsrichtung stangenförmig erstreckenden
Rohkörper
(8) mit einem Rechteck-Querschnitt gleichbleibender Breite
gefertigt wird, wobei
der Rohkörper in einem ersten Verfahrensschritt
von einem Stangenprofil abgelängt
wird,
im Bereich eines ersten Stirnendes (2) des Rohkörpers in
einander gegenüberliegenden
Seitenwandungen (7) jeweils eine vertiefende Ausnehmung
in Form einer Kammerung (5) eingebracht wird,
Durchgangsbohrungen
durch die Seitenwandungen des Rohkörpers eingebracht werden sowie
in einem vorderen, dem ersten Stirnende (2) gegenüberliegenden
Stirnbereich (4) des Rohkörpers eine sich parallel zur
Längsachse
des Rohkörpers
nach außen hin
verjüngende
Herzstückspitze
ausgearbeitet wird,
der Rohkörper am ersten Stirnende (2)
mit den zu einem Mittelblock gefügten
Anschluss-Schienenabschnitten (3) verschweißt wird,
wobei sich die Längsachse
des Rohkörpers
und die Längsachse
jedes Anschluss-Schienenabschnittes jeweils unter einem spitzen
Winkel α/2
kreuzen,
sowie der Rohkörper
zusammen mit den angeschweißten
Anschluss-Schienenabschnitten
durch spanabhebende Bearbeitung auf Endmaße profiliert wird.
-
Auf
diese Weise kann ein Herzstück
mit geometrisch „kurzer" Bauteillänge (d.
h. das Herzstück ist
in seinen Außenkonturen
tatsächlich
durch die praktische Herzstückspitze
begrenzt; es gibt keine über
die praktische Herzstückspitze
noch nach vorne hinausragenden Verlängerung der Herzstückspitze zur
Befestigung angeschweißter
Futterstücke
oder angearbeiteter Futterstückleisten
etc.) bereitgestellt werden, das im Vergleich zu bislang bekannten
Konstruktionen sehr einfach zu fertigen ist. Das Stangenmaterial
für die
Spitzenblöcke
weist einen einheitlichen Rechteck-Querschnitt sowie eine beliebige Längserstreckung
auf. Es wird zur Gewinnung des Rohkörpers in Abhängigkeit
von der jeweiligen Herzstückgröße abgelängt und
nachfolgend bearbeitet. Im Gegensatz hierzu sieht der bislang bekannte Stand
der Technik stets nur Spitzenblöcke
aus Schmiedematerial vor, die in Anbetracht der unterschiedlichen
Herzstück-Dimensionierungen
stets nur als Einzelstücke
zu produzieren waren.
-
Durch
das erfinderische Merkmal einer Kammerung mit hinreichend großen Übergangsradien wird
ein Übergang
vom Rechteck-Querschnitt des Spitzenblocks auf einen an die Außenkontur
des aus den Anschluß-Schienenabschnitten
gebildeten Mittelblocks angepassten Querschnitt realisiert, wobei sprunghafte Änderungen
im Querschnittsverlauf des Spitzenblockes in vorteilhafter Weise
vermieden werden. Die Erfindung offenbart ferner eine spezielle
geometrische Gestaltung, wonach die Fügestelle zwischen Spitzen-
und Mittelblock nicht nur ein von der Herzstückgröße unabhängiges, geometrisch stets gleiches
Breitenmaß aufweist
(lediglich der Abstand dieser Fügestelle
in Längsrichtung
zur Herzstückspitze
variiert in Abhängigkeit
von der Herzstückgröße) sondern
auch stets den geometrischen Ort des Abknickens zwischen der Längsrichtung
des Herzstückspitze
und der Längsrichtung
der anschließenden Schienenabschnitte
markiert. Auf diese Weise kann in besonders vorteilhafter Weise
auf das Knicken der Regelschienen verzichtet werden, wie es nach
dem bekannten Stand der Technik bei der Fertigung elektronenstrahlgeschweißter Herzstücke erforderlich
ist. Das Einbringen derartiger geometrisch wohldefinierter Knicke
ist fertigungstechnisch nicht trivial und beeinflusst die Kosten
und das Fertigungsvolumen der nach bisheriger Konstruktionsart ausgeführten elektronenstrahlgeschweißten Herzstücke in negativer Weise.
-
Die
beiden Anschluss-Schienenabschnitte bilden einen stabilen Mittelblock,
der erfindungsgemäß in einem
einzelnen Arbeitsgang als komplettes Bauteil mit dem Spitzenblock
der Herzstückspitze verschweißt wird.
Diese Schweißung
kann als Abbrennstumpf- oder Elektronenstrahlschweißung ausgeführt sein.
-
Die
Erfindung sieht ferner in einer vorrichtungsorientierten Ausprägung ein
nach dem Verfahren nach Patentanspruch 1 hergestelltes Herzstück mit einem
Spitzenblock und zwei an den Spitzenblock anschließenden,
zu einem Mittelblock gefügten Anschluss-Schienenabschnitten
vor, wobei der Spitzenblock aus einem sich in Längsrichtung stangenförmig erstreckenden,
von einem Stangenprofil abgelängten
Rohkörper
(8) mit einem Rechteck-Querschnitt gleichbleibender Breite
besteht,
der im Bereich eines ersten Stirnendes (2)
in einander gegenüberliegenden
Seitenwandungen (7) jeweils eine vertiefende Ausnehmung
in Form einer Kammerung (5) aufweist,
Durchgangsbohrungen
durch die Seitenwandungen aufweist,
an dem dem ersten Stirnende
(2) gegenüberliegenden
Stirnbereich (4) eine sich parallel zu seiner Längsachse
nach außen
hin verjüngende
Herzstückspitze
aufweist,
am ersten Stirnende (2) mit den zu einem
Mittelblock gefügten
Anschluss-Schienenabschnitten
(3) verbunden ist, wobei sich die Längsachse des Rohkörpers und
die Längsachse
jedes Anschluss-Schienenabschnittes jeweils unter einem spitzen
Winkel α/2 kreuzen,
und
zusammen mit den angeschweißten
Anschluss-Schienenabschnitten durch spanabhebende Bearbeitung auf
Endmaße
profiliert ist.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung des erfinderischen Konzepts bestehen der Spitzenblock
aus einem bainitischen Stahl sowie die Anschluss-Schienenabschnitte
aus kopfgehärteten
Regelschienen der Güte
350 HT. Auf diese Weise ist das Herzstück in seinen hoch belasteten
Komponenten besonders verschleißresistent
und widerstandsfähig
ausgeführt, aber
zugleich auch hinreichend wirtschaftlich zu fertigen.
-
Alternativ
hierzu sieht eine Variante der Erfindung vor, dass der Spitzenblock
aus einem Stahl der Güte
350 HT sowie die Anschluss-Schienenabschnitte (3) aus kopfgehärteten Regelschienen
der Güte 350
HT bestehen.
-
Die
Erfindung erstreckt sich auch auf eine Weiche mit einem wie oben
dargestellt ausgeführtem Herzstück.
-
Der
Erfindungsgedanke wird in nachfolgenden Figuren verdeutlicht. Es
zeigen:
-
1 Seitenansicht
des Spitzenblocks des erfindungsgemäßen Herzstückes
-
2 Draufsicht
auf den Spitzenblock des erfindungsgemäßen Herzstückes
-
3 Stirnansicht
des Spitzenblocks des erfindungsgemäßen Herzstückes im Bereich der Kammerung
-
4 Draufsicht
auf das erfindungsgemäße Herzstück mit Spitzenblock
und aus Anschluss-Schienenabschnitten gebildetem Mittelblock
-
5 Schnittansicht
des Spitzenblocks im Bereich des vorderen Längsabschnittes (Schnitt A-A)
-
In 1 ist
der Spitzenblock (8) des erfindungsgemäßen Herzstücks in Seitenansicht dargestellt.
Es handelt sich hierbei um eine Darstellung des Spitzenblockes in
vorprofiliertem Zustand; d. h. der Spitzenblock hat noch nicht sein
Endprofil nach dem Verschweißen
mit dem Mittelblock und dem abschließenden Aufbringen der Fahrfläche auf
das Herzstück erreicht.
So gibt beispielsweise der mit Schraffur zeichnerisch gekennzeichnete
Bereich am Stirnende (2) des hinteren Längsabschnittes (1)
die Abbrand-Zone wieder, um die sich der Spitzenblock nach dem Verschweißen mit
dem aus den Anschluss-Schienenabschnitten (3) gebildeten
Mittelblock verkürzt.
Des Weiteren ist im Bereich des hinteren Längsabschnittes (1)
des Spitzenblocks eine Kammerung (5) eingearbeitet. Die
Längenausdehnung
des hinteren Längsabschnittes
(1) hängt
von der Dimensionierung des Herzstückes ab. Deshalb wird der Spitzenblock
im Bereich des hinteren Längsabschnittes
vor Einbringen der o. g. Kammerung auf das erforderliche Maß abgelängt.
-
In 3 ist
die Außenkontur
des Spitzenblockes (8) mit der eingearbeiteten Kammerung
(5) in der Seitenansicht dargestellt (Blickrichtung gemäß Darstellung
des Pfeiles „Z" in 1).
Diese Außenkontur
entspricht weitgehend der Außenkontur
des an diese Fläche
zu fügenden
Mittelblocks, der – wie in 4 gezeigt – aus zwei
Schienen (3) mit Regelprofil gefertigt wird, wobei beide
Schienen spiegelsymmetrisch zueinander im Bereich einer Stirnseite durch
eine schrägwinklige
mechanische Abtragung angeschrägt
und entlang der sich hieraus ergebenden Bearbeitungsflächen mittels
einer Längsschweißnaht – bevorzugt
durch Elektronenstrahlschweißen – verbunden
werden. Für
die mechanische Abtragung wird ein Winkel α/2 = 1,6° – 14,3° angesetzt. Das Herzstück weist
deshalb im Bereich der Schweißnaht
zwischen Spitzen- und Mittelblock den Winkel α/2 auf. Im Gegensatz zum bekannten
Stand der Technik entfällt
somit die Abknickung in den Schienen (3).
-
Im
vorderen Längsabschnitt
(4) des Spitzenblocks zeigt 1 eine eingetiefte
Nut, die den räumlichen
Bereich der Querbohrungen abdeckt, durch die die Spannschrauben
zur Fixierung des Spitzenblocks mit den Flügelschienen hin durchgeführt werden.
Diese Nut dient als plane Kontakt- bzw. Anschlagfläche der
zwischen Spitzenblock und Flügelschiene
jeweils eingespannten Futterstücke.
Die 5 zeigt einen Schnitt durch den Spitzenblock in diesem
Bereich (korrespondiert zu Schnitt A-A gemäß 1).
-
In 2 ist
der Spitzenblock des Herzstücks in
Draufsicht dargestellt. Die Darstellung zeigt ebenso wie in 1 den
noch nicht endprofilierten Zustand.
-
4 zeigt
die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Herzstück im Endzustand; d. h. die
Anschluss-Schienenabschnitte (3) sind miteinander zum Mittelblock
verbunden und mit dem Spitzenblock (8) verschweißt.
-
- 1
- Hinterer
Längsabschnitt
des Spitzenblock-Rohkörpers
- 2
- Stirnende
des hinteren Längsabschnitts
des Spitzenblock-Rohkörpers
- 3
- Anschluss-Schienenabschnitte
- 4
- vorderer
Längsabschnitt
des Spitzenblock-Rohkörpers
- 5
- Kammerung
im hinteren Längsabschnitt
des Spitzenblock-Rohkörpers
- 6
- Längsschweißnaht zur
Verbindung der angeschäfteten
Anschluss-Schienenabschnitte
- 7
- Seitenwandung
des Spitzenblock-Rohkörpers
- 8
- Rohkörper des
Spitzenblocks
- α/2
- Kreuzungs-Winkel
von der Längsachse
des Spitzenblocks mit der Längsachse
eines Anschluss-Schienenabschnitts