DE10253827A1

DE10253827A1 - Gleitpaarung zwischen den Tragkufen einer Magnetbahn und den Gleitflächen auf dem Fahrweg

Info

Publication number: DE10253827A1
Application number: DE2002153827
Authority: DE
Inventors: Theodor Dr.-Ing. Baumann
Original assignee: Walter Bau AG
Current assignee: Dywidag Bau GmbH
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-05-27

Abstract

Durch Beschichtung (5) der Tragkufen (4) und der Gleitflächen (2) eines Magnetbahnfahrweges (1) wird eine Reibung in der Gleitpaarung reduziert. Die Beschichtung wird auf der planmäßig aufgerauten oder profilierten Oberfläche der Tragkufen und Gleitflächen aufgebracht. Sie besteht aus einem hitzebeständigen Polymer und wird durch Wärmebehandlung gesintert oder geschmolzen. Bohrungen (8) und Nuten (9) in den Tragkufen führen einen Teil der Reibungswärme über den Fahrtwind ab und reduzieren die für die Beschichtung schädliche Erhitzung der Tragkufen.

Description

Magnetbahnfahrzeuge werden durch verschiedene Magnetsysteme getragen, geführt und angetrieben und schweben somit berührungsfrei über dem Fahrweg. Wenn die Tragmagnete außerplanmäßig ausfallen oder planmäßig außer Funktion gesetzt werden, setzt sich das Magnetbahnfahrzeug über Tragkufen auf dem Fahrweg ab. Unter den Kufen werden deshalb auf der Fahrwegoberfläche besondere Gleitflächen aus Stahl oder Beton ausgebildet. Der Reibungsbeiwert der Gleitpaarung zwischen Kufen und Gleitflächen bestimmt sowohl die beim Absetzen auf die Kufen auftretende Bremsverzögerung des Zuges als auch die Erhitzung und den Verschleiß von Kufen und Gleitflächen.
Wenn bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine kleinere oder größere Anzahl von Tragmagneten ausfällt, soll der Reibungsbeiwert zwischen Tragkufen und Gleitflächen so niedrig wie möglich sein, um den Verschleiß und die Erhitzung von Kufen und Gleitflächen gering zu halten. Außerdem kann ein solcher Störfall bei hohen Reibungsbeiwerten zu einer plötzlichen Bremsverzögerung führen, die vor allem für die Passagiere auf Stehplätzen unangenehm ist und auch gefährlich werden kann, weil sie darauf nicht gefasst sind und umfallen können, wenn der Ruck zu groß wird. Demgegenüber ist bei der Einfahrt in die Stationen ein höherer Reibungsbeiwert erwünscht, der den planmäßigen Bremsvorgang und gegebenenfalls auch eine Notbremsung unterstützt.
Das Verhalten der Gleitpaarung wird durch die Ausbildung der Gleitflächen auf dem Fahrweg und der Kufengleitflächen bestimmt. Die Gleitfläche auf dem Fahrweg besteht bei bisher bekannten Ausführungen aus geschliffenem Beton oder Stahl, die Kufengleitflächen aus Stahl, der mit einem geeigneten Belag versehen wird, beispielsweise unter Verwendung von Karbonfasern.
Diese bisherigen Ausführungen weisen folgende Nachteile auf:
Bei Gleitflächen aus geschliffenem Beton nimmt die Rauigkeit im Laufe der Zeit zu, u.a. wegen der Verwitterung an den Grenzflächen zwischen dem Zementstein und den angeschnittenen Zuschlagkörnern. Wenn Kufen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten auf solchen Betongleitflächen aufsetzen, tritt eine starke Erhitzung und Beschädigung der Kufengleitfläche auf, die eine häufige Erneuerung des Belages erforderlich machen.
Auf Stahlgleitflächen sind die Reibungsverhältnisse günstiger. Durch die hohe mechanische Beanspruchung und die gleichzeitige Erhitzung kommt es jedoch auch bei den bisher bekannten Gleitpaarungen schnell zu einer völligen Abtragung der Stahlbeschichtung, weil die Reibungsbeiwerte zu groß sind und die von üblichen Beschichtungen aufnehmbaren Temperaturen überschritten würden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verringerung der Reibungsbeiwerte der Gleitpaarung durch eine Polymerbeschichtung mit niedrigen Reibungsbeiwerten und verbesserter Hitzebeständigkeit. Als Beschichtungsmaterial wird vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein Fluorthermoplast oder ein Compound dieser Stoffe mit geeigneten Füllmaterialien und Additiven verwendet. Als Fluorthermoplaste werden hier Copolymere aus Tetrafluorethylen und anderen Polymeren wie z.B. Perfluorvinylether oder Hexafluorpropylen bezeichnet. Als Füller können beispielsweise Glas- und Carbonfasern oder Polyamide verwendet werden.
Der bei PTFE und Fluorthermoplasten erforderliche Sinterungs- oder Schmelzvorgang wird durch eine kurzzeitige, intensive Wärmebehandlung der Beschichtung bewirkt, beispielsweise mittels Infrarotstrahler. Auf diese Weise lässt sich eine Beschichtung mit hoher Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und Einwirkung hoher Temperaturen herstellen. Es können länger dauernde Betriebstemperaturen bis zu 260°C ohne Schaden ertragen werden. Bei kurzzeitigen lokalen Temperaturspitzen sind noch höhere Temperaturen möglich. Die im Bauwesen sonst üblichen Beschichtungen auf Polyurethan- oder Expoxidharzbasis versagen bei wesentlich niedrigeren Temperaturen. Außerdem zeichnet sich die Gleitpaarung von Flächen, die mit PTFE und Fluorthermoplast beschichtet sind, durch niedrige Reibungsbeiwerte aus.
Durch die Verringerung der Reibungsbeiwerte wird auch der Verschleiß verkleinert. Wenn nach wiederholtem Absetzen und Gleiten der Kufen über längere Strecken der Verschleiß trotzdem das zulässige Maß überschritten hat, kann die Beschichtung der beschädigten Gleitflächen bzw. Kufen erneuert werden, indem nochmals das gleiche Beschichtungsmaterial aufgebracht und durch Wärmebehandlung mit dem in den Vertiefungen der aufgerauten oder profilierten Oberfläche noch vorhandene Grundmaterial versintert bzw. verschmolzen wird.
Die Beschichtung der Gleitflächen auf dem Fahrweg wird in der Anmeldeschrift DE 102 49 091.0 im einzelnen beschrieben. Bei Gleitflächen auf Beton wird die vor dem Aufbringen der Beschichtung erforderliche Rauhigkeit vorzugsweise durch Sand- oder Wasserstrahlen erreicht.
Bei den Kufengleitflächen ist es zusätzlich möglich, bereits bei der Kufenherstellung eine geeignete Profilierung aufzubringen. Dies kann auch in Verbindung mit der Verwendung eines Sintermetalls im Bereich der Kufengleitfläche geschehen.
Infolge der Reibungskräfte erhitzen sich die Tragkufen stärker als die Gleitflächen auf dem Fahrweg. Diese für die Beschichtung schädliche Erhitzung kann reduziert werden, wenn durch in Fahrtrichtung verlaufender Bohrungen oder Nuten in den Kufen eine zusätzliche Kühlung durch den Fahrtwind geschaffen wird.
Durch die erfindungsgemäße Beschichtung von Gleitflächen und Kufen werden die Reibungsbeiwerte gegenüber den bisherigen Ausführungen deutlich verringert. Andererseits sind im Bereich der Stationseinfahrten zur Unterstützung des Bremsvorgangs höheren Reibungsbeiwerte erwünscht. Hierzu kann die Kufengleitfläche nach der vorliegenden Erfindung in einen beschichteten Bereich und einen nicht oder nur teilweise beschichteten Bereich unterteilt werden. Gleichzeitig werden Quer- und Längsschnitt der Stahlgleitflächen in der Stationseinfahrt so ausgebildet, dass sich die Aufstandsfläche der Kufen allmählich von dem beschichteten in den unbeschichteten Bereich verlagert, so dass sich der Reibungsbeiwert erhöht.
Die erfidungsgemäße Ausführung ist in den 1 bis 6 im einzelnen dargestellt.
1 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Fahrtrichtung des Magnetbahnzuges durch eine Gleitpaarung, die durch die beschichtete Gleitfläche (5) einer Tragkufe (4) und eine beschichtete Stahloberfläche (2) auf dem Fahrweg (1) gebildet wird. Die Gleitflächen werden vor der Beschichtung gleichmäßig und mit definierter Räutiefe aufgeraut. Nach 2 kann die zu beschichtende Kufenunterseite auch profiliert werden (6), während die Gleitfläche auf dem Fahrweg durch Beschichtung einer aufgerauten Betonoberfläche (3) gebildet wird. Die Profilierung der Kufen kann auch unter Verwendung eines Sintermetalls erfolgen (7).
Die 3 zeigt Bohrungen (8) und eine Nut (9) in den Tragkufen, welche zur Wärmebehandlung durch den Fahrtwind dienen.
Die 4 bis 6 zeigen eine mögliche Ausbildung von Kufen und Stahlgleitfläche, wenn zum Bereich der Stationseinfahrt höhere Reibungsbeiwerte erreicht werden sollen als auf der freien Strecke. Hierzu wird die Kufengleitfläche nach 4 und 5 in einen beschichteten Bereich und einen nicht oder nur teilweise beschichteten Bereich unterteilt. Auf der freien Strecke gleitet die Tragkufe im Störfall gemäß 4 nur auf dem beschichteten Bereich. In Verbindung mit der Beschichtung erhält man eine Gleitpaarung mit niedrigem Reibungsbeiwert (10). An der Einfahrt in die Stationen wird gemäß 5 und 6 der mittlere Bereich der Stahlgleitfläche angehoben (12). 6 zeigt dies im Längsschnitt unter starker Verkürzung in Fahrtrichtung der Magnetbahnzüge. Auf diese Weise kommen die unbeschichteten Bereiche von Tragkufe und Gleitfläche in Kontakt und ergeben eine Gleitpaarung mit höherem Reibungsbeiwert (11). Um die Bereiche mit und ohne Beschichtung nebeneinander an der Kufenunterseite anordnen zu können, wird diese durch seitliche Ausstellungen (13) verbreitert.
Die planmäßige Aufrauung oder Profilierung der zu beschichtenden Oberflächen dient zum einen dazu, die Haftung der Beschichtung mit dem Untergrund durch eine mechanische Verkrallung zu verbessern. Zum anderen bewirkt sie, dass bei einem stärkeren Abrieb der Beschichtung infolge von wiederholtem, längerem Absetzen und Gleiten des Magnetbahnfahrzeuges auf den Tragkufen die Vertikallast zum Teil direkt durch die Spitzen der rauen oder profilierten Oberfläche abgetragen wird, während die restliche Last von dem zwischen diesen Spitzen verbleibenden Beschichtungsmaterial aufgenommen wird. Durch Größe und Tiefe der zwischen den Spitzen vorhandenen, mit Beschichtungsmaterial gefüllten Täler lässt sich somit der effektive Reibungsbeiwert der beschichteten Gleitfläche steuern. Diese Steuerung erfolgt über die bei der Aufrauung erzeugte Rautiefe bzw. durch die Form der Profilierung in Verbindung mit der Dicke der Beschichtung.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Ausführung sieht vor, dass nur eine Fläche der Gleitpaarung in der beschriebenen Weise mit PTFE, Fluothermoplast oder einem Compound davon beschichtet ist, während die andere Gleitfläche durch eine glatte, herkömmlich beschichtete Stahloberfläche gebildet wird. Bei geeigneter Ausführung kann bereits durch die erfindungsgemäße Beschichtung einer der beiden Flächen der Reibungsbeiwert der Gleitpaarung so vermindert werden, dass auf der anderen Fläche eine herkömmliche Beschichtung genügt.

1: Magnetbahnfahrweg
2: Polymerbeschichtung einer aufgerauten Stahlgleitfläche
3: Polymerbeschichtung einer aufgerauten Betongleitfläche
4: Tragkufe
5: Polymerbeschichtung einer aufgerauten Kufengleitfläche
6: Polymerbeschichtung einer profilierten Kufengleitfläche
7: Sintermetall
8: Belüftungsbohrungen in der Tragkufe
9: Belüftungsnut in der Tragkufe
10: Gleitpaarung mit niedrigem Reibungsbeiwert
11: Gleitpaarung mit höherem Reibungsbeiwert
12: Erhebung im mittleren Teil der Stahlgleitfläche
13: Seitliche Ausstellung der Tragkufe

Claims

Gleitpaarung zwischen den aus dem Grundmaterial Stahl bestehenden Tragkufen (4) eines Magnetbahnfahrzeuges und den aus Stahl oder Beton bestehenden Gleitflächen (2, 3) auf einem Magnetbahnfahrweg (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Kufengleitflächen mit einem hitzebeständigen Polymer beschichtet sind (5, 6).
Gleitpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitflächen auf dem Fahrweg mit einem hitzebeständigen Polymer beschichtet sind (2, 3).
Gleitpaarung zwischen den aus dem Grundmaterial Stahl bestehenden Tragkufen (4) eines Magnetbahnfahrzeugäs und den aus Stahl oder Beton bestehenden Gleitflächen (2, 3) auf einem Magnetbahnfahrweg (1), dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der beiden Flächen der Gleitpaarung aufgeraut oder profiliert und mit einem hitzebeständigen Polymer beschichtet wird, und die andere Fläche aus einer glatten, herkömmlich beschichteten Stahloberfläche besteht.
Gleitpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufengleitfläche vor dem Aufbringen der Beschichtung mit einer definierten Rautiefe aufgeraut wird (5).
Gleitpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufengleitfläche vor dem Aufbringen der Beschichtung profiliert wird (6).
Gleitpaarung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Polytetrafluorethylen oder einem Fluorthermoplast oder einem Compound dieser Stoffe mit geeigneten Füllmaterialien und Additiven besteht.
Gleitpaarung nach Anspruch 1, 3 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Kufengleitfläche als wässrige Dispersion aufgespritzt und dann durch eine Wärmebehandlung gesintert oder geschmolzen wird.
Gleitpaarung nach Anspruch 1, 3 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Kufengleitfläche in Pulverform appliziert und durch Wärmebehandlung gesintert oder geschmolzen und durch gleichzeitige Einwirkung einer Druckspannung verfestigt wird.
Gleitpaarung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Tragkufen in Fahrtrichtung verlaufende Bohrungen (8) und/oder Nuten (9) angeordnet werden.
Gleitpaarung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kufengleitfläche und Stahlgleitfläche so ausgebildet werden, dass an den planmäßigen Haltepunkten der Magnetbahn höhere Reibungskräfte wirksam werden als auf der freien Strecke.
Gleitpaarung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufengleitfläche in einen beschichteten Bereich und einen nicht oder nur teilweise beschichteten Bereich unterteilt sind.
Gleitpaarung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlgleitfläche im Bereich der Haltepunkte im mittleren Bereich angehoben wird (12).
Gleitpaarung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkufe im Bereich der profilierten und beschichteten Gleitfläche aus Sintermetall besteht (7).