EP0356852B1 - Geräuschmindernde Schiene - Google Patents

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EP0356852B1
EP0356852B1 EP89115342A EP89115342A EP0356852B1 EP 0356852 B1 EP0356852 B1 EP 0356852B1 EP 89115342 A EP89115342 A EP 89115342A EP 89115342 A EP89115342 A EP 89115342A EP 0356852 B1 EP0356852 B1 EP 0356852B1
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EP
European Patent Office
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rail
noise
bearing metal
metal
abating
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EP89115342A
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EP0356852A2 (de
EP0356852A3 (en
Inventor
Gerhard Arndt
Hans Dr. Guntermann
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Goldschmidt ETB GmbH
Original Assignee
Elektro Thermit GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise
    • E01B19/003—Means for reducing the development or propagation of noise
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B5/00—Rails; Guard rails; Distance-keeping means for them
    • E01B5/02—Rails
    • E01B5/08—Composite rails; Compound rails with dismountable or non-dismountable parts
    • E01B5/10—Composite grooved rails; Inserts for grooved rails

Definitions

  • the invention relates to a noise-reducing rail, in particular a grooved rail for curves of tram tracks, which consists of a non-ferrous metal in the driving surface area and the rest of the rail cross section is made of steel.
  • DE-A-1 903 177 describes a noise-reducing rail. which has supports made of non-ferrous metal in the area of the running and guide surfaces and is made of steel in the remaining cross section, the non-ferrous metal consisting of a single-phase or multi-phase bronze with at least 50% copper content and one or more alloying elements, preferably aluminum, iron , Manganese or and and nickel.
  • the non-ferrous metal is preferably a multi-phase aluminum bronze with 8% aluminum, 2% iron, 12% manganese and 2% nickel in addition to copper as the residual content.
  • the bronzes used according to this patent have high strength and wear properties.
  • the bronze is preferably bonded to the rest of the steel rail material by welding.
  • the welding of the bronze can be used for both new and worn rails, both in manufacturing plants and in the installed track. After welding, the rails are ground in the welded area to match the profile.
  • this proposed solution cannot fully satisfy either.
  • a rail which is interrupted by slots, incisions or the like in order to avoid noise generation.
  • a grooved rail is used as the rail, in which the running rail and the forced rail either consist of one piece or in which the driving rail and the forced rail are detachably connected to one another.
  • the slots or incisions run transversely to the longitudinal direction of the rail alternately in the upper edge and the lower edge of the positive rail.
  • These slots or incisions can be made with wear-resistant or lubricating material. such as. Lead or white metal (bearing metal).
  • the invention has for its object to provide a noise reducing rail that retains the property of noise reduction over a long period of time and the strength properties are not reduced.
  • the invention thus relates to a noise-reducing rail, in particular a grooved rail for curves of tram tracks, which consists of a non-ferrous metal in the running surface area and the rest of the rail cross-section is made of steel and which is characterized in that a groove running in the longitudinal direction of the rail in the center of the running surface of the rail corresponds to the profile is filled with a bearing metal.
  • the lead-rich and tin-rich alloys are particularly suitable as bearing metals.
  • Examples of such alloys are: Table 1 Leaded alloys Chemical elements Chemical composition in% (mass fraction) PbSb15SnAs PbSb15Sn10 PbSb14Sn9CuAs PbSb10Sn6 Pb 80.0 to 84.0 71.0 to 77.0 70.0 to 78.0 80.0 to 86.0 Sb 13.5 to 15.5 14.0 to 16.0 13.0 to 15.0 9.0 to 11.0 Sn 0.9 to 1.7 9.0 to 11.0 8.0 to 10.0 5.0 to 7.0 Cu 0.7 0.7 0.7 to 1.5 0.7
  • new rails are preferably provided with a groove by milling or grinding at the place of manufacture or laid rails, which are arranged centrally in the rail head and in the longitudinal direction of the rail.
  • This longitudinal groove preferably has an average width of 8 to 18 mm and a depth of 3 to 10 mm.
  • the longitudinal groove particularly preferably has an average width of 10 to 15 mm and a depth of 3 to 6 mm.
  • the boundary surfaces of the groove are appropriately tinned. This can be done in a manner known per se with a tin powder paste containing ammonium chloride / alkali metal chlorides in the groove and exposure of the groove to the flame of a burner. A certain excess of the bearing metal is melted into the tinned groove prepared in this way. After cooling, the excess of the bearing metal projecting over the profile of the rail head is removed in a manner known per se. This can be done by hand or using rail head grinding machines.
  • the rail is made of non-ferrous metal in the area of the running and guiding surface.
  • the tread area of the wheel is supported on the tread of the rail when it is run over. It must therefore have an appropriate strength. This strength must also be guaranteed in the contact area of the wheel rim on the guide surface of the rail.
  • Single or multi-phase bronzes with at least 50% copper are recommended as non-ferrous metals. Nevertheless, a relatively strong departure in the course of driving is unavoidable.
  • the tread area of the wheel in the rail according to the invention is predominantly supported on the area of the tread of the rail consisting of the original rail steel, the guide surface also consisting of the original rail steel.
  • the bearing metal located in the groove which is located in the central zone of the running surface of the rail, can perform the function of preventing squeaking noises without being squeezed out of the groove.
  • This teaching can neither be found in DE-A-1 903 177 nor in DE-A-583 928.
  • the bearing metal is introduced in slots or incisions which run transversely to the longitudinal direction of the rail and which reduce the breaking strength of the rail, these slots or incisions preferably being arranged in the upper and lower edge of the insert rail.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine geräuschmindernde Schiene, insbesondere Rillenschiene für Kurven von Straßenbahngleisen, welche im Fahrflächenbereich aus einem NE-Metall und der restliche Schienenquerschnitt aus Stahl besteht.
  • Es ist bekannt, daß Schienenfahrzeuge, insbesondere in Kurven mit engen Radien, Geräusche verursachen können, deren Stärke in vielen Fällen über das erträgliche und zulässige Maß hinausgehen. Diese Geräusche werden im wesentlichen durch Schlupfschwingungen verursacht, die z.B. darauf zurückzuführen sind, daß die fest auf einer Achse angeordneten Räder bei Kurvenfahrten unterschiedliche Wege zurücklegen müssen, wodurch ein Schlupf für den Wegausgleich auftritt. Bis zum Schlüpfen tritt jedoch eine steigende Verspannung der Räder ein, bis der Haftwert zwischen Rad und Schiene überschritten wird und eine ruckartige Entspannung einsetzt. Unter ihrem Einfluß führt der Radsatz Drehschwingungen aus. deren Schwingungsenergie zum Teil als Luftschall an die Umgebung übergeht, während ein anderer Teil als Körperschall abgegeben wird.
  • Diese Verhältnisse treten insbesondere bei Straßenbahngleisen auf, die kleine Kurvenradien aufweisen. Die Steifheit und Einbettung der Rillenschienengleise erlauben den in Kurien zwängenden und schlüpfenden Rädern der Straßenbahnfahrzeuge unter bestimmten Berührungsverhältnissen kurze, schnelle Reibschwingungen, die zu den bekannten, in vielen Fällen unerträglichen Geräuschen hoher Tonlage und unter anderem zu starken seitlichen Ausfahrungen der Schienenköpfe und Leitschienen führen.
  • Zu Veminderung der Geräuschentwicklung sind entsprechend dem Stand der Technik eine große Anzahl von Vorschlägen gemacht worden. So hat man z.B. im Bereich der Lauf- und Führungsflächen der Schienen dünne Auflagen aus Blei oder Zinn aufgetragen. Diese Auflagen haben jedoch nur eine sehr geringe Verschleißfesigkeit und werden deshalb schnell abgetragen. Außerdem werden die Bremswege der auf diesen Schienen fahrenden Fahrzeuge in nicht vertretbarem Maße erhöht.
  • Aus der DE-A-1 903 177 ist eine geräuschmindernde Schiene. die im Bereich der Lauf- und Führungsflächen Auflagen aus NE-Metall aufweist und im Restquerschnitt aus Stahl besteht, bekannt, wobei das Ne-Metall aus einer ein- oder mehrphasigen Bronze mit mindestens 50 % Kupfergehalt und einem oder mehreren Legierungselementen, vorzugsweise Aluminium, Eisen, Mangan oder bzw. und Nickel, besteht.
  • Vorzugsweise ist das NE-Metall eine mehrphasige Aluminiumbronze mit 8 % Aluminium-, 2 % Eisen-, 12 % Mangan- und 2 % Nickelgehalt neben Kupfer als Restgehalt.
  • Die nach dieser Patentschrift verwendeten Bronzen weisen hohe Festigkeits- und Verschleißeigenschaften auf. Die Bronze ist dabei mit dem restlichen stählernen Schienenwerkstoff vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung verbunden. Die Aufschweißung der Bronze kann sowohl bei neuen wie abgenutzten Schienen sowohl in Fabrikationsstätten als auch im eingebauten Gleis angewendet werden. Nach dem Aufschweißen werden die Schienen im Aufschweißungsbereich profilgerecht geschliffen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch dieser Lösungsvorschlag nicht voll befriedigen kann.
  • Aus der DE-A-583 928 ist eine Schiene bekannt, welche zwecks Vermeidung der Geräuschbildung durch Schlitze, Einschnitte oder dergleichen unterbrochen ist. Als Schiene wird dabei eine Rillenschiene verwendet, bei der die Fahrschiene und die Zwangsschiene entweder aus einem Stück besteht oder bei der die Fahrschiene und die Zwangsschiene miteinander lösbar verbunden sind. Die Schlitze oder Einschnitte verlaufen dabei quer zur Schienenlängsrichtung abwechselnd in der Oberkante und der Unterkante der Zwangsschiene. Diese Schlitze oder Einschnitte können dabei mit verschleißfestem oder schmierendem Werkstoff. wie z.B. Blei oder Weißmetall (Lagermetall), ausgefüllt werden. Diesem Lösungsgedanken liegt die Überlegung zugrunde, daß die Schallfortleitung durch diese Schlitze gehemmt wird. Jedoch hat auch dieser Vorschlag nicht zu einer Lösung des Problems der Geräuschverminderung geführt. Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Schiene mit quer verlaufenden Schlitzen oder Einschnitten zeigt eine wesentlich verminderte mechanische Belastbarkeit und kann deshalb in rauhen Streckenbetrieben nicht eingesetzt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geräuschmindernde Schiene zu schaffen, die die Eigenschaft der Geräuschminderung über einen langen Zeitraum behält und deren Festigkeitseigenschaften nicht vermindert sind.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit eine geräuschmindernde Schiene, insbesondere Rillenschiene für Kurven von Straßenbahngleisen, welche im Fahrflächenbereich aus einem NE-Metall und der restliche Schienenquerschnitt aus Stahl besteht und welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Lauffläche des Schienenkopfes mittig eine in Schienenlängsrichtung verlaufende Nut profilgerecht mit einem Lagermetall ausgefüllt ist.
  • Als Lagermetalle eignen sich insbesondere die bleireichen und zinnreichen Legierungen, wie sie z.B. in der DIN iso 4381 beschrieben sind. Beispiele solcher Legierungen sind: Tabelle 1
    Bleireiche Legierungen
    Chemische Elemente Chemische Zusammensetzung in % (Masseanteile)
    PbSb15SnAs PbSb15Sn10 PbSb14Sn9CuAs PbSb10Sn6
    Pb 80,0 bis 84,0 71,0 bis 77,0 70,0 bis 78,0 80,0 bis 86,0
    Sb 13,5 bis 15,5 14,0 bis 16,0 13,0 bis 15,0 9,0 bis 11,0
    Sn 0,9 bis 1,7 9,0 bis 11,0 8,0 bis 10,0 5,0 bis 7,0
    Cu 0,7 0,7 0,7 bis 1,5 0,7
    As 0,8 bis 1,2 0,6 0,3 bis 1,0 0,25
    Cd 0,02 0,05 0,3 bis 0,7 0,05
    Ni - - 0,2 bis 0,6 -
    Bi 0,1 0,1 0,1 0,1
    Fe - 0,1 0,1 0,1
    Al 0,005 0,005 0,005 0,005
    Zn 0,005 0,005 0,005 0,005
    Sonstige zusammen 0,2 0,2 0,2 0,2
    Tabelle 2
    Zinnreiche Legierungen
    Chemische Elemente Chemische Zusammensetzung in % (Masseanteile)
    SnSb12Cu6Pb SnSb8Cu4 SnSb8Cu4Cd
    Sn 79,0 bis 81,0 88,0 bis 90,0 88,0 bis 99,0
    Sb 11,0 bis 13,0 7,0 bis 8,0 7,0 bis 8,0
    Cu 5,0 bis 7,0 3,0 bis 4,0 3,0 bis 4,0
    Cd - - 0,8 bis 1,2
    Pb 1,0 bis 3,0 0,35 0,35
    As 0,1 2) 0,1 3) 0,5
    Ni - - 0,1 bis 0,5
    Bi 0,08 0,08 0,08
    Fe 0,1 0,1 0,05
    Al 0,005 0,005 0,005
    Zn 0,005 0,005 0,005
    Sonstige zusammen 0,4 0,2 0,2
    2) In Sonderfällen ist ein Höchstwert von 0,8 % (Masseanteile) zulässig
    3) In Sonderfällen ist ein Höchstwert von 0,5 % (Masseanteile) zulässig
  • Als besonders brauchbar hat sich folgende Legierung erwiesen:
    Chemische Zusammensetzung % (Masseanteile)
    Pb 82,2
    Sn 6
    Cd 0,5
    Cu 0,8
    Sb 10,0
    Ni -
    As 0,5
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schienen werden neue Schienen vorzugsweise am Ort der Herstellung oder verlegte Schienen durch Fräsen oder Schleifen mit einer Nut versehen, die mittig im Schienenkopf und in Schienenlängsrichtung verlaufend angeordent sind. Diese Längsnut hat vorzugsweise eine mittlere Breite von 8 bis 18 mm und eine Tiefe von 3 bis 10 mm. Besonders bevorzugt weist die Längsnut eine mittlere Breite von 10 bis 15 mm und eine Tiefe von 3 bis 6 mm auf. Vor denn Einbringen des Lagermetalls werden zweckmäßig die Begrenzungsflächen der Nut verzinnt. Dies kann in an sich bekannter Weise mit einer Ammonchlorid/Alkalichloride enthaltenden Zinnpulverpaste in die Nut und Beaufschlagung der Nut mit der Flamme eines Brenners geschehen. In die so vorbereitete verzinnte Nut wird das Lagermetall in einem gewissen Überschuß eingeschmolzen. Nach dem Erkalten wird der über das Profil des Schienenkcpfes ragende Überschuß des Lagermetalls in an sich bekannter Weise abgetragen. Dies kann von Hand oder unter Verwendung von Schienenkopfschleifmaschinen geschehen.
  • Es hat sich bei entsprechenden Versuchen in eingebauten Gleisen z.B. Kehrschleifen von Straßenbahnen, gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Schienen geräuschfrei befahren werden können, ohne daß störende Quietschgeräusche auftreten. Die mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Schienen ist weitgehend erhalten. Der Bremsweg der auf diesen Schienen fahrenden Fahrzeuge liegt innerhalb der vorgeschriebenen Bedingungen.
  • Entsprechend der DE-A-1 903 177 besteht die Schiene im Bereich der Lauf- und Führungsfläche aus NE-Metall. Der Laufflächenbereich des Rades stützt sich beim Überfahren auf die Lauffläche der Schiene ab. Er muß deshalb eine entsprechende Festigkeit aufweisen. Diese Festigkeit muß auch im Anlagebereich des Radkranzes an der Führungsfläche der Schiene gewährleistet sein. Als NE-Metall werden ein- oder mehrphasige Bronzen mit mindestens 50% Kupfer empfohlen. Dennoch ist eine relativ starke Abfahrung im Laufe des Befahrens nicht zu vermeiden. Im Gegensatz dazu stützt sich der Laufflächenbereich des Rades bei der enfindungsgemäßen Schiene überwiegend auf dem aus dem ursprünglichen Schienenstahl bestehenden Bereich der Lauffläche der Schiene ab, wobei auch die Führungsfläche aus dem ursprünglichen Schienenstahl besteht. Das in der Nut befindliche Lagermetall, welches sich in der Mittelzone der Lauffläche der Schiene befindet, kann die Funktion des Verhinderns von Quietschgeräuschen ausüben, ohne aus der Nut herausgequetscht zu werden. Diese Lehre kann weder der DE-A-1 903 177, noch der Lehre der DE-A-583 928 entnommen werden. Bei der DE-A-583 928 wird das Lagermetall in quer zur Schienenlängsrichtung verlaufenden Schlitzen oder Einschnitten eingebracht, welche die Bruchfestigkeit der Schiene mindern, wobei diese Schlitze oder Einschnitte vorzugsweise in der Ober- und Unterkante der Einsatzschiene angeordnet sind.

Claims (4)

  1. Geräuschmindernde Schiene, insbesondere Rillenschiene für Kurven von Straßenbahngleisen, welche im Fahrflächenbereich aus einem NE-Metall und der restliche Schienenquerschnitt aus Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lauffläche des Schienenkopfes mittig eine in Schienenlängsrichtung verlaufende Nut profilgerecht mit einem Lagermetall ausgefüllt ist.
  2. Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall eine bleireiche oder zinnreiche an sich bekannte Lagermetalllegierung ist.
  3. Schiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Lagermetall ausgefüllte Längsnut eine mittlere Breite von 8 bis 18 mm und eine Tiefe von 3 bis 10 mm aufweist.
  4. Schiene nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut eine mittlere Breite von 10 bis 15 mm und eine Tiefe von 3 bis 6 mm aufweist.
EP89115342A 1988-08-30 1989-08-19 Geräuschmindernde Schiene Expired - Lifetime EP0356852B1 (de)

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EP0356852A2 EP0356852A2 (de) 1990-03-07
EP0356852A3 EP0356852A3 (en) 1990-07-04
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