EP0372245B1 - Einschienenbahn - Google Patents

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EP0372245B1
EP0372245B1 EP89120711A EP89120711A EP0372245B1 EP 0372245 B1 EP0372245 B1 EP 0372245B1 EP 89120711 A EP89120711 A EP 89120711A EP 89120711 A EP89120711 A EP 89120711A EP 0372245 B1 EP0372245 B1 EP 0372245B1
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EP
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metal coating
monorail
roller
cross
monorail according
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Thomas Ing. Wenter
Nikolaus Ing. Schnitzhofer
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Voest Alpine Steinel GmbH
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Voest Alpine Steinel GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/04—Monorail systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B25/00—Tracks for special kinds of railways
    • E01B25/22—Tracks for railways with the vehicle suspended from rigid supporting rails
    • E01B25/24—Supporting rails; Auxiliary balancing rails; Supports or connections for rails

Definitions

  • the invention relates to a monorail consisting of profiled rails and self-propelled driving means, the profiled rails having horizontal running surfaces for driven rollers and the driving means further comprising guide rollers and / or hold-down rollers.
  • Such monorails are used, for example, in factory systems for conveying components or assemblies of various designs to be assembled. In this way, the load can be attached to the vehicle or placed on the vehicle.
  • the horizontal tread for the roller can be formed on the upper or lower flange of the profile rail and the guide and hold-down rollers can be available in different numbers and arrangements.
  • the profile rails can also be made of aluminum or steel and have different cross-sections.
  • All of these monorail systems have in common that a roller transmits the peripheral force from the driven roller to the profile rail.
  • the circumferential force is particularly great when accelerating, braking and negotiating gradients and would cause the roller to spin when subjected to the high accelerations and decelerations required in modern systems and when negotiating gradients, which are also common in factory systems.
  • acceleration and deceleration are limited and inclines cannot be implemented at all without special design measures.
  • the metal covering applied in this way brings about a reliable increase in the coefficient of friction, which is also only slightly affected by lubricants, with little wear on the roller covering.
  • the explanation for this is likely to be the special surface structure that occurs during cold spraying due to the superficial melting of the sprayed particles. It has strong bumps, but still no sharp edges and should also form channels through which small amounts of lubricant are pressed away.
  • the layer itself is subject to very little wear due to its hardness and is sufficiently firmly connected to the rail surface by the method of application.
  • Cold spraying also has the advantage that the heat input to the profile rail is so low that no distortions, shrinkage or undesirable structural changes can occur and that those used for spraying on Spraying machines are mobile and therefore reworking should they be necessary can be carried out on the spot. Finally, the costs are low because no special materials are required and cold spraying is a quick and easy process.
  • a particularly suitable surface structure is formed when flame spraying or arc spraying with a metal wire is used as the starting material as the cold spraying method.
  • the surface structure of the applied metal covering then shows particularly deep fissures, but which are still not sharp-edged. Alloy steel has proven to be particularly advantageous and inexpensive as a material for the metal covering.
  • the metal covering consists of an adhesive layer and a wear layer, which is particularly important for profile rails made of (e.g. extruded) aluminum.
  • a layer thickness of 0.3 to 0.6 mm has proven to be optimal in terms of effect and cost. However, this can also be greatly increased, for example in order to increase the profile rail in the case of particularly steep or even vertical climbing sections in such a way that the contact pressure also increases.
  • Fig. 1 shows an example of a monorail with driving equipment, in which the subject invention is applicable.
  • the profile rail (1) consists of an upper flange (2), a lower flange (3) and a web (4).
  • a driving device (5) is formed by a chassis (6) which carries a roller (7), pressure roller (9) and a number of guide rollers (10) driven by the motor (8).
  • the roller (7) rolls on the horizontal running surface (11) of the upper flange (2).
  • the roller (7 ') rolls on the tread (11') of the lower flange (3).
  • the pressure rollers (9) are used to hold down the driving equipment and to absorb tilting moments when accelerating. You can be rigid or connected to the chassis (6) via a compression spring, not shown.
  • Guide rollers (10) stabilize and guide the driving equipment.
  • the roller (7) has a bandage (12) made of a plastic of certain hardness, for example polyurethane, to dampen vibrations.
  • a circumferential force is transmitted to the running surface (11) by friction via this bandage (12).
  • a metal covering (15) is applied to this tread (11) (FIG. 2) by cold spraying.
  • Cold spraying is understood to mean surface application processes in which the material to be applied (ceramics, carbides, metals etc.) is melted by means of a fuel gas oxygen flame or with a light or plasma arc and, usually supported by an atomizing gas, is thrown onto the surface to be coated.
  • the material to be applied ceramics, carbides, metals etc.
  • a fuel gas oxygen flame or with a light or plasma arc is melted by means of a fuel gas oxygen flame or with a light or plasma arc and, usually supported by an atomizing gas, is thrown onto the surface to be coated.
  • atomizing gas atomizing gas
  • the metal covering (15) consists of an adhesive layer (13) which contains 80% nickel and 20% aluminum and a wear layer which is a chromium steel of the composition 0.35% C, 0.35% Mn, 0.5 % Ni, 13% Cr, rest Fe.
  • This wear layer is tough and has a particularly favorable surface structure.
  • Fig. 3 is a modification of the invention, which differs from the embodiment of Fig. 2 by the much greater thickness of the wear layer (14). It is so thick that the roller (7) and the pressure rollers (9) are pressed apart, which results in an increased contact pressure. Such a thick wear layer can only be applied with a cold spray process due to the fact that it does not shrink.
  • the variant of FIG. 4 differs from the previous ones only by the cambered upper edge of the wear layer (14), which enables the oil film to be pushed aside in the case of heavily oil-contaminated rails.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einschienenbahn, bestehend aus Profilschienen und selbstfahrenden Fahrbetriebsmitteln, wobei die Profilschienen im Querschnitt horizontale Laufflächen für angetriebene Laufrollen und die Fahrbetriebsmittel weiters Führungsrollen und/oder Niederhalterollen aufweisen.
  • Solche Einschienenbahnen werden beispielsweise in Fabriksanlagen zur Förderung zu montierender Bauteile oder Baugruppen in den verschiedensten Bauarten verwendet. So kann die Last am Fahrbetriebsmittel angehängt oder auf das Fahrbetriebsmittel aufgelegt werden. Die horizontale Lauffläche für die Laufrolle kann am oberen oder am unteren Flansch der Profilschiene ausgebildet und die Führungs- und Niederhalterollen können in verschiedener Zahl und Anordnung vorhanden sein. Weiters können die Profilschienen aus Aluminium oder Stahl bestehen und verschiedene Querschnitte haben. Schließlich ist es bei größeren Lasten möglich, ein Selbstfahrendes mit einem gezogenen Fahrbetriebsmittel zu kuppeln. In der DE-OS 36 17 238 ist ein Beispiel einer solchen Finschienenbahn beschrieben.
  • Allen diesen Einschienenbahnsystemen ist gemeinsam, daß eine Rolle die Umfangskraft von der angetriebenen Laufrolle auf die Profilschiene überträgt. Die Umfangskraft ist beim Beschleunigen, Bremsen und Uberwinden von Steigungen besonders groß und würde bei den in modernen Anlagen geforderten hohen Beschleunigungen und Verzögerungen sowie beim Überwinden von Steigungen, die in Fabriksanlagen auch oft vorkommen, zum Durchdrehen der Laufrolle führen.
  • Dadurch sind Beschleunigung und Verzögerung und damit auch die Fahrgeschwindigkeit der Fahrbetriebsmittel begrenzt und Steigungsstrecken ohne besondere konstruktive Maßnahmen überhaupt nicht realisierbar.
  • Zur Uberwindung von Steigungen ist es bekannt, eine formschlüssige Berührung zwischen Laufrolle und Schiene oder externe Hilfsantriebe vorzusehen. Solche Lösungen sind jedoch aufwendig, störungsanfällig und benötigen eine Synchronisiereinrichtung, um am Anfang der Steigstrecke den Formschluß herzustellen. Die Erhöhung des Reibwertes in einem für das Uberwinden stärkerer Steigungen nötigen Ausmaß durch erhöhten Anpreßdruck der Niederhalterollen oder durch Keilwirkung (DE-OS 23 52 716) ist konstruktiv zu aufwendig, erhöht den Verschleiß und steigert den Energieverbrauch.
  • Die Erhöhung des Reibwertes mit den üblichen reibungserhöhenden Belägen, z.B. adhäsiven Kunststoffen oder Schmirgelbändern hat auch keine befriedigenden Ergebnisse gebracht. Bei ersteren reicht die Erhöhung des Reibwertes nicht aus und sie wird durch verschmierte Reibflächen (solche sind in Fertigungsbetrieben nicht zu vermeiden) vollends zunichte gemacht. Schmirgelbänder lösen sich durch die darüber rollenden Laufrollen von der Profilschiene ab, verschleißen selbst schnell und führen zu großem Verschleiß der aus Dämpfungsgründen notwendigen Kunststoffbandagen der Laufrollen.
  • Es wird vermutet, daß der Verschleiß dieser Bandagen durch die scharfen Kanten der Schmirgelschicht hervorgerufen wird. Erstaunlich ist, daß auch die Wirkung von Schmirgelbändern durch Anwesenheit von Schmiermitteln zurückgeht. Alle Schäden an Bändern oder Laufrollen können zum Stillstand der ganzen Bahnanlage und damit der Produktion führen und müssen daher vermieden werden. Schließlich spielen die Investitions- und Wartungskosten bei einer ganzen Bahnanlage eine entscheidende Rolle.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, möglichst billig eine zuverlässige Erhöhung des Reibwertes zu erzielen, bei minimalem Verschleiß und minimaler Störanfälligkeit.
  • Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß diejenigen im Querschnitt horizontalen Laufflächen der Profilschiene, die mit der angetriebenen Laufrolle zusammenwirken, einen durch Kaltspritzen aufgebrachten Metallbelag aufweisen.
  • Der so aufgebrachte Metallbelag bewirkt eine zuverlässige Erhöhung des Reibwertes, die auch durch Schmiermittel nur wenig beeinträchtigt wird, bei geringem Verschleiß des Rollenbelages. Die Erklärung dafür dürfte in der besonderen Oberflächenstruktur liegen, die beim Kaltspritzen durch das nur oberflächliche Schmelzen der gespritzten Teilchen entsteht. Sie weist starke Unebenheiten, aber trotzdem keine scharfen Kanten auf und dürfte außerdem Kanäle bilden, durch die geringe Schmierstoffmengen weggepreßt werden.
  • Die Wirkung der durch das Kaltspritzen entstehenden Oberflächenstruktur ist umso bemerkenswerter, als das Kaltspritzen von Metall normalerweise bei Reparaturschweißungen an Führungen von Maschinen angewendet wird, immer gefolgt von einer Bearbeitung, bei der diese dort unerwünschte Oberfläche abgetragen wird.
  • Die Schicht selbst unterliegt wegen ihrer Härte nur sehr geringem Verschleiß und ist durch die Methode der Aufbringung hinreichend fest mit der Schienenoberfläche verbunden.
  • Das Kaltspritzen hat außerdem noch den Vorteil, daß die Wärmezufuhr zur Profilschiene so gering ist, daß keine Verzerrungen, Schrumpfungen oder unerwünschte Gefügeänderungen auftreten können und daß die zum Aufspritzen verwendeten Spritzmaschinen mobil sind und daher Nachbesserungen, sollten sie doch einmal notwendig sein, an Ort und Stelle ausgeführt werden können. Schließlich sind die Kosten niedrig, da keine besonderen Werkstoffe erforderlich sind und das Kaltspritzen ein schnelles und einfaches Verfahren ist.
  • Eine besonders geeignete Oberflächenstruktur bildet sich aus, wenn als Kaltspritzverfahren das Flammspritzen oder das Lichtbogenspritzen mit einem Metalldraht als Ausgangsmaterial angewendet wird. Die Oberflächenstruktur des aufgebrachten Metallbelages weist dann besonders tiefe Zerklüftungen auf, die aber noch immer nicht scharfkantig sind. Als Werkstoff für den Metallbelag hat sich legierter Stahl als besonders vorteilhaft und preisgünstig erwiesen.
  • Eine besonders feste Bindung wird erreicht, wenn der Metallbelag aus einer Haftschicht und einer Verschleißschicht besteht, was bei Profilschienen aus (z.B. stranggepreßtem) Aluminium besonders wichtig ist.
  • Besonders gute Resultate werden mit einer Haftschicht aus einer 60 - 90 % Nickel und 10 - 40 % Aluminium enthaltenden und mit einer Verschleißschicht aus einer 10 - 25 % Chrom enthaltenden Eisen-Legierung erhalten. Die verwendeten Metalle sind außerdem relativ billig.
  • Als hinsichtlich Wirkung und Kosten optimal hat sich eine Schichtdicke von 0,3 bis 0,6 mm erwiesen. Allerdings kann diese auch stark erhöht werden, etwa um bei besonders steilen oder etwa gar senkrechten Steigstrecken, die Profilschiene so zu erhöhen, daß sich zusätzlich der Anpreßdruck erhöht.
  • Bei Anwesenheit besonders großer Öl- oder Schmierfettmengen ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Metallschicht im Querschnitt bombiert zu gestalten, wodurch das Schmiermittel leichter seitlich weggedrückt werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert:
    • Figur 1: Schematischer Querschnitt durch eine Einschienenbahn mit Fahrbetriebsmittel, bei der die Erfindung angewendet werden kann.
    • Figur 2: Detail A aus Fig. 1, stark vergrößert,
    • Figur 3: Variante zu Fig. 2,
    • Figur 4: Andere Variante zu Fig. 2.
  • Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Einschienenbahn mit Fahrbetriebsmittel, bei der die gegenständliche Erfindung anwendbar ist. Die Profilschiene (1) besteht aus einem Oberflansch (2), einem Unterflansch (3) und einem Steg (4). Ein Fahrbetriebsmittel (5) wird von einem Chassis (6) gebildet, das eine vom Motor (8) angetriebene Laufrolle (7), Andruckrolle (9) und eine Anzahl von Führungsrollen (10) trägt. Die Laufrolle (7) rollt dabei auf der horizontalen Lauffäche (11) des Oberflansches (2) ab. In der strichliert eingezeichneten Variante rollt die Laufrolle (7′) auf der Lauffläche (11′) des Unterflansches (3) ab. Die Andruckrollen (9) dienen zum Niederhalten des Fahrbetriebsmittels und zum Auffangen von Kippmomenten beim Beschleunigen. Sie können starr oder über eine nicht dargestellte Druckfeder mit dem Chassis (6) verbunden sein. Führungsrollen (10) stabilisieren und führen das Fahrbetriebsmittel.
  • Die Laufrolle (7) verfügt zur Schwingungsdämpfung über eine Bandage (12) aus einem Kunststoff bestimmter Härte, z.B. Polyurethan. Uber diese Bandage (12) wird durch Reibung eine Umfangkraft auf die Lauffläche (11) übertragen. Erfindungsgemäß ist auf dieser Lauffläche (11) (Fig. 2) ein Metallbelag (15) durch Kaltspritzen aufgebracht.
  • Unter Kaltspritzen versteht man Oberflächenauftragsverfahren, bei denen das aufzutragende Material (Keramik, Karbide, Metalle etc.) mittels einer Brenngas-Sauerstoffflamme oder mit einem Licht- oder Plasmabogen geschmolzen und, meist unterstützt durch ein Zerstäübergas, auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert werden. Von Kaltspritzen spricht man, weil dem Grundwerkstoff nur die in den aufgespritzten Tropfen enthaltene Wärme zugeführt wird, wodurch dessen Oberflächentemperatur in der Regel unter 150° C bleibt.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Metallbelag (15) aus einer Haftschicht (13) die 80 % Nickel und 20 % Aluminium enthält und aus einer Verschleißschicht, die ein Chromstahl der Zusammensetzung 0,35 % C, 0,35 % Mn, 0,5 % Ni, 13 % Cr, Rest Fe ist. Diese Verschleißschicht ist zähhart und weist eine besonders günstige Oberflächenstruktur auf. Aufgebracht wurden diese Schichten im Flammspritzverfahren mittels einer Spritzpistole. Dabei wird auf die Profilschiene zuerst die Haftschicht und dann in einem oder mehreren getrennten Arbeitsgängen die Verschleißschicht aufgebracht, wobei das jeweils verwendete Material der Spritzpistole in Drahtform zugeführt wird.
  • Fig. 3 ist eine Abwandlung der Erfindung, die sich von der Ausführung der Fig. 2 durch die wesentlich größere Dicke der Verschleißschicht (14) unterscheidet. Sie ist so dick, daß die Laufrolle (7) und die Andrückrollen (9) auseinandergedrückt werden, wodurch ein erhöhter Anpreßdruck entsteht. Eine so dicke Verschleißschicht läßt sich wegen der Schrumpffreiheit nur mit einem Kaltspritzverfahren auftragen. Die Variante der Fig. 4 schließlich unterscheidet sich von den vorhergehenden nur durch die bombierte Oberkante der Verschleißschicht (14), die bei stark ölverschmutzen Schienen ein Beiseitedrücken des Olfilms ermöglicht.

Claims (9)

1. Einschienenbahn, bestehend aus Profilschienen und Fahrbetriebsmitteln, wobei die Profilschienen im Querschnitt horizontale Laufflächen für angetriebene Laufrollen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt horizontalen Laufflächen (11) der Profilschiene (1), die mit der angetriebenen Laufrolle (7) des Fahrbetriebsmittels (5) zusammenwirken, einen durch Kaltspritzen aufgebrachten Metallbelag (15) aufweisen.
2. Einschienenbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kaltspritzverfahren Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen und als Ausgangsmaterial ein Metalldraht verwendet wird.
3. Einschienenbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag (15) eine Verschleißschicht (14, 14′ und 14˝) aus legiertem Stahl aufweist.
4. Einschienenbahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag aus einer Haftschicht (13, 13′, 13˝) und aus einer Verschleißschicht (14, 14′, 14˝) besteht.
5. Einschienenbahn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht 10 - 25 % Chrom enthält.
6. Einschienenbahn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (13, 13′ 13˝) 60 - 90 % Nickel und 10 - 40 % Aluminium enthält.
7. Einschienenbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag (15) eine Schichtdicke von 0,3 - 0,6 mm aufweist.
8. Einschienenbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag (15) eine Schichtdicke von 1 - 5 mm aufweist.
9. Einschienenbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht (14) des Metallbelages (15) im Querschnitt bombiert ist.
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