EP0446879A1

EP0446879A1 - Eisenbahnschiene mit Verschleissprofil

Info

Publication number: EP0446879A1
Application number: EP91103790A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. Heller; Hans Dipl.-Ing. Schultheiss
Original assignee: Thyssen Stahl AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1991-09-18
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: DE59100114D1; DE4008299C1; EP0446879B1

Abstract

Um den Verschleiß des Schienenkopfes bei einer UIC - Eisenbahnschiene zu vermindern, hat das Ausgangsprofil des Schienenkopfes (2) an den Fahrkanten (4) jeweils einen Krümmungsradius (r3), dessen Länge 1/13 bis 1/17 der Länge des Krümmungsradius (r1) der Lauffläche im Schienenkopfmittenbereich (3) beträgt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Eisenbahnschiene, insbesondere Eisenbahnschiene mit einem vom Internationalen Eisenbahnverband UIC standardisierten, dem im Bahnbetrieb sich einstellenden Einheitsverschleißprofil entsprechenden Ausgangsprofil des Schienenkopfes, das eine über die Schienenkopfbreite nach oben gekrümmte Lauffläche mit vom Schienenmittenbereich zu den Fahrkanten hin abnehmenden Krümmungsradien aufweist.
Kurvenschienen unterliegen einer verstärkten Beanspruchung durch Verschleiß und Ermüdungsschäden, wie z.B. "Shelling" (Fahrkantenausbrechungen) und "Headchecking" (Kontaktermüdungsanrisse). Beide Schadensarten beeinflussen das Fahrverhalten der Züge und die Haltbarkeit des Oberbaues nachteilig. Sie führen zu vorzeitigem Versagen und Ausbau der Schienen und können sich sogar zu Querbrüchen entwickeln. Mit Einführung und Verbesserung der Spurkranzschmierung hat sich der Schienenverschleiß vermindert und die Anfälligkeit für Ermüdungsschäden verstärkt.
Langjährige Betriebserfahrungen der Eisenbahnen haben gezeigt, daß sich im Schienenkopf einerseits und an der Lauffläche der Räder andererseits nach gewisser Betriebszeit ein sogenanntes "Einheitsverschleißprofil" einstellt, das unabhängig vom Ausgangsprofil des Schienenkopfes ist (DE-Z Eisenbahntechn. Rundschau, 1966, S. 338/346). Viele Betreiber von Bahnen haben daraus die Lehre gezogen, die neuen Schienen am Schienenkopf bereits mit der Geometrie des Verschleißprofils zu walzen; entsprechendes gilt auch für die Radprofile.
Beim standardisierten Einheitsprofil des Internationalen Eisenbahnverbandes ist bei z.B. der Schiene UIC 60 die Lauffläche mit einem Radius R = 300 mm, die Fahrkante mit R = 13 mm gekrümmt. Der Zwischenbereich hat eine Krümmung von R = 80 mm. Beim Anlaufen des Rades in Kurven treten trotz der Einheitsprofile die oben genannten Ermüdungsschäden auf. Sie deuten darauf hin, daß es an der Fahrkante zu punktförmigen Kontakten zwischen Rad und Schiene kommt, bei denen sowohl die senkrechte Radlast als auch die seitliche Spurführungskraft an einer Stelle zusammenwirken. Es hat Versuche gegeben, diese für den Werkstoff kritische Beanspruchung dadurch zu vermeiden, daß am gleisinnenseitigen Rand des Fahrspiegels eine Nut eingearbeitet ist oder der Schienenkopf zur Gleisinnenseite eine stärkere Neigung hat (DE-Z Braunkohle, Heft 7, 1972, S. 219/227). Das Betriebsverhalten verschlechterte sich durch diese Maßnahme. Die Nut wurde zugequetscht, wobei sich in besonders starkem Maße Ermüdungsschäden bildeten. Bei der Schiene mit geneigter Fahrfläche überwalzte sich die Kante, und es bildeten sich erhebliche Kantenausbrüche. Die Aufgabe der Vermeidung bzw. Verzögerung von Ermüdungsschäden an der Fahrkante, insbesondere bei Kurvenschienen, ist somit nach wie vor ungelöst.
Erfindungsgemäß können die geschilderten Probleme wesentlich entschärft werden, wenn bei einer Schiene der eingangs genannten Art das Ausgangsprofil des Schienenkopfes an den Fahrkanten je einen Krümmungsradius hat, dessen Länge 1/13 bis 1/17 der Länge des Krümmungsradius der Lauffläche im Schienenkopfmittenbereich trägt.
Bei einem Krümmungsradius im Schienenmittenbereich von 200 bis 800 mm und sich zu den Fahrkanten hin möglichst stufenlos anschließenden Übergangsradien beträgt der Krümmungsradius an den Fahrkanten 17 bis 23 mm. Insbesondere bezogen auf eine Schiene UIC 60 mit einem Krümmungsradius im Schienenmittenbereich von 300 mm und sich zu den Fahrkanten hin anschließenden Übergangsradien von 80 mm beträgt der Krümmungsradius an den Fahrkanten 18 bis 22 mm, ist damit um 5 bis 9 mm größer als der bisherige Kantenradius des Einheitsprofils von 13 mm.
Die erfindungsgemäß flacher gehaltenen Fahrkantenabschnitte sind ursächlich für die verminderte Anfälligkeit der erfindungsgemäßen Schienen mit Bezug auf Verschleiß und Ermüdungsschäden, wie Fahrkantenausbrechungen und Kontaktermüdungsanrisse.
Das erfindungsgemäße Profil des Schienenkopfes kann bei allen gängigen Schienenprofilen nach dem UIC-Standard zur Anwendung kommen. Erforderlich ist nur, daß die bisher klein gehaltenen Fahrkantenradien entsprechend der erfindungsgemäßen Bemessungsregel vergrößert werden. Versuche haben gezeigt, daß UIC 60 - Schienen mit nunmehrigen vergrößerten Kantenradien (z.B. 20 mm) nach zwei bis drei Jahren in Kurven mit 400 bis 600 m Gleisradius noch keine Fahrkantenkontakte zwischen Rad und Schiene aufwiesen, d.h. die Walzoberfläche an dieser Stelle noch vorhanden war. Mit erfindungsgemäß ausgestalteten Schienen läßt sich die Lebensdauer von schadhaft werdenden Kurvenschienen somit um zwei bis drei Jahre verlängern. Bei einer mittleren Lebensdauer von Kurvenschienen von ca. 12 Jahren entspricht das einer Steigerung der Lebensdauer um 25 %. Der beidseitig gleiche Fahrkantenradius erlaubt den Einbau in beiden Schienensträngen und auch im geraden Gleis. Bei einer um 25 % verbesserten Haltbarkeit ist sichergestellt, daß sich keine Nachteile auf Geometrie und Haltbarkeit der Räder ergeben. Der wirtschaftliche Vorteil für die Bahngesellschaften ist erheblich. Er ergibt sich aus geringerem Schienenbedarf und geringeren Umbaukosten.
In der einzigen Figur ist eine erfindungsgemäß umgestaltete Schiene UIC 60 maßstäblich im Querschnitt dargestellt. Die Schiene 1 weist einen Schienenkopf 2 auf. Über die Schienenkopfbreite ist der Schienenkopfmittenbereich 3 mit einem Radius r₂ = 300 mm, die Übergangsbereiche 3' mit Radien r₂ = 80 mm gekrümmt. Die Fahrkanten 4 haben je Radien r₃ von 20 mm.
Zum Vergleich sind die bisher üblichen Kantenradien r₄ = 13 mm des "alten" UIC-Profils strichliert eingezeichnet. Das erfindungsgemäße Profil ist somit im abgerundeten Übergangsbereich an den Fahrkantenflächen flacher gewölbt als das bisher standardisierte Einheitsverschleißprofil der Schiene UIC 60.

Claims

Eisenbahnschiene, insbesondere Eisenbahnschiene mit einem vom Internationalen Eisenbahnverband UIC standardisierten, dem im Bahnbetrieb sich einstellenden Einheitsverschleißprofil entsprechenden Ausgangsprofil des Schienenkopfes, das eine über die Schienenkopfbreite nach oben gekrümmte Lauffläche mit vom Schienenmittenbereich zu den Fahrkanten hin abnehmenden Krümmungsradien aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil des Schienenkopfes (2) an den Fahrkanten (4) je einen Krümmungsradius (r₃) hat, dessen Länge 1/13 bis 1/17 der Länge des Krümmungsradius (r₁) der Lauffläche im Schienenkopfmittenbereich (3) beträgt.
Eisenbahnschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Krümmungsradius (r₁ ) im Schienenmittenbereich von 200 bis 800 mm und sich zu den Fahrkanten hin möglichst stufenlos anschließenden Übergangsradien (r₂) der Krümmungsradius den Fahrkanten (r₃) 17 bis 23 mm beträgt.
Eisenbahnschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übergangsradien (r₂ ) von 80 mm zwischen dem Schienenkopfmittenbereich (3) und den Fahrkanten (4) der Krümmungsradius (r₃ ) an den Fahrkanten (4) 18 bis 22 mm beträgt.