JP6749330B2 - 鉄道車両の車輪走行面のディープローリングのためのローリングユニット - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両のための車輪セットの車輪走行面を加工するためのローリングユニットに関し、
その際、前記ローリングユニットが、少なくとも１つのディープローラー（Ｆｅｓｔｗａｌｚｒｏｌｌｅ）を有しており、
このディープローラーでもって、新品状態、または、後の時点においての前記車輪セットの製造の後の、加工されるべき前記車輪走行面が、前記車輪走行面の耐用期間の増大のための再輪郭付与（Ｒｅｐｒｏｆｉｌｉｅｒｕｎｇ）の後に、ディープローリング加工（Ｆｅｓｔｗａｌｚｂｅａｒｂｅｉｔｕｎｇ）される。

鉄道車両は、通常、車輪セットを備えており、これら車輪セットでもって、車両と軌道体との間の永続的な接触が、および、従って、それぞれの鉄道車両の、確実な支持、および、案内が保証される。これら車輪セットは、このローラー接触によって、直接的に負荷を与えられ、且つ、コントロールされた車両の運動のために、安全性にとって重要である。
レールとの協働において、車輪走行面の幾何学的形状は、車両の走行を規定する。鉄道車両の保守において、車輪セットには、従って、特別な意義がある。高信頼性、および、品質に対する高い要求は、現在の構造部材状態、および、使用可能な磨耗貯蔵（Ｖｅｒｓｃｈｌｅｉｓｓｖｏｒｒａｔｅｓ）の、規則的な検査、および、評価を必要とする。

車輪−レール−システムは、走行作動において、持続的な滑り−、および、転動運動によって、種々の磨耗メカニズムの影響下にある。このことから導かれる車輪走行面プロフィルの変形は、乗客、および、周囲環境に対する音響的な雑音源と並んで、同様に、車輪セット、および、例えば、車輪軸受部、台車のような、周囲に位置する構造部材に対する材料機能不全をも具現する。
この問題は、車輪走行面プロフィルの、いわゆる再輪郭付与によって、十分に回避されるべきである。

車輪走行面のプロフィルの造形において、確実な、走行快適な、且つ、磨耗の少ない案内が達成しようとされている。それ故、車輪とレールとの間の、通常の磨耗を顧慮する輪郭が実現される。理想的な場合において、この輪郭は、鉄道車両の運転の間じゅう、変化しないか、または、ほんの少しだけ変化する。

車輪、および、レールにおける材料削磨により発生する磨耗は、一義的に、接触ゾーン内における摩擦効率、および、材料ペアリングに依存する。基本的に、その際、走行面磨耗と車輪フランジ磨耗との間で異なる。
これら両方の磨耗プロフィル（Ｖｅｒｓｃｈｌｅｉｓｓｐｒｏｆｉｌｅ）の統合によって、再輪郭付与されるべき、可能な磨耗プロフィルが与えられる。

この様式の再輪郭付与は、車輪セット加工機械でもって実施され得、この車輪セット加工機械は、様々なバリエーションにおいて、例えば、床下−、または、床上構成として、または、フラットベッド−、および、ガントリー構造様式において、公知である。この車輪セット加工機械でもって、車輪走行面は、切削による方法の使用のもとで、有利には、旋盤加工を用いて加工され、従って、これら機械は、同様に、車輪セット旋盤機械とも称される。

回転対称的な物体の表面内への押圧残留応力（Ｄｒｕｃｋｅｉｇｅｎｓｐａｎｎｕｎｇ）の導入により、磨耗特性が改善され得ることの認識を出発点として、既に、車輪セットの選択された部分を、車輪製造の直後に、新品状態、または、上首尾な再輪郭付与の後に、遅れて、付加的なディープローリング加工を被らせることが提案されている。
従って、車輪走行面の更なる耐用期間の増大は、このディープローリングによって達成され得る。

この表面のディープローリングは、構造部材縁部層の、機械的な、最小侵入性（ｍｉｎｉｍａｌｉｎｖａｓｉｖｅｓ）の変形である。その際、適当なローリング体が、押圧力のもとで設定された状態で、仕上げられた構造部材の表面の上を通過して案内される。直接的な構造部材−接触領域は、可塑的に、および、隣接する接触領域が、弾性的に変形される。
それぞれの実際的な接触状況に依存して、この表面だけが平滑にされ、その際、小さな刻み目は平滑にされ、または、材料が、可塑的に変形された容積において硬化される。

車輪セットのためのディープローリングの使用の際に、従って、車輪走行面の冷間加工硬化によって、表面粗さの平滑化、もしくは、低減、縁部層の硬化、および、縁部ゾーン内への押圧残留応力の導入が達成される。この変形によって、切削加工の予加工により材料縁部層内において存在する、有害な残留応力は、取り除かれ得る。
弾性的、および、可塑的な変形の協働において、強度的に有利な残留応力状態は、新たに強い影響を残される。外側の縁部層内において、このディープローリングの後、押圧残留応力が存在し、これら押圧残留応力は、車輪走行面の磨耗の低減、もしくは、鉄道車両車輪の走行性能の向上を生じさせる。このことによって、場合によっては生じる亀裂の発生と同様に、これら亀裂の進行も、著しく制限される。
ディープローリングによる、専ら機械的なこの表面処理は、極めて効果的な、周囲環境を損なわない、且つ、天然資源を大切にする方法である。

特許文献１内において、鉄道車両用車輪セットにおけるナックルアームの、ディープローリングのためのローラーが記載されている。
このディープローラーの作業面は、円筒形の基礎体から成っている。ディープローリングの際に、このディープローラーの軸は、ナックルアームの軸に対して傾斜して延在し、且つ、加工されるべき表面の上で、長く延ばされた水滴形の押し型を生じさせる。その結果として、この押し型の領域内において、このディープローリングによって、残留応力が、このナックルアームの表面内へと導入され、このことによって、新しい亀裂の発生が回避されるべき、または、既に存在する亀裂が、静止状態にされるべきである。
結果として、このディープローリングによって、車輪セットの耐用期間の増大は達成される。

円筒形の軸のディープローリングのための更に別の解決の手がかりは、特許文献２から公知である。
この装置は、１つ、または、複数のディープローラーを有している。その際、それぞれのディープローラーは、旋回可能な担持体内において軸受けされており、この担持体の旋回軸が、このディープローラーの接近運動に対して垂直方向に、且つ、ほぼ、車輪セット軸に対して垂直方向に延在している。

特許文献３に従う、予回転された車輪セットのプロフィルにおける、磨耗面のディープローリングのための装置でもって、異なる相対的位置が、ディープローラーと、このディープローラーの送り出し方向と、および、車輪セット回転軸との間で、調整され得る。

上記で掲げられた、並びに、更に別の出典（Ｆｕｎｄｓｔｅｌｌｅ）から、公知技術として、既に、車輪セット軸の選択された部分のディープローリングのための種々のバリエーションが、公知であるにもかかわらず、相変わらず、開発の必要性が存在する。
この開発の必要性は、特に、車輪走行面が、送り出し方法（Ｖｏｒｓｃｈｕｂｖｅｒｆａｈｒｅｎ）においてローリングされ、この送り出し方法が、構造部材幾何学的形状、および、送り出し構成要素に関して、極めて特有の要件を、ディープローラーに対して与えられ、これらディープローラーが、従来公知の構成でもって、満たされ得ないか、または、ただ制限された状態だけで満たされ得ることの、観点から生じる。

ドイツ連邦共和国特許第８０８ １９７号明細書 ドイツ連邦共和国特許第８４３ ８２２号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１ ２７８ ２７４号明細

本発明の課題は、ローリングユニットを提供することであり、このローリングユニットでもって、車輪走行面が、送り出し方法におけるディープローラーの使用のもとで、ローリングされ得る。

この課題は、前記ローリングユニットが、基礎体を有しており、
この基礎体の上に、この基礎面に対して垂直に、担持アームが設けられており、
この担持アームに、収容体が支持されており、
この収容体が、片側で、ねじ山を介して、保持装置の担持アームに位置固定されており、且つ、この収容体に、アンギュラー玉軸受が設けられており、
このアンギュラー玉軸受に、ディープローラーが支持されており、
このディープローラーが、その外縁部において、前記収容体の中心軸線を含む断面内における曲率半径として、少なくとも２つの、異なるローリング半径を有しており、
および、
前記収容体が、リング形状のフランジを有しており、このフランジが、ねじ山ストッパーとして、および、緊張ピンとの作用結合の状態において、誤回転防止装置として構成されている、
というやり方で解決される。

部分的に修正された実施形態により、前記ローリングユニットが、基礎体を有しており、
この基礎体の上に、第１の担持アーム、および、第２の担持アームが支持されており、
これら担持アームが、それぞれに、前記基礎体の基礎面に対して垂直に、且つ、互いに平行に延在しており、
その際、前記担持アームに、収容ピンが支持されており、
この収容ピンが、両側で、および、少なくとも１つのねじ山を介して、前記担持アームに位置固定されており、且つ、この収容ピンに、スラスト−ラジアル軸受が設けられており、
このスラスト−ラジアル軸受に、前記ディープローラーが支持されており、
このディープローラーが、その外縁部において、前記収容体の中心軸線を含む断面内における曲率半径として、少なくとも２つの、異なるローリング半径を有しており、
前記収容ピンが、リング形状の、２つのフランジを有しており、これらフランジが、前記スラスト−ラジアル軸受のスラスト方向構成要素を収容するために構成されている。

更に別の有利な実施形態は、それぞれに従属請求項の対象であり、これらの技術的な特徴が、以下の実施例内において詳細に説明されている。

ローリングユニットの第１の実施形態の透視図である。 図１に従うローリングユニットの断面図である。 異なる半径の具現でもっての、ディープローラーの詳細図である。 ローリングユニットの第２の実施形態の透視図である。 図４に従うローリングユニットの断面図である。 車輪走行面、および、車輪フランジアール部に沿ってのローリング経過の図である。

図１、および、図２内において図示されたローリングユニットは、基礎体１から成り、この基礎体の上に、この基礎体に対して垂直に、担持アーム２が設けられている。この基礎体１、および、担持アーム２は、機能的に、１つの保持装置として作用し、この保持装置に、ディープローラー３が支持されている。

この円筒形のディープローラー３は、特に、図３から見て取れるように、少なくとも２つのローリング半径Ｒ１、および、Ｒ２を有している。選択的に、同様に、更に別のローリング半径Ｒ３．．．Ｒｎを設けることも可能である。その際、ローリング半径Ｒ１．．．Ｒｎは、車輪走行面の上での最適な面圧を、ディープローリングの間じゅう、生じさせることを可能とするために、共に、水滴形のローリング面を形成している。
これらローリング半径は、ローリングされるべき車輪走行面幾何学的形状に適合されている。従って、これらローリング半径は、図示された２つの部分から成る実施形態において、前方の領域において、Ｒ１が１ｍｍと１２ｍｍとの間の、および、後方の領域において、Ｒ２が１ｍｍと５００ｍｍとの間の値である。このディープローラー３は、硬化された鋼材から、または、同様に、硬質合金からも、成っていることは可能であり、且つ、２０ｍｍと２００ｍｍとの間のローラー直径を有している。

ディープローラー３の機能に適合した回転運動を保証するために、１つの軸受部が必要である。この軸受部は、有利には、転がり軸受でもって実現される。何故ならば、転がり軸受は、異なる様式によって、これら転がり軸受の使用に関して、極めて適合力があるからである。
転がり軸受は、負荷能力があり、これら転がり軸受が、高い回転数に耐え、且つ、部分的に、同様に、これら転がり軸受が、例えば、生涯潤滑（Ｌｅｂｅｎｓｄａｕｅｒｓｃｈｍｉｅｒｕｎｇ）、および、リップ密封材を備えている限りは、メンテナンスフリーでもある。
提案された使用状況において、転がり軸受として、有利には、２列のアンギュラー玉軸受４が組み込まれる。そのようなアンギュラー玉軸受４は、構造空間、および、耐負荷能力に関する、良好な歩み寄りを可能にする。組み込まれたアンギュラー玉軸受４の耐用期間を、更に増大するため、および、メンテナンスの手間暇を最低限に抑えるために、生涯潤滑、および、両側に附設された密封リップを有する１つの実施形態が提案される。選択的に、他のバリエーション、例えば、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、または、組み合わせられたスラスト−ラジアル軸受は、可能である。

担持アーム２に支持された収容体５は、負荷を、ディープローリングの間じゅう、ディープローラー３から、アンギュラー玉軸受４を介して、保持装置に導くべきである。このアンギュラー玉軸受４の構造様式によって条件付けられて、この収容体は、円筒形に形成される。この収容体５は、片側で、ねじ山を介して、保持装置の担持アーム２に固定されている。
特別に正確な位置固定のために、収容体５に、リング形状のフランジが形成されており、このフランジは、ねじ山ストッパーとして有効になり、且つ、同時に、緊張ピン６を介して、収容体５を、保持装置の担持アーム２との誤回転に対して保護する。この軸受配設は、緊張ピン６と並んで、例えば、ロックリング、溝部付きナットのような、更に別の構造部材を有しており、これらは、しかしながら、参照符号を付されていない。

担持アーム２、および、基礎体１から成る、保持装置は、機能的に見て、ディープローラー３と加工機械との間の連結ユニットを形成している。この保持装置は、旋盤加工のために設けられている旋盤切削ヘッドの代わりに、組み込まれ得、または、適応性のある状態で、この旋盤切削ヘッドと並んで、この加工機械と連結され得る。
その際、この加工機械の旋盤切削ヘッドの送り出し−移動道程は、ローリングユニットのディープローラー３でもっての、車輪走行面プロフィルの巡回（Ａｂｆａｈｒｅｎ）を可能にする。
これに伴って、この車輪プロフィルは、走行面にわたって、車輪フランジ頭部に至るまで、ディープローリングされ、従って、この構造は、これに関連する加工に極めて良好に適応されている。

しかしながら、車輪プロフィル全体、即ち、内側の車輪フランジ面に至るまで走行面が、ローリングされるべきである限りは、このローリングユニットは、最初の領域の加工の後、機械内において、１８０°回転されねばならない。
それ故、更に別の実施形態が提案され、この実施形態の場合、ローラー幾何学的形状は、その外縁部でもって、車輪プロフィル全体−走行面、車輪フランジアール部、および、車輪フランジ面−が、ただ１つのステップ内においてだけで、加工され得るように適合された、外縁部を有している。

相応して部分的に修正されたローリングユニットの基本的な構造は、図４、および、図５から見て取れる。

このローリングユニットは、同様に、基礎体１から成り、この基礎体の上に、この基礎体に対して垂直に設けられた、第１の担持アーム２が設けられている。更に、ここで、第２の担持アーム７が設けられており、この第２の担持アームが、同様に、基礎体１の上に支持されており、この第１の担持アーム２に対して平行に延在している。
この基礎体１、並びに、両方の担持アーム２、７は、機能的に、１つの保持装置として作用し、この保持装置に、ディープローラー３が支持されている。

円筒形のディープローラー３のローリング半径Ｒ１、および、Ｒ２が、同一であることは可能であり、これらローリング半径は、しかしながら、同様に、異なっていることも可能である。
これらローリング半径Ｒ１、および、Ｒ２は、ローリングされるべき車輪走行面幾何学的形状に適合されており、且つ、ここで、３ｍｍと３０ｍｍとの間の値である。このディープローラー３は、硬化された鋼材から、または、同様に、硬質合金からも、成っていることは可能であり、且つ、２０ｍｍと２００ｍｍとの間のローラー直径を有している。

ディープローラー３の機能に適合した回転運動のために、このバリエーションの場合、有利には、組み合わせられたスラスト−ラジアル軸受８−９が組み込まれている。
選択的に、他のバリエーション、例えば、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、または、滑り軸受は、可能である。

担持アーム２および７に支持された収容ピン５は、負荷を、ディープローラー３のディープローリングの際に、スラスト−ラジアル軸受８−９を介して、保持装置に導くべきである。この軸受４の構造様式によって条件付けられて、この収容体は、円筒形に形成される。その際、この収容ピン５は、両側で、ねじ山を介して、保持装置に固定されている。このスラスト−ラジアル軸受８−９のスラスト方向構成要素を収容するため、および、軸線方向力を保持装置に導出するために、２つのフランジが設けられている。

基礎体１、および、担持アーム２および７から成るこの保持装置は、機能的に見て、ディープローラー３と加工機械との間の、連結ユニットである。この保持装置は、旋盤加工のために設けられている旋盤切削ヘッドの代わりに、交換されるべきであり、または、適応性のある状態で、この旋盤切削ヘッドと並んで、車輪走行面のための前記加工機械と連結され得る。

図６は、例示的に、全プロフィルに沿ってのローリング経過を、６つの位置ａ）からｆ）までで示している。この場合、ディープローラー３の送り方向は、右側から左側へと経過している。

記載されているこのローリングユニットは、両方の実施形態において、フラットベッド−、および、ガントリー構造様式における、床下−、および、床上−車輪セット旋盤機械に適している。同様に、このローリングユニットでもって、鉄道車両用車輪の加工は、全ての通常の旋盤において可能である。更に、このローリングユニットは、同様に、垂直方向車輪用マシニングセンターによる、車輪製造の領域における、鍛造されたモノブロック車輪の加工のためにも使用され得る。
従って、本発明に従うローリングユニットは、鉄道車両領域における高速列車から近郊列車に至るまでの鉄道車両の、および、市街鉄道、および、地下鉄のような比較的に軽量な車両のための、様々なタイプの車輪走行面のディープローリングの際に使用され得る。

１ 保持装置の基礎体
２ 保持装置の第１の担持アーム
３ ディープローラー
４ ２列のアンギュラー玉軸受
５ 収容体／収容ピン
６ 緊張ピン
７ 保持装置の第２の担持アーム
８−９ 組み合わされたスラスト−ラジアル軸受
Ｒ１ ディープローラーの半径
Ｒ２ ディープローラーの半径

Claims (8)

1. 鉄道車両のための車輪セットの車輪走行面を加工するためのローリングユニットであって、
   前記ローリングユニットが、少なくとも１つのディープローラーを有しており、
   このディープローラーでもって、新品状態、または、後の時点においての前記車輪セットの製造の後の、加工されるべき前記車輪走行面が、前記車輪走行面の耐用期間の増大のための再輪郭付与の後に、ディープローリング加工される様式の上記ローリングユニットにおいて、
   前記ローリングユニットが、基礎体（１）を有しており、
   この基礎体の上に、この基礎面に対して垂直に、担持アーム（２）が設けられており、
   この担持アーム（２）に、収容体（５）が支持されており、
   この収容体が、片側で、ねじ山を介して、保持装置の担持アーム（２）に位置固定されており、且つ、この収容体に、アンギュラー玉軸受（４）が設けられており、
   このアンギュラー玉軸受に、ディープローラー（３）が支持されており、
   このディープローラーが、その外縁部において、前記収容体（５）の中心軸線を含む断面内における曲率半径として、少なくとも２つの、異なるローリング半径（Ｒ１；Ｒ２）を有していること、および、
   前記収容体（５）が、リング形状のフランジを有しており、このフランジが、ねじ山ストッパーとして、および、緊張ピン（６）との作用結合の状態において、誤回転防止装置として構成されていること、
   を特徴とするローリングユニット。
2. 前記ディープローラー（３）の前方の領域（Ｒ１）における前記ローリング半径は、１ｍｍと１２ｍｍとの間の値、および、前記ディープローラー（３）の後方の領域（Ｒ２）における前記ローリング半径が、１ｍｍと５００ｍｍとの間の値、であることを特徴とする請求項１に記載のローリングユニット。
3. 前記アンギュラー玉軸受（４）は２列に構成されており、且つ、生涯潤滑、並びに、両側に附設された密封リップを有していることを特徴とする請求項１に記載のローリングユニット。
4. 鉄道車両のための車輪セットの車輪走行面を加工するためのローリングユニットであって、
   前記ローリングユニットが、少なくとも１つのディープローラーを有しており、
   このディープローラーでもって、新品状態、または、後の時点においての前記車輪セットの製造の後の、加工されるべき前記車輪走行面が、前記車輪走行面の耐用期間の増大のための再輪郭付与の後に、ディープローリング加工される様式の上記ローリングユニットにおいて、
   前記ローリングユニットが、基礎体（１）を有しており、
   この基礎体の上に、第１の担持アーム（２）、および、第２の担持アーム（７）が支持されており、
   これら担持アームが、それぞれに、前記基礎体（１）の基礎面に対して垂直に、且つ、互いに平行に延在しており、
   前記担持アーム（２；７）に、収容ピン（５）が支持されており、
   この収容ピンが、両側で、および、少なくとも１つのねじ山を介して、前記担持アーム（２；７）に位置固定されており、且つ、この収容ピンに、スラスト−ラジアル軸受（８−９）が設けられており、
   このスラスト−ラジアル軸受に、ディープローラー（３）が支持されており、
   このディープローラーが、その外縁部において、前記収容体（５）の中心軸線を含む断面内における曲率半径として、少なくとも２つの、異なるローリング半径（Ｒ１；Ｒ２）を有していること、および、
   前記収容ピン（５）が、リング形状の、２つのフランジを有しており、これらフランジが、前記スラスト−ラジアル軸受（８−９）のスラスト方向構成要素を収容するために構成されていること、
   を特徴とするローリングユニット。
5. 前記ローリング半径（Ｒ１；Ｒ２）は、３ｍｍと３０ｍｍとの間の値であることを特徴とする請求項４に記載のローリングユニット。
6. 前記ディープローラー（３）は、硬化された鋼材から、または、硬質合金から成っていることを特徴とする請求項１または４に記載のローリングユニット。
7. 前記ディープローラー（３）は、２０ｍｍと２００ｍｍとの間のローラー直径を有していることを特徴とする請求項１または４に記載のローリングユニット。
8. 前記軸受は、選択的に、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、または、滑り軸受として構成されていることを特徴とする請求項１または４に記載のローリングユニット。

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