WO2003084697A1 - Übergangsschiene sowie verfahren zur herstellung dieser übergangsschiene - Google Patents

Übergangsschiene sowie verfahren zur herstellung dieser übergangsschiene Download PDF

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Wolfgang HÖLZI
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Vae Eisenbahnsysteme Gmbh
Vae Gmbh
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K7/00—Making railway appurtenances; Making vehicle parts
    • B21K7/02—Making railway appurtenances; Making vehicle parts parts for permanent way
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B11/00—Rail joints
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B11/00—Rail joints
    • E01B11/02—Dismountable rail joints
    • E01B11/16—Fishplates for joining rails of different sections

Definitions

  • the invention relates to a transition rail for the connection of rails with mutually different rail cross-section and to a method for producing one of the ⁇ - like transition rail.
  • EP 1 013 826 is also based on the conviction that in the area of the transition from a rail profile to a further rail profile, an essentially steady course of the geometry is to be achieved, with corresponding adjustments being made in an end region on the connection side.
  • the invention now aims to provide a transition rail of the type mentioned at the outset, with which it is possible to connect rails with different rail cross sections and rail profiles to one another, which also allows higher wheel loads without local overloading and voltage peaks and is therefore designed to be more break-resistant is as previously known transition rails.
  • the transition rail according to the invention is essentially characterized in that the transition rail has two transition regions, the cross-sectional profile with the greater height being transformed into a lower profile height in a first transition region, and in the subsequent second transition region having the lower profile height the rail base is machined to match the new profile of the subsequent rail base.
  • a neutral intermediate region that is to say a region with a constant cross-sectional shape, can preferably also be provided between the two sub-ranges, which are adapted to the new geometry, so that a further reduction in the stress concentration can be achieved between the two deformation zones.
  • a further preferred embodiment results when the second transition area, which already has the lower profile height and whose rail base is machined to match the new profile of the adjoining rail base, is arranged closer to the free end of the transition rail than the first transition area.
  • the welding is carried out with the connection rail which has the lower profile height and the modified rail base, whereby the fact that the second, only mechanically machined transition region is arranged closer to the welding point results in stress concentrations, as may be the case in the first Around- Formation formed transition area occur from the welding ⁇ can be kept away.
  • the process according to the invention for the production of such a transition rail is essentially characterized in that the transition rail is first heated and introduced into a press mold, whereupon the rail is formed in the web area and pressed in the profile height direction and that after the complete forming the rail foot is machined.
  • a press mold As a result of the fact that in a first process step only a pressing takes place after heating, it is possible to deform the transition rail to the desired profile height, and by using a pressing mold, the web width is also brought to the desired dimension or can be kept at the desired level. Only after such a complete reshaping, which naturally extends over a certain axial length of the transition rail, is the second adjustment carried out, the rail base then being machined.
  • the rail base is subsequently machined, which at the same time makes it possible to transition from a wider to a narrower rail base with a corresponding rounding while observing defined radii.
  • the design is advantageously such that the transition area of the rail foot, in which the width of the rail foot increases or decreases, is rounded in plan view, as a result of which the risk of cracks in this transition area is further reduced.
  • the invention allows corresponding transition rail pieces to be formed separately from the two rails, such a transition piece being able to be connected in the factory in a particularly simple manner by means of flash butt welding with a connecting rail piece to the changed rail profile, so that the installation in the track is further simplified and further welding processes no longer affect the area of the transition rail.
  • FIG. 1 shows a side view of a rail run with a built-in transition piece
  • FIG. 2 shows a top view of the illustration according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a section along the line III / III of FIG. 1
  • FIG Section along the line IV / IV of Fig.l and Fig.5 a section along the line V / V of Fig.l.
  • Fig.l 1 denotes a transition rail, which, starting from a standard rail profile 2, enables a transition to a further rail profile 3.
  • the transition rail 1 is connected to the control rail with a modified profile height 3 by means of welding, the corresponding weld seam being designated by 4.
  • region b is designed as an essentially neutral region, in which the width of the rail base has not yet been processed and only the profile height has been adapted to the new conditions by forging or pressing.
  • this forging or pressing process takes place, in which, as can be seen in particular from the cross sections according to FIGS. 3, 4 and 5, pressing forces in the vertical direction and transversely to the web are simultaneously used.
  • FIG. 3 shows the " final connection profile with the modified rail height and the modified web width, which corresponds to the rail section 3.
  • This profile shape corresponding to the section along line III / III of FIG. 1 thus corresponds to the profile which is associated with the transition rail Section IV / IV, which is shown in Fig. 4, was made in the area of the transition rail itself.
  • This representation shows that only the rail foot is different from its nominal width and must subsequently be removed by machining to the nominal width.
  • the starting profile corresponding to rail 2 is characterized by considerably wider rail webs and a larger profile height. This initial profile corresponds to the section along the line V / V and can be seen in Fig. 5.

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Abstract

Bei einer Übergangsschiene (1) für die Verbindung von Schienen mit voneinander verschiedenem Schienenquerschnitt (2,3) weist die Übergangsschiene (1) zwei Übergangsbereiche (a,c) auf, wobei in einem ersten Übergangsbereich (c) das Querschnittsprofil mit der grösseren Höhe in eine geringere Profilhöhe umgeformt und im nachfolgenden zweiten Übergangsbereich (a) der Schienenfuss in Anpassung an das neue Profil des anschliessenden Schienenfusses bearbeitet ist. Das Verfahren zur Herstellung der Übergangsschiene ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschiene zunächst erwärmt und in eine Pressform eingebracht wird, worauf die Schiene im Stegbereich umgeformt und in der Profilhöhenrichtung gepresst wird und dass anschliessend an die vollständige Umformung der Schienenfuss mechanisch bearbeitet wird.

Description

Über anαsschiene sowie Verfahren zur Herstellung- dieser Über¬ gangs s chi ene
Die Erfindung bezieht sich auf eine Übergangs schiene für die Verbindung von Schienen mit voneinander verschiedenem Schienenquerschnitt sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer der¬ artigen Übergangs schiene .
Im modernen Eisenbahnverkehr kommen immer höhere Achslasten zum Einsatz , sodass Belastungsgrenzbereiche des laufenden Gleises leicht überschritten werden können . Insbesondere in Bereichen oder Schienenabschnitten, bei welchen die rollende Last sich von einem Schienenprofil auf ein anderes Schienenprofil bewegt , kommt es im Über gangsber eich zu besonders hohen Belastungen . Derartige Übergangsbereiche sind nicht nur im Weichenbereich und insbesondere beim Übergang von Regelschienen auf Federzungen bekannt . Dickstegige unsymmetrische Schienenprofile, wie sie beispielsweise bei den bekannten Federzungen- und Federschienenweichen für Eisenbahnen eingesetzt werden, müssen an Schie- nenprofile mit größerer Höhe angeschlossen werden . Bei Sanierungsarbeiten an Gleiskörpern kann es aber auch vorkommen, dass ältere Schienenprofile an modernere Schienenprofile angepasst werden müssen-, wobei sich derartige unterschiedliche Schienenprofile nicht nur in ihrer Höhe sondern auch in der Breite ihres Fußes voneinander unterscheiden.
Bei den bekannten Maßnahmen zur Herstellung derartiger Übergangsstücke bzw. Übergangs schienen wurde beispielsweise in der DE 828 792 C vorgeschlagen, unsymmetrische dickstegige Schie- nenprofile in Schienenprofile von größerer Höhe umzuschmieden, wobei bei diesem bekannten Verfahren die asymmetrischen dick- stegigen Schienenprofile ohne wesentliche Vergrößerung der Profi Ihöhe in ein zumindest angenähert symmetrisches Profil umgeschmiedet wurden und in der Folge die Profilhöhe durch Verfor- mung des Steges durchgeführt wurde . Ebenso wie bei der DE 33 33 700 C wird hier aber das Übergangsstück so ausgebildet, dass sämtliche zu ändernde Parameter im wesentlichen gleichzeitig verändert werden und über die gleiche Länge des ÜbergangsSchienenstückes sowohl eine Anpassung der Hö- he- des Steges als auch des Schienenfußes vorgenommen wurde. Mit geschmiedeten Formstücken sollte hier auf möglichst kurzer Länge ein Übergang von einem Schienenprofil in das andere Schienenprofil gewährleistet werden.
Auch die EP 1 013 826 geht noch von der Überzeugung aus, dass im Bereich des Überganges von einem Schienenprofil auf ein weiteres Schienenprofil ein im wesentlichen stetiger Geometrieverlauf erzielt werden soll, wobei entsprechende Anpassungen in einem anschlussseitigen Endbereich vorgenommen werden sollen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Übergangsschiene der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es möglich ist, Schienen mit voneinander verschiedenen Schienenquerschnitten und Schienenprofilen miteinander zu verbinden, welche auch höheren Radlasten ohne lokale Überbelastung und Spannungsspitzen zuläßt und daher in höherem Maße bruchfest ausgebildet ist als bisher bekannte Übergangsschienen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Übergangsschiene im wesentlichen dadurch' gekennzeichnet, dass die Übergangsschiene zwei Übergangsbereiche aufweist, wobei in einem ersten Übergangsbereich das Querschnittsprofil mit der größeren Höhe in eine geringere Profilhöhe übergehend umgeformt ist und im nachfolgenden zweiten, die geringere Profilhöhe aufweisenden, Übergangsbereich der Schienenfuß in Anpassung an das neue Profil des anschließenden Schienenfußes bearbeitet ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird erfindungsgemäß somit vorgeschlagen, die erforderlichen Anpassungen in räumlich voneinander getrennten Übergangsbereichen gesondert vorzunehmen und in einem ersten Teilbereich lediglich die Profilhöhe zu verringern und erst in einem räumlich ge- trennten weiteren Teilbereich den Schienenfuß an das neue Profil anzupassen. Eine Verringerung der Profilhöhe, wie sie in besonders einfacher Weise durch Stauchen bzw. Pressen erfolgt, hat naturgemäß zur Folge, dass andere Dimensionen und insbesondere die Breite des Fußes bei entsprechender seitlicher Presskraft an den Steg in diesem Teilbereich zunimmt. Dadurch, dass nicht gleichzeitig in derartigen sich ändernden Teilbereichen weitere Verfahrensschritte bzw. Formanpassungsschritte vorgenommen werden, hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass Spannungsspitzen, wie sie bei Ausbildungen, bei welchen eine Höhen- und Fußbreitenprofiländerung im selben Querschnitt erfolgt, nicht mehr auftreten und dass daher insgesamt die Bruchfestig- keit einer derartigen Übergangsschiene auch bei extremen Achslasten wesentlich verbessert werden kann. Dieses überraschende Ergebnis konnte in der Folge in einem rechnerischen Modell , bei welchem eine Spannungsermittlung durch ein Finite Elemente Modell entsprechend modelliert wurde, überprüft werden. In diesem rechnerischen Modell wurde die auftretende Achskraft als Flächenpressung eingeleitet und es konnte gezeigt werden, dass die bei bekannten Ausbildungen ersichtlichen deutlichen Spannungsspitzen nicht mehr auftreten. Zwischen den beiden gesondert voneinander an die jeweils neue Geometrie angepassten Teil- bereiehe kann bevorzugt auch ein neutraler Zwischenbereich, das heißt ein Bereich mit gleichbleibender Querschnittsform, vorgesehen werden, sodass zwischen den beiden Verformungszonen eine weitere Reduzierung der Spannungskonzentration erreicht werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausbildung ergibt sich, wenn der zweite Übergangsbereich, welcher bereits die geringere Profilhöhe aufweist und dessen Schienenfuß in Anpassung an das neue Profil des anschließenden Schienenfuß bearbeitet ist, dem freien Ende der Übergangsschiene näher angeordnet ist als der erste Übergangsbereich. An dem freien Ende der Übergangsschiene erfolgt die Verschweißung mit der die geringere Profilhöhe und den geänderten Schienenfuß aufweisende Anschlußschiene, wobei dadurch, dass der zweite, lediglich mechanisch bearbeitete Über- gangsbereich der Schweißstelle näher angeordnet ist, Spannungskonzentrationen, wie sie unter Umständen im ersten, durch Um- formung gebildeten Übergangsbereich, auftreten, von der Schwei߬ stelle ferngehalten werden können.
Das er findungs gemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Übergangs schiene ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet , dass die Übergangs schiene zunächst erwärmt und in eine Press form eingebracht wird, worauf die Schiene im Stegbereich umgeformt und in der Profilhöhenrichtung gepresst wird und dass anschließend an die vollständige Umformung der Schienenfuß e- chanisch bearbeitet wird . Dadurch, dass in einem ersten Verfahrensschritt nach einem Erwärmen lediglich eine Pressung erfolgt , gelingt es , die Übergangs schiene auf die gewünschte Profilhöhe zu verformen, wobei dadurch, dass eine Pressform zum Einsatz gelangt , auch die Stegbreite auf das gewünschte Maß ge- bracht bzw. auf dem gewünschten Maß gehalten werden kann . Erst im Anschluss an eine derartige vollständige Umformung, welche sich naturgemäß über eine bestimmte axiale Länge der Übergangsschiene erstreckt , wird die zweite Anpassung vorgenommen, wobei anschließend der Schienenfuß mechanisch bearbeitet wird. In vor- teilhafter Weise wird hierbei der Schienenfuß anschließend spanabhebend bearbeitet , wodurch es gleichzeitig gelingt, den Übergang von einem breiteren auf einen schmäleren Schienenfuß mit einer entsprechenden Verrundung unter Einhaltung von definierten Radien vorzunehmen . Mit Vorteil ist hierbei die Ausbildung so getrof f en, dass der Übergangsbereich des Schienenfußes , in welchem die Breite des Schienenfußes zu- oder abnimmt , in der Draufsicht verrundet ausgebildet ist , wodurch die Gefahr von Rissen in diesem Übergangsbereich weiter herabgesetzt wird .
Die Erfindung erlaubt es , entsprechende Übergangs schienenstücke gesondert von beiden Schienen auszubilden, wobei ein derartiges Übergangsstück werkseitig in besonders einfacher Weise mittels Abbrennstumpfschweißens mit einem Anschluss schienenstück mit dem geänderten Schienenprofil verbunden werden kann, sodass in der Folge der Einbau in das Geleise weiter vereinfacht wird und wei tere Schweiß orgänge den Bereich der Übergangs schiene in keiner Weise mehr beeinträchtigen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig.l eine Seitenansicht auf einen Schienen- verlauf mit eingebautem Übergangsstück, Fig.2 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig.l, Fig.3 einen Schnitt nach der Linie III/III der Fig.l, Fig.4 eine Schnitt nach der Linie IV/IV der Fig.l und Fig.5 einen Schnitt nach der Linie V/V der Fig.l.
In Fig.l ist mit 1 eine Übergangsschiene bezeichnet, welche ausgehend von einem Regelschienenprofil 2 einen Übergang zu einem weiteren Schienenprofil 3 ermöglicht. Die Übergangsschiene 1 ist mit der Regelschiene mit geänderter Profilhöhe 3 mittels Schweißen verbunden, wobei die entsprechende Schweißnaht mit 4 be- zeichnet ist. Der Übergangsschienenbereich 1 weist Abschnitte a, b und c auf, wobei der Abschnitt a bereits auf geringere Profilhöhe gepresst wurde und lediglich im Schienenfußbereich bearbeitet wurde. Wie insbesondere aus Fig.2 ersichtlich, erfolgt diese Bearbeitung durch spanabhebendes Bearbeiten des Schienen- fußes mit einem Verrundungsradius r = 120 - 150. Der Bereich b ist bei der Ausbildung nach Fig.l und 2 als im wesentlichen neu-' traler Bereich ausgebildet, bei welchem der Schienenfuß in seiner Breite noch nicht bearbeitet wurde und lediglich die Profilhöhe durch Umschmieden bzw. Pressen an die neuen Gegebenheiten angepaßt wurde. Im der Regelschiene 2 benachbarten ersten Teilbereich c der Übergangsschiene erfolgt dieser Schmiede- bzw. Pressvorgang, bei welchem, wie sich insbesondere aus den Querschnitten nach den Fig.3, 4 und 5 ergibt, gleichzeitig Presskräfte in Höhenrichtung und quer zum Steg zum Einsatz gelangen.
In Fig .3 ist das " endgültige Anschlussprofil mit der geänderten Schienenhöhe und der geänderten Stegbreite, welches dem Schienenabschnitt 3 entspricht , ersichtlich . Diese dem Schnitt nach Linie III/III der Fig. l entsprechende Profilform entspricht somit dem Profil , welches mit der Übergangs schiene verschweißt werden kann. Im Bereich der Übergangs schiene selbst wurde der Schnitt IV/IV gelegt, welcher in Fig.4 dargestellt ist . Bei die- ser Darstellung ist ersichtlich, dass lediglich der Schienenfuß von seiner Sollbreite verschieden ist und in der Folge noch auf die Sollbreite spanabhebend abgenommen werden muss. Das Ausgangsprofil entsprechend der Schiene 2 zeichnet sich durch we- sentlich breitere Schienenstege und größere Profilhöhe aus. Dieses Ausgangsprofil entspricht dem Schnitt nach der Linie V/V und ist in Fig.5 ersichtlich. Beim Vergleich der Profile nach Fig.3, 4 und 5 ist unmittelbar ersichtlich, dass das Kopfprofil im Bereich der Übergangsschiene und zwischen den beiden miteinander verbundenen Schienen keinerlei Veränderungen erfährt. Der Steg ist beim Übergang von der Schiene 2 auf die Schiene 3 geringfügig schmäler geworden, woraus 'ersichtlich ist, dass im Zusammenhang mit der Verformung der Schiene mit dem Profil nach Fig.5 in eine Schiene mit dem Profil nach Fig.4 nicht nur Kräfte in Höhenrichtung zur Stauchung der Profilhöhe sondern gleichzeitig auch seitliche Presskräfte aufgewandt wurden, um die Stegbreite entsprechend zu begrenzen. Bei einem derartigen Verformungsschritt ändert sich naturgemäß der Bereich des Schienenfußes und die endgültige Bearbeitung des Schienenfußes erfolgt in einem Teilbereich der Länge der Übergangsschiene, bei welchem die Schmiedeverformung bzw. die Pressverformung bereits abgeschlossen ist, und im Anschluss an einen derartigen Teilbereich.

Claims

Patentansprüche:
1. Übergangsschiene für die Verbindung von Schienen mit voneinander verschiedenem Schienenquerschnitt, dadurch gekennzeich- net, dass die Übergangsschiene (1) zwei Übergangsbereiche (a,c) aufweist, wobei in einem ersten Übergangsbereich (c) das Querschnittsprofil mit der größeren Höhe in eine geringere Profilhöhe übergehend umgeformt ist und im nachfolgenden zweiten, die geringere Profilhöhe aufweisenden, Übergangsbereich (a) der Schienenfuß in Anpassung an das neue Profil des anschließenden Schienenfußes bearbeitet ist.
2._ Übergangsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übergangsbereich (a) dem freien Ende der Über- gangsschiene (1) näher angeordnet ist als der erste Übergangsbereich (c) .
3. Übergangsschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten (c) und dem zweiten Übergangs- bereich (a) ein Bereich (b) mit gleichbleibender Querschnittsform angeordnet ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Übergangsschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Über- gangsschiene zunächst erwärmt und in eine Pressform eingebracht wird, worauf die Schiene im Stegbereich umgeformt und in der Profilhöhenrichtung gepresst wird und dass anschließend an die vollständige Umformung der Schienenfuß mechanisch bearbeitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenfuß spanabhebend bearbeitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übergangsbereich des Schienenfußes, in welchem die Breite des Schienenfußes abnimmt, in der Draufsicht verrundet ausgebildet ist.
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