WO2006027114A1

WO2006027114A1 - Werkzeug zum bearbeiten von radreifenprofilen

Info

Publication number: WO2006027114A1
Application number: PCT/EP2005/009186
Authority: WO
Inventors: Alfred Heimann
Original assignee: Hegenscheidt-Mfd Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-16
Also published as: CN101043962A; DE102004044372B4; DE102004044372A1; US20080202296A1; EP1799381A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer zylinder- (22) oder pilzförmigen (9) Schneidplatte aus einem harten Werkstoff, wie Hartmetall oder Schneidkeramik, die auf einem Schneidenträger (8, 16, 23) befestigt ist, der in einem Werkzeugsupport gelagert ist, der in der X- und Z-Richtung einer Drehmaschine verschiebbar ist, wobei der Schneidenträger (8, 16, 23) unter einem spitzen Winkel (α) zur Tangente (13, 20, 33) an den Kreis eines Schnittes in einer Ebene (4) senkrecht durch ein Werkstückprofil (1) angeordnet und um seine Längsachse (12, 19, 31) drehbar und antreibbar ist. Das erfindungsgemäße Werkzeug ermöglicht es, in allen Arbeitsbereichen der Reprofilierung von Rädern von Radsätzen von Eisenbahnfahrzeugen das Brechen der Späne herbeizuführen und ist in seinem Aufbau möglichst einfach und betriebssicher ausgestaltet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkzeug zum Drehen des Radreifenprofils (1) von Rädern (5) eines Radsatzes von Eisenbahnfahrzeugen auf einer Radsatzdrehmaschine bei unterschiedlichen Spantiefen während eines einzelnen Reprofilierungsschnitts vorgesehen ist.

Description

Werkzeug zum Bearbeiten von Radreifenprofilen

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Bearbeiten des Radreifenprofils von Rädern eines Radsatzes von Eisenbahnfahrzeugen auf einer Radsatzdrehmaschine mit einer zylinder- oder pilzförmigen Schneidplatte aus einem harten Werkstoff, wie z.B. Hartmetall oder Schneidkeramik, die auf einem Schneidenträger befestigt ist, der seinerseits in einem Werkzeugsupport gelagert ist, der in der x- und z-Richtung der Radsatzdrehmaschine verschiebbar ist.

Ohne besondere Maßnahmen an den Werkzeugen entstehen bei der Drehbearbeitung von Stahl sehr lange Späne, die den Arbeitsprozess stark behindern können und deren Beseitigung aufwendig und schwierig ist. Aus diesem Grunde werden von den Werkzeugherstellern auf den Schneidplatten der Drehwerkzeuge sogenannte Spanleitstufen und Höcker angebracht, die im Prinzip den Span soweit stauchen sollen, dass seine Verformbarkeit überschritten wird, damit er bricht. Es ist üblich, dass die Hersteller mitteilen, in welchen Bereichen des Vorschubs und der Spantiefe diese Spanleitformen wirksam werden. In diesem Zusammenhang ist aus der DE 23 39 588 Al eine Wendeschneidplatte bekannt geworden, bei der an jeder der beiden zum Zerspanen verwendeten Stirnseiten je zwei diagonal gegenüberliegende Ecken als Spanflächen für den gleichen Arbeitsbereich und je zwei nebeneinanderliegende Ecken als Spanflächen mit sich ergänzendem Arbeitsbereich ausgebildet sind. Eine andere Lösung besteht darin, den Span in der Weise zu formen und zu lenken, dass er gegen ein Hindernis (z.B. Werkstück oder Werkzeug) stößt und dabei so umgelenkt wird, dass er an der Wurzel bricht. Auf diese Weise entstehen kurze Wendelspäne.

Um eine Schneidplatte bei schweren Schnitten zu schützen, erhält sie eine Fase, die die Schneidkante vor Bruch schützt. Wird eine solche Platte nun bei kleinem Spanquerschnitt betrieben, so brechen die Spane nicht mehr, da der Span mit den spanformenden Elementen nicht mehr in Berührung kommt. Daher kann eine Schneidplatte nur in einem begrenzten Arbeitsbereich das Brechen der Späne herbeiführen.

In der Fertigung behilft man sich vielfach auf die Weise, dass man unterschiedliche Schneidplatten verwendet.

Bei der Reprofilierung von Rädern von Radsätzen von Eisenbahnfahrzeugen wird angestrebt, dass Radreifenprofil so zu erzeugen, dass es an einem Punkt, meist in der Flanke, aber auch in der Lauffläche mit dem Verschleißprofil tangiert. Da man aus Gründen der Genauigkeit und auch der Zeitersparnis in einem Schnitt bleiben will, ist das Herbeiführen des Spanbruchs nicht in jedem Arbeitsbereich möglich, insbesondere nicht bei geringen Spantiefen. Dadurch wird die Automatisierung des Bearbeitungsvorgangs stark beeinträchtigt und erfordert zusätzlichen Aufwand für Einrichtungen zum Brechen und Fördern der Späne. Beispielsweise aus der EP 0 346 505 ist ein Verfahren zur <. Erzeugung von Bruchspänen bei der Drehbearbeitung von Werkstücken, insbesondere Rädern von Radsätzen von Eisenbahnfahrzeugen, bekannt. Die Höhe der Vorschubgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs wird jeweils für kurze Zeiten während der Umdrehung des Radsatzes geändert. Innerhalb einer kurzen Zeit wird die Werkzeugschneide entlang des Radreifenprofils jedes Mal wieder auf die Vorschublinie in Urαfangsrichtung und auf den vorherigen Betrag jener Vorschubgeschwindigkeit eingefahren, die für die Weiterbearbeitung vorgesehen ist.

Das bekannte Verfahren erzeugt allerdings in einem bestimmten Bereich eine vergrößerte Rauhigkeit. Es können nicht beliebig kurze Späne erzeugt werden, da die Supportgeschwindigkeiten beschränkt sind.

Aus der DE-PS 558 905 ist ein Werkzeug mit selbsttätig sich drehendem, fliegend gelagerten, kreisförmigem Schneidkörper bekannt. Das Schneidwerkzeug arbeitet mit großer Genauigkeit, weil der abgehobene Span durch das Innere des pilzförmigen, hohlen und sich drehenden Schneidkörpers abgeführt wird. Das Problem des Herbeiführens von Spanbruch wird nicht angesprochen.

Aus der DE 29 37 513 Al ist die Verwendung eines sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Schneidwerkzeugs bekannt. Dabei wird in der Schneidzone und in der Werkzeug-Span- Grenzfläche ein Film von Öl oder schmierendem Strömungsmittel entwickelt. Die Kombination niedriger Reibung und verminderter Scherkräfte ermöglicht es, lamellare Späne von fast jeder Abmessung zu erzeugen. Damit ist aber noch nichts darüber angesagt, wie Spanbruch bei unterschiedlichen Spantiefen in einem einzigen Zerspanungsschnitt herbeigeführt werden kann.

Die DE 33 05 700 C2 hat das Erzeugen von hoher Oberflächengüte zum Ziel, wie sie bei der spanenden Fertigbearbeitung von Kalander-Papierwalzen, für die Bearbeitung von Metallen und ihren Legierungen sowie von nichtmetallischen Einzelteilen auf Drehmaschinen vorgenommen wird. Das bekannte Verfahren hat viel Ähnlichkeit mit dem Drehfräsen und beschreibt die relativen Stellungen von Werkzeug und Werkstück und deren relative Drehbewegungen zueinander. Auch hier wird nicht vom Brechen der abgenommenen Späne gesprochen.

Das weiterhin aus der US 5,014,581 bekannte Werkzeug ist zum Einsatz auf Drehmaschinen zum Bearbeiten von hochlegierten und schwierig zu drehenden Metallen bei hohen Schnittgeschwindigkeiten vorgesehen. Bei herkömmlichen Schneidwerkstoffen soll der Verschleiß verringert und die Standzeit erhöht werden. Das gelingt mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs, welches entweder durch das Werkstück selbst oder von außerhalb angetrieben wird und eine Ringscheibe als Schneide hat. Hierbei ergibt sich ein Schneidprozess, bei dem ständig eine frische Schneidkante in die Schnittzone eingeführt wird zusätzlich zum sonst üblichen Vorschub. Das drehend angetriebene Werkzeug liefert einen weiten Bereich von Möglichkeiten von denen einige zu geringeren Schnittkräften, vergrößertem Scherwinkel, erhöhter Standzeit und besserem Finish führen. Auf das Erzeugen von Spanbruch aber weist auch diese Schrift nicht hin.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe für die Erfindung, ein Werkzeug vorzuschlagen, das in allen Arbeitsbereichen der Reprofilierung von Rädern von Radsätzen von Eisenbahnfahrzeugen das Brechen der Späne herbeizuführen vermag. Das soll sowohl bei großen als auch bei geringen Spanquerschnitten möglich sein. Das Werkzeug soll in seinem Aufbau möglichst einfach und betriebssicher ausgestaltet sein.

Erfindungsgemäß wird ein Werkzeug zum Drehen des Radreifenprofils von Rädern eines Radsatzes von Eisenbahnfahrzeugen auf einer Radsatzdrehmaschine vorgeschlagen, bei welchem der Schneidenträger unter einem spitzen Winkel (α) zur Tangente an den Kreis eines Schnittes in einer Ebene senkrecht durch das Radreifenprofil angeordnet und um seine Längsachse drehbar und antreibbar ist. Dieses Werkzeug erzeugt Spanbruch auch bei geringen Spantiefen.

Als Schneidwerkzeuge werden zylinder- oder pilzförmige Schneidplatten aus einem harten Werkstoff, wie z.B. Hartmetall oder Schneidkeramik, verwendet, die an sich bekannt sind. Durch die Rotation von derartigen Rundschneidplatten, die für die schwere Bearbeitung bei der Radsatzzerspanung vorgesehen sind, kann Spanbruch auch in solchen Bereichen herbeigeführt werden, in denen ansonsten kein Spanbruch erfolgt, somit vornehmlich bei geringen Spantiefen.

Die Rotation der Schneidplatte erfolgt dabei motorisch mit regelbarer Drehzahl und veränderbarer Drehrichtung. Durch die Rotation der Schneidplatte wird der über die Schneidplatte ablaufende Span zusätzlich verformt. Durch die Wahl der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit kann der Span gegen ein festes Hindernis gelenkt werden. Dies kann das Schneidwerkzeug, das dazu eine besondere Form erhält, selbst sein aber auch das Werkstück, beispielsweise die Flanke des Radsatzes. Die Drehbewegung muss nicht gleichförmig sein, sondern es ist möglich, nach einer gewissen Zeit, beispielsweise 100 ms, sobald der Span eine bestimmte Länge (z.B. abgewickelt 100 mm) aufweist, mit einer kurzen Drehbewegung den Spanbruch herbeizuführen.

Die Rotation der Schneidplatte erfolgt durch die CNC- Steuerung der Radsatzdrehmaschine. Dabei ist vorgesehen, sowohl die Drehrichtung als auch die Drehgeschwindigkeit der Schneidplatte entsprechend der jeweiligen Bearbeitungssituation veränderlich zu machen. Ebenso kann entsprechend dem Schnittdruck bei großen Spantiefen und Vorschüben die Drehbewegung der Schneidplatte gestoppt werden. Dies ist auch für die mechanische Ausgestaltung des Antriebs von Vorteil, da er nur geringe Drehmomente aufbringen muss .

Das Werkzeug ist vorgesehen zur Bearbeitung von Radsätzen für Eisenbahnfahrzeuge mit einem Raddurchmesser zwischen 850 mm und 1250 mm bei Vollbahnen und um 600 mm bei Straßenbahnfahrzeugen. Bei der Bearbeitung von großen Werkstücken, wie Radsätzen für Vollbahnen, erfolgt die Lagerung des rotierenden Werkzeugs direkt und ist auf sehr geringen Raum beschränkt. Indem man das Werkzeug mit einem negativen Anstellwinkel anordnet, kann der zur Verfügung stehende Raum noch vergrößert werden. Bei Radsätzen ist es dabei sinnvoll, auch im Hinblick auf die Kollision mit dem Spurkranz des Rades eine weitere Schiefstellung der Drehachse des Werkzeugs in Richtung der Drehachse des Radsatzes vorzunehmen. Eine solche Schiefstellung kann aber auch im Werkzeug selbst berücksichtigt werden. Es ist zum Beispiel möglich, eine stabile Schneide mit einer Werkzeuglagerung zu kombinieren, die näher am Werkzeug liegt und ausreichend steif ist. Für Radsätze muss zusätzlich eine weitere Schiefstellung des Werkzeugs in Richtung der Drehachse des Radsatzes erfolgen. Bei der Programmierung der Bewegungen des Werkzeugs zur Erzeugung des Radreifenprofils ist natürlich zu beachten, dass sich der Berührungspunkt des Werkzeugs mit dem Werkstück im Verhältnis zu einem üblichen Werkzeug verändert.

Weiterhin ist bei der Verwendung von rotierenden Schneidplatten zu beachten, dass ein Rundlauffehler der Schneidplatte in ihrer Lagerung und ein Formfehler der Schneidplatte zu einer welligen Oberfläche führen. Damit wird es erforderlich, die Lagerung der Schneidplatte und deren Formgestalt innerhalb von geringen Fertigungstoieranzen auszuführen.

Schließlich ist zu beachten, dass mit dem Werkzeug auf kleinstem Raum hohe Kräfte aufgefangen werden müssen und dass sich das Werkzeug bei der Bearbeitung stark erwärmt. Die Lagerung des Werkzeugs muss deshalb so ausgestaltet sein, dass sie trotz Erwärmung spielfrei und genau drehbar bleibt.

Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen in stark vereinfachter und weitgehend schematischer Darstellung die - Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Schneidwerkzeugs, -• Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Schneidwerkzeugs,

- Fig. 3 den Antrieb eines Werkzeugs im Schnitt und

- Fig. 4 den Schnitt durch ein Radreifenprofil in natürlicher Größe.

Das Radreifenprofil 1 der Fig. 4 besteht aus einem Laufflächenteil 2 und einem Spurkranzteil 3. Ein Schnitt, der etwa in der Mitte des Laufflächenteils 2 senkrecht durch das Radreifenprofil 1 gelegt ist, wird als Messkreisebene 4 bezeichnet. Daneben zeigt die Fig. 4 noch die Bearbeitungsrichtungen x, y und z der Radsatzdrehmaschine. Die y-Richtung erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4.

Ein Rad 5 eines Radsatzes (nicht gezeigt) ist in einer Radsatzdrehmaschine (nicht gezeigt) um die Längsachse z des Radsatzes in der Richtung 6 drehbar aufgenommen. Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Rad 5 etwa in Höhe der Messkreisebene 4 der Fig. 4. Während der Drehung wird das Radreifenprofil 1 von einem Werkzeug 7 bearbeitet. Das Werkzeug 7 besteht aus einem Schneidenträger 8 und einer pilzförmigen Schneidplatte 9 aus Hartmetall. Der Schneidenträger 8 und die Schneidplatte 9 sind drehfest miteinander verbunden und weisen zusätzlich noch Vorsprünge und Vertiefungen 10 auf, über welche sie miteinander verzahnt sind. Das Werkzeug 7 ist in einem Werkzeugsupport (nicht gezeigt) der Drehmaschine in Richtung des Doppelpfeils 11 drehbar gelagert. Die

Drehachse 12 ist unter einem spitzen Winkel α zur Tangente 13 an die Messkreisebene 4 des Rades 5 angeordnet . Die»,pilzförmige Schneidplatte 9 ist in der Weise ausgestaltet, dass sie nach außen geneigte Flanken 14 aufweist und in ihrer Mitte eine Vertiefung 15 hat.

Die Fig. 2 stellt eine ähnliche Situation dar wie die Fig. 1. Hier trägt ein Schneidenträger 16 eine zylindrische Schneidplatte 17. Auch in diesem Fall ist zwischen dem Schneidenträger 16 und der zylindrischen Schneidplatte 17 eine Verzahnung 18 vorgesehen. Der Schneidenträger 16 mit der zylindrischen Schneidplatte 17 ist um seine Drehachse 19 im Support (nicht gezeigt) einer Radsatzdrehmaschine drehbar gelagert. Der spitze

Winkel α zwischen der Drehachse 19 und der Radtangente 20 ist im Falle der Fig. 2 deutlich kleiner als bei der Fig. 1. Diese Anordnung bedingt eine flaschenhalsförmige Form des Schneidenträgers 16, damit er möglichst nah an das Rad 5 herangebracht werden kann.

Bei der Fig. 3 ist ein Werkzeug 21 vorgesehen, welches eine zylinderförmige Schneidplatte 22 aufweist. Die Schneidplatte 22 ist auf einem Bolzen 23 aufgelötet, der aus hochfesten Stahl besteht. Die Fertigbearbeitung des Bolzens 23 erfolgt im Interesse des Rundlaufs der Schneidplatte 22 erst nach dem Auflöten der Schneidplatte 22 auf den Bolzen 23. Der Bolzen 23 ist in einer flachkegeligen Lagerschale 24 gelagert. Diese hat die Aufgabe, die vom Hauptschnitt der Zerspanung und den Vorschub- und Passivkräften kommenden Schnittkräfte in den Grundhalter 25 zu übertragen, ohne dass der zylindrische Teil des Bolzens 23 zu stark belastet wird. Die Lagerschale 24 ist ein Verschleißteil und wird mit der zylinderförmigen Schneidplatte 22 gewechselt. Der Bolzen 23 hat am unteren Ende 26 eine Vielkeilverzahnung 2>7, die in ein gehärtetes Kegelrad 28 eingreift. An der Stelle 29 ist das Kegelrad 28 unabhängig vom Bolzen 23 wälzgelagert. Ein zweites Kegelrad 30 überträgt das Drehmoment, das bei der Rotation der zylindrischen Schneidplatte 22 um die Rotationsachse 31 entsteht, über ein hochübersetzendes Planetenradgetriebe (nicht gezeigt) auf einen regelbaren Servomotor (nicht gezeigt) . Zwischengeschaltet ist ein Bolzen 32, welcher das zweite Kegelrad 30 tragt, dass mit dem Kegelrad 28 kämmt.

Der Grundhalter 25 ist in der Radsatzdrehmaschine in der x-, y- und z-Richtung verschiebbar gelagert. Die Drehachse 31 der zylinderförmigen Schneidplatte 22 ist zur Radtangente 33 unter dem Winkel α geneigt.

Bez-ugs zeichenliste

1 Radreifenprofil

2 Laufflächenteil

3 Spurkranzteil

4 Messkreisebene

5 Rad

6 Drehrichtung

7 Werkzeug

8 Schneidenträger

9 pilzförmige Schneidplatte

10 Vorsprünge und Vertiefungen

11 Doppelpfeil

12 Drehachse

13 Tangente

14 Flanke

15 Vertiefung

16 Schneidenträger

17 zylindrische Schneidplatte

18 Verzahnung

19 Drehachse

20 Radtangente

21 Werkzeug

22 zylinderförmige Schneidplatte

23 Bolzen

24 Lagerschale

25 Grundhalter

26 unteres Ende

27 VielkeilVerzahnung

28 gehärtetes Kegelrad

29 Lagerung

30 zweites Kegelrad

31 Rotationsachse Bolzen Radtangente

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Werkzeug mit einer zylinder- (22) oder pilzförmigen

(9) Schneidplatte aus einem harten Werkstoff, wie Hartmetall oder Schneidkeramik, die auf einem Schneidenträger (8, 16, 23) befestigt ist, der in einem Werkzeugsupport gelagert ist, der in der X- und Z-Richtung einer Drehmaschine verschiebbar ist, wobei der Schneidenträger (8, 16, 23) unter einem spitzen

Winkel (α) zur Tangente (13, 20, 33) an den Kreis eines Schnittes in einer Ebene (4) senkrecht durch ein Werkstückprofil (1) angeordnet und um seine Längsachse (12, 19, 31) drehbar und antreibbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Werkzeug zum Drehen des Radreifenprofils (1) von Rädern (5) eines Radsatzes von Eisenbahnfahrzeugen auf einer Radsatzdrehmaschine bei unterschiedlichen Spantiefen während eines einzelnen Reprofilierungsschnitts vorgesehen ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schnitt in der Messkreisebene (4) des Radreifenprofils (1) des Rades

(5) liegt.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Drehrichtung

(11) des Schneidenträgers (8, 16, 23) umkehrbar ist.

4. -Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Drehzahl des Schneidenträgers (8, 16, 23) zwischen 0 und n Umdrehungen pro Minute veränderbar ist.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schneidenträger (8, 16, 23) unter einem Winkel (ß) zur Drehachse (z-Richtung) des Radsatzes angeordnet ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 1 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der spitze Winkel

(α) zwischen 5° und 10° und der Winkel (ß) ebenfalls zwischen 5° und 10° beträgt.