WO2019227113A1 - Vorrichtung zur nichtabrasiven härtung von schienenkopfoberflächen - Google Patents

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Stephan Krall
Christoph LECHNER
Friedrich Bleicher
Hermann WATZINGER
Christian RUDIG
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Maschinenfabrik Liezen Und Giesserei Ges.M.B.H.
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E01B5/00—Rails; Guard rails; Distance-keeping means for them
    • E01B5/02—Rails

Definitions

  • the invention relates to a device for nonabrasive hardening of rail head surfaces during a passage, with processing tools arranged in succession with respect to the rail longitudinal direction and a tool support for engaging the rail head.
  • nonabrasive methods are also known, wherein an ultrasound-induced machining process is proposed for producing a more resistant surface of the rail head (KR 20150189810).
  • KR 20150189810 an ultrasound-induced machining process
  • a disadvantage of this method is that an efficient hardening of the rail head surface can not be done and thus shorter maintenance intervals of the rail body must be complied with.
  • the aforementioned methods are accompanied by a not inconsiderable noise development, so that these methods are in principle unsuitable for use in urban areas.
  • the invention is therefore based on the object, a device of the type described in such a way that increases the life of rail bodies and de ren maintenance is reduced with a reduction of process-related noise emissions.
  • the processing tools have pressure bodies which can be set normally on the rail head surface and are arranged at a distance from each other along a surface arc extending transversely to the longitudinal axis of the rail, the processing tools representing successive groups for uniform surface treatment in the direction of the surface arcs are arranged offset.
  • the decomposition density of the rail material in the surface layers can be increased, whereby an increase in the hardness of the processed rail head surface is achieved.
  • Due to the partial plastic deformation of the rail head surface a displacement of surface material is additionally effected in accordance with the pressure body contact points, whereby initially substantially a bead of material forms between the pressure bodies.
  • the device in is a relative movement relative to the rail head surface
  • rolling noise is significantly reduced.
  • a relative movement of the device relative to the rail head surface can be made si by the device is arranged, for example, retractable on a provided with a drive frame.
  • the device according to the invention has a tool support for engaging under the rail head fes, the tool support nenkontur for a better descendants of the slide, for example, as a rotatably mounted or pivotable support roller can be performed.
  • a fluctuating force entry can be avoided and on the other hand, the weight of the ver with a drive ver provided frame are kept low, which favored an urban use, because there prevailing maximum loads of the rail body may not be exceeded.
  • the device In order to achieve despite the high force input to the rail head surface Verringe tion of the total energy input during the machining process, beaten before that the pressure hull at least one to the surface bow tangential axis form rotatably mounted rolling elements. According to this measure me the device must overcome in their relative movement relative to the rail head surface in contrast to adhesion or sliding resistance lower Rollwi resistance, whereby a lesser force and thus energy needs be needed.
  • Particularly favorable processing conditions arise in this context, when the pressure body is formed, for example, as a spherical rolling body. As a result, the rolling elements can carry out compensating movements in any direction, whereby any occurring transverse forces added and damage the rolling element bearings avoided who the.
  • the pressure body of the machining tools against the force of a return spring hydraulically to the rail head surface be adjusted.
  • the pressure hulls can be subjected to pressure as example by hydraulic and / or electro-hydraulic actuators.
  • the use of return springs is provided.
  • the spring constant of, for example, designed as a helical spring can be chosen in an advantageous manner so that a sufficiently high restoring force can be provided for the pressure body, while ei NEN unnecessary energy expenditure for the hydraulic pressurization to generate ge.
  • the processing tools can each be grouped together in a processing unit having arranged between the individual processing tools supply channels for a lubricating and / or cooling medium.
  • a lubricating and / or cooling medium is selectively applied to the rail head surface to be machined, so that the resulting due to the plastic deformation process heat bes ser dissipated and the frictional resistance between the pressure bodies and the Rail head surface is reduced.
  • the consumption of the lubricating and / or cooling medium can be reduced because of the between the individual processing tools to ordered feed channels, especially since the medium entry is made only to the required, predetermined by the respective processing unit contact surfaces.
  • each machining unit is actuated via a separate pressure line.
  • the processing of the rail head surface can take place in several pressure stages, which causes a deformation of the surface in several steps and thus allows hö here feed rates.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention in egg nem oblique and
  • Fig. 2 is a section along the line II - II of Fig. 1 in a larger scale. Ways to carry out the invention
  • a device according to the invention for the non-abrasive weave of rail head surfaces 1 in a crossing has in the rail longitudinal direction successive groups 2 of processing tools 3.
  • the Vorrich device has a tool support 4 for engaging under the rail head 5, so that the tool support 4 is supported on the rail head bottom side 6.
  • the tool support 4 may for example be designed as a pivotable support roller.
  • the processing tools 3 comprise pressure bodies 7 that can be set normally on the rail head surface 1, wherein the processing tools 3 per group 2 are arranged at a distance from each other along a surface bend 8 extending transversely to the rail longitudinal axis, as can be seen in FIG.
  • the processing tools 3 are offset from each other in the rail longitudinal direction of successive groups 2 in the direction of the surface arcs 8.
  • the pressure bodies 7 can form rolling elements 9, which are rotatably mounted at least about an axis tangential to the surface curve 8. Particularly favorable processing conditions arise in this connexion, when the rolling elements 9 are spherical.
  • the processing tools 3 may include hydraulic or electro-hydraulic Li nearaktuatoren 10 for the feed movement of the pressure body 7.
  • the pressure body 7 of the processing tools 3 are by means of the linear actuators 10 against the force of a return spring 1 1, for example in the form of a coil spring, to the rail head surface 1 can be adjusted.
  • the processing tools 3 each of a group 2 can be combined in processing units 12. Between the individual processing tools feed channels 13 may be provided for a lubricating and / or cooling medium. In addition, each processing unit 12 via a separate pressure line 14, which is ver via a pressure line connection 15 with the processing unit 12 connected, are controlled.

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Abstract

Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen Es wird eine Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen (1) bei einer Überfahrt, mit in bezüglich der Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen (2) angeordneten Bearbeitungswerkzeugen (3) und einer Werkzeugabstützung (4) zum Untergreifen des Schienenkopfes (5) beschrieben. Um eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass bei einer Reduktion der prozessbedingten Geräuschemissionen die Lebensdauer von Schienenkörpern erhöht sowie deren Wartungsaufwand verringert wird, wird vorgeschlagen, dass die Bearbeitungswerkzeuge (3) normal auf die Schienenkopfoberfläche (1) anstellbare Druckkörper (7) aufweisen und je Gruppe (2) mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens (8) angeordnet sind, wobei die Bearbeitungswerkzeuge (3) aufeinanderfolgender Gruppen (2) zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung zueinander in Richtung der Oberflächenbögen (8) versetzt angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen bei einer Überfahrt, mit in bezüglich der Schienenlängs- richtung aufeinanderfolgenden Gruppen angeordneten Bearbeitungswerkzeugen und einer Werkzeugabstützung zum Untergreifen des Schienenkopfes.
Um die Abriebfestigkeit und somit die Lebensdauer von Schienenköpfen zu erhö hen, ist es bekannt, die Härte der Schienenkopfoberfläche durch Kaltverfestigung bzw. durch vorteilhafte, druckinduzierte Einbringung von Eigenspannungen in den Schienenkopf zu erhöhen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Kugelstrahlverfahren (FR 19890000873) einzusetzen. So wird beim Kugelstrahlverfahren durch Druck beaufschlagung der Schienenkopfoberfläche mittels Strahlmittelkörnern als Wirk- medium eine Härtesteigerung in der Oberflächengrenzschicht erzielt, wobei über das Wirkmedium Druckeigenspannungen eingebracht werden. Nachteilig ist daran allerdings, dass durch den Kugelstrahlprozess Schienenkopfmaterial abgetragen und demzufolge die Lebensdauer des Schienenkopfes verringert wird.
Daneben sind auch nichtabrasive Verfahren bekannt, wobei zur Erzeugung einer widerstandsfähigeren Oberfläche des Schienenkopfes ein ultraschallinduzierter Bearbeitungsprozess vorgeschlagen wird (KR 20150189810). Allerdings besteht ein Nachteil dieser Verfahren darin, dass eine effiziente Härtung der Schienen kopfoberfläche nicht erfolgen kann und dadurch kürzere Wartungsintervalle des Schienenkörpers eingehalten werden müssen. Zudem werden die zuvor genannten Verfahren von einer nicht unerheblichen Ge räuschentwicklung begleitet, sodass jene Verfahren für den Einsatz im urbanen Bereich grundsätzlich ungeeignet sind.
Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass bei einer Reduktion der prozessbeding ten Geräuschemissionen die Lebensdauer von Schienenkörpern erhöht sowie de ren Wartungsaufwand verringert wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Bearbeitungswerkzeu- ge normal auf die Schienenkopfoberfläche anstellbare Druckkörper aufweisen und je Gruppe mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens angeordnet sind, wobei die Bearbeitungswerk zeuge aufeinanderfolgender Gruppen zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung zueinander in Richtung der Oberflächenbögen versetzt angeordnet sind. Durch die punktuelle Belastung des Schienenkopfes durch die erfindungsgemä ßen Druckkörper erfolgt entlang der gesamten Schienenkopfoberfläche ein defi nierter Krafteintrag, wobei ein die Randschichten verdichtender Druckumformpro- zess stattfindet und dabei ein unerwünschter Materialabtrag vermieden wird. Auf grund der Materialverdichtung zufolge des Druckumformprozesses kann die Ver- setzungsdichte des Schienenwerkstoffes in den Randschichten erhöht werden, wodurch eine Härtesteigerung der bearbeiteten Schienenkopfoberfläche erzielt wird. Durch die partielle plastische Verformung der Schienenkopfoberfläche wird zudem eine Verdrängung von Oberflächenmaterial zufolge der Druckkörperkon taktstellen bewirkt, wodurch sich zunächst im Wesentlichen ein Materialwulst zwi- sehen den Druckkörpern bildet. Das durch die zufolge der Druckumformbewegung der einzelnen, in Schienenquerrichtung voneinander beabstandeten Druckkörper einer Gruppe verschobene Material wird erfindungsgemäß durch die Druckum formbewegung der in Schienenlängsrichtung nachfolgenden und versetzt ange ordneten Druckkörper weiter verschoben. Dadurch, dass sich die Vorrichtung in einer Relativbewegung gegenüber der Schienenkopfoberfläche befindet, wird das zufolge der Druckumformbewegungen der Druckkörper verschobene Material wei ter in Schienenlängsrichtung sowie in Schienenquerrichtung verdrängt, wobei die dem verschobenen Material in Schienenlängsrichtung vorangehenden und durch die Druckumformbewegung geglätteten Oberflächenabschnitte eine Härtesteige rung erfahren. Zudem werden aufgrund der erfindungsgemäßen Glättung der Schienenoberfläche die durch das Befahren der bearbeiteten Schienenkörper mit Schienenfahrzeugen hervorgerufenen Abrollgeräusche deutlich verringert. Eine Relativbewegung der Vorrichtung gegenüber der Schienenkopfoberfläche kann si chergestellt werden, indem die Vorrichtung beispielsweise rückziehbar an einem mit einem Fahrantrieb versehenen Rahmen angeordnet wird. Um überdies eine kompakte Bauweise der Vorrichtung und dennoch eine ausreichend hohe Gegen kraft für den Bearbeitungsvorgang zur Verfügung zu stellen, weist die Vorrichtung erfindungsgemäß eine Werkzeugabstützung zum Untergreifen des Schienenkop fes auf, wobei die Werkzeugabstützung für ein besseres Nachfahren der Schie nenkontur beispielsweise als eine drehbar gelagerte bzw. schwenkbare Abstütz rolle ausgeführt sein kann. Dadurch kann einerseits ein schwankender Krafteintrag vermieden werden und andererseits das Gewicht des mit einem Fahrantrieb ver sehenen Rahmens gering gehalten werden, was einen urbanen Einsatz begüns tigt, weil dort vorherrschende Maximalbelastungen der Schienenkörper nicht über schritten werden dürfen. Da aufgrund der erfindungsgemäßen Merkmale für einen zur Oberflächenhärtung ausreichenden Krafteintrag lediglich geringe Zustellge schwindigkeiten der einzelnen Druckkörper benötigt werden und somit keine Prall- und Schlaggeräusche beim Auftreffen der Druckkörper auf der Schienenkopfober fläche entstehen, kann eine geringere Geräuschentwicklung beim Bearbeitungs vorgang erzielt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können bei spielsweise Härtesteigerungen der Oberfläche von bis zur 60 % bei einem
Krafteintrag von 550 N bzw. bis zu 80 % bei einem Krafteintrag von 830 N je Druckkörper erreicht werden.
Um trotz eines hohen Krafteintrags auf die Schienenkopfoberfläche eine Verringe rung des Gesamtenergieeintrags beim Bearbeitungsvorgang zu erzielen, wird vor geschlagen, dass die Druckkörper wenigstens um eine zum Oberflächenbogen tangentiale Achse drehbar gelagerte Wälzkörper bilden. Zufolge dieser Maßnah me muss die Vorrichtung bei ihrer Relativbewegung gegenüber der Schienenkopf oberfläche einen im Gegensatz zu Haft- oder Gleitwiderstand geringeren Rollwi derstand überwinden, wodurch ein geringerer Kraft- und somit Energiebedarf be nötigt wird. Besonders günstige Bearbeitungsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der Druckkörper beispielsweise als kugelförmiger Wälz körper ausgebildet ist. Dadurch können die Wälzkörper Ausgleichsbewegungen in beliebiger Richtung ausführen, wodurch gegebenenfalls auftretende Querkräfte aufgenommen und Beschädigungen der Wälzkörperlagerungen vermieden wer den.
Damit bei einer hohen Leistungsdichte gleichzeitig der Wartungsaufwand der Vor richtung reduziert werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Druckkörper der Bearbeitungswerkzeuge gegen die Kraft einer Rückstellfeder hydraulisch an die Schienenkopfoberfläche anstellbar sind. Die Druckkörper können dabei beispiels weise durch hydraulische und / oder elektro-hydraulische Aktuatoren mit Druck beaufschlagt werden. Um die Rückführung der Druckkörper in deren kontaktfreie Ausgangsposition ohne zusätzlich eingebrachten Energieeintrag bzw. aufwendige Regelverfahren zu ermöglichen, ist der Einsatz von Rückstellfedern vorgesehen. Die Federkonstante der beispielsweise als Spiralfeder ausgebildeten Rückstellfe der kann dabei in vorteilhafter Weise so gewählt werden, dass eine ausreichend hohe Rückstellkraft für die Druckkörper bereitgestellt werden kann, ohne dabei ei nen unnötigen Energieaufwand für die hydraulische Druckbeaufschlagung zu ge nerieren.
Um einen besseren Härtungsvorgang zu erzielen und dabei den Verschleiß der Druckkörper zu verringern, können die Bearbeitungswerkzeuge je einer Gruppe in einer Bearbeitungseinheit zusammengefasst sein, die zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen angeordnete Zuführkanäle für ein Schmier- und / oder Kühlmedium aufweisen. Zufolge dieser Maßnahme wird ein Schmier- und / oder Kühlmedium gezielt auf die zu bearbeitende Schienenkopfoberfläche aufgebracht, sodass die zufolge der plastischen Verformung entstandene Prozesswärme bes ser abgeführt und der Reibungswiderstand zwischen den Druckkörpern und der Schienenkopfoberfläche reduziert wird. Dadurch wird nicht nur der Verschleiß der Druckkörper an sich verringert, sondern auch eine unnötig hohe thermische Belas tung sowie tribologisch bedingte Schäden der Schienenkopfoberfläche vermieden. Zudem kann aufgrund der zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen an geordnete Zuführkanäle der Verbrauch des Schmier- und / oder Kühlmediums re duziert werden, zumal der Mediumseintrag lediglich auf den erforderlichen, durch die jeweilige Bearbeitungseinheit vorgegebenen Kontaktflächen erfolgt.
Um sowohl die Oberflächenhärte als auch die Oberflächengüte des zu bearbei tenden Schienenkopfes zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass jede Bearbei tungseinheit über eine gesonderte Druckleitung ansteuerbar ist. Dadurch kann die Bearbeitung der Schienenkopfoberfläche in mehreren Druckstufen erfolgen, was eine Verformung der Oberfläche in mehreren Teilschritten bedingt und damit hö here Vorschubgeschwindigkeiten ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei gen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in ei nem Schrägriss und
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II der Fig. 1 in einem größeren Maßstab. Wege zur Ausführung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur nichtabrasiven Flärtung von Schienen kopfoberflächen 1 bei einer Überfahrt weist in Schienenlängsrichtung aufeinander folgende Gruppen 2 von Bearbeitungswerkzeugen 3 auf. Zudem weist die Vorrich tung eine Werkzeugabstützung 4 zum Untergreifen des Schienenkopfes 5 auf, so- dass die Werkzeugabstützung 4 an der Schienenkopfunterseite 6 abgestützt wird. Die Werkzeugabstützung 4 kann beispielsweise als schwenkbare Abstützrolle ausgeführt sein. Die Bearbeitungswerkzeuge 3 umfassen normal auf die Schienenkopfoberfläche 1 anstellbare Druckkörper 7, wobei die Bearbeitungswerkzeuge 3 je Gruppe 2 mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Oberflächenbogens 8 angeordnet sind, wie dies in Fig. 2 zu erkennen ist. Zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung sind die Bearbeitungswerkzeuge 3 von in Schienenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen 2 zueinander in Richtung der Oberflächenbögen 8 versetzt angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform können die Druckkörper 7 Wälzkörper 9 bilden, die wenigstens um eine zum Oberflächenbogen 8 tangentiale Achse drehbar gelagert sind. Besonders günstige Bearbeitungsbedingungen ergeben sich in diesem Zu sammenhang, wenn die Wälzkörper 9 kugelförmig ausgebildet sind.
Die Bearbeitungswerkzeuge 3 können hydraulische bzw. elektro-hydraulische Li nearaktuatoren 10 für die Zustellbewegung der Druckkörper 7 umfassen. Die Druckkörper 7 der Bearbeitungswerkzeuge 3 sind mittels der Linearaktuatoren 10 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 1 1 , beispielsweise in Form einer Spiralfeder, an die Schienenkopfoberfläche 1 anstellbar.
Die Bearbeitungswerkzeuge 3 je einer Gruppe 2 können in Bearbeitungseinheiten 12 zusammengefasst sein. Zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen können Zuführkanäle 13 für ein Schmier- und / oder Kühlmedium vorgesehen sein. Zudem kann jede Bearbeitungseinheit 12 über eine gesonderte Druckleitung 14, die über einen Druckleitungsanschluss 15 mit der Bearbeitungseinheit 12 ver bunden ist, angesteuert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur nichtabrasiven Härtung von Schienenkopfoberflächen (1 ) bei einer Überfahrt, mit in bezüglich der Schienenlängsrichtung
aufeinanderfolgenden Gruppen (2) angeordneten Bearbeitungswerkzeugen (3) und einer Werkzeugabstützung (4) zum Untergreifen des Schienenkopfes (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge (3) normal auf die Schienenkopfoberfläche (1 ) anstellbare Druckkörper (7) aufweisen und je Gruppe (2) mit Abstand zueinander entlang eines quer zur Schienenlängsachse
verlaufenden Oberflächenbogens (8) angeordnet sind, wobei die
Bearbeitungswerkzeuge (3) aufeinanderfolgender Gruppen (2) zur gleichmäßigen Oberflächenbearbeitung zueinander in Richtung der Oberflächenbögen (8) versetzt angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckkörper (7) wenigstens um eine zum Oberflächenbogen (8) tangentiale Achse drehbar gelagerte Wälzkörper (9) bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkörper (7) der Bearbeitungswerkzeuge (3) gegen die Kraft einer
Rückstellfeder (1 1 ) hydraulisch an die Schienenkopfoberfläche (1 ) anstellbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge (3) je einer Gruppe (2) in einer
Bearbeitungseinheit (12) zusammengefasst sind, die zwischen den einzelnen Bearbeitungswerkzeugen (3) angeordnete Zuführkanäle (13) für ein Schmier- und / oder Kühlmedium aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede
Bearbeitungseinheit (12) über eine gesonderte Druckleitung (14) ansteuerbar ist.
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