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Title:
DEVICE FOR THE NON-ABRASIVE HARDENING OF RAILHEAD SURFACES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/227113
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for the non-abrasive hardening of railhead surfaces (1) during a transit is described, having processing tools (3) that are arranged in successive groups (2) with respect to the rail longitudinal direction, and a tool support (4) for engaging under the railhead (5). In order to configure a device of the type outlined at the beginning such that, together with a reduction in the process-related noise emissions, the lifetime of railheads is increased and the maintenance effort therefor is reduced, the invention proposes that the processing tools (3) have pressure bodies (7) that are placeable normally on the railhead surface (1), and are arranged per group (2) at a distance from one another along a surface curve (8) extending transversely to the rail longitudinal axis, wherein the processing tools (3) of successive groups (2), for uniform surface processing, are arranged in an offset manner with respect to one another in the direction of the surface curves (8).

Inventors:
KRALL STEPHAN (AT)
LECHNER CHRISTOPH (AT)
BLEICHER FRIEDRICH (AT)
WATZINGER HERMANN (AT)
RUDIG CHRISTIAN (AT)
Application Number:
PCT/AT2019/060166
Publication Date:
December 05, 2019
Filing Date:
May 21, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MASCHF LIEZEN UND GIESSEREI GES M B H (AT)
International Classes:
E01B31/02; E01B31/18
Foreign References:
AT391285B1990-09-10
GB2299044A1996-09-25
FR2642087A11990-07-27
KR101666660B12016-10-14
FR8900873A1989-01-23
KR20150189810A2015-12-30
Attorney, Agent or Firm:
HÜBSCHER, Helmut et al. (AT)
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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.

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.