DE3717702C1 - Umfangsfraesvorrichtung zum Bearbeiten der Laufflaechen und Flanken von Schienenkoepfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umfangsfräsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Fahrschienen müssen an ihren Laufflächen sowie Flanken bearbeitet werden, wobei die Bearbeitung sowohl an neuen Schienen nach dem Walzprozeß als auch an abgefahrenen Schienen vorgenommen werden kann, um das ursprüngliche Schienenprofil wieder herzustellen. Es ist bekannt, die Bearbeitung der Schienenköpfe durch Schleifen, Hobeln oder Fräsen vorzunehmen.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Fräsen der Laufflächen, dessen Vorteil gegenüber dem Schleifen vor allem in der wesentlich größeren Materialabnahme in einer Zeiteinheit und gegenüber dem Hobeln in der Erzeugung von nur kurzen Spänen zu sehen ist. Ein weiterer Vorteil des Fräsens gegenüber dem Hobeln ist in den wesentlich kleineren erforderlichen Antriebs- bzw. Bremsleistungen des Vorschubmechanismus zu sehen.

Es sind Schienenkopffräsvorrichtungen bekanntgeworden, die nach dem Umfangsfräsverfahren arbeiten, wobei Fräser verwendet werden, die hyperbolisch gekrümmt ausgebildet sind. Bei diesen Fräsern entspricht die sich im Längsschnitt durch den Frässer zeigende Hyperbel der gewünschten Profilform des Schienenkopfes. Der bekannte Fräser (AT-PS 2 13 196) ist mit geraden Schneiden bestückt, die auf dem hyperbolischen Werkzeugkörper über den Umfang verteilt angeordnet sind und die Mantelfläche des Werkzeugkörpers tangieren. Durch die geraden Schneiden wird die Verwendung handelsüblicher Wendeplatten mit geraden Schneiden ermöglicht.

Obwohl, wie vorstehend dargelegt wurde, das Fräsen Vorteile gegenüber anderen Verfahren aufweist, ist es bis jetzt nur zu einer sehr begrenzten Verbreitung von Schienenfräsern und Vorrichtungen zum Schienenfräsen gekommen. Der Hauptgrund liegt darin, daß nach dem Umfangsfräsverfahren arbeitende Werkzeuge am Werkstück eine Welligkeit hinterlassen, die sich aus der Eigentümlichkeit des Fräsverfahrens ergibt. Diese Eigentümlichkeit besteht vor allem darin, daß die Fräserachse normalerweise quer zur Vorschubrichtung liegt, sowie dadurch, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers normalerweise sehr viel größer ist, als der Fräsvorschub. Dadurch, daß dieser Vorschub sehr klein im Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers ist, verläuft die Welligkeit weitgehend senkrecht zur Vorschubrichtung, d. h. parallel zur Fräserdrehachse. Diese Welligkeit ist, wenn die Rauhtiefe nicht zu groß wird, vielfach unschädlich. Bei den hier interessierenden Schienen, ist jedoch die Welligkeit an der Lauffläche der Schienenköpfe äußerst nachteilig, weil sie erfahrungsgemäß zu einer Resonanz-Erregung der Laufräder eines darauf fahrenden Zuges führt. Diese Resonanz-Erregung führt dazu, daß die Welligkeit nicht etwa "flach-gewalzt", sondern vielmehr verstärkt wird. Eine Schrägheit der Welligkeit würde dieses Problem zwar stark verringern, wäre aber mit einem Fräser, dessen Drehachse quer zur Vorschubrichtung steht, schwer realisierbar. Durch den Vorschub wird zwar, je größer dieser gewählt wird, um so mehr die Wellung aus dieser Lage verdreht. Da aber die Vorschubgeschwindigkeit bei üblichen Fräsverfahren sehr viel kleiner ist, als die Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers und dem Vorschub pro Zahn technologische Grenzen gesetzt sind, handelt es sich dabei nur um eine geringe Verdrehung der Welligkeit. Auch eine Schrägverzahnung des Fräsers erzeugt nur eine geringe Schrägheit der Welligkeit.

Dieser Nachteil trifft auch für die bekannte Fräsvorrichtung mit hyperboloidförmigem Fräser zu. Darüber hinaus haben der bekannte Fräser, wie auch andere entsprechend der Lauffläche der Schiene ausgebildete Profilfräser den weiteren Nachteil, daß für jedes Schienenprofil ein eigener Fräser verwendet werden muß.

Ausgehend von den geschilderten Problemen und Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umfangsfräsvorrichtung zum Bearbeiten der Laufflächen von Schienenköpfen zu schaffen, mit der die sich aus der Welligkeit der Bearbeitungsfläche ergebenden Probleme vermieden werden und die in gewissen Grenzen eine Einstellbarkeit auf unterschiedliche Schienenkopfprofile ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Es hat sich gezeigt, daß durch Schrägstellung des bekannten Fräsers und eine dieser Schrägstellung Rechnung tragende Anpassung des Rotationskörpers, dessen Erzeugende die Fräserschneidkanten sind, eine schräge Welligkeit auf dem Werkstück erzeugbar ist, mit der die Aufgabe der Erfindung lösbar ist. Durch die schräge Welligkeit kann nämlich das Laufrad des Fahrzeuges niemals in ein Wellental gelangen, sondern es rollt nur über die Wellenberge. Dadurch kann keine Resonanzerregung in dem Laufrad auftreten. Darüber hinaus führt die schräge Welligkeit dazu, daß trotz großem Fräsvorschub pro Zahn eine sehr enge Welligkeit entsteht, die eine sehr geringe Höhe der Welligkeit (geringe Rauhtiefe) bedeutet. Schließlich ergibt sich als weiterer Vorteil eine sehr große Schneidenlänge bei dem Profil des schräggestellten Fräsers angepaßter Krümmung der Mantelfläche des Fräsers, wodurch sich die Standzeit des Werkzeuges erhöht. Das liegt darin begründet, daß das Verhältnis zwischen der verwendeten Schneidenlänge zur Zerspanungsarbeit wesentlich größer ist als bei Fräsern nach dem Stand der Technik, deren Achse senkrecht zur Vorschubrichtung liegt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, daß nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgeschlagen wird, die Neigung der Rotationsachse des Umfangsfräsers zur Schienenlängsachse einstellbar auszubilden. Durch Schwenken des entsprechend profilierten, ggfs. hyperbolisch ausgebildeten Fräsers um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse des Fräsers kann der am Schienenkopf zu bearbeitende Radius verändert werden, so daß mit ein und demselben Fräser verschiedene Schienenprofile gefertigt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Fräser nach dem Stand der Technik im Aufriß, Grundriß und Seitenansicht, beim Fräsen im Gleichlauf,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Umfangsfräsvorrichtung in Aufriß, Grundriß und Seitenansicht, beim Fräsen im Gleichlauf,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines auf der Schiene abrollenden Laufrades und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine mit der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung bearbeitete Schiene und das Laufrad und

Fig. 5 und 6 die Veränderung des mit ein und demselben Fräser zu bearbeiten­ den Radiusses in schematischer Darstellung,

Fig. 7 und 8 die erfindungsgemäße Fräsvorrichtung beim Bearbeiten der Schienenflanken.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Fräser nach dem Stand der Technik bezeichnet. Unter dem Fräser ist die Schiene 2 im Querschnitt angedeutet, wobei erkennbar ist, daß die in der Projektion den Fräser begrenzende Hyperbel etwa dem Kopfradius der Schienenlauffläche entspricht. Der Fräser ist um die Rotationsachse 3 drehbar, die rechtwinklig zur Mittelsenkrechten der Schiene 2 verläuft.

Je nach Schrägstellung der Schneiden 11 auf dem Umfang des Fräsers ergibt sich, wie in der Darstellung darunter erkennbar, ein Fräsbild auf der Lauffläche der Schiene 2, dessen Welligkeit bei 5 angedeutet ist. Da die Fräserachse rechtwinklig zur Vorschubachse ausgerichtet ist, bilden die einzelnen Wellen mit der Vorschubrichtung (Schienenlängsachse) nahezu einen rechten Winkel.

Die Schrägstellung der Messer auf dem Fräser dient dabei im wesentlichen nicht dazu, Schrägheiten des Fräsbildes zu erzeugen, vielmehr wird durch die schräggestellten geraden Schneiden die Hyperbolid-Form erzeugt. Auf der rechten Seite der Darstellung ist die Welligkeit bzw. der Abstand von zwei Wellenbergen mit a bezeichnet; die Höhe der Welligkeit ist abhängig von a sowie dem Durchmesser d des Fräsers und kann durch die Kurzformel h = 0,25 × a/d näherungsweise berechnet werden. Es ist im übrigen aus dieser Figur klar zu erkennen, daß der Abstand zweier Wellenberge a gleich groß ist, wie der Vorschub zum Zahn b.

Fig. 2 zeigt in grob vereinfachter Darstellung die Erfindung. Der Fräser 6 ist auch hier in Aufriß, Grundriß und Seitenansicht dargestellt, ebenso die Schiene 2. Die Rotationsachse des Fräsers 7 ist zur Schienenlängsachse 4 um einen Winkel α geneigt, der <80 Grad ist. Das Fräsbild 8 hat eine Welligkeit, die um den Winkel β, starr zur Schienenlängsachse 4 geneigt ist. Die Neigung ergibt sich, in dem man den äußerst linken und äußerst rechten Berührungspunkt 9 und 10 zwischen dem Fräser 7 und der Schiene 2 durch eine gedachte Linie verbindet. Es ist aus der Zeichnungsfigur deutlich erkennbar, daß der Abstand zweier benachbarter Wellenberge a wesentlich kleiner ist als der Vorschub pro Zahn, der in Fig. 1 und 2 mit b bezeichnet ist. Es kann die Formel a = b × sinβ beschrieben werden. Dies bedeutet, daß bei gleichem Vorschub pro Zahn b ein wesentlich geringerer Wellenabstand a erzielt wird und aufgrund obigen Zusammenhanges damit auch eine wesentlich kleinere Wellenhöhe h erzielt wird. Dadurch wird deutlich, daß mit gleicher Vorschubgeschwindigkeit und gleichem Fräsdurchmesser mit dem erfindungsgemäßen Fräser eine wesentlich glattere Oberfläche erzielt werden kann, als dies beim Stand der Technik mit einem Fräser entsprechend Fig. 1 möglich war. In der Umkehrung bedeutet das, daß bei gleichwelliger Oberfläche wesentlich größere Vorschubgeschwindigkeiten gefahren werden können.

Claims (2)

1. Umfangsfräsvorrichtung zum Bearbeiten der Laufflächen und der Flanken von Eisenbahnschienen mittels eines Umfangsfräsers, dessen Schneidkanten Erzeugende eines Rotationskörpers, insbesondere eines hyperbolischen Rotationskörpers, sind, dessen Achse die Fräserachse ist, und dessen in Schienenlängsrichtung gesehener Umriß seiner Mantelflächen-Projektion der Krümmung der Lauffläche oder der Flanke des Schienenkopfes entspricht, wobei die Fräserachse in einer zur Längsachse der Schiene parallelen Ebene verlaufend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräserachse (7) unter einem solchen Winkel ( a ) zur Längsachse (4) der Schiene (2) verlaufend angeordnet ist, daß die gedachte Verbindungsgerade zwischen den beiden (in Achsrichtung des Umfangsfräsers) äußersten Berührungspunkten der Mantelfläche des Rotationskörpers auf dem fertig bearbeiteten Schienenkopfprofil mit der Schienenlängsachse (4) einen Winkel ( β ) zwischen 2 Grad und 40 Grad einschließt.

2. Umfangsfräsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Rotationsachse (7) des Umfangsfräsers (6) zur Schienenlängsachse (4) einstellbar ist.