DE4001793C1 - Ascertaining slip between railway wheel and drive friction roller - applying latter to bogie during machining for re-profiling - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des während einer Reprofilierung auftretenden Schlupfes zwischen mindestens einem Rad eines in einer Reprofilierungsmaschine drehantreibbar gelagerten Radsatzes und mindestens einer ein solches Rad über Reibanschluß antreibenden Reibrolle.

Es sind bereits Einrichtungen zur Erfassung des Schlupfes zwischen einem angetriebenen Eisenbahnradsatz oder mindestens einem Rad eines solchen Eisenbahnradsatzes und der Schiene, auf der dieser Radsatz oder das Rad abrollt, bekannt bspw. durch den Aufsatz "Ein elektronisches Schlupfmeßgerät mit hoher Meßgenauigkeit" veröffentlicht in ATZ, 67/4, Seiten 119-121, oder durch den Aufsatz "Schlupfmessung als Teilproblem zur automatischen Zug- und Bremskraftregelung von Schienenfahrzeugen" in Glasers Annalen, 93 (1969, Nr. 12, Seiten 366-370). Solche Einrichtungen befassen sich mit der Schlupferfassung und Schlupfkontrolle zwischen Eisenbahnrad und Schiene und leisten dort befriedigende Dienste. Für eine Anwendung an Radsatzreprofilierungsmaschinen, bei denen der Radsatz über Reibrollen an der Lauffläche angetrieben wird, sind diese Einrichtungen jedoch nicht geeignet, weil bei der Reprofilierung auf solchen Reprofilierungsmaschinen weder die Durchmesser der Räder eines Eisenbahnradsatzes konstant bleiben noch der Radsatz bzw. die Eisenbahnräder eines Radsatzes immer auf dem gleichen Durchmesser der Antriebsrollen abrollen. Es ändert sich somit einerseits der Durchmesser der Räder eines Radsatzes, und es ändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebsrolle und Eisenbahnrad aufgrund der Durchmesserveränderung des Eisenbahnrades als auch aufgrund im Durchmesser sich ändernder Abrollebenen des Antriebsreibrades.

Mit DE-PS 38 23 832 ist bereits eine Unterflurradsatzdrehmaschine zum Reprofilieren der Räder von Eisenbahnradsätzen vorgeschlagen, bei der die Eisenbahnradsätze über angetriebene Reibrollen während des Reprofilierens angetrieben werden und bei der eine Einrichtung zur Ermittlung des zwischen einer der Reibrollen und dem von ihr angetriebenen Rad auftretenden Schlupfes vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom ermittelten Schlupf die Vorschubgeschwindigkeit der Drehsupporte steuert. Hieraus ist jedoch nicht erkennbar, wo und unter welchen Bedingungen genau der Schlupf festgestellt werden soll, und es ist insbesondere die Bauart der Einrichtung zur Ermittlung des Schlupfes nicht erkennbar. Zwar wird dort weiter ausgesagt, daß die Einrichtung Geräte zum Messen der Umfangsgeschwindigkeit der Reibrolle und des zugehörigen Rades sowie eine Auswertestation aufweisen soll. Jedoch ist eine Umfangsgeschwindigkeit der Reibrolle und eine Umfangsgeschwindigkeit des zugehörigen Rades bei solchen Einrichtungen nicht existent. Sie wäre lediglich zu vergleichen mit der Umfangsgeschwindigkeit eines auf der Schiene rollenden Radsatzes im Vergleich zu der auf der Schiene zurückgelegten Wegstrecke, wobei dort bei mangelnder Übereinstimmung auf entsprechenden Schlupf geschlossen werden könnte. Weiter ist dort ausgesagt, daß das Gerät zum Messen der Umfangsgeschwindigkeit des Rades eine Meßrolle enthält. Diese Meßrolle soll an der inneren Stirnseite des Rades (siehe Fig. 1) angelegt werden. Daraus aber folgt bei dem nach der in Fig. 1 erkennbaren Methode zur Festlegung des Radsatzes, daß die genaue Radiuslage der Meßrolle 61 nicht bekannt ist, so daß von der Meßrolle 61 allenfalls "irgendeine" Umfangsgeschwindigkeit, nicht aber die Umfangsgeschwindigkeit der Umfangsfläche des Rades, die auf der Antriebsreibrolle abrollt, gemessen werden kann. Bei sich ändernden Abrolldurchmessern von Rad und Antriebsreibrolle bleibt die Position der Meßrolle 61 konstant, so daß die aufgrund der gen. Änderung eintretenden Geschwindigkeitsänderungen am Rad von der Meßrolle 61 als Schlupf mit positivem oder negativem Vorzeichen interpretiert werden müssen. Eine aus dieser Schlupfmessung erfolgte Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit der Drehsupporte kann somit nicht zu einem optimalen Ergebnis führen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit dem eine sichere Schlupfbestimmung möglich ist. Weiter soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen werden.

Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens während der Reprofilierung fortlaufend die Umfangsgeschwindigkeit von aufeinander abrollenden Umfangslinien von mindestens einem Rad und mindestens einer Reibrolle mindestens eines Reibrollenpaares bestimmt und zur Ermittlung des augenblicklichen Schlupfes miteinander verglichen werden. Während ein Eisenbahnrad von einer Reibrolle während des Reprofilierungsvorganges angetrieben wird und dabei auf dieser abrollt, wandern die tatsächlich aufeinander abrollenden Umfangslinien von Rad und Reibrolle ständig, weil ja die Lauffläche des Eisenbahnrades sozusagen unter der Reibrolle durch den Reprofilierungsvorgang weggeschnitten wird. Damit rollt in der Regel die in axialer Richtung fortschreitende Schnittkante als Umfangslinie auf der Reibrolle ab, so daß auch die auf der Reibrolle belastete Umfangslinie mit der Schnittkante axial wandert. Da die Antriebsreibrolle an solchen Unterflurdrehmaschinen auch einen kegeligen Teil aufweist, ändert sich dort nicht nur die axiale Lage der aufeinander abrollenden Umfangslinie, sondern in gleicher Weise auch das Übersetzungsverhältnis zwischen den aufeinander abrollenden Teilen. Dies muß zur korrekten Bestimmung des Schlupfes unbedingt beachtet werden. Soll also der während des Reprofilierungsvorganges auftretende Schlupf ständig bekannt sein, so müssen die jeweils ausgenblicklich bestehenden Gegebenheiten ständig berücksichtigt werden. Es muß also mindestens während der Reprofilierung fortlaufend die Umfangsgeschwindigkeit von aufeinander abrollenden Umfangslinien bestimmt werden. Hierzu ist es erforderlich, daß zunächst diese Umfangslinien nach ihrem Durchmesser und nach ihrer korrekten axialen Lage ermittelt oder in sonstiger Weise berücksichtigt werden. Sodann können die Geschwindigkeiten der gen. Umfangslinien bestimmt und miteinander verglichen werden. Aus der sich bei dem Vergleich eventuell ergebenden Differenz kann dann unmittelbar auf den bestehenden Schlupf geschlossen werden. Die Schlupfberechnung von zwei aufeinander sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zueinander bewegenden Teilen ist bekannt, so daß hier darauf nicht näher eingegangen werden muß.

Um die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der genannten Umfangslinien zu erfassen, kann zusätzlich ein Meßrad gegen die Lauffläche des zu vermessenden Radsatzes angelegt werden, so daß dieses Meßrad vom sich drehenden Rad angetrieben wird. Aus der Drehzahl des Meßrades und den von der Konstruktion her bekannten Abmessungen dieses Meßrades kann auf dessen Umfangsgeschwindigkeit geschlossen werden, die ja gleich sein muß der Umfangsgeschwindigkeit des Rades. Hierbei ist mit Umfangsgeschwindigkeit die Umfangsgeschwindigkeit der an beiden Bauteilen aufeinander abrollenden Umfangslinie gemeint. Sorgt man nun dafür, daß das Meßrad die gleichen äußeren Abmessungen aufweist wie die Reibräder und gleichzeitig mindestens während des Meßvorganges in gleicher axialer Position wie die Reibräder angeordnet ist, so müssen die aufeinander abrollenden Umfangslinien zwischen Reibrad und Rad des Radsatzes einerseits und Meßrad und Rad des Radsatzes andererseits gleich sein. Unter diesen sehr einfachen Voraussetzungen ist es nicht mehr erforderlich, die axiale Lage und den Umfang der gen. aufeinander ablaufenden Umfangslinien gesondert zu bestimmen, sondern es reicht vielmehr ein Vergleich der Drehzahlen von Meßrad und einem am gleichen Rad des Radsatzes anliegenden Reibrad, um auftretenden Schlupf erkennen zu können.

Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß das Meßrad die gleichen äußeren Abmessungen aufweist, wie ein Reibrad eines Reibrollenpaares. Vielmehr ist es schon ausreichend, wenn sichergestellt ist, daß eine Umfangslinie eines Eisenbahnrades, die sich auf der Reibrolle abwälzt, auch auf der Meßrolle in der gleichen Radialebene abwälzt. In welcher axialen Lage sich die genannte Umfangslinie jeweils abwälzt, ist durch die Stellung des Schneidwerkzeugs, dessen Lage über Weggeber kontrolliert werden kann, bekannt. Da auch die äußeren Abmessungen der Meßrolle bekannt sind, kann damit im Prinzip immer die jeweilige Umfangsgeschwindigkeit in der Abrollebene ermittelt werden. Mit der Lage der Abrollebene in axialer Richtung ist die Umfangslänge der Abrollebene an der Meßrolle aufgrund der bekannten Abmessungen der Meßrolle ebenfalls bekannt. Da auch die Drehzahl der Meßrolle überwacht wird und damit bekannt ist, kann aus Umfangslänge und Drehzahl problemlos die Umfangsgeschwindigkeit der aufeinander abrollenden Umfangslinien errechnet werden. Da jedoch zusätzlich während der Reprofilierung die radiale Abrollebene, in der die aufeinander abrollenden Umfangslinien von Werkstück und Meßrolle einerseits sowie den Reibrollen und dem Werkstück andererseits liegen, in axialer Richtung wandert und dabei den jeweiligen Reibrollenkegel bzw. Meßradkegel hinunterwandert, tritt irgendwann der Zeitpunkt ein, in welchem dieser genannte Kegel verlassen wird und nunmehr das Werkstück wieder am zylindrischen Teil sowohl der Reibrollen des Reibrollenpaares als auch des Meßrades anliegt. Dieser Zeitpunkt muß erfaßt werden, weil dann ja wieder Umfangslinien anderer Umfangslängen aufeinander abrollen. Dieser Zeitpunkt ist ohne weiteres zu erfassen, wenn in diesem Bereich der Kontaktmöglichkeiten mit den genannten Rollen auch die sich aus dem Verschleiß ergebende Ist-Kontur des jeweiligen Rades des Eisenbahnradsatzes bekannt ist. Meßeinrichtungen oder Abtasteinrichtungen, die diese Kontur mit ausreichender Genauigkeit erfassen können, sind im Stand der Technik bekannt und müssen daher hier nicht beschrieben werden. Es kann somit aufgrund des Bekanntseins der Werkzeugstellung und der Spantiefe in der bekannten Werkzeugstellung als Differenz zwischen der radialen Lage des Ist-Profils an der Stelle des Werkzeugs und der radialen Lage des vom Werkzeug neu hergestellten Profils zuverlässig ermittelt werden, ob die Abrollebene noch in der Ebene des Werkzeuges ist oder aufgrund der Spantiefe bereits ein "Umsetzen" stattgefunden hat.

Da einerseits der Bereich des Umsetzens sehr genau erfaßt werden kann, andererseits aber im unmittelbaren Bereich des Umsetzens die Meßergebnisse und damit auch die Rechenergebnisse unzuverlässig sind, ist es vorteilhaft, im unmittelbaren Bereich des Umsetzens eine Schlupfkontrolle nicht durchzuführen.

Wenn während des Reprofilierungsvorgangs die Werkzeugstellung in axialer Richtung und die in der jeweiligen Werkzeugstellung auftretende Spantiefe durch eine Erfassung des Ist-Profils und des Soll-Profils bekannt ist, so kann auch ein Ergebnis unter Verwendung eines Meßrades erzielt werden, das nicht über die gleiche Länge wie die Reibrollen des Reibrollenpaares an der Umfangsfläche des Rades eines Radsatzes anliegt. Es ist vielmehr möglich bspw. ein sehr schmales Meßrad axial mit einer radialen Symmetrieebene in die Meßkreisebene des Rades eines Radsatzes, die genau in ihrer axialen Lage definiert ist, zu bewegen und gegen die Lauffläche des Rades anzulegen und während des Reprofilierens in an sich bekannter Weise mit einem solchen Meßrad die Umfangslänge des Eisenbahnrades in dieser Ebene zu messen. Da aufgrund dieser Umfangsmessung und der bekannten axialen Lage, in der der gemessene Umfang liegt, sowie des bekannten Verlaufes der Ist-Kontur alle wesentlichen Abmessungen des Rades für die Schlupfmessung bekannt ist, kann aus der gemessenen Umfangslinie und dem Verlauf der Ist-Kontur die Länge einer anderen Umfangslinie im Kontaktbereich von Lauffläche und Reibrolle errechnet werden. Damit aber ist es wiederum möglich, aufgrund der bekannten Stellung des Schneidwerkzeugs, die Länge der Umfangslinie im Bereich des Schneidwerkzeugs zu errechnen. Das eben erwähnte Meßrad, das in seinen Abmessungen ebenfalls bekannt ist, kann nunmehr zur Schlupfkontrolle dienen, in dem die Drehzahl des Meßrades und damit die Umfangsgeschwindigkeit des Meßrades bestimmt und auf die Umfangsgeschwindigkeit der Umfangslinie im Bereich des Drehwerkzeuges umgerechnet wird. Diese Umfangsgeschwindigkeit kann dann mit der entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit der Reibrolle verglichen werden, woraus sich auf den Schlupf schließen läßt.

Vorrichtungsmäßig geht die Erfindung aus von einer Maschine zum Reprofilieren der Räder von Eisenbahnradzusätzen mit einem Maschinenständer und einer Einrichtung zur Aufnahme eines Radsatzes sowie mit mindestens einer angetriebenen Reibrolle, mindestens einem mindestens ein Drehwerkzeug aufweisenden Drehsupport und einer Maschinensteuerung sowie mit einem zur Anlage an ein Rad bringbaren Meßrad sowie mit mit der Maschinensteuerung verbundenen Einrichtung zur Ermittlung der Drehzahlen von Reibrolle und Meßrad. Bei einer solchen Maschine ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Meßrad in seiner äußeren Form und Abmessung identisch mit einer Reibrolle eines Reibrollenpaares ist und in gleicher axialer Lage wie diese zur Anlage an die Lauffläche eines Rades des Eisenbahnrades gebracht werden kann. Mit einem solchen Meßrad wird es, wie eingangs bereits beschrieben wurde, auf besonders einfache Weise möglich, auftretenden Schlupf qualitativ und quantitativ zu erfassen.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maschine sind in den Unteransprüchen 10 und 11 beschrieben.

Die Erfindung soll nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Drehmaschine mit durch Reibrollen angetriebenem Werkstück und einer Einrichtung zum Messen der Umfangsgeschwindigkeit des angetriebenen Werkstückes in der Meßkreisebene.

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht der Maschine nach Fig. 1 in Blickrichtung A.

Fig. 3 zeigt eine unter Kraft an eine Umfangsfläche des Werkstückes angelegte, das Werkstück antreibende Reibrolle vor Zerspanungsbeginn.

Fig. 4 zeigt eine unter Kraft an eine Umfangsfläche des Werkstückes angelegte, das Werkstück antreibende Reibrolle während der Zerspanung.

Fig. 5 zeigt die Situation Werkstück antreibende Reibrolle, nachdem der Kontaktpunkt des Werkstückes vom kegeligen Bereich der Reibrolle zurück auf den zylindrischen Bereich der Reibrolle gewechselt hat.

Fig. 6 zeigt ein vergrößertes Detail aus Fig. 4.

Fig. 7 zeigt ein vermessenes Verschleißprofil.

Fig. 8 zeigt die Situation der Zerspanung im Bereich der zylindrischen Mantelflächen der Reibrollen.

Fig. 9 zeigt die Seitenansicht eines Rades eines Radsatzes mit zwei gemeinsam von einem Antrieb angetriebenen Reibrollen und ein Meßrad gleicher Gestalt und Abmessungen wie die Reibrollen in vereinfachter Darstellung.

Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht B der Fig. 9 mit Meßrad und Reibrollen.

Fig. 11 zeigt die Darstellung von Meßrad und Reibrolle mit unterschiedlichen Durchmessern beim Anliegen an der verschlissenen Lauffläche eines Rades.

Fig. 12 zeigt die Darstellung von Meßrad und Reibrolle mit unterschiedlichen Durchmessern und Kontakt ihrer Kegelstümpfe an ein Rad.

Die Maschine nach Fig. 1 ist eine Drehmaschine zum Reprofilieren der verschlissenen Radlaufflächen der Räder an Radsätzen durch Nachdrehen. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Unterflurdrehmaschine. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Radsatz 1 ist an seinen beiden Lagerkästen 2, 2′ von je einer Stütze 3, 3′ in horizontaler Lage abgestützt und von den Niederhalteeinrichtungen 4, 4′ gegen die Stützen 3,3′ angepreßt und gehalten. Die Rotationsachse 5 des Radsatzes 1 ist so angeordnet, daß sie in die Maschinenmittenlängsebene 6 (Fig. 2) fällt. Um den Radsatz 1 antreiben zu können, sind die Reibrollenpaare 7, 7′ unter Kraft jeweils an ein Rad 8, 8′ des Radsatzes 1 angelegt. Die Anlagekraft wird durch die Hubeinrichtungen 9, 9′ erzeugt. Die Rollenpaare 7, 7′ werden jeweils angetrieben von den Motoren 10, 10′. Die Rotationsrichtung 11 des Radsatzes 1 ist dabei so vorgesehen, daß die Drehwerkzeuge 12, 12′ (Fig. 1 und Fig. 2) das jeweilige Rad zerspanend bearbeiten können. Das Drehwerkzeug 12′ ist als im Eingriff an Rad 8′ dargestellt, während das Drehwerkzeug 12 (Fig. 2) als nicht im Eingriff an Rad 8 dargestellt ist.

Die Reibrollenpaare 7, 7′ sind von Rollenträgern 19, 19′ aufgenommen und in ihnen drehantreibbar gelagert. Die Rollenträger 19, 19′ sind an ihren äußeren Enden in Gelenken 20, 20′ beweglich gehalten, so daß die Rollenträger 19, 19′ von den Hubeinrichtungen 9, 9′ je einseitig angehoben werden können. Seitlich sind die Rollenträger 19, 19′ im Maschinengestell durch an sich bekannte, nicht weiter dargestellte Führungsmittel geführt und abgestützt.

Auf der rechten Maschinenseite 13 ist ein Meßgerät 14 mit einem Meßrad 16 am Maschinengestell 15 angeordnet. Das Meßrad 16 des Meßgerätes 14 hat einen definierten Durchmesser und ist in der vorgeschriebenen Meßkreisebene 17 des Rades 8 an das Rad 8 mit ausreichender Anlagekraft angelegt. Die Anlagekraft wird durch einen fluidbetätigten Zylinder 18 erzeugt. Mit Hilfe dieses Zylinders 18 ist das Meßgerät 14 in der Längsrichtung der Kolbenstange 25 (Fig. 2) bewegbar und durch nicht dargestellte Mittel gegen Verdrehung gesichert. Das Meßgerät 14 ist so angeordnet, daß es vom Rad 8 des Radsatzes 1 in der Verschieberichtung 24 der Kolbenstange 25 vollkommen wegbewegt werden kann.

Das Meßgerät 14 ist für zwei Aufgaben vorgesehen. Einmal wird dieses Meßgerät zum Ermitteln des verschlissenen Raddurchmessers in der Meßkreisebene 17 oder einer sonstigen definierten Ebene benutzt, zum anderen zum Ermitteln der Umfangsgeschwindigkeit eines Rades des angetriebenen Radsatzes 1.

Das Meßgerät 14 selbst besteht aus dem schon erwähnten Meßrad 16 und einem Impulsgeber 26, der mit dem Meßrad 16 in Wirkverbindung steht und von diesem angetrieben wird. Die beim Anwenden des Meßgerätes 14 erzeugten Impulse des Impulsgebers 26 werden zur Verarbeitung einer Auswerteeinrichtung, die ein dafür ausgestalteter Rechner sein kann, zugeleitet.

Die linke Maschinenseite 21 kann ebenfalls ein Meßgerät aufweisen, welches jedoch nur zum Messen des Meßkreisdurchmessers 22 des Rades 8′ vorgesehen sein kann. Dieses Meßgerät ist nicht dargestellt.

Zum Ermitteln der Drehzahlen der Reibrollenpaare 7, 7′ sind Meßgeräte 23, 23′ an den Motoren 10, 10′ vorgesehen. Diese Meßgeräte können Impulsgeber sein, deren Impulse einer Auswerteeinrichtung, die ein dafür ausgestalteter Rechner sein kann, zugeleitet werden. Zum Vermessen der Verschleißprofile 27, 27′ an den Rädern 8, 8′ sind an den Supporten 28, 28′ an sich bekannte Verschleißmeßeinrichtungen 29, 29′ vorgesehen.

An der in Fig. 1 dargestellten Maschine sind für die Steuerung der Supporte mit den Drehwerkzeugen 12, 12′ hydraulische Kopiereinrichtungen mit Schablonen 30, 30′ und Hydraulikfühler 31, 31′ vorgesehen. Zum Speichern und Verarbeiten aller Meßdaten ist zusätzlich zu den hydraulischen Kopiereinrichtungen eine rechenfähige Maschinensteuerung 32 vorgesehen. Die Supporte 28, 28′ sind in an sich bekannter Weise mit nicht weiter dargestellten Führungen und Antrieben für Längsbewegungen in Z-Richtung 33 und Querbewegung in X-Richtung 34 ausgerüstet. Um auch bei einer Maschine mit hydraulischen Kopiereinrichtungen Informationen über die Lage der Drehwerkzeuge 12, 12′ am Werkstück zu erhalten, sind beide Supporte 28, 28′ in X-Richtung 34 und Z-Richtung 33 mit Wegmeßeinrichtungen 35, 35′ und 36, 36′ ausgerüstet.

Die rechenfähige Maschinensteuerung 32 einer mit hydraulischer Kopiereinrichtung ausgerüsteten Maschine ist mit den nachfolgend aufgezählten Komponenten über dargestellte, jedoch teilweise nicht bekannte Leitungen verbunden: Meßgerät 14 mit Impulsgeber 26, Meßgeräte 23, 23′, Verschleißeinrichtungen 29, 29′, Wegmeßeinrichtungen 35, 35′ und Wegmeßeinrichtungen 36, 36′.

Weiterhin ist die rechenfähige Maschinensteuerung 32 mit einer konventionellen Maschinensteuerung 38 verbunden und diese wiederum mit einem Hydraulikaggregat 37 über Leitung 39, welches alle hydraulischen Verbraucher versorgt. Die Versorgungsleitungen zu den hydraulischen Verbrauchern sind nicht weiter dargestellt.

Die Maschine kann auch als CNC-gesteuerte Maschine aufgebaut sein. Eine CNC-gesteuerte Maschine ist ganz ähnlich aufgebaut. Die Schablonen 30, 30′ und die Hydraulikfühler 31, 31′ entfallen jedoch dann, und die konventionelle Steuerung 38 wird durch die CNC-Steuerung 40 ersetzt. Die rechenfähige Maschinensteuerung 32 kann dann in der CNC-Steuerung enthalten sein. Sie kann jedoch auch separat vorgesehen sein, dann allerdings in Verbindung mit der CNC-Steuerung 40. Das Hydraulikaggregat 37 ist dann über Leitung 39 mit der CNC-Steuerung 40 verbunden und notwendig für die Versorgung der Hubeinrichtungen 9, 9′ und des Zylinders 18.

Ein Reprofiliervorgang mit Schlupfüberwachung soll nun an einer Maschine mit CNC-Steuerung erläutert werden. Der Radsatz 1 ist, wie in Fig. 1 abgebildet, aufgenommen und wird von den Reibrollenpaaren 7, 7′ um seine Rotationsachse 5 rotierend angetrieben, wobei die Reibrollenpaare 7, 7′ von den Motoren 10, 10′ angetrieben werden. Die Reibrollenpaare 7, 7′ werden von den Hubeinrichtungen 9, 9′ mit ausreichender Kraft an die Räder 8, 8′ angepreßt. Diese Anpreßkräfte werden von den mit Fluidmittel vom Hydraulikaggregat 37 beaufschlagten Zylindern 41, 41′ erzeugt und mit Kraftsensoren 42, 42′ gemessen, die an den Hubeinrichtungen 9, 9′ vorgesehen sind. Die Kraftsensoren 42, 42′ sind über Leitungen 43, 43′ mit der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 verbunden und liefern während des Arbeitsablaufes dauernd Meßdaten an die Maschinensteuerung 32. Vor Beginn der Reprofilierung der Radlaufflächen kann es notwendig sein, die Verschleißprofile und die Meßkreisdurchmesser der verschlissenen Profile zu kennen. Das Vermessen von Verschleißprofilen an Rädern von Radsätzen gehört zum Stand der Technik, ebenso das Messen von Meßkreisdurchmessern mit Reibradmeßgeräten.

Verschleißprofile können in der Maschine vermessen werden. Sie können jedoch auch der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 oder der CNC-Steuerung 40 eingegeben werden aus einer Vermessung außerhalb der Maschine, z. B. nach Patentanmeldung EP 8 61 04 027.7. Ein Vermessen von Verschleißprofilen innerhalb der Maschine kann nach der Lehre der Patentanmeldung EP 8 61 08 841.7 erfolgen.

Das Vermessen des Verschleißprofils soll nun in Fig. 7 am rotierend angetriebenen Radsatz 1 an Rad 8 näher erläutert werden.

Die Lage einer Meßrolle 45 der Verschleißmeßeinrichtung 29 in bezug auf ihre Meßkanten 49 und 50 ist z. B. der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 über die Wegmeßeinrichtungen 35 und 36 in X-Richtung 34 und Z-Richtung 33 bekannt. Bei Beginn der Messungen wird die Innenplanfläche 46 des Rades 8 durch die Meßkante 49 der Meßrolle 45 in definierter X-Position angetastet und dadurch in der Verschleißmeßeinrichtung 29 ein Schaltvorgang ausgelöst. Dieser Schaltvorgang wird der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 über Leitung 47 mitgeteilt, die dann mit Hilfe der Wegmeßeinrichtung 35 über Leitung 48 die Z-Lage 33 der Innenplanfläche ermittelt und abspeichert. Danach wird mit dem Reibradmeßgerät 14 in Verbindung mit der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 in der Meßkreisebene 17 der Meßkreisdurchmesser 44 über eine Umfangsmessung ermittelt und in der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 abgespeichert. Danach werden, ausgehend vom Meßkreisdurchmesser 44, in der Meßkreisebene 17 die Meßpunkte 51, 52 und 53 am Verschleißprofil mit der Meßkante 50 der Meßrolle 45 des Verschleißmeßgerätes 29 nacheinander angetastet und jedes Mal ein Schaltvorgang im Verschleißmeßgerät 29 ausgelöst, der über Leitung 47 der Maschinensteuerung 32 mitgeteilt wird, die dann mit Hilfe der Wegmeßeinrichtungen 35, 36 über die Leitungen 48 und 85 die Lage dieser Meßpunkte 51, 52 und 53 in X-Richtung 34 und Z-Richtung 33 feststellt und abspeichert.

Die Meßpunkte 51, 52 und 53 sind erforderlich, um ein Soll-Profil 56 radial und axial so anzuordnen, daß ausgehend von einem verschlissenen Ist-Profil, eine wirtschaftliche Werkstoffzerspanung gewährleistet ist. Nachdem die Meßpunkte 51, 52 und 53 ermittelt und deren Lagen in X-Richtung 34 und Z-Richtung 33 im Rechner der Steuerung 32 abgespeichert wurden, wird, ausgehend von der Meßkreisebene 17, eine Anzahl von weiteren Meßpunkten 54 mit der Meßkante 50 der Meßrolle 45 der Verschleißmeßeinrichtung 29 angetastet, deren Lagen in X-Richtung 34 und in Z-Richtung 33 ebenfalls von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 ermittelt und abgespeichert werden. Die Abstände 59 werden in Z-Richtung 33 so eng gewählt, daß in der Maschinensteuerung 32 durch Interpolation eine geschlossene Kontur ausreichender Genauigkeit dieses Ist-Profilabschnittes 55 erzeugt werden kann. Diese Abstände können im Prinzip beliebig klein sein. Mit den Vermessungsdaten ist es nun möglich, das Drehwerkzeug 12 so zu positionieren und zu steuern, daß das Soll-Profil 56 werkstoffsparend reprofiliert werden kann. Da die Lage der Meßpunkte 51 und 52 in X-Richtung 34 und Z-Richtung 33 der Maschinensteuerung 32 bekannt ist, und das Soll-Profil 56, welches der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 ebenfalls bekannt ist, einen der Meßpunkte 51 oder 52 bei der Positionierung radial zum Ist-Profil 27 berühren muß, ist die neue radiale Lage des Soll-Profils 56 in X- Richtung 34 in der Maschinensteuerung 32 bekannt. Somit ist auch jeder beliebige Raddurchmesser, bezogen auf das Soll-Profil 56, durch die Maschinensteuerung 32 berechenbar. Mit der lagegerechten Zuordnung des vermessenen und interpolierten Ist-Profilabschnittes 55 zum Meßkreisdurchmesser 44 des Ist-Profils 27 in der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 ist diese in der Lage, jeden beliebigen Durchmesser des Ist-Profils 27 im Bereich des Ist-Profilabschnittes 55 zu errechnen. Somit es es auch möglich, die Schnittiefen 58 (Fig. 3) im Bereich des Ist-Profilabschnittes 55 zu berechnen.

Ausgehend von der Maschinenmittenquerebene 60 (Fig. 3) und der Rotationsachse 5 des Radsatzes 1 ist die Lage des Ist-Profils 27 und des Soll-Profils 56 durch Vermessung und weitere Berechnung in Z-Richtung 33 und X-Richtung 34, wie beschrieben, bekannt. Der Abstand der Reibrollenpaare 7, 7′ von der Maschinenmittenquerebene ist durch den Maschinenaufbau bekannt.

Soll ein schädliches Schlüpfen der Reibrollen der Reibrollenpaare 7, 7′ beim Antreiben des Radsatzes 1 erkannt werden, müssen die Umfangsgeschwindigkeiten des angetriebenen Radsatzes 1 und der antreibenden Reibrollenpaare 7,7′ in der Berührungsebene 61 (Fig. 4) der Räder 8, 8′ und Reibrollenpaare 7, 7′ überwacht werden. Berührungsebenen sind immer dort, wo z. B. Rad 8 und die Reibrollen des Reibrollenpaares 7 miteinander Kontakt aufweisen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Reibrollen je Reibrollenpaar 7, 7′ sind untereinander gleich, da sie antriebsmäßig miteinander gekoppelt und baugleich sind. Die Drehzahlen der Motoren 10, 10′ werden mit Hilfe der Meßgeräte 23, 23′ gemessen. Da die Getriebeübersetzung zwischen den Motoren 10, 10′ und den Reibrollenpaaren 7, 7′ bekannt ist, ist sofort auch die Drehzahl "n" der Reibrollen bekannt, und damit ist die Winkelgeschwindigkeit der Reibrollen berechenbar. Mit der Winkelgeschwindigkeit kann zu jedem bekannten Durchmesser einer Reibrolle die entsprechende Umfangsgeschwindigkeit berechnet werden.

Die Umfangsgeschwindigkeit einer Umfangslinie des Radsatzes 1 in einer Berührungsebene 61 von Rad 8 und Reibrollenpaare 7 wird mit dem Meßgerät 14, welches unter Kraft mit Hilfe des Zylinders 18 an Rad 8, z. B. in der Meßkreisebene 17, angelegt ist, ermittelt, derart, daß das Meßrad 16 von Rad 8 angetrieben rotiert und die Rotation des Meßrades 16 auf den Impulsgeber 26 (Fig. 1) übertragen wird, dessen Impulse dann von der Maschinensteuerung 32 pro Zeiteinheit gezählt werden. Da die Anzahl der vom Impulsgeber 26 während einer Umdrehung des Meßrades 16 abgegebenen Impulse bekannt ist, kann die Drehzahl des Meßrades 16 von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 errechnet werden. Mit der so errechneten Drehzahl des Meßrades 16 und dem bekannten Durchmesser des Meßrades 16 kann dann von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 8 am Meßkreisdurchmesser 44 in der Meßkreisebene 17 berechnet werden. Da sich die Umfangsgeschwindigkeiten in verschiedenen Ebenen verhalten wie deren Radien, kann somit, bezogen auf beliebige Durchmesser der Räder 8, 8′, die jeweilige Umfangsgeschwindigkeit berechnet werden.

Bei Beginn der Reprofilierung, dargestellt an Rad 8 in Fig. 3, ist das Reibrollenpaar 7 an das Ist-Profil 27 im Bereich des Ist-Profilabschnittes 55 unter Kraft angelegt und treibt das Rad 8 bzw. den Radsatz 1 rotierend an. Die Durchmesser der sich aufeinander abwälzenden Umfangslinien der Reibrollen 7 und des Rades 8 sind bekannt bzw. berechenbar. Die zylindrischen Durchmesser 62 der Mantelfläche 66 der Reibrollen sind aus der Konstruktion bekannt. Der Durchmesser 63 an der Mantelfläche 67 des Ist-Profils 27 ist in der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 als größter Durchmesser des Ist-Profilabschnittes 55 bekannt. Damit ist die rechenfähige Maschinensteuerung 32 in der Lage, die Umfangsgeschwindigkeiten der jeweils aufeinander abwälzenden Umfangslinien der Mantelflächen 66, 67 zu berechnen und in der Lage, mit den errechneten Geschwindigkeiten eine Schlupfberechnung vorzunehmen. Solange sich das Drehwerkzeug 12 in Z-Richtung 33 außerhalb des Profilbereiches des Rades 8 befindet, wird von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 der Durchmesser 63 der Mantelfläche 67 zur Schlupfberechnung herangezogen. Sobald das Werkzeug 12 in Z-Richtung 33 mit der Schneide 64 die Planfläche 65 erreicht und überschritten hat (Fig. 3 und 8), wird der jeweilige Durchmesser 68, 68′, 68′′ des Rades 8 aus der in der der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 abgespeicherten axialen Lage in Z-Richtung 33 der Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 und der ebenfalls bekannten Kontur des Ist-Profils 27 berechnet. Aus der Lage der Schneide 64 in Z-Richtung 33 und dem abgespeicherten Ist-Profil ist somit der jeweilige Durchmesser 68, 68′, 68′′ des Ist-Profils 27 des Rades 8, der mit dem Durchmesser 62 der zylindrischen Mantelfläche 66 zusammenwirkt, berechenbar.

Das Reibrollenpaar 7 wird während der Zerspanung von der Hubeinrichtung 9 immer geben das Rad angepreßt, auch bei unterschiedlichen Durchmessern, die sich durch die Zerspanung ergeben. Der Durchmesser 62 der zylindrischen Mantelfläche 66 ist bis zur Kante 69 unverändert. Sobald die Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 in Z-Richtung 33 die Kante 69 der zylindrischen Mantelfläche 66 erreicht, muß ebenfalls für das Reibrollenpaar 7 der jeweilige am Rad 8 anliegende Durchmesser 70 (Fig. 4) aus der Lage der Schneide 64 in Z-Richtung 33 berechnet werden, da sich der Durchmesser 70 mit zunehmender Annäherung des Drehwerkzeuges 12 an den Spurkranz 71 im Bereich des Kegelstumpfes 72 dauernd ändert (Fig. 4). Ab der Kante 69 ist es nicht nur erforderlich, die Durchmesser 70 und 68′′ aus der Lage der Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 zu errechnen, sondern auch die jeweilige Schnittiefe 73, die sich je nach Verlauf des Ist-Profils 27 einstellt. Die Schnittiefe 73 ist der Abstand des Sollprofils 56 zum Ist-Profil 27 an der Stelle der Schneide 64.

Ab Kante 69 muß die Schnittiefe 73 kontrolliert werden, damit, falls die Schnittiefe 73 im Bereich des Kegelstumpfes 72 kleiner wird als das Maß 74, ein Umsetzen des Rades 8 vom Kegelstumpf 72 auf den Durchmesser 62 des Reibrollenpaares 7 erkannt wird und die Berechnung des Schlupfes mit den richtigen aufeinander abwälzenden Durchmessern an Reibrollen und Rad erfolgt. Die Schnittiefe 73 ist von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32, da Soll-Profil 56 und Ist-Profil 27 in Kontur und Lage zueinander in der Maschinensteuerung 32 bekannt ist, leicht berechenbar. Im Bereich des Kegelstumpfes 72 sind, solange das Maß 74 kleiner ist als die Schnittiefe 73, immer die Durchmesser 68′′ und 70 miteinander in Antriebsverbindung. Sobald der Betrag des Maßes 74 den Betrag der Schnittiefe 73 erreicht und überschreitet, findet ein Wechsel der miteinander in Antriebsverbindung stehenden Durchmesser vom Kegelstumpf 72 zurück zum zylindrischen Abschnitt des Reibrollenpaares 7 statt. Das Maß 74 ist einfach zu berechnen aus dem Abstand 75, den die Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 bei der Zerspanung zur Kante 69 jeweils einnimmt, und dem Winkel 76 des Kegelstumpfes 72. Falls die Schnittiefe 73 immer größer ist als das Maß 74, findet ein Wechsel des Rades 8 vom Kegelstumpf 72 zurück zum zylindrischen Abschnitt der Reibrollenpaare 7 erst statt, wenn die Schneide 64 die Planfläche 77 erreicht und in Richtung des Spurkranzes 71 überschreitet.

Falls die rechenfähige Maschinensteuerung 32 feststellt, daß das Maß 74 gleich der Schnittiefe 73 ist, werden die Meßdaten zur Kontrolle eines Schlupfes von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 ignoriert. Eine Kontrolle des Schlupfes findet erst wieder statt, wenn von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 eindeutig erkannt wird, mit welchen Wälzdurchmessern am Rad 8 und Reibrollenpaar 7′ zu rechnen ist.

Da unter der Anlagekraft der Hubeinrichtung 9, durch die das Reibrollenpaar 7 an das Rad 8 angepreßt wird, die Kante 78 verformt wird, muß eine Korrektur der miteinander in Antriebsverbindung stehenden Durchmesser 68′′ und 70 vorgenommen werden. In Fig. 6 ist in einer vergrößerten Darstellung die Verformung gezeigt. Die gestrichelt dargestellte Kante 78 wird durch die Walzpressung des Reibrollenpaares 7 in eine Linienlage 79 umgeformt. Da dann anstelle der Kante 78 mit dem Kegelstumpf 72 der Kegelstumpf 80 am Rad 8 in Antriebsverbindung steht, sind die Durchmesser 68′′ und 70 zu korrigieren. Die dann miteinander in Antriebsverbindung stehenden Durchmesser verschieben sich in Z-Richtung 33 hin zum Spurkranz 71 und schneiden die Strecke der Linienanlage 79 des Kegelstumpfes 80 etwa mittig, und die Durchmesser 68′′ und 70 ändern ihren Betrag.

Durch eine Korrekturrechnung, die z. B. in der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 erfolgt, sind die an den Kegelstümpfen 72 und 80 in Antriebsverbindung stehenden Durchmesser 81 und 82 leicht zu errechnen.

Die Anpreßkraft FN des Reibrollenpaares 7, die von der Hubeinrichtung 9 aufgebracht wird, wird aus der vom Kraftsensor 42, dessen Meßwert über Leitung 43 an die rechenfähige Maschinensteuerung 32 geht, gemessenen Kraft F mit dem Hebelverhältnis des Rollenträgers 19, das durch die Baumaße des Rollenträgers 19 bestimmt ist, errechnet. In Verbindung mit einer Materialkonstanten CM, welche die Härte des Radwerkstoffes berücksichtigt und durch Versuche mit der jeweils zu verwendenden Reibrolle und der Anpreßkraft FN zu ermitteln ist, läßt sich durch Multiplikation von FN · CM die Gegenkathete 86 des Dreiecks, gebildet aus der Hypothenuse 87 und den Katheten 86 und 88, berechnen. Da die dann miteinander in Antriebsverbindung stehenden Durchmesser 81 und 82 die Hypothenuse 87 mittig schneiden, ergeben sich die Korrekturen der Durchmesser 68′′ und 70 mit X1 = X2 = Gegenkathete 86 dividiert durch 2 in X-Richtung 34 und die Verschiebung der Durchmesser 68′′ und 70 in X-Richtung 33 zu 1/2 · Kathete 88.

Die zur Rechnung erforderlichen Gleichungen sind:

Gegenkathete 86 = FN · CM
Kathete 88 = FN · CM · 1/tg (Winkel 136)
X1 = X2 = FN · CM · 1/2

Die miteinander in Antriebsverbindung abwälzenden Durchmesser haben dann die Beträge:

Durchmesser 70 + 2 · X2 = Durchmesser 82 (neuer Reibrollendurchmesser)

Durchmesser 68′′ - 2 · X2 = Durchmesser 81 (neuer Raddurchmesser)

Eine solche Korrektur der Durchmesser 70 und 68′′ kann, solange das Reibrollenpaar 7 und das Rad 8 im Bereich des Kegelstumpfes 72 miteinander in Antriebsverbindung stehen, erforderlich sein.

Sobald die Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 die Planflächen 77 des Reibrollenpaares 7 erreicht und in Z-Richtung 33 in Richtung des Spurkranzes 71 überschreitet (Fig. 5), stehen das Rad 8 und die zylindrische Mantelfläche 66 in Antriebsverbindung, und eine Berechnung der sich immer verändernden Durchmesser ist nicht mehr erforderlich.

Bei Verformung der Kante 78 ist nicht nur eine Korrektur der Durchmesser 68′′ und 70 erforderlich, sondern auch eine zusätzliche Kontrolle, ob zwischen dem Soll-Profil 56 des Rades 8 und den Mantelflächen 66 der Reibrollen des Reibrollenpaares 7 Spielraum vorliegt. Mit Hilfe des Betrages der Schnittiefe 73, dem Betrag der Gegenkathete 86 und dem Betrag des Maßes 74 (Fig. 4) ist durch einfache Rechnung nachprüfbar, ob zwischen den zylindrischen Mantelflächen 66 und dem Neuprofil 56 Spielraum vorliegt:
Schnittiefe 73 (Fig. 6) minus Maß 74 (Fig. 4) minus Gegenkathete 86 = Spielraum 89 (Fig. 6).

Solange ein Spielraum 89 vorhanden ist, liegen die miteinander in antreibender Wirkverbindung stehenden Durchmesser bzw. die diesen zugeordneten Umfangslinien im Bereich des Kegelstumpfes 72. Wird durch diese beschriebene Kontrolle erkannt, daß die zylindrische Mantelfläche 66 mit dem Soll-Profil 56 in Berührung kommt und die Berührung über die Kegelstümpfe 72 und 80 aufgehoben ist, nimmt die rechenfähige Maschinensteuerung die Schlupfberechnung mit den für diese Berührungsstelle zutreffenden Daten auf.

Das Meßrad 16 des Meßgerätes 14 ist in der Meßkreisebene 17 an das Rad 8 angelegt (Fig. 5). Bei fortschreitender Reprofilierung erreicht die Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 auch die Meßkreisebene 17 und überschreitet diese und damit die Anlageebene des Meßrades. Über die Wegmeßeinrichtung 35, die in Z-Richtung 33 wirksam ist, wird von der rechenfähigen Maschinensteuerung 32 erkannt, wann die Schneide 64 des Drehwerkzeuges 12 die Meßkreisebene 17 erreicht, und die Meßwerte des Meßgerätes 14 werden von der Maschinensteuerung 32 so lange ignoriert, bis das Meßrad 16 des Meßgerätes 14 unter dem Schnitt des Drehwerkzeuges 12 den Anlagedurchmesser von Meßkreisdurchmesser 44 auf Meßkreisdurchmesser 57 gewechselt hat (Fig. 7 und 5). Wie vor schon erläutert, ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 8 in der Ebene des Meßkreisdurchmessers 57 des Soll-Profils 56 berechenbar. Eine Berechnung des Schlupfes zwischen dem antreibenden Reibrollenpaar 7 und dem angetriebenen Rad 8 ist nahezu immer möglich, ausgenommen beim Umsetzen des Meßrades 16. Um ein Beschädigen des Meßrades 16 beim Umsetzen von einem Meßkreisdurchmesser auf den anderen zu vermeiden, kann das Meßgerät 14 kurzzeitig von Rad 8 zurückgezogen werden und, wenn der Meßkreisdurchmesser 57 des Soll-Profils 56 vorliegt, wieder an das Rad 8 angelegt werden. Die Schlupfkontrolle, wie zwischen Rad 8 und dem Reibrollenpaar 7, erfolgt an Rad 8′ und dem Reibrollenpaar 7′ in gleicher Weise. Mit der vom Meßgerät 14 ermittelten Umfangsgeschwindigkeit des Rades 8 in der Meßkreisebene 17 werden die benötigten Umfangsgeschwindigkeiten am Rad 8′ errechnet mit Hilfe der an diesem Rad gemessenen Maße. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Reibrollen des Reibrollenpaares 7′ werden wie oben zu Reibrollenpaar 7 beschrieben, jedoch mit den Meßdaten des Meßgerätes 23′, berechnet. Wenn das Drehwerkzeug 12 in Z-Richtung 33 die Meßkreisebene 17 am Rad 8 in Richtung des Spurkranzes 71 überschritten hat, bleiben die aufeinander abwälzenden Durchmesser 83 und 84 konstant.

Eine weitere Möglichkeit zum Überwachen oder Messen des Schlupfes wird in Fig. 9 dargestellt. Die Reibrollen 7, die mit Anpreßkraft 98 an das Rad 91, welches nur teilweise dargestellt ist, angelegt sind, treiben das Rad 91 eines Radsatzes in Rotationsrichtung 92 gegen das Drehwerkzeug 93 an. Die Reibrollen 7 werden gemeinsam von dem Antrieb 94, der ein Getriebe 95, einen Motor 96 und ein Meßgerät 97 aufweist, angetrieben. Wenn angenommen wird, daß kein Schlupf zwischen den Reibrollen 7 und dem angetriebenen Rad 91 vorliegt, ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 91 gleich der Umfangsgeschwindigkeit der antreibenden Reibrollen 7 in der jeweiligen Berührungsebene Reibrollen-Rad. Tritt jedoch Schlupf auf, ist die Umfangsgeschwindigkeit der Reibrollen 7 größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 91 in der jeweiligen Berührungsebene Reibrollen-Rad. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 91 ist dann unbekannt, jedoch meßbar mit Meßgerät 99, welches in Fig. 9 vereinfacht dargestellt ist. Das Meßrad 100 hat die gleiche Größe und äußere Gestalt wie die Reibrollen 7, die das Rad 91 antreiben und wird unter Kraft in der gleichen axialen Position wie die Reibrollen 7 an das Rad 91 mit Hilfe einer nicht weiter dargestellten Anlegevorrichtung angelegt. Die auf dem Rad 91 abwälzenden Durchmesser der Reibrollen 7 und des Meßrades 100 stehen dann alle mit dem gleichen Durchmesser mit dem Rad 91 in Wirkverbindung. Wird wiederum angenommen, daß zwischen den antreibenden Reibrollen 7 und dem Rad 91 beim Antreiben kein Schlupf auftritt, ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 91, der antreibenden Reibrollen 7 und des Reibrades 100 in der Berührungsebene gleich. Tritt jedoch beim Antreiben des Rades 91 zwischen den Reibrollen 7 und dem Rad 91 Schlupf auf, ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 91 geringer als die Umfangsgeschwindigkeit der Reibrolle 7. Die Umfangsgeschwindigkeit des Meßrades 100 ist jedoch gleich der Umfangsgeschwindigkeit des Rades 91 in der jeweiligen Abrollebene.

Wegen der Gleichheit der Reibrollen 7 und des Meßrades 100 in Durchmesser und äußerer Form kann jetzt die Drehzahl einer Reibrolle 7 und die Drehzahl des Meßrades 100 zur Schlupfberechnung herangezogen werden. Die Rechnung ist wie unten angeführt durchzuführen.

Schlupf (%) ist = 100 · (ⁿReibrolle 7 - ⁿMeßrad 100)/n Reibrolle 7. Die Drehzahl der Reibrollen 7 kann am Motor 96 mit dem Meßgerät 97, welches ein Impulsgeber sein kann, gemessen werden. Da die Übersetzung des Antriebes 94 bekannt ist, und die Reibrollen über Antriebsmittel 135 mit dem Antrieb 94 verbunden sind, liegt die Drehzahl der Reibrollen ohne langwieriges Rechnen vor. Die Drehzahl des Meßrades 100 kann ebenfalls mit einem Impulsgeber 101, der mit dem Meßrad 100 in Wirkverbindung steht, gemessen werden. Der Impulsgeber 101 und das Meßgerät 97 müssen für eine rechnerische Auswertung mit einer rechenfähigen Maschinensteuerung zusammenarbeiten.

Diese beschriebene Möglichkeit zur Schlupfüberwachung oder Schlupfmessung ist z. B. auch auf einer Maschine nach Fig. 1 verwendbar.

In Fig. 10 ist das Rad 91 mit den Reibrollen 7, die hintereinanderliegend dargestellt sind, und dem Meßrad 100 abgebildet.

Die Reibrollen 7 treiben das Rad 91 mit ihrer Kegelmantelfläche 102 an der Schnittstelle 103 des Drehwerkzeuges 104 an. Die Kante 105 wird durch die Walzpressung der Reibrollen verformt in eine kleine kegelige Anlagefläche, wie schon in Fig. 6 gezeigt. Da jedes Reibrad 100 gleiche Form und gleichen Durchmesser aufweist wie die Meßrollen 90, ist keine Korrekturrechnung zur Berichtigung der Abwälzdurchmesser erforderlich. Die Reibrollen 7, das Rad 91 und das Meßrad 100 stehen untereinander immer in einer Berührungsebene 106 in Kontakt, die an Reibrolle 7 und Meßrad 100 den gleichen Durchmesser des zugeordneten Abwälzumfanges aufweist.

Die Schnittiefe 107 ist allerdings ebenso zu überwachen, wie schon früher erläutert, damit ein eventuelles Umsetzen der zylindrischen Reibrollenflächen 110 von der verschlissenen Lauffläche des Rades 91 auf die Kegelmantelfläche 102 der Reibrollen 7 und ein Umsetzen des Rades 91 bzw. der Reibrollen 7 von der Kante 105 des Rades 91 auf die Lauffläche 108 des Soll-Profils 109 erkannt wird.

Während einer solchen Umsetzphase können kurzzeitig Kante 105 bzw. Berührungsebene 106 und Lauffläche 108 des Soll-Profils 109 gemeinsam auf den Reibrollen 7 abwälzen.

Die rechenfähige Steuerung muß dann die Meßdaten der Umfangsgeschwindigkeitsmessung, wie schon gesagt, kurzzeitig ignorieren, mindestens solange, bis über die Schnittiefenberechnung eine Schnittiefe 107 erkannt wird, die eine solche Größe aufweist, daß sicher erkannt wird, daß das Rad 91 nur in einer radialen Ebene mit den Reibrollen 7 in Abrollkontakt stehen kann.

In den Fig. 11 und 12 ist eine der Fig. 10 ähnliche Einrichtung dargestellt. Die unter Kraft an das Rad 111 angelegten Reibrollen 7 sind in Form und Größe den Reibrollen 7 in Fig. 10 gleich, jedoch das ebenfalls unter Kraft angelegte Meßrad 113 hat einen anderen zylindrischen Durchmesser 114 als das Meßrad 100 in Fig. 10 und ist somit auch unterschiedlich zu den Reibrollen 7 in Fig. 11. Die äußeren Konturen von Reibrollen 7 und Meßrad 113 sollen untereinander gleich sein. Die Durchmesser 114 und 116 sollen jedoch unterschiedlich sein.

Die Reibrollen 7 und das Meßrad 113 liegen in gleicher axialer Lage am Rad 111 an, und ihre Planflächen 133 und 134 liegen in einer Ebene. Liegt die Reibrolle 7 am Rad 111 in der Ebene 115 an Rad 111 an, dann liegt auch das Meßrad 113 in der Ebene 115 am Rad 111 an. Treiben die Reibrollen 7 das Rad 111 nun ohne Schlupf an, rotieren Rad 111, Reibrollen 7 und Meßrad 113 mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit. Die Drehzahlen von Reibrollen 7 und Meßrad 113 sind jedoch wegen der unterschiedlichen Durchmesser 116 und 114 verschieden. Während der Zerspanung am Umfang des Rades 111 verschiebt sich die Ebene 115 in Richtung des Spurkranzes und bildet die Ebene 115′. Solange die Ebenen 115 und 115′ an den zylindrischen Rollenbereichen 118 und 119 von Reibrollen und Meßrad anliegen, sind die Durchmesser von Reibrolle und Meßrad aus der Konstruktion der Rollen ohne zusätzliches Berechnen bekannt. Die Lage der Ebenen 115, 115′ sind ermittelbar über die Lage der Schneide 120 des Drehwerkzeuges 121, beispielsweise mit den Wegmeßeinrichtungen 35 und 35′ einer Maschine nach Fig. 1. Überschreitet die Schneide 120 des Drehwerkzeuges 121 die Kante 122 an der Reibrolle 7 (Fig. 12), legt sich die Reibrolle 7 unter ihrer Anlagekraft weiterhin an das Rad 111 an, jedoch nicht mehr mit dem Rollenabschnitt 118, sondern mit der Kegelmantelfläche 123. Das Meßrad 113, welches auch unter Kraft an das Rad 111 angelegt ist, reagiert ebenfalls auf die Verschiebung der Ebene 115 bzw. 115′ und legt sich radial mit der Kegelmantelfläche 124 an das Rad 111 an. Reibrolle 7 und Meßrad 113 liegen nun gemeinsam mit ihren Kegelmantelflächen 123 und 124 in der Ebene 125 am Rad 111 an.

Die Anlagedurchmesser 126 und 127 sind nun nicht mehr ohne Rechnung bekannt und müssen mit dem Abstand 128 (Fig. 12), der sich aus der Lage der Schneide 120 zur Reibrolle 7 und zum Meßrad 113 ergibt, mit Hilfe der Winkel 129 und 130, die untereinander gleich sind, in einer rechenfähigen Maschinensteuerung, z. B. einer Maschine nach Fig. 1, berechnet werden. Zusätzlich ist eine Korrektur der miteinander abwälzenden Anlagedurchmesser 126, 127 und 131 wegen der Verformung der Kante 132 erforderlich.

Die Korrekturrechnung zur Ermittlung der aufeinander abwälzenden Durchmesser bei Verformung der Kante 132 wurde schon früher erläutert und ist hier im gleichen Sinne anzuwenden.

Mit den errechneten und korrigierten Durchmessern 126 und 127 und den ermittelten Drehzahlen der Reibrollen 7 und des Meßrades 113, die mit Hilfe von schon früher erwähnten Meßgeräten und einer rechenfähigen Steuerung ermittelt bzw. errechnet werden, werden die Umfangsgeschwindigkeiten der Reibrollen 7 und des Meßrades 113 errechnet.

Mit diesen Umfangsgeschwindigkeiten kann dann wieder ermittelt werden, ob beim Antreiben eines Radsatzes zwischen den Reibrollen und dem angetriebenen Rad Schlupf auftritt.

Der ermittelte Schlupf kann dann Ausgangspunkt für vielerlei Maßnahmen sein. So könnten die Anpreßkräfte der Reibrollen erhöht oder die Spantiefe vermindert oder die Schnittgeschwindigkeit variiert werden. Bei verschmutzten Abrollflächen könnten diese während der Reprofilierung gereinigt werden. Steigt die Schlupfgröße sprunghaft an und bleibt hoch, so könnte dies ein Hinweis auf einen Schneidenbruch sein, und es müßte die Schneide gewechselt werden. Immer aber kann das Auftreten eines unerwünscht großen Schlupfes als Warnsignal dienen.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

  1 Radsatz
  2 Lagerkasten
  2′ Lagerkasten
  3 Stütze
  3′ Stütze
  4 Niederhalteeinrichtung
  4′ Niederhalteeinrichtung
  5 Rotationsachse
  6 Maschinenmittenlängsebene
  7 Reibrollenpaar
  7′ Reibrollenpaar
  8 Rad
  8′ Rad
  9 Hubeinrichtung
  9′ Hubeinrichtung
 10 Motor
 10′ Motor
 11 Rotationsrichtung
 12 Drehwerkzeug
 12′ Drehwerkzeug
 13 Maschinenseite
 14 Meßgerät
 15 Maschinengestell
 16 Meßrad
 17 Meßkreisebene
 18 Zylinder
 19 Rollenträger
 19′ Rollenträger
 20 Gelenke
 20′ Gelenke
 21 Maschinenseite
 22 Meßkreisdurchmesser
 23 Meßgeräte
 23′ Meßgeräte
 24 Verschieberichtung
 25 Kolbenstange
 26 Impulsgeber
 27 Ist-Profil
 27′ Ist-Profil
 28 Supporte
 28′ Supporte
 29 Verschleißmeßeinrichtung
 29′ Verschleißmeßeinrichtung
 30 Schablonen
 30′ Schablonen
 31 Hydraulikfühler
 31′ Hydraulikfühler
 32 Maschinensteuerung
 33 Z-Richtung
 34 X-Richtung
 35 Wegmeßeinrichtung
 35′ Wegmeßeinrichtung
 36 Wegmeßeinrichtung
 36′ Wegmeßeinrichtung
 37 Hydraulikaggregat
 38 konventionelle Maschinensteuerung
 39 Leitung
 40 CNC-Steuerung
 41 Zylinder
 41′ Zylinder
 42 Kraftsensor
 42′ Kraftsensor
 43 Leitung
 43′ Leitung
 44 Meßkreisdurchmesser
 45 Meßrolle
 46 Innenplanfläche
 47 Leitung
 48 Leitung
 49 Meßkante
 50 Meßkante
 51 Meßpunkt
 52 Meßpunkt
 53 Meßpunkt
 54 Meßpunkt
 55 Ist-Profilabschnitt
 56 Soll-Profil
 57 Meßkreisdurchmesser
 58 Schnittiefe
 59 Abstand
 60 Maschinenmittenquerebene
 61 Berührungsebene
 62 Durchmesser
 63 Durchmesser
 64 Schneide
 65 Planfläche
 66 Mantelfläche
 67 Mantelfläche
 68 Durchmesser
 68′ Durchmesser
 68′′ Durchmesser
 69 Kante
 70 Durchmesser
 71 Spurkranz
 72 Kegelstumpf
 73 Schnittiefe
 74 Maß
 75 Abstand
 76 unbenutzt
 77 Planfläche
 78 Kante
 79 Linienanlage
 80 Kegelstumpf
 81 Durchmesser
 82 Durchmesser
 83 Durchmesser
 84 Durchmesser
 85 Leitung
 86 Gegenkathete
 87 Hypothenuse
 88 Kathete
 89 Spielraum
 90 unbenutzt
 91 Rad
 92 Rotationsrichtung
 93 Drehwerkzeug
 94 Antrieb
 95 Getriebe
 96 Motor
 97 Meßgerät
 98 Anpreßkraft
 99 Meßgerät
100 Meßrad
101 Impulsgeber
102 Kegelmantelfläche
103 Schnittstelle
104 Drehwerkzeug
105 Kante
106 Berührungsebene
107 Schnittiefe
108 Lauffläche
109 Soll-Profil
110 Reibrollenfläche
111 Rad
112 unbenutzt
113 Meßrad
114 Durchmesser
115 Ebene
115′ Ebene
115′′ Ebene
116 Durchmesser
117 Spurkranz
118 Rollenbereich
119 Rollenbereich
120 Schneide
121 Drehwerkzeug
122 Kante
123 Kegelmantelfläche
124 Kegelmantelfläche
125 Ebene
126 Anlagedurchmesser
127 Anlagedurchmesser
128 Abstand
129 Winkel
130 Winkel
131 Anlagedurchmesser
132 Kante
133 Planfläche
134 Planfläche
135 Antriebsmittel
136 Winkel

F Kraft
F′ Kraft
FN Anpreßkraft
FN′ Anpreßkraft
A Blickrichtung

Claims (11)

1. Verfahren zur Ermittlung des während einer Reprofilierung auftretenden Schlupfes zwischen mindestens einem Rad eines in einer Reprofilierungsmaschine drehantreibbar gelagerten Radsatzes und mindestens einer ein solches Rad über Reibschluß antreibenden Reibrolle, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens während der Reprofilierung fortlaufend die Umfangsgeschwindigkeit von aufeinander abrollenden Umfangslinien von mindestens einem Rad (8) und mindestens einer Reibrolle mindestens eines Reibrollenpaares (7; 7′) bestimmt und zur Ermittlung des augenblicklichen Schlupfes miteinander verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Schlupfes ein Meßrad (16; 100; 113) in axial definierter Position gegen die Lauffläche des Rades (8, 8′) angelegt wird, dessen ermittelte Umfangsgeschwindigkeit oder Drehzahl mit der ermittelten Umfangsgeschwindigkeit oder Drehzahl mindestens einer an der gleichen Lauffläche anliegenden Reibrolle mindestens eines Reibrollenpaares (7, 7′) unter Berücksichtigung der jeweiligen Abrolldurchmesser verglichen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßrad (100) verwendet wird, das die gleichen äußeren Abmessungen aufweist wie die Reibrollen der Reibrollenpaare (7, 7′) und das während der Messung die gleiche axiale Lage einnimmt wie die Reibrollen der Reibrollenpaare (7, 7′), wobei die Umfangsgeschwindigkeit oder Drehzahl des Meßrades (100) und der Reibrollen der Reibrollenpaare (7, 7′) ermittelt und miteinander verglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fortlaufend oder in periodischer Wiederholung die axiale Lage und der Durchmesser der aufeinander abrollenden Umfangslinien bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens den Bereich der Lauffläche mindestens eines Rades (8, 8′), der während der Reprofilierung mit seinem reprofilierten Teil zur Anlage an die Reibrollen des Reibrollenpaares (7, 7′) kommt, die Ist-Kontur (27, 27′) mindestens näherungsweise und in Relation dazu die radiale Lage der bekannten Soll-Kontur (56) ermittelt wird und ein Meßrad (113) verwendet wird mit bekannten äußeren Abmessungen und einer in axialer Richtung gleich großen wirksamen Länge wie die Reibrollen des Reibrollenpaares (7, 7′), wobei aus der Drehzahl und dem Durchmesser der jeweiligen Abrollebene am Meßrad (113) die Umfangsgeschwindigkeit in dieser Abrollebene ermittelt und mit der ermittelten Umfangsgeschwindigkeit der entsprechenden Abrollebene mindestens einer Reibrolle eines Reibrollenpaares (7, 7′) verglichen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens den Bereich der Lauffläche mindestens eines Rades (8, 8′), der während der Reprofilierung mit seinem reprofilierten Teil zur Anlage an die Reibrollen des Reibrollenpaares (7, 7′) kommt, die Ist-Kontur (27, 27′) mindestens näherungsweise und in Relation dazu die radiale Lage der bekannten Soll-Kontur (56) ermittelt wird und daß ein Meßrad (16) während des Reprofilierungsvorganges mit seiner Umfangsfläche mindestens zeitweilig gegen die Lauffläche angelegt ist oder wird in einer solchen axialen Position, daß in einer definierten Meßkreisebene (17) am Rad (8, 8′) gemessen werden kann, worauf während der Reprofilierung aufgrund der stets bekannten Position des Drehwerkzeuges (12, 12′) und der Lage des Ist-Profils (27, 27′) in der Schneidwerkzeugposition die axiale Lage und Durchmesser der momentan aufeinander abrollenden Umfangslinien von Rad (8, 8′) und Meßrad (16) sowie deren Umfangsgeschwindigkeiten ermittelt und miteinander verglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Meßrades (16) der Umfang und die Umfangsgeschwindigkeit der Umfangslinie am Rad (8) in der Meßkreisebene (17) oder der gemessenen Ebene ermittelt und damit der Umfang und die Umfangsgeschwindigkeit der momentan an einer Reibrolle eines Reibrollenpaares (7, 7′) abrollenden Umfangslinie errechnet sowie die Umfangsgeschwindigkeit der momentan abrollenden Umfangslinie des Meßrades (16) errechnet wird, worauf beide Umfangsgeschwindigkeiten der momentan aufeinander abrollenden Umfangslinien von Rad (8) und Reibrollen eines Reibrollenpaares miteinander verglichen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, unter Verwendung von Reibrollenpaaren (7, 7′), deren Reibrollen mindestens nichtzylindrische Abschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen eines nichtzylindrischen Abschnittes durch den Kontaktpunkt zwischen den aufeinander abrollenden Umfangslinien ermittelt wird, worauf unter Verwendung der bekannten Walzkräfte, Abmessungen und Werkstoffkonstanten fortlaufend, solange Berührung in diesem Bereich besteht, die Länge der aufgrund der Verwalzung in diesem Bereich entstehenden Berührungslinie zwischen Rad (8, 8′) und mindestens einer Reibrolle in Richtung einer Mantellinie einer Reibrolle errechnet und danach rechnerisch der Kontaktpunkt in die Mitte dieser Länge gelegt wird, worauf die Umfangsgeschwindigkeiten der durch diesen Kontaktpunkt gehenden Umfangslinien bestimmt und zur Ermittlung des augenblicklichen Schlupfes miteinander verglichen werden (Fig. 6).

9. Maschine zum Reprofilieren der Räder von Eisenbahnradsätzen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Maschinenständer und einer Einrichtung zur Aufnahme eines Radsatzes sowie mit mindestens einer angetriebenen Reibrolle, mindestens einem mindestens ein Drehwerkzeug aufweisenden Drehsupport und einer Maschinensteuerung sowie mit einem zur Anlage an ein Rad bringbaren Meßrad sowie mit mit der Maschinensteuerung verbundenen Einrichtungen zur Ermittlung der Drehzahlen von Reibrolle und Meßrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrad (100) in seiner äußeren Form und Abmessung identisch ist mit einer Reibrolle eines Reibrollenpaares (7, 7′) und in gleicher axialer Lage wie diese zur Anlage an die Lauffläche eines Rades (8, 8′) des Eisenbahnrades (1) gebracht werden kann.

10. Maschine nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit der Maschinensteuerung (32, 38; 40) verbundene Wegmeßeinrichtung (35, 35′) zur Messung des Verfahrensweges des Drehwerkzeuges (12, 12′) in Axialrichtung vorgesehen ist und daß weiter ein Meßrad (113) mit bekannten Abmessungen vorgesehen ist, das in Axialrichtung eine ebenso lange Kontaktfläche für die Lauffläche des Rades (8, 8′) aufweist wie die Reibrollen eines Reibrollenpaares (7, 7′), das mindestens während des Reprofilierungsvorganges mit seiner Kontaktfläche in gleicher Axiallage wie die Reibrollen zur Anlage an die Lauffläche des Rades eines Eisenbahnradsatzes gebracht werden kann.

11. Maschine nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit der Maschinensteuerung (32, 38; 40) verbundene Einrichtung zur wenigstens angenäherten Ermittlung der Lage und der Kontur des Ist-Profils (27) mindestens eines Laufflächenabschnittes sowie eine mit dieser Maschinensteuerung verbundene Wegmeßeinrichtung (35, 35′) zur Messung des Verfahrensweges des Drehwerkzeuges (12, 12′) in Axialrichtung vorgesehen ist und daß weiter die Meßrolle (16) so angeordnet ist, daß sie mindestens während des Meßvorganges mit einer in ihrem Durchmesser bekannten Umfangslinie auf ihrer Umfangsfläche in der Meßkreisebene (17) oder einer anderen definierten Ebene im Bereich der Lauffläche des Rades (8, 8′) eines Radsatzes (1) auf dieser Lauffläche abrollen kann.