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Dokumentenidentifikation DE3931747C2 23.02.1995
Titel Maschine zur zerspanenden Bearbeitung eines Radsatzes
Anmelder Wilhelm Hegenscheidt GmbH, 41812 Erkelenz, DE
Erfinder Heimann, Alfred, Dr.-Ing., 5100 Aachen, DE;
Ligacz, Herbert, 5140 Erkelenz, DE
Vertreter Liermann, M., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52355 Düren
DE-Anmeldedatum 22.09.1989
DE-Aktenzeichen 3931747
Offenlegungstag 04.04.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.02.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1995
IPC-Hauptklasse B23B 5/28

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur spangebenden Bearbeitung eines in der Maschine zentriert aufgenommenen Radsatzes, mit an mindestens ein Rad des Radsatzes radial andrückbaren und sich diametral gegenüberliegenden Rolleneinheiten, von deren Rollen mindestens eine angetrieben ist und mit mindestens einem Werkzeugträger zur Aufnahme eines radial auf das Rad zustellbaren Bearbeitungswerkzeuges.

Maschinen der eingangs beschriebenen Art sind in der Bauart von Überflurradsatzdrehmaschinen bekannt geworden mit der DE 38 09 250 C1. Bei dieser Maschine wird ein Radsatz zwischen zwei Körnerspitzen als Zentriermittel aufgenommen, sodann werden vier unabhängig an zweiarmigen Schwenkhebeln gelagerte Reibrollen an die Lauffläche eines jeden Rades mit Kraft angelegt und es werden alle vier Reibrollen angetrieben. Die angelegten Reibrollen liegen sich dann jeweils diametral gegenüber. In dieser Anordnung befinden sich jeweils zwei Rollen links und rechts einer vertikalen Ebene durch die Maschinenmitte und auch zwei Rollen jeweils oberhalb und unterhalb einer horizontalen Ebene durch die Maschinenmitte. Oberhalb der horizontalen Ebene und etwa in der vertikalen Ebene durch die Maschinenmitte befindet sich als Zerspanungswerkzeug ein Drehwerkzeug, das von einem geeigneten Support getragen wird.

Durch die Mehrfachanordnung der angetriebenen Reibrollen gelingt es große Umfangskräfte für hohe Zerspanungsleistungen auf den Radsatz zu übertragen. Die Maschine ist damit in der Lage, eine hohe Zerspanungsleistung zu erbringen. Gleichzeitig treten jedoch hohe Querkräfte auf, die von den Körnerspitzen aufgenommen werden müssen und die die Radsatzachse unerwünscht verformen. Hierdurch besteht die Gefahr einer Verletzung der Körnerbohrung sowie einer Überlastung der Körnerspitze und es wird durch die elastische Verformung der Radsatzachse unter den auftretenden Querkräften die Genauigkeit der Bearbeitung beeinflußt.

Weiter ist mit der DE 26 21 050 A1 eine Überflurradsatzdrehmaschine bekannt geworden, in der ein Radsatz über Körnerspitzen als Zentriermittel aufgenommen und gehalten wird. Separate Hubeinrichtungen, die mit separaten Zentriereinrichtungen zusammenarbeiten, sorgen für eine korrekte Anhebung des Radsatzes auf Maschinenmitte unabhängig vom Radsatzgewicht, unabhängig von unsymmetrisch verteiltem Radsatzgewicht und unabhängig von evtl. Durchmesserdifferenzen zwischen den beiden Rädern eines Radsatzes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit der eine erheblich höhere Arbeitsgenauigkeit erzielt werden kann und mit der die hohen Belastungen der Körnerspitze, der Körnerbohrung und der Radsatzwelle mit Achsschenkel vermieden werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei sich vertikal gegenüberliegend angeordnete Rolleneinheiten vorgesehen sind und daß das Bearbeitungswerkzeug um einen spitzen Winkel von kleiner als 45° versetzt neben der Rolleneinheit mit angetriebener Rolle angeordnet ist.

Mit der vorgeschlagenen Anordnung werden nennenswerte Querkräfte auf die Radsatzachse vermieden. Damit wird auch eine unerwünschte Verformung des Radsatzes vermieden, wodurch eine höhere Genauigkeit erzielt wird. Aufgrund der Gewichtskompensation des Radsatzes hängt der Radsatz auch nicht mehr zwischen den Körnerspitzen aufgrund seines Eigengewichtes durch.

Auch ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht an die Bauart einer Radsatzdrehmaschine gebunden. Das Bearbeitungswerkzeug könnte ebensogut z. B. ein Profilfräser sein.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den Unteransprüchen 2 bis 13 zu entnehmen. Hierbei ist zu sehen, daß durch die Möglichkeit, Linienberührung zwischen Antriebsrolle und reprofiliertem Teil eines Rades eines Radsatzes zu erreichen, auch noch hohe Anpreßkräfte und damit große Antriebskräfte erreichbar werden, wodurch trotz der erreichbaren hohen Genauigkeit auch noch ausreichend große Zerspanungsleistung erzielt wird. Es ist sogar möglich, bei Bedarf eine zweite angetriebene Rolle vorzusehen, mit der die Zerspanungsleistung dann bei Bedarf verdoppelt werden kann. Dies alles ist möglich, ohne daß die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt wird. Wesentlich hierbei ist auch, daß die die Rollen tragenden Rollenträger nicht, wie im zitierten Stand der Technik, parallel zu einer Ebene durch eine Radscheibe schwenken, sondern vielmehr parallel zu einer Ebene senkrecht zur Radscheibe.

Über im Stand der Technik bereits bekannte und an Überflurradsatzdrehmaschinen bereits eingesetzte Tasteinrichtungen kann der zu reprofilierende Durchmesser der Räder des in der Maschine eingespannten Radsatzes problemlos ermittelt werden. Eine Maschinensteuerung, die mit einem Rechner ausgerüstet sein kann, kann dann nach dem Meßvorgang, der nach vorheriger Festlegung des zu reprofilierenden Profiltyps erfolgt ist, die Bewegung der Bearbeitungswerkzeuge in der notwendigen Weise bewirken, um den ermittelten Durchmesser herzustellen. Hierbei können die Radsatzprofile in der Form eines Programmes im Rechner gespeichert sein. Aufgrund des Meßergebnisses sorgt die Maschinensteuerung ggfls. mit Hilfe des Rechners auch dafür, daß die Rollenträger mit den Rollen in die dem ermittelten Fertigdurchmesser zugeordnete Position gefahren werden, damit eine korrekte Anlage der Rollen an der Lauffläche des Rades erreicht wird.

Soweit mehr als eine Rolle pro Rolleneinheit verwendet wird, werden diese vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise ist dieses Gehäuse um eine Symmetrieachse parallel zur Maschinenmitte schwenkbar. Es können aber auch die Rollen in dem gemeinsamen Gehäuse einzeln abgefedert sein.

In dem gemeinsamen Gehäuse können ebenfalls alle dort angeordneten Rollen angetrieben sein.

Die Rollenträger selbst sind zur Aufnahme von Reaktionskräften seitlich geführt, so daß den Rollenträgern nur eine Bewegung in vertikaler Richtung, nicht aber in horizontaler Richtung möglich ist.

In einer Ausführungsform ist weiterhin an der Rolleneinheit mit der oder den Antriebsrollen eine auf einem zweiseitigen Hebel stirnseitig des Rollenträgers angeordnete, axial wirkende Führungsrolle zur Anlage an eine innere Stirnseite eines Rades vorgesehen. Das zweite Ende des zweiseitigen Hebels ist hydraulisch abgefedert, so daß die genannte Rolle den Planlaufabweichungen der Stirnseite eines Rades eines Radsatzes folgen kann. Hierdurch können die vom Werkzeug während der Bearbeitung ausgehenden Vorschubkräfte aufgefangen werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der Form von Überflurradsatzdrehmaschinen nachfolgend näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Schema einer Rollenanordnung mit Drehwerkzeug im Blick auf die innere Stirnseite eine Rades eines Radsatzes;

Fig. 1a Ansicht wie Fig. 1, jedoch mit unteren Andrückrollen in gemeinsamem Gehäuse;

Fig. 2 Krafteck;

Fig. 3 Krafteck;

Fig. 4 Krafteck;

Fig. 5a,b,c verschiedene Ansichten der Rollenanordnung der unteren Andrückrollen und Darstellung des Achsenverlaufs (schematisch);

Fig. 6 Ansicht wie Fig. 1, jedoch mit zwei oberen Rollen, von denen eine angetrieben ist;

Fig. 7 Krafteck;

Fig. 8 Vorderansicht einer Reprofilierungsmaschine;

Fig. 9 Schema einer Maschinenhälfte in Vorderansicht (ohne Maschinenständer);

Fig. 10 Ansicht wie Fig. 9 jedoch mit Gehäuse für zwei Rollen;

Fig. 11 Ansicht wie Fig. 6 jedoch mit zwei angetriebenen Rollen;

Fig. 11A Krafteck;

Fig. 12 Ausschnitt "X" nach Fig. 9.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Eisenbahnrad 1 mit einer an die Lauffläche 2 angelegten antreibbaren Reibrolle 3, sowie mit angelegten Stützrollen 4 und 4&min;. Die Antriebsrichtung der Reibrolle 3 ist durch den Pfeil 5 dargestellt. Die Drehrichtung des Eisenbahnrades 1 ist durch Pfeil 6 angegeben. In Drehrichtung des Eisenbahnrades 1 ist vor der Reibrolle 3der Werkzeugträger 7 mit Querführung 8, Längsführung 9 und Werkzeug 10 angordnet. Es kann sich hierbei um eine an sich schon bekannte Kreuzschlittenkonstruktion handeln, die in üblicher Weise auf einem Maschinenständer 63 längsverschieblich ist.

Die Reibrolle 3 ist mit der Anpreßkraft 11, die hier zugleich die Normalkraft auf das Eisenbahnrad 1 ist, an das Eisenbahnrad 1 angepreßt.

Beim Reprofilieren des Eisenbahnradprofils wird das Eisenbahnrad 1 von der Reibrolle 3 in Richtung des Pfeils 6 angetrieben und rotiert um seine Rotationsachse 12, die auch die Referenzlinie für die Zentriermittel (in Fig. 1 nicht dargestellt) bildet. Die Zentriermittel können Körnerspitzen 59 sein, die mit Zentrierbohrungen in der Radsatzwelle 22 in bekannter Weise in Wirkverbindung stehen. Der Radsatz kann aber auch in z. B. bei Unterflurradsatzdrehmaschinen bekannter Weise an aufgesattelten Radlagerkästen aufgenommen und abgestützt sein.

Die von der Reibrolle 3 unter der Anpreßkraft 11 erzeugte Umfangskraft 13 hat die gleiche Größe wie die tangentiale Schnittkraft 14. Die Umfangskraft 13 und die tangentiale Schnittkraft 14 bilden miteinander den stumpfen Winkel 15. Die Wirklinie der auf der Umfangskraft 13 senkrecht stehenden Anpreßkraft 11 und die Wirklinie der auf der tangentialen Schnittkraft 14 senkrecht stehenden und vom Werkzeug 10 ausgehenden Passivkraft 20 bilden miteinander einen spitzen Winkel, der innerhalb der in den Patentansprüchen angegebenen Größenordnung bleiben muß, damit die erfindungsgemäßen vorteilhaften Wirkungen erzielt werden. Hierbei ist es günstig, diesen spitzen Winkel möglichst klein zu halten.

Das angetriebene Eisenbahnrad 1 bzw. der Radsatz 16 wird beim Reprofilieren von den Stützrollen 4 und 4&min; mit einer Gegenkraft 17 abgestützt. Die Gegenkraft 17 setzt sich zusammen aus der Anpreßkraft 11 und der Gewichtskraft 18, die der Radsatz 16 ausübt.

Die Anpreßkraft 11, die Gewichtskraft 18 und die Gegenkraft 17 liegen auf einer Wirklinie 19.

Beim Reprofilieren der Lauffläche 2 des Rades 1 entstehen noch Vorschubkräfte (hier nicht dargestellt), die in axialer Richtung wirken und es entsteht weiter die bereits erwähnte Passivkraft 20.

In Fig. 2 sind in Form eines Kraftecks in Richtung ihrer Wirklinien die am Eisenbahnrad 1 angreifenden Kräfte, soweit sie hier von Bedeutung sind, aufgetragen, nämlich Umfangskraft 13, tangentiale Schnittkraft 14, Passivkraft 20, Gewichtskraft 18, Anpreßkraft 11 und Gegenkraft 17. Das Krafteck ist jedoch erst geschlossen, wenn eine Resultierende eingeführt wird, die als Restkraft 21 bezeichnet werden soll. Lediglich diese Restkraft 21 wirkt auf die Zentriermittel. Verglichen mit den am Eisenbahnrad 1 angreifenden Kräften ist diese Restkraft 21 sehr klein. In den Kraftecken sind die Kräfte in ihren realen Proportionen zueinander eingetragen, wobei jedoch lediglich die vertikalen Anpreßkräfte zur Platzeinsparung stark verkürzt dargestellt sind. Dies hat jedoch auf den Kräfteverlauf und die Größe der Resultierenden 21 keinen Einfluß.

Es läßt sich jedoch die Restkraft 21 noch verringern, wenn ein Krafteck nach Fig. 3 gebildet wird. Es sind hier wiederum die am Eisenbahnrad angreifenden Kräfte entsprechend ihrer Wirklinen aufgetragen. Durch Variation der vertikalen Kräfte, die über die entsprechenden Antriebe der Rollenträger und mit Hilfe der Maschinensteuerung variiert werden können, ergibt sich, wie in Fig. 3 erkannt werden kann, eine noch kleinere Restkraft 21&min; als die Restkraft 21 nach Fig. 2. Die auf die Zentriermittel bzw. auf die Radsatzachse 22 einwirkenden Kräfte sind damit minimiert.

In Fig. 4 ist ein weiteres Krafteck dargestellt. In diesem Krafteck bilden die Kräfte 14 und 13 den spitzen Winkel 23. Dieser spitze Winkel 23 entspricht auch dem in Fig. 1 von den Kräften 11 und 20 eingeschlossenen spitzen Winkel. Eine Anordnung mit minimaler Restkraft ergibt sich, wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, wenn der Tangens des Winkels 23 dem Quotienten aus dem Skalarbetrag der Passivkraft 20 und dem Skalarbetrag der tangentialen Schnittkraft 14 entspricht.

Der Aufbau und die Funktionsweise einer Reprofilierungsmaschine in der Bauart einer Überflurradsatzdrehmaschine soll nun noch anhand der Fig. 8 und 9 weiter erläutert werden.

Der Radsatz 16 wird auf den Schienen 33 rollend in an sich bekannter Weise in die Maschine eingebracht und abgestoppt. Der Radsatz 16 steht dann z.B. auf den Spurkränzen der Räder 1.

Mit Hilfe der Stützrollen 4 und 4&min; wird der Radsatz 16 an jedem Rad so angehoben, daß die Rotationsachse 12 auf Spitzenhöhe der Reprofilierungsmaschine ankommt. Die Hubbewegung der Stützrollen 4 und 4&min; wird an jeder Seite beim Erreichen der Spitzenhöhe durch eine nicht dargestellte, aber an sich bekannte, Mittenzentrierung abgestoppt. Die Hubbewegung der Stützrollen 4 und 4&min; erfolgt durch Anheben der Träger 43, der jeweils von den Gewindespindeln 44 und 45, die mit den Muttern 46 und 47 in Wirkverbindung stehen, abgestützt wird und durch Drehung der Spindeln in die gewünschte Lage bewegt wird. Hierbei können die Spindeln 44 und 45 von den Motoren 48 und 49 betätigt werden. Die Motoren 48 und 49 erhalten ihre Befehle und werden überwacht von der Maschinensteuerung 65.

Durch entsprechende Drehung der Spindeln 44 und 45 wird der Träger 43 somit gehoben oder abgesenkt.

Gleichzeitig mit dem Anheben des Radsatzes 16 an den jeweiligen Rädern 1 durch die Stützrollen 4 und 4&min; und die Träger 43 werden die Gegenträger 50 etwa gleichzeitig mit den Trägern 43 laufend in Richtung der Eisenbahnräder 1 gefahren. Die Gegenträger 50 werden jeweils von den Gewindespindeln 51 und der Kolbenzylindereinheit 52 gehalten und bewegt. Die Gewindespindeln 51 stehen jeweils in Wirkverbindung mit den Muttern 53. Angetrieben werden die Spindeln 51 von den Motoren 54. Falls die Spindeln 51 und 45 einstückig ausgeführt sind, könnte bspws. auf Motor 54 verzichtet werden. Alternativ wäre es bei einer solchen einstückigen Ausbildung möglich, auf die Motoren 48 und 49 zu verzichten, wenn die Spindeln 45 und 51 einstückig wären und bspws. über einen Kettenantrieb mit den Spindeln 44 verbunden wären.

Hierbei muß der Kettenantrieb allerdings so ausgelegt werden, daß unter Berücksichtigung der zwischen den Spindeln evtl. bestehenden Übersetzung und der evtl. Steigungsunterschiede die gewünschte Bewegung erzielt wird.

Die Träger 43 und die Gegenträger 50 sind jeweils in seitlichen Führungen 55-58 geführt, von denen auftretende Seitenkräfte aufgenommen werden können.

Der auf Spitzhöhe abgestoppte Radsatz 16 wird dann von den Zentrierspitzen 59, die nun durch eine Axialbewegung der Pinolen 60 in die entsprechenden Zentrierbohrungen der Radsatzachse 22 eingefahren werden, zentriert und zusätzlich gehalten.

Die Bewegung der Gegenträger 50 wird von den Kolbenzylindereinheiten 52 und den mit den Muttern 53 in Wirkverbindung stehenden Spindeln 51, die von den Motoren 54 angetrieben werden, ausgeführt. Hierbei werden die Motoren 54 von der Maschinensteuerung 65, wie bereits gesagt, kontrolliert, derart, daß der Maschinensteuerung, der z. B. die Spindelsteigung der Spindeln 51 bekannt sein kann, jederzeit die Soll- und die Ist-Position der Muttern 53 (sowie 46 und 47) bekannt ist. Die Bewegung der Gegenträger 50 ist so koordiniert, daß beim Zentrieren des Radsatzes 16 die Reibrollen 3 ebenfalls am Eisenbahnrad 1 anliegen können. Hierzu werden die Kolbenzylindereinheiten 52 über die Hydraulikeinheit 66 mit Fluid versorgt. Die Hydraulikeinheit 66 wird von der Maschinensteuerung 65 gesteuert, die über nicht dargestellte Weggeber stets Rückmeldungen erhält über die Position des jeweiligen Gegenträgers 50.

Der Radsatz ist nun eingespannt und die Hauptantriebsmotoren 62 werden jetzt über die Maschinensteuerung 65 eingeschaltet. Über die Reibrollen 3 wird hierdurch der Radsatz 16 in Rotation versetzt und kann hinsichtlich des zu erreichenden neuen reprofilierten Raddurchmessers nach Auswahl des Radprofils in an sich bekannter Weise vermessen werden. Hierzu wird z. B. mit einem nicht dargestellten Taster, der an den Werkzeugträgern angeordnet sein kann, jedes Rad 1 in der Meßkreisebene und weiteren geeigneten Punkten vermessen und der jeweils neue, durch eine Reprofilierung erreichbare Raddurchmesser ermittelt.

Nachdem der neue Raddurchmesser ermittelt ist und auch das Radprofil feststeht oder vor der Vermessung festgelegt wurde, werden mit diesen Daten für Raddurchmesser und Radprofil nun von der Maschinensteuerung 65 unter Zuhilfenahme des hierin integrierten Rechners die genauen Positionen berechnet, welche die Muttern 46, 47 und 51 einnehmen müssen, damit die Reibrollen 3 mit ihren zylindrischen Rollenabschnitten 64 nach einer Teilreprofilierung der Laufflächen 2 der Räder 1 genau an den reprofilierten Profilabschnitten unter Beachtung der Profilneigung anliegen, so daß dort möglichst Linienberührung entsteht.

Nach erfolgter Berechnung werden die Muttern 46, 47 und 51 mit Hilfe der Gewindespindeln 44, 45 und 51 und deren Antriebe in die berechneten Positionen gefahren. Die Maschinensteuerung 65 sorgt für die richtige Steuerung der Antriebe der Gewindespindeln 44, 45 und 51.

Bevor die Laufflächen reprofiliert sind, liegen die Stützrollen 4, 4&min; und die Reibrollen 3 jedoch noch am verschlissenen Radprofil an und können die dem neuen Profil entsprechende Lage noch nicht einnehmen. Die Lage der Träger 43 und Gegenträger 50 ist jedoch schon so, daß beim Anlegen der Rollen an das neue Teilprofil die Profilneigung von den zylindrischen Abschnitten aller Rollen eingenommen werden kann und somit dort eine Linienberührung erreicht wird.

Die Reprofilierung der Räder 1 wird jetzt in an sich bekannter Weise durchgeführt. Die Drehwerkzeuge 10 der Werkzeugträger 7 schneiden ein neues Profil. Je nach Verschleißzustand erfolgt dies in einem Schnitt oder in mehreren Schnitten. Die notwendige Schnittaufteilung wird hierbei von der Maschinensteuerung 65 automatisch durchgeführt. Es kann auch eine manuelle Bestimmung erfolgen. Bei der Reprofilierung wird in der Regel von der Radplanfläche 28 in Richtung des Spurkranzes 25 geschnitten, also unter den Rollen hinweg. Sobald die Laufflächen 2 soweit freigedreht sind, daß das jeweilige Drehwerkzeug 10 in den sich verjüngenden Bereich der Rollen 4, 4&min; und 3 kommen, legen sich die vorgenannten Rollen genau an den neuprofilierten Profilabschnitt in Linienberührung an. Hierdurch ist die Hertz&min;sche Pressung geringer als bei Punktanlage, wodurch es möglich wird, größere Anpreßkräfte ohne plastische Verformung des Eisenbahnrades aufzubringen und damit höhere Tangentialkräfte zu übertragen.

Sobald die Reprofilierung abgeschlossen ist, fahren die Werkzeugträger 7 die Drehwerkzeuge 10 in die Ausgangsposition oder Heimposition. Die Hauptantriebe 62 werden stillgesetzt und die Kolbenzylindereinheiten 52 und 61 entlastet, so daß die Anpreßkraft und die Gegenkraft ausgeschaltet sind. Der Radsatz ruht nun in den Zentrierspitzen und auf den Stützrollen 4 und 4&min;. Die Zentrierspitzen 59 werden nun mit den Pinolen 60 zurückgezogen und geben den Radsatz 16 frei. Jetzt ruht der Radsatz auf den Stützrollen 4 und 4&min;. Die Träger 43 werden nun abgesenkt und der reprofilierte Radsatz wird wiederum auf die Schienen 33 abgestellt und kann ausgerollt werden.

Fig. 1A nun zeigt eine Anordnung wie sie schon Fig. 1 zeigt. Die Stützrollen 4, 4&min; sind jedoch bei einer Anordnung nach Fig. 1A in einem gemeinsamen Gehäuse 73 angeordnet, das seinerseits um die Achse 79 schwenkbar am Rollenträger 43 befestigt ist. Hierdurch kann verhindert werden, daß bei durchlaufenden Formunregelmäßigkeiten der Lauffläche des Rades eine Rolle den Kontakt zur Lauffläche verliert. Durch die Schwenkbarkeit des Gehäuses 73 um die Achse 79 bleiben auch bei Formunregelmäßigkeiten immer beide Rollen 4, 4&min; in Anlage an der Lauffläche des Rades 1.

Die Fig. 5 zeigt in den Ansichten a), b), c) eine Anordnung der Stützrollen 4, 4&min;, bei der diese Stützrollen der Einfachheit halber vollständig zylindrisch dargestellt sind. Die zylindrische Oberfläche der Rollen 4, 4&min; liegt an einer der Einfachheit halber ebenfalls durchgehend keglig dargestellten Lauffläche eines Eisenbahnrades 1 an.Hierzu ist die jeweilige Rollenachse 75 und 76 entsprechend geneigt. Die Neigung der Achsen 75 und 76 muß hierbei in zwei Ebenen auftreten, derart, daß die Verlängerungen der Achsen in einer Richtung konvergieren und mit ihrem Schnittpunkt auf der Verlängerung der Rotationsachse 12 liegen. Der Schnittpunkt der Verlängerungen der Achsen 75 und 76 mit der Achse 12 muß idealerweise dort liegen, wo die Verlängerung der Mantellinie des Kegels der Lauffläche des Rades 1 ebenfalls die Achse 12 schneidet. Um ideale Laufverhältnisse zu erreichen, müßte hierbei auch die Stützrolle 4 und 4&min; entsprechend keglig sein. Die entsprechenden Neigungen und Kegel sind in Fig. 5 jedoch stark übertrieben dargestellt. Bei den real auftretenden Größenverhältnissen kann durchaus auf eine Konvergenz der Achsen 75 und 76 verzichtet werden, so daß diese Achsen stattdessen durchaus parallel zueinander angeordnet sein können. Die Stützrollen 4, 4&min; können mindestens einen zylindrischen Teil 64 (Fig. 12) aufweisen, müssen jedoch mit ihren Rollenachsen 75 und 76, die parallel zueinander angeordnet sind, so geneigt sein, daß der zylindrische Teil 64 der Rollen 4, 4&min; wenigstens angenähert Linienberührung mit der Lauffläche des Rades 1 hat. Die hierbei auftretenden Berührungsverhältnisse sind ausreichend.

Fig. 6 zeigt nun wieder eine Ansicht ähnlich Fig. 1. Bei der Anordnung nach Fig. 6 sind jedoch oberhalb des Rades 1 zwei Rollen 68 und 67 vorgesehen, von denen jedoch nur eine Rolle 68 angtrieben ist. Es wirken nunmehr auf das Rad 1 ein die zusammengesetzten Kräfte 17a als resultierende Stützkräfte, die über die Rollen 4 und 4&min; wirken. In entgegengesetzter Richtung wirkt die Gewichtskraft 18 und es wirken die Anpreßkräfte 11a und 11b, die sich wiederum zur Resultierenden 11 zusammensetzen. Weiterhin sind wirksam die tangentiale Schnittkraft 14a und die am Werkzeug entstehende Passivkraft 20a. Als Antriebskraft ist wirksam die Umfangskraft 13a. Diese Kräfte sind in dem Kräfteplan in Fig. 7 aufgetragen. Vom Ausgangspunkt 87 ausgehend wurden die Kräfte in der in Fig. 7 dargestellten Reihenfolge in ihren richtigen Proportionen zueinander aufgetragen. Lediglich die vertikal wirkenden Kräfte wurden wieder verkürzt dargestellt. Es ist zu erkennen, daß zur Schließung des Kraftecks eine sehr kleine resultierende Kraft zwischen dem Ausgangspunkt 87 und dem Endpunkt 90 erforderlich ist. Auch bei dieser Anordnung ist also wieder die Kraft, die von den Körnerspitzen und den Körnerbohrungen und der Radsatzwelle aufgenommen werden muß, sehr klein.

Fig. 11 zeigt eine Anordnung, die mit der Anordnung nach Fig. 6 vollständig übereinstimmt. In der Anordnung nach Fig. 11 sind lediglich beide oberen Rollen 71 und 72 angetrieben. Es entsteht daher neben den zu Fig. 7 und 6 bereits beschriebenen Kräften die weitere Umfangskraft 13b, so daß sich ein Krafteck nach Fig. 11a ergibt. Auch hier ist wieder zu erkennen, daß zur Schließung des Kraftecks zwischen dem Ausgangspunkt 87 und dem Endpunkt 90 nur eine sehr kleine Restkraft erforderlich ist. Auch hier sind somit die Belastungen der Körnerspitze, der Körnerbohrung und der Radsatzwelle vernachlässigbar gering.

Anhand der Fig. 8 soll nachfolgend noch einmal der prinzipielle konstruktive Aufbau einer Überflurradsatzdrehmaschine beschrieben werden. Ein in Portalbauweise gebauter Maschinenständer 63 trägt auf der Oberseite des Querbalkens zwei nebeneinander angeordnete Werkzeugträger 7 in Querführungen 8, die ihrerseits in entsprechenden Längsführungen am Querbalken des Maschinenständers 63 verschiebbar sind. Die Anordnung von zwei solchen Werkzeugträgern 7 ist nicht zwingend notwendig. Im Prinzip ist ein Werkzeugträger 7 ausreichend. Die Führungsfläche mit den Längsführungen am Querbalken des Maschinenständers 63 kann hierbei schräg angeordnet sein, so wie dies bspws. aus den Fig. 1 oder 6 erkennbar ist. Der Ständer 63 ist auf einer Fundamentplatte 91 angeordnet. Jeweils an der Frontseite des Maschinenständers 63 in geeigneter Höhe sind Ausleger 92 vorgesehen, die ein nicht näher bezeichnetes Gehäuse tragen, in denen jeweils eine Pinole 60 axial verschieblich angeordnet ist.

Vertikal durch die Ausleger 92 hindurch führt eine durchgehende Gewindespindel mit den Gewindeteilen 45 und 51. Es können jedoch auch die Gewindeteile 45 und 51 jeweils selbständig sein und mit ihren einen Enden in den Auslegern 92 drehbar gelagert sein. Falls die Gewindespindel durchgehend mit den Gewindeteilen 45 und 51 gebildet ist, so müssen diese Gewindeteile jeweils gegenläufiges Gewinde, also einmal Rechts- und einmal Linksgewinde, aufweisen. Die zweiten Enden der gen. Gewindespindeln sind einerseits in der Fundamentplatte 91 drehbar gelagert und andererseits mit einem Antriebsmotor 54 verbunden. Auf den Gewindespindeln 45 und 51 sind die Muttern 53 und 47 angeordnet, die jeweils eine senkrecht zur Achse der Gewindespindel und damit auch senkrecht zu einer vertikalen Ebene 83 verlaufende horizontale Achse 81 und 82 aufweisen. An diesen Achsen 81 und 82 ist schwenkbar angeordnet ein Rollenträger 50 bzw. ein Rollenträger 43. Dieser Rollenträger 50 weist hierbei einen Hauptantriebsmotor 62 auf, der über nicht näher dargestellte, aber an sich bekannte mechanische Verbindungen derart mit einer Rolle 3, die im Rollenträger 50 drehbar gelagert ist, verbunden ist, daß die Rolle 3 von dem jeweiligen Hauptantriebsmotor 62 angetrieben werden kann. Hierbei können statt einer Rolle 3 auch zwei Rollen 67 und 68 nach Fig. 6 vorgesehen sein, von denen eine Rolle 68 angetrieben ist. Ebenso ist es möglich, bei der Anwendung von zwei Rollen 71 und 72 beide Rollen anzutreiben, wie dies nach Fig. 11 vorgesehen ist.

Am freien Ende des Rollenträgers 50 ist mindesten eine angetriebene Rolle 3 gelagert. Soweit mehr als eine Rolle dort vorgesehen ist, können diese in einem separaten Gehäuse 74 in einer Anordnung, wie sie bspws. der Fig. 6 oder 11 entnommen werden kann, vorgesehen sein. Hierbei können von den mehreren Rollen eine, mehrere oder alle angetrieben sein. Das separate Gehäuse 74 ist hierbei um eine Achse 80 (Fig. 10) schwenkbar gelagert.

Weiter ist am rollenseitigen Ende des Rollenträgers 50 eine Führungsrolle 88 vorgesehen, zur Anlage an einer inneren Stirnseite eines Eisenbahnrades 1 (Fig. 12). Diese Rolle 88 ist an einem hydraulisch gedämpften Träger 89 angeordnet, der als zweiseitiger Hebel ausgebildet und um eine Achse 93 schwenkbar ist (Fig. 12). Das freie Ende dieses Trägers 89 ist hydraulisch gedämpft, so daß die Rolle 88 Planlaufabweichungen der inneren Stirnseite des Rades 1 folgen kann.

In seinem rollennahen Teil ist jeder Träger 50 weiter verbunden mit einer Kolbenzylindereinheit 52, die in geeigneter Weise schwenkbar am Maschinenständer 63 befestigt ist. Mittels dieser Kolbenzylindereinheit 52 kann jeder Rollenträger 50 um seine Achse 81 geschwenkt und damit mit den Rollen gegen die Lauffläche des jeweiligen Rades 1 eines Radsatzes 16 unter Kraft angelegt werden.

Jeder Rollenträger 50 ist in horizontaler Richtung von Führungen 55 und 57 abgestützt, so daß diese Rollenträger 50 ausschließlich eine Vertikalbewegung durchführen können.

Unterhalb einer horizontalen Ebene durch die Rotationsachse 12, die gleichzeitig die Maschinenmittenachse darstellt, sind zu jedem Rad 1 wiederum Rollenträger 43 vorgesehen. Auch diese Rollenträger 43 sind um horizontale Achsen 82 schwenkbar. Am freien Ende weisen diese Rollenträger 43 zwei Stützrollen 4, 4&min; auf in einer Anordnung, wie sie bspws. der Fig. 1 oder der Fig. 1a entnommen werden kann. Auch diese Rollenträger 43 sind wiederum über seitliche Führungen 56 und 58 geführt, so daß sie nur eine Vertikalbewegung durchführen können.

In jedem Rollenträger 43 ist ein zweiarmiger Hebel 84 angeordnet, der schwenkbar an einer Mutter 46 angeordnet ist. Die Mutter 46 sitzt auf einer antreibbaren Gewindespindel 44. Das der Mutter 47 zugewandte freie Ende des zweiarmigen Hebels 84 ist über ein Gelenk 85 gelenkig mit dem Rollenträger 43 verbunden, wobei das Gelenk 85 so ausgelegt ist, daß die jeweilige Schwenkbewegung um die festen Drehpunkte an der Mutter 46 und der Achse 82 möglich ist. Das andere freie Ende trägt eine Kolbenzylindereinheit 61, dessen Kolbenstange 86 mit ihrem Ende gegen eine entsprechende Gegenfläche des Rollenträgers 43 angelegt werden kann.

Die verschiedenen Motoren der gesamten Einrichtung stehen in an sich bekannter Weise in Verbindung mit einer Maschinensteuerung 65 und werden von dieser Maschinensteuerung 65 gesteuert. Um die Größe und die Geschwindigkeit der einzelnen durchzuführenden Bewegungen zu erfassen und um richtige Weggrößen einfahren zu können, sind geeignete und an sich bekannte Wegmeßeinrichtungen und Drehgeschwindigkeitsmeßeinrichtungen vorgesehen, die jeweils mit einem in der Maschinensteuerung 65 integrierten Rechner zusammenarbeiten können. Jede durchzuführende Bewegung ist daher nach Weggröße, Ausgangs- und Endpunkt und Geschwindigkeit von der Maschinensteuerung 65 genau erfaßbar und einregelbar.

Die Maschinensteuerung 65 ist weiter verbunden mit einer Hydraulikeinheit 66, von der aus alle hydraulisch zu betätigenden Bewegungen gesteuert werden. Die Schaltelemente der Hydraulikeinheit 66 werden wiederum gesteuert von der Maschinensteuerung 65.

In Fig. 9 ist noch zu erkennen, daß die Kolbenzylindereinheit 61 mit der Hydraulikeinrichtung 66 verbunden ist und in dieser Verbindungsleitung ein verbraucherseitig gesteuertes Druckminderventil 94 liegt. Dieses Ventil 94 kann z. B. über ein 2/2 Wegeventil 95 zu- oder abgeschaltet werden. Ein weiteres 2/2 Wegeventil 96 in der Hauptleitung 97 kann die Hydraulikpumpe der Hydraulikeinheit 66 mit der Kolbenzylindereinheit 61 verbinden. Zum Anheben des Radsatzes 16 in die Maschine wird diese Verbindung hergestellt, so daß die Kolbenstange 86 ganz ausgefahren ist. Der Rollenträger 43 wird nun durch richtigen Antrieb mindestens der Spindeln 44 und 45 in die für die Übernahme des Radsatzes 16 richtige Neigungslage gefahren und es wird durch weiteren Antrieb dieser Spindeln nun der Radsatz bis auf Spitzenhöhe gefahren und dort von den Körnerspitzen 59 übernommen. Ventil 96 wird nun auf Sperrstellung gefahren während Ventil 95 geöffnet wird. Bei weiterem Anheben des Rollenträgers 43 kann sich nun die Kolbenstange 86 einschieben. Ist dies um etwa den halben Hubbetrag geschehen, wird die weitere Aufwärtsbewegung des Rollenträgers 43 gestoppt und das Ventil 95 wieder auf Sperrstellung geschaltet. Gleichzeitig wurde der Rollenträger 50 mit den Antriebsrollen verfahren und gegen die Radlauffläche mit den Antriebsrollen angelegt. Dies kann mit niedrigem Druck und damit kleiner Kraft geschehen. Nun kann Ventil 96 geöffnet werden und der Druck in den Versorgungsleitungen für die Kolbenzylindereinheiten 52 und 61 gesteigert werden um eine gewünschte Anpreßkraft der Rollen zu erzeugen.

Weiter kann der Fig. 9 entnommen werden, daß die Spindel 44 und 45 sowie die Spindel 51, falls es sich hierbei jeweils um separate Spindeln handelt, jeweils mit einem Antriebsmotor 48, 49, 54 ausgerüstet sein kann. Diese Motoren stehen wiederum in Verbindung mit der Maschinensteuerung 65, die nunmehr jede Spindel einzeln in beliebige Position fahren kann.

Mit einer Einrichtung der vorbeschriebenen Art gelingt eine hochgenaue Reprofilierung von Eisenbahnradsätzen und es wird gleichzeitig eine gute Zerspanungsleistung erreichbar.


Anspruch[de]
  1. 1. Maschine zur spangebenden Bearbeitung eines in der Maschine zentriert aufgenommenen Radsatzes, mit an mindestens ein Rad des Radsatzes radial andrückbaren und sich diametral gegenüberliegenden Rolleneinheiten, von deren Rollen mindestens eine angetrieben ist, und mit mindestens einem Werkzeugträger zur Aufnahme eines radial auf das Rad zustellbaren Bearbeitungswerkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich vertikal gegenüberliegend angeordnete Rolleneinheiten (50, 52, 53, 62) vorgesehen sind und daß das Bearbeitungswerkzeug (10) um einen spitzen Winkel von kleiner als 45° versetzt neben der Rolleneinheit (50, 52, 53, 62) mit angetriebener Rolle (3; 68; 71, 72) angeordnet ist.
  2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des Radsatzes angeordnete(n) Rolleneinheit(en) (43, 44, 46, 47) zwei nebeneinander angeordnete Rollen (4, 4&min;) aufweist (aufweisen), welche in einem gemeinsamen Gehäuse (73) angeordnet sind, das um eine zu den Rollenachsen (75, 76) wenigstens angenähert parallele Achse (79), die zu den Rollenachsen (75, 76) je gleichen Abstand aufweist, schwenkbar ist.
  3. 3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (4, 4&min;) nicht angetrieben sind.
  4. 4. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb des Radsatzes angeordnet(n) Rolleneinheit(en) (50, 52, 53, 62) zwei nebeneinander angeordnete Rollen (67, 68) aufweist (aufweisen), welche in einem gemeinsamen Gehäuse (74) angeordnet sind, das um eine zu den Rollenachsen (77, 78) wenigstens angenähert parallele Achse (80), die zu den Rollenachsen (77, 78) je gleichen Abstand aufweist, schwenkbar ist.
  5. 5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangens des spitzen Winkels gleich ist dem Tangens des Winkels (23), bestimmt aus dem skalaren Betrag der Radialkraft (20) des Bearbeitungswerkzeugs (10) dividiert durch den skalaren Betrag der Tangentialkraft (14) des Bearbeitungswerkzeugs (10).
  6. 6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolleneinheit (50, 52, 53, 62; 43, 44, 46, 47) um eine horizontal und senkrecht zu einer vertikalen, in Richtung des Radsatzachse verlaufenden Ebene verlaufende Achse (81, 82) schwenkbar ist.
  7. 7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Achse (81, 82) in vertikaler Richtung verstellbar angeordnet ist.
  8. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Achse (81, 82) mit einer Gewindemutter (47, 53) verbunden ist, die mit einer vertikal angeordneten Gewindespindel (45, 51) zusammenwirkt.
  9. 9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die den einem Rad zugeordneten Rolleneinheiten zugehörigen Muttern (47, 53) eine gemeinsame Spindel (51) vorgesehen ist, die für die eine Mutter (53) Rechtsgewinde und für die andere Mutter (47) Linksgewinde aufweist.
  10. 10. Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des Radsatzes angeordnet(n) Rolleneinheit(en) (43, 44, 46, 47) gelenkig mit einer im Abstand zur ersten Gewindemutter (47) angeordneten zweiten Gewindemutter (46) verbunden ist (sind), die mit einer weiteren, vertikal angeordneten Gewindespindel (44) zusammenwirkt (zusammenwirken).
  11. 11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (46) an einem zweiarmigen Hebel (84) gelenkig angeordnet ist, der am rollenseitigen Ende eine etwa vertikal angeordnete Kolbenzylindereinheit (61) trägt, deren Kolbenstange an der Rolleneinheit (43, 44, 46, 47) angreift, und mit seinem anderen Ende mit einem Gelenk (85) mit der Rolleneinheit (43, 44, 46, 47) verbunden ist.
  12. 12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem die Antriebskräfte übertragenden Rollenträger (50) der Rolleneinheit (50, 52, 53, 62) stirnseitig eine axial wirkende Führungsrolle (88) zur Anlage an die innere Stirnseite eines Rades (1) eines Radsatzes (16) angeordnet ist.
  13. 13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (8) an einem hydraulisch gedämpften Träger (89) angeordnet ist.






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