Hochleistungs-Frästechnologie zur effektiven Bearbeitung von Weichen - Linsinger
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Hochleistungs-Frästechnologie zur
effektiven Bearbeitung von Weichen
Die gezielte Bearbeitung von Weichen mittels Hochleistungs-Frästechnologie liefert
einen nachhaltigen Beitrag zur signifikanten Senkung der Lebenszykluskosten.
WALTER KASTINGER | RICHARD STOCK
Die Bearbeitung von Eisenbahnschienen
ist bereits seit mehreren Jahrzehnten eine
Maßnahme zur Verlängerung der Schienen-
lebensdauer sowie der Verbesserung des
Fahrkomforts und der Fahrsicherheit. Ver-
schiedene Schienenbearbeitungsverfah-
ren haben in den vergangenen 60 Jahren
sowohl im stationären als auch im mobilen
Bereich ein breites Anwendungsspektrum
erreicht und sind in der modernen Gleisin-
standhaltung nicht mehr wegzudenken. Be-
sonders Weichen müssen gezielt instandge-
halten werden, da ein vorzeitiges Versagen
dieser sicherheitsrelevanten Komponente
weitreichende Auswirkungen haben kann.
Die Hochleistungs-Frästechnologie, entwi-
ckelt von der Firma Linsinger Maschinen-
bau GmbH, kann wirtschaftlich und nach-
haltig zur Verlängerung der Lebensdauer
dieses kritischen Bauteils beitragen.
Abb. 1: Linsinger Fräsrad auf einer Hochleistungsfräse des Typs MG31. Das Fräsraddesign ist opti-
Schädigung im System miert hinsichtlich Produktivität und Werkzeuglebensdauer.
Durch die Belastungen im Rad / Schiene-Kontakt
entstehen verschiedene Verschleißmerkmale
am Schienenkopf bzw. treten unterschiedliche der Mitte der 1990er Jahre stationäre und mo- Schienenkopf nach Beendigung der Bearbei-
Rollkontaktermüdungserscheinungen auf. Es bile Schienenbearbeitungsmaschinen für die tung vollständig regeneriert ist. Damit lassen
handelt sich dabei um Querprofilverformung- unterschiedlichsten Anwendungsfälle. sich sämtliche Instandhaltungsstrategien, wie
en, Längsprofilabweichungen, wie kurze Wellen Die Grundlage der Schienenbearbeitungs- präventive, zyklische oder korrektive Instand-
oder Riffel, sowie Rollkontaktermüdungsschä- technologie ist das Umfangsfräsen (Abb. 1), haltung, abdecken. Aber auch für spezifische
den, wie Headchecks, Spalling, Squats/“Squat ein Verfahren, welches mit einem in Schienen- Anwendungsfälle, wie Neulagenbearbeitung
type defects“ oder Belgrospis [1 bis 4]. Aber längsrichtung arbeitenden Fräsrad das Quer- oder Spurweitenkorrektur, ist die Hochleis-
auch andere aus dem Fahrbetrieb resultieren- und Längsprofil innerhalb engster Toleranzen tungs-Frästechnologie problemlos anwendbar.
de Erscheinungen, wie „weiße Schichten“ (WEL wiederherstellt sowie sämtliche Oberflächen- Aufgrund der erzielbaren Oberflächenqualität
– white etching layers) oder Schleuderstellen fehler in einer Überfahrt eliminieren kann. Das (engste Profiltoleranzen, geringste Längswel-
können auftreten. Jedoch sind diese Erschei- Fräsraddesign der Hochleistungs-Frästechnolo- ligkeit und Oberflächenrauheit) erfüllt die fertig
nungen nicht nur auf den „normalen“ Fahrweg gie ist optimiert hinsichtlich Produktivität und bearbeitete Schiene standardmäßig höchs-
beschränkt, sondern können auch in speziellen Werkzeuglebensdauer. Im Anschluss an die te Anforderungen bezüglich Lärmreduktion.
Komponenten wie Weichen, Kreuzungen oder Fräsbearbeitung erfolgt im selben Arbeitsgang Darüber hinaus wird die im Prozess erzeugte
Bahnübergängen auftreten. Diese Schienen- die optische sowie akustische Anpassung der Energie hauptsächlich von den Frässpänen und
fehler, wenn nicht entsprechend behandelt, ha- Oberfläche mittels Umfangsschleifen (Abb. 2). dem Werkzeug aufgenommen, wodurch ein
ben weitreichende, negative Auswirkungen auf Die Materialabtragsarbeit erfolgt somit durch schädigender Temperatureintrag in die Schie-
Schienenlebensdauer, Fahrkomfort und Fahr- das Fräsen, das Schleifen ist vergleichbar mit ne verhindert wird. Der Schienenkopf wird
sicherheit und schlagen sich folglich auch bei einem Poliervorgang und dient der Erzielung somit thermisch schonend bearbeitet und die
den Lebenszykluskosten von Schienen, Kom- eines optimierten Oberflächenfinish (Abb. 3). Bildung von unerwünschten Materialumwand-
ponenten und dem gesamten Fahrweg nieder. Der große Vorteil der Schienenbearbeitung lungen („weiße Schichten“) im oberflächennah-
mittels Fräsen liegt in den flexibel anpassbaren en Bereich der Schiene wird vermieden. Solche
Hochleistungs-Frästechnologie Bearbeitungstiefen von 0,1 bis 5 mm auf der „weißen Schichten“, wie sie beim konventionel-
Die Firma Linsinger aus Österreich hat bereits Fahrfläche und 0,1 bis 7 mm an der Fahrkante, len Schleifen auftreten können, werden unter
im Jahr 1959 die erste stationäre Schienenfräs- sodass sämtliche Schienenfehler in nur einer gewissen Rahmenbedingungen als Ausgangs-
maschine auf den Markt gebracht und baut seit Überfahrt beseitigt werden können und der punkt für erneute Schienenschädigung ange-
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Abb. 2: Fräseinheit mit nachgeschalteter Umfangsschleifeinheit für höchste Oberflächenqualität nach der Bearbeitung
sehen [5]. Im Weiteren spricht auch die geringe für kleine Baulose geeignet ist, den Spezia- Sämtliche Schienenbearbeitungsfahrzeuge
Umweltbelastung durch Funkenflug, Schleif- listen für Verkehrsbetriebe, die „SF02T-FS“, sind mit modernster Messtechnik ausgestat-
staub und Lärm für dieses Verfahren. bis hin zu den äußerst leistungsfähigen tet, die Längs- und Querprofil sowie die Schä-
Die Bandbreite der produzierten Schie- Fahrzeugen, die bei Vollbahnen weltweit digungsfreiheit der regenerierten Schienen-
nenbearbeitungsfahrzeuge erstreckt sich zum Einsatz kommen und unter den Typen- oberfläche überwacht und dokumentiert.
vom kompakten Kraftbündel, der „MG11“, bezeichnungen „SF03-FFS“, „SF06-FFS plus“ Diese Messdaten werden nicht nur zur Steue-
welches für kleinste Lichtraumprofile bei und „MG31“ bekannt sind. Diese verschie- rung des Bearbeitungsprozesses und zur Qua-
U-Bahnen verwendet wird und sogar in ei- denen Fahrzeugtypen verfügen über eine litätskontrolle verwendet, sondern können
nem 40-Fuß-Container Platz findet, über das für den jeweiligen Einsatzfall optimierte Be- auch als Ausgangspunkt für die Implementie-
flexible Zweiwegefahrzeug, den Rail-Road- arbeitungsleistung und erreichen – je nach rung einer zustandsorientierten Instandhal-
Truck „SF02-FS-Truck“, welches besonders Maschinentyp und Anwendungsfall – bis zu tungsstrategie („predictive maintenance stra-
für den Einsatz bei Straßenbahnen sowie 2 km/h Bearbeitungsgeschwindigkeit. tegy“) verwendet werden.
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Entwicklung der Weichenbearbeitung
Durch die Erfahrungen mit der Schienenfräs-
technologie bei der Deutschen Bahn (DB) seit
1995 und der Tatsache, dass in Weichen im
Grunde die gleichen Verschleißerscheinungen
auftreten wie im normalen Gleis, wurden die
Bearbeitungseinheiten dahingehend optimiert
und weiterentwickelt, die Bearbeitung von Wei-
chen zu ermöglichen (Abb. 4). Als Grundlage für
die Auslegung und Entwicklung der Weichen-
bearbeitungsfunktion wurde die DB-Richtlinie
824.4016 herangezogen.
Das erste Schienenbearbeitungsfahrzeug mit
Weichenfunktion wurde im Jahr 2008 an die DB
geliefert. Besonders hervorzuheben ist in diesem
Zusammenhang, dass im Gegensatz zur konven-
tionellen Schleiftechnologie kein eigenständiger
Fahrzeugtyp für die Weichenbearbeitung entwi-
ckelt werden musste. Die Weichenbearbeitung
kann als zusätzliches Funktionsmodul in jedem
Fahrzeugtyp des Linsinger-Portfolios eingebaut
und jedes bestehende Schienenbearbeitungs-
fahrzeug damit nachgerüstet werden.
Um die Weichenbearbeitungsfunktion sicher-
stellen zu können war es notwendig, eine Rei-
he von Anpassungen an den ursprünglichen
Bearbeitungseinheiten der Standardmaschi-
nen durchzuführen:
An allen Bearbeitungseinheiten wurden zu- Abb. 3: Beispiel einer vollständig wiederhergestellten Schienenoberfläche nach der Bearbeitung
sätzlich zu den bereits bestehenden Schie- mit der Linsinger Hochleistungs-Frästechnologie
nenkopiersystemen, welche zur horizontalen
Positionierung der Fräseinheit verwendet
werden, weitere Kopiersysteme für die Wei-
chenbearbeitung aufgebaut. Dadurch wird
eine korrekte, laterale Positionierung speziell
im Bereich der Backenschiene erreicht und
eine kontinuierliche Bearbeitung der Weiche
gewährleistet.
Alle Kopiersysteme wurden mit einer ent-
sprechenden Steuerung ausgestattet, um sie
bei Bedarf (zum Beispiel in der Herzstücklü-
cke) von der Schiene abheben zu können.
Ein Erkennungssystem zur Feststellung der
Position des Fahrzeugs in der Weiche wurde
installiert, um die spezifischen Bearbeitungs-
bereiche der Weiche an die Maschine punkt-
genau weiterzuleiten. LINSINGER
Diverse erweiterte Softwareanpassungen DER ERFINDER DES SCHIENENFRÄSENS
wurden in die Maschinensteuerung imple- MODERN, SCHNELL, SAUBER UND IN HÖCHSTER QUALITÄT
mentiert, um einerseits alle für die Weichen-
bearbeitung notwendigen Grundfunktionen LINSINGER SCHIENENFRÄSTECHNOLOGIE, die modernste und
einzubinden und um andererseits den korrek- kosteneffizienteste Art der Schienenpflege. Eine perfekte und
ten Signalaustausch mit der Maschine sicher- fehlerfreie Oberfläche nach der Bearbeitung ohne thermische
zustellen, welcher die Schaltstellung (gerader Beeinträchtigung wie bei konventionellen Bearbeitungsmetho-
den bedeutet zusätzlich eine deutliche Reduzierung der Lärm-
Zweig oder gebogener Zweig) sowie die Be-
emission. Durch das exakt wiederhergestellte Schienenprofil ist
arbeitungsrichtung der Weiche (spitz oder ebenso eine signifikante Erhöhung des Fahrkomforts erzielbar.
stumpf) erfasst und berücksichtigt. Auch Weichen und Bahnübergänge können ohne aufwändiger
Beim ersten von Linsinger mit Weichenfunk- Demontage von Gleisschaltmitteln bearbeitet werden.
tion ausgerüsteten Schienenbearbeitungsfahr-
zeug war es noch erforderlich, insgesamt acht
Überfahrten durchzuführen, um eine Weiche
vollständig zu bearbeiten. Es wurden dabei in
Geradeausfahrtstellung die durchgehende, au-
ßenliegende Schiene und danach die dazuge-
hörige unterbrochene innenliegende Schiene in W W W.LINSINGER.COM
jeweils einer Überfahrt mittels Fräsen bearbeitet.
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Danach erfolgte die Fräsbearbeitung in Abbiege-
stellung ebenfalls getrennt nach durchgehender
außenliegender Schiene und dazugehöriger
unterbrochener innenliegender Schiene. Im An-
schluss daran musste der gesamte Vorgang mit-
tels Umfangsschleifen wiederholt werden.
In einem weiteren Entwicklungsschritt im
Jahr 2010 konnte die Anzahl der Überfahrten
halbiert werden, indem das Fräsen und das
nachfolgende Schleifen, auch für die Weichen-
bearbeitung, in einem Arbeitsgang zusam-
mengefasst werden konnte. Ein Jahr später
gelang es, sowohl die durchgehende außen-
liegende Schiene als auch die dazugehörige
unterbrochene innenliegende Schiene in ei-
ner kontinuierlichen Überfahrt zu bearbeiten,
sodass insgesamt nur mehr zwei Überfahrten,
eine Überfahrt in Geradeausfahrtstellung und
eine Überfahrt in Abbiegestellung der Weiche,
notwendig waren. Durch die oben beschriebe-
nen Entwicklungsschritte konnte die Bearbei-
tungszeit für eine Weiche von 3,5 Stunden auf
mittlerweile 45 Minuten reduziert werden.
Frästechnologie in der Anwendung
Die Firma Linmag Australia Pty. Ltd betreibt seit
mehreren Jahren zwei Fräsfahrzeuge vom Typ
Abb. 4: Oberflächenschädigung und Profilverschleiß im Schienenstrang des abbiegenden Rail-Road-Truck SF02W-FS Truck in „Down Un-
Zweigs einer Weiche (ARTC, Australien) der“. Ein Fokus liegt dabei auch auf der Bearbei-
Abb. 5: Das Linmag Zwei-Wege-
Fahrzeug „SF02W-FS Truck“ bei der
Bearbeitung einer Weiche im Netz-
werk von ARTC in Australien
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tung von Weichen beim Kunden Australian Rail geplante, vorzeitige Ausbau von Weichen ver- QUELLEN
Track Corporation (ARTC) in New South Wales. mieden und der Lebenszyklus der Weichen und [1] Heyder, R.: Die wichtigsten Schienenfehler, in: Eisenbahn Ingenieur
Kalender 2002 – Jahrbuch für Schienenverkehr und Technik. Tetzlaff Verlag,
ARTC betreibt hier das „Hunter Valley Coal Net- Schienen deutlich verlängert werden. Aufgrund Hamburg, S. 177–205
work“ und transportiert vorwiegend Kohle von der bisherigen positiven Erfahrungen wird die [2] Grassie, S. L.: Traction, curving and surface damage of rails, Part 2: Rail
den Mienen im Landesinneren zum Hafen der Weichenbearbeitung mittels Fräsen bei ARTC in damage, in: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F:
Journal of Rail and Rapid Transit. Vol 226, Issue 3, 2012, S. 235–242
Stadt Newcastle. Aufgrund der Belastung von diesem Jahr noch weiter intensiviert. Aber auch [3] Grassie, S. L.: Rail corrugation: Characteristics, causes, and treatments, in:
45 MGT bis über 100 MGT (Million Gros Tons) im europäischen Raum wird die Weichenbear- Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail
pro Jahr auf manchen Streckenabschnitten beitung mit Linsinger Schienenbearbeitungs- and Rapid Transit. Vol 223, Issue 6, 2009, S. 581-596
[4] Grassie, S. L.: Studs and Squats: the evolving story, in: Wear Volumes
kommt es zu beschleunigtem Profilverschleiß maschinen bei einer Vielzahl von Eisenbahnen 366-367, November 2016, S. 194–199
und zur Ausbildung von RCF-Defekten (RCF – und Verkehrsbetrieben erfolgreich zur Anwen- [5] Steenbergen, M.: Rolling contact fatigue in relation to rail grinding, in:
rolling contact fatigue), wie Head Checks oder dung gebracht. Wear Volumes 356-357, 2016, S. 110–121
Squats. Obwohl ARTC ein präventives Schleif-
programm implementiert hat, ist es aufgrund Zielgerichtete Innovation
der hohen Belastung und / oder aufgrund von Die neuesten Entwicklungstrends bei der Wei-
operativen Beschränkungen nicht möglich, chenbearbeitung gehen in Richtung Herzstück-
Schädigung und Verschleiß von Schienen mit- bearbeitung sowie weitere Automatisierung des DI (FH) Walter Kastinger
tels konventionellem Schienenschleifen alleine Weichenbearbeitungsprozesses, insbesondere Head of Sales Rail Milling Department
unter Kontrolle zu halten. Linmag bearbeitet im Bereich der Verringerung von Rüstzeiten, Be- Linsinger Maschinenbau GmbH,
nun schon mehrere Jahre diese Problemstel- arbeitungszeiten und kontinuierlicher Bearbei- A-Steyrermühl
len und vor allem Weichen, indem Defekte tung beim Übergang von geradem Gleis in Wei- w.kastinger@linsinger.com
bis 3 mm Tiefe komplett entfernt werden und chen sowie die Bearbeitung mehrerer Weichen
das Zielprofil zu 100 % wiederhergestellt wird hintereinander in einem Durchgang. Aber auch
(Abb. 5). Aber auch bei neu installierten Wei- bei der Frästechnologie selber arbeitet Linsinger
chen führt Linmag die Neulagenbearbeitung unter anderem mit lokalen Universitäten zusam-
(Entfernung der entkohlten Randschicht, Be- men, um mithilfe modernster Simulations- und Dipl.-Ing. Dr. mont. Richard Stock
seitigung von Profilabweichungen und Kaltver- Virtualisierungsmethoden Entwicklungszeiten Milling Technology Manager für die
letzungen) effizient und mit höchster Qualität zu reduzieren und um die Effizienz sowie Kosten- österreichischen Firmen Linsinger und
durch. Mithilfe der gezielten Anwendung der effektivität dieser innovativen Bearbeitungsme- Linmag GmbH in Vancouver/Kanada
Hochleistungs-Frästechnologie kann der un- thode weiter zu steigern. r.stock@linmag.com
We set priorities.
Together for safety.
www.pintschbamag.de www.pintschaben.com www.pintschtiefenbach.de
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