Dipl.-Ing. Heinz Bardehle
Patentanwalt
München 22, Kerrnsir. 15, TeJ. 292553
Postanschrift München 26, Postfach 4
München, den *Üt Aug. 1975
Mein Zeichen: 2191
Anmelder : USM Corporation
Flemington, Hew Jersey
Zustelladresse:
140 Federal Street
Boston. Massachusetts 02107
USA
Meßanordnung für eine automatisch gesteuerte Drehbank zur Bearbeitung von Schienenrädern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der an einem abgefahrenen Schienenrad bedeutungsvollen
Parameter, insbesondere der Lauffläche und des Spurkranzes,
sowie auf eine damit verbundene Einrichtung zur autoiiatischen
Steuerung einer das Rad durch Nachbearbeitung wieder instand setzenden Drehbank.
Der einwandfreie Zustand der mit Schienen in Berührung kommenden
Lauffläche der Räder eines Schienenfahrzeuges ist ein· wichtig«
Voraussetzung für einen glatten, sicheren und wirksamen Betrieb dieses Fahrzeugs. Ursprünglich wird die Lauffläch« von
Schienenrädern mit einer besonderen, sehr eng tolerierten
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Kontur hergestellt. Diese Kontur besteht aus einer Lauffläche, die fortschreitend nach außen hin geneigt 1st bis zu einem
nach außen verlaufenden Flansch, der schlle31ich zum Spurkranz hin ausläuft. Diese Fläche wiikfcmit der Schiene in einer
Weise zusammen, in der die größte Abnutzung am tibergang von der
Lauffläche zu» Flansch hin auftritt. Bisher sind abgefahrene Räder von Schienenfahrzeugen dadurch wieder instand gesetzt
worden, dad man das Rad auf einen Durchmesser abgedreht hat, den noch ausreichendes Material zur Wiederherstellung der
ursprünglichen Kontur vorhanden 1st. Dieses Verfahren muß gleichzeitig am Radumfang beider in einem Radsatz vereinigter
Räder ausgeführt werden. Infolge der mn die Spurkranzdicke u '
an den Raddurchmesser gestellten Anforderungen 1st natürlich die Anzahl der Nachbearbeitungen eines Rades begrenzt.
Im Verlauf der Bearbeitung eines Schienenfahrzeugrades müssen verschiedene Abmessungen und Bezugspunkte am Rad
gemessen und lokalisiert werden. Da die bisher bekannten und verwendeten Drehbänke zur Nachbearbeitung von Schienenrädern im wesentlichen manuell eingestellt werden, sind
verschiedene Meßgeräte erforderlich, die vom Bedienungsmann gehandhabt und abgelesen werden müssen. Diese Messung«»
werden vor der Bearbeitung zur Ermittlung bzw. zur Fest«
stellung des Startpiaakt·« und der Schnittiefe verwendet.
Die tatsächliche Werkzeugbewegtmg wird dabei mit Hilf« einer
der gewünschten Kontur entsprechenden Schablone mechanisch gesteuert. Im allgemeinen werden an der Maschine Meßeinrichtungen angebracht, die mit der Lauffläche und dem Spurkranz des Rades in Berührung gebracht werden können und
dabei den tatsächlichen abgenutzten Durchmesser des Rades und die Lage des Spurkranzes ermitteln· Mit dem normalen
Verfahren wird ein MeBpunkt m& der Lauffläche des Flansches
ausgewählt. Im allgemeine» wird dieser Punkt an der Stell« amr maximalen Abnutzung gewählt. Ein manuelles Heögerät
(A. A. R. Stahlradmedgerät), wie es in Fig. 3 der in der
Anlage beigefügt·» Zeichnung dargestellt ist, wird weithin
dazu benutzt, di· Veränderung der Lage des MeSpunktes oder
die Veränderung amr Flanschdicke gegenüber der ursprünglichen
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Kontur zu bestimmen. Durch Verschwenken des bei dem manuellen
Meßgerät dargestellten bewegbaren Fingers, bis dieser an der Meßeteile zur Anlage gelangt, kann der Betrag der Veränderung
abgelesen werden. Dieser Unterschied wird im allgemeinen dazu benutzt, die zur Wiederherstellung der Radkontur erforderliche Schnittiefe zu bestimmen.
Es besteht ein allgemeines Bedürfnis, die Bewegung des Drehwerkzeugs automatisch zu steuern. Es ist daher Ziel und
Zweck der Erfindung, die zur Wiederherstellung der Kontur eines Schienenrades zu gewinnenden Meßwerte automatisch zu
ermitteln und sie derart umzuformen, daß sie von einem automatischen Kontrollsystem erfaßt und in entsprechende
Steuerbefehle umgesetzt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind an einer Drehbank für
Schienenräder Zvillingsmeßanordnungen vorgesehen, die gleitbar an der Radkontur zur Anlage gebracht werden können·
Die Meßanordnungen sind an der Drehbank in zurückgezogener Stellung montiert, die bezüglich der Drehachse der Drehbank
fest ist. An der Drehachse der Drehbank ist ein Radsatz drehbar gehaltert. Die Meßanordnung wird an der Lauffläche
des Rades in radialer Richtung zur Anlage gebracht.
Die Anordnung umfaßt eine an einem Tragkörper gleitbar angeordnete, zur radialen Bewegung der gesamten Anlage
senkrecht verschiebbare Kontakteinrichtung. Dieses Element ist federbeaufschlagt, und zwar in einer vom Spurkranz
radial nach außen weisenden Richtung· An diesem Element ist ein Kontaktgeber gleitbar angeordnet, der eine zur
Gesamtbewegung der Anlage parallele Bewegung ausführen kann und in radialer Richtung auf die Lauffläche federbeaufschlagt ist. Ein Kontaktfinger ist drehbar am Kontaktgeber
angeordnet und ist darüber hinaus an einer anderen Stelle an der Kontakteinrichtung drehbar angebracht. I* Betrieb
wird die Anordnung radial zur Radmittelachse hin verschoben, bis der Kontaktgeber an der Lauffläche des Rades zur Anlage
gelangt. Wenn man damit fortfährt, die Meßanordnung zur
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Radmittelachse hin zu verschieben, tritt der Kontaktgeber
innerhalb der Anordnung entgegen der Wirkung der Feder zurück. Dieses Zurücktreten des Kontaktgebers hat zur Folge, daß
sich der Kontaktfinger dreht, bis er em Meöpunkt Bit dem
>mnz in Berührung kommt. Durch eine weitere nach unten
gerichtete Bewegung der Meßanordnung gelangt die Kontakteinrichtung in eine der Wirkrichtung seiner Feder entgegengesetzt
gerichteten Bewegung am Spurkranz zur Anlage. Danach kommt die gesamte Bewegung dw Anordnung zum Stillstand.
Es ist ein erstes Codiergerät vorgesehen, das von der gesamten Radialbewegung der Meßanordnung abhängige elektrische Impulse
erzeugt. Das dabei erzeugte elektrische Signal wird zur Ermittlung des neuen Durchmessers verwendet, auf den das Rad
abzudrehen ist. Ein zweites Codiergerät erzeugt ein der Bewegung der Kontakteinrichtung proportionales elektrisches
Signal, wobei es gleichzeitig die Lage des Spurkranzes feststellt. Das letztgenannte elektrische Signal wird dazu benutzt, den Startpunkt für das Werkzeug festzulegen. Auf diese
Weise wird ein Gerät geschaffen, das ein automatisches Steuersystem für eine Drehbank zum Abdrehen von Schienenrädern mit den erforderlichen Informationen liefert, ohne
daß eine manuelle Einstellung durch den Bedienungsmann erforderlich ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich
aus nachfolgender Beschreibung einer bevorzugten Ausftlhrungs
form der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten
Zeichnung. Hierbei zeigern
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer
Drehbank zur Bearbeitung von Schienenrad·!a, an der
der Gegenstand der Erfindung anbringbar i»tj
Fig. 2 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines typischen, auf einer Schiene
aufgesetzten Schienenrades sowie eine schematische Darstellung einer Meßanordnung gemäß der Erfindung,
wobei die verschiedenen Stellungen der Meßanordnung gezeigt sind, welche letztere bezüglich des Rades
einnehmen kann}
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Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Standardmeßgerät (standard
AAR wheel gage), wie es bei einer im Schnitt gezeigten
normalen Radkontur zur Anwendung gelangt;
Fig. 4 einen Schnitt durch ein typisch abgefahrenes Rad
mit einer Darstellung der ursprünglichen, abgenutzten
und wieder hergestellten Konturen;
Fig. 5 eine perspektivische Explosionsansicht der Meßanordnung und der damit verbundenen Elemente;
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Meßanordnung mit allen an der Radkontur anliegenden Kontakteleaenten, wobei
die Meßanordnung teilweise im Schnitt dargestellt ist,
und
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Heßanordnung, wobei nur der
Kontaktgeber an der Radkontur anliegt.
Der Erfindungsgegenstand kann an einer Drehbank 1 zum Abdrehen von Schienenrädern der in Fig. 1 dargestellten Art
verwendet werden. Grundsätzlich funktionieren derartige Maschinen in folgender Weiset Bin Radsatz 3 wird entlang
von Schienen 4 in die Drehbank hineinbewegt, darin in ge»
eigneter Weise »it Hilfe von Befestigungseinrichtungen 5
gehaltert und um die Drehachse 2 6sr Drehbank 1 herum in
Drehung versetzt. Ein Werkzeugpaar 6 wird entlang von radial verlaufenden Werkzeugführungsbahnen 7 und axial
verlaufenden Führungsschienen 8 derart bewegt, daß es mit seinen Sohneidkanten an der Lauffläche 17 zur Anlage gelangt.
Die Lauffläche 17 des Rades wird gemäß ύΛτ von einem automatischen Steuersystem gelieferten Instruktionen auf eine bestimmte, in Fig. 4 in gestrichelter Linie dargestellte
Kontur 51 abgedreht«
Dl· Meßanordnung 9 ist entlang von Führungsorganen 10 und
Tragstangen 11 in radialer Richtung gleitbar an der Maschine angebracht· Obwohl im allgemeinen zwei identisch ausgebildet·
Meßanordnungen verwendet werden, wird nachfolgend nur ein· Meßanordnung näher erläutert.
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In Big. 2 ist ein übliches, auf eine Schiene 15 aufgesetztes
und. mit einer m eine Achse 12 herum drehbaren Welle 14
versehenes Schienenrad 13 dargestellt. Die verschiedenen Radkonturflächen sind am besten in Fig. 4 gezeigt. Sie umfassen den Laufflächenrand 16, die Lauffläche 17» den Spurkranz 13 sowie den Spurkranzrand 19· Die Radkontur «wist
im allgemeinen die in Fig. 3 dargestellte Form auf. Die
Kontur verläuft in radialer Richtung nach außen leicht ansteigend und wächst zunehmend vom Laufflächenrand 16 zum
Spurkranz 18 hin · In Fig. 4 ist ein typisches Beispiel einer abgefahrenen Laufflächenkontur 25 dargestellt. Zur
Bestimmung der zur WMerherstellimg der ursprünglichen
Kontur erforderlichen Schnittiefe wurde bisher eine Meßeinrichtung 20 verwendet, welche in Fig. 3 dargestellt ist.
Wie Fig. 3 zeigt, wird die Meßeinrichtung 20 am Spurkranzrand 19 und der Lauffläche 17 manuell zur Anlage gebracht.
Ein bewegbarer Schwenkarm 21 wird an einem am Spurkranz 13 angeordneten Meßpunkt 23 angelegt. Am Schwenkarm 21
sind, wie Flg. 4 zeigt, Gradeinteilungen 22 vorgesehen, um den Abstand D bestimmen zu können, um den sich der Meßpunkt 23 infolge Abnutzung gegenüber seiner ursprünglichen
Lage verschoben hat. Dieser Abstand D ist ein MaS fUr die
Schnittiefe beim Bearbeitungsvorgang.
Die Heßanordnung 9 gemäß der Erfindung ist am besten in
Fig. 5 gezeigt. Ein Tragkörper 26 ist am radial verlaufenden Führungeorgan 10 angebracht. Letzteres ist wiederum gegenüber der Radfläche in radialer Richtung bewegbar angeordnet.
Das Antriebsgehäuse 48 kann wiederum entlang der Tragstange 11 bewegbar angeordnet sein. Das Führungsorgan 10 kamt durch
irgendeine geeignete Einrichtung, beispielsweise durch einen Druckzylinder 54, angetrieben werden.
Der Tragkörper 26 1st mit Ftihrungsauten 27 und Führung*-
traversen 28 versehen· Wie Flg. 5 ferner zeigt, ist an der
Seite des Körpers 26 eine Feder 29 angebracht· Ein« Kontakteinrichtung 32 für den Spurkranzrand 19 ist am Tragkörper
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federbeaufsehlagt in zur gesamten Radialbewegung der Meßanordnung 9 senkrechter Richtung gleitbar angeordnet. Die
Kontakteinrichtung 32 besteht aus einem an einem Ausleger 34 befestigten Kontaktfinger 33. Im Ausleger 34 sind Gegennuten 52 auegebildet, welche mit den Führungenuten 27 des
Tragkörpers 26 in Wirkverbindung bringbar sind. Vom Ausleger 34 aus erstreckt sich ein mit Durchbrechungen zur Aufnahme
der am Tragkörper 26 angeordneten Führungstraversen 28 versehener Verbindungeflansch 35. Die Kontakteinrichtung 32
ist daher entlang der Führungstraversen 28 am Tragkörper 26 gleitbar angeordnet und wird normalerweise durch die
Feder 29 von der Spurkranzkantenfläche 19 weggedrückt. D«r Ausleger 34 der Kontakteinrichtung 32 ist mit geeigneten
Führungsbahnen 33 und mit Durchbrechungen 36 zur Aufnahme
eines Kontaktgebers 37 versehen.
Der Kontaktgeber 37 weist Gegennuten 39 auf, die mit den
an der Kontakteinrichtung 32 ausgebildeten Führungsbahnen in Wirkverbindung bringbar sind. Am Kontaktgeber 37 sind
Führungsstangen 40 angebracht und sind in den Durchbrechungen 36 des Auslegers 34 bezüglich des letzteren gleitbar gelagert.
Auf diese Weise ist der Kontaktgeber 37 an der Kontakteinrichtung 32 in einer im allgemeinen zur Gesamtbewegung der
Me8anordnung 9 parallelen Richtung gleitbar angeordnet. Durch eine zwischen dem Ausleger 34 und dem Kontaktgeber 37
angebrechte Feder 41 steht der Kontaktgeber 37 in Richtung der Lauffläche 17 unter Federdruck. Ein die Lauffläche berührender Finger 38 ist vom Kontaktgeber aus nach unten
verlaufend angeordnet.
Ein auf den Spurkranz 18 gerichteter Kontaktfinger 42 ist
sit Hilfe eines ein Loch 44 durchsetzenden Schwenkbolzens
45 eis Kontaktgeber 37 schwenkbar angebracht. Der Kontaktfinger
42 ist mit einer sich nach außen erstreckenden Meßpunktnase
43 versehen und steht über einen offenen Schlitz 46 ebenfalls mit der Kontakteinrichtung 32 in Verbindung und wirkt mit
einem an der Kontakteinrichtung 32 angebrachten Anschlagbolzen 47 zusaaaen. Am Tragkörper 26 ist ein Codiergerät 30 angebracht,
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das üt»er einen Zahnstangentrieb 50 auf die Bewegung der
Kontakteinrichtung 32 anspricht. Infolgedessen erzeugt die Codiereinrichtung 30 der Bewegung der Kontakteinrichtung
entsprechende elektrische Impulse. Eine zweite Codiereinrichtung
31 spricht auf die in radialer Richtung verlaufende Bewegung des Führungsorgans 10 durch den Antriebsblock :S an.
Diese Bewegung kann auch über einen Zahnstangentrieb 49 auf die Codiereinrichtung 31 übertragen werden.
Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Meßanordnung 9 in festem Abstand A von der Drehachse 2 der Maschine angebracht ist
und um einen Abstand B nach unten bewegt werden kann, wo der Kontaktgeber 37 die Lauffläche 17 des Rades berührt. Der
tatsächliche Durchmesser des abgefahrenen Rades kann aus der relativen
Lage der Messung an diesem Punkt ermittelt werden (Abstand A - Abstand B « tatsächliches Radius C). Es ist
jedoch erwünscht, den neuen Durchmesser zu ermitteln, auf
den das Rad abzudrehen ist. Hierzu wird die Anordnung 9 weiter nach unten bewegt, bis die Meßpunktnase 43 und der
Spurkranzrand-Kontaktfinger 33 am Spurkranz 18 bzw. am
Spurkranzrand 19 zur Anlage gelangen. Diese zusätzliche Bewegung der Meßanordnung 9 entspricht im wesentlichen dem
in Fig. 4 gezeigten Abstand D. Daher entsprechen die vom Codiergerät 31 ausgehenden elektrischen Signale einem
Abstand B * D. Der neue Durchmesser des Rades kann aus dieser Information ermittelt werden.
Die in Wechselbeziehung stehende Bewegung der Elemente der Meßanordnung 9 sieht daher für eine gesamte Radialbewegung
der Anordnung einen Abstand Bh-D vor, wie vom Codlergerät
31 angezeigt ist, woraus der neue Durchmesser ermittelt werden
kann. Die vom Codiergerät 30 angezeigte Bewegung der Kontakteinrichtung 32 gibt die Information, welche die Lage des
Spurkranzrandes bestimmt. Diese Information ist erforderlich, um das exakte Profil und den Konturverlauf für die Bearbeitung
des Rades festzulegen. Zur Erzielung weiterer Informationen können gegebenenfalls zusätzliche Codiergeräte verwendet werden.
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Λ-
Abschließend läßt sich die Grundidee der Erfindung wie folgt zu» ammenfassem
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der Tiefe, Ms zu der ein abgefahrenes Schienenrad zur
Wiederherstellung seiner Lauffläche und der Kontur seines Spurkranzes bearbeitet werden nuß. Die Vorrichtung besteht
aus einer Anordnung aus an einem Tragkörper befestigten Meßeinrichtungen. Der Tragkörper ist &n einer Führungsschiene
angebracht, entlang der die Meßanordnung an die Lauffläche des Rades herangeführt werden kann, Die Meßeinrichtung©»
umfassen eine am Tragkörper gleitbar angeordnete, auf den Rand des Spurkranzes gerichtete Kontakteinrichtung9 einen an dieser
Kontakteinrichtung gleitbar angeordneten, auf die Lauffläche gerichteten Kontaktgeber sowie einen an diesem Kontaktgeber
drehbar bzw. schwenkbar angebrachten;, auf den Spurkranz
gerichteten Kontaktfinger· Im Betrieb wird die Anordnung in radialer Richtung auf das Rad zubewegt, bis der Kontaktgeber
an der Lauffläche des Rades anliegt. Danach wird der Kontaktgeber zurückgezogen und der Kontaktfinger an die
Meßstelle des Spurkranzes des Rades herangeführt. Durch
Absenken der Anordnung wird außerdem die Kontakteinrichtung am Rad zur Anlage gebracht. Die Meßanordnung ist mit geeigneten
Codiergeräten zur Erzeugung elektrischer Signale verbunden, die die Lage des Spurkranzrandes sowie den neuen
Durchmesser anzeigen» auf den das Rad abzudrehen ist.
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